Thạc Sĩ So sánh ứng dụng mô hình thủy văn Nam và Frasc để đánh giá tài nguyên nước lưu vực thác Mơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 11 NĂM 2010 ​

MỤC LỤC ( Luận văn dài 89 trang)



TÓM TẮT .ii
MỤC LỤC . iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮVIẾT TẮT .vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .viii
DANH MỤC HÌNH VẼVÀ ĐỒ THỊ ix
MỞĐẦU . 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .2
2.1 Thế gới .2
2.2 Trong nước 3
2.3 Thảo luận về mô hình toán trong nghiên cứu tài nguyên nước .5
2.4 Đánh giá nhận xét 7
3. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu .7
3.1 Mục tiêu nghiên cứu 7
3.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 8
3.3 Nội dung nghiên cứu .8
3.4 Phương pháp nghiên cứu .9
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .9
4.1 Ý nghĩa khoa học .9
4.2 Ý nghĩa thực tiễn . 10

CHƯƠNG 1 : MÔ TẢ KHU VỰC NGHIÊN CỨU . 11

1.1 Đặc điểm tự nhiên . 11
1.1.1 Vị trí địa lý . 11
1.1.2 Địa hình 11
1.1.3 Thổ nhưỡng 12
1.1.4 Thảm thực vật 12
1.1.5 Hệ thống sông 12
1.1.6 Khí hậu . 13
1.1.6.1 Nhiệt độ không khí . 13
1.1.6.2 Độ ẩm . 13
1.1.6.3 Số giờ nắng 14
1.1.6.4 Gió 14
1.1.6.5 Bốc hơi . 15
1.1.6.6 Mưa . 15
1.2 Nhận xét, đánh giá các đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu . 16
1.2.1 Thuận lợi 16
1.2.2 Khó khăn 17
1.3 Điều kiện kinh tế xã hội trên lưu vực 17
1.3.1 Đặc điểm dân số . 17
1.3.2 Tình hình kinh tế trong khu vực 18
1.3.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội theo các giai đoạn phát triển 18

CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH THỦY VĂN . 20
2.1 Tổng quan về mô hình thủy văn 20
2.2 Phân loại mô hình thủy văn .21
2.2.1 Mô hình tất định (Deterministic model) 22
2.2.2 Mô hình ngẫu nhiên (Stochastic model) 23
2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình 24
2.4 Tiêu chuẩn đánh giá mô hình mô phỏng .25

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THỦY VĂN THÍCH
HỢP CHO LƯU VỰC THÁC MƠ . 27

3.1 Tổng quan 27
3.2 Mô hình NAM .28
3.2.1 Khái quát về mô hình NAM 28
3.2.2 Cấu trúc mô hình 28
3.2.2.1 Bể tuyết (áp dụng cho vùng có tuyết) .30
3.2.2.2 Bể chứa mặt 30
3.2.2.3 Bể sát mặt và bể tầng rễ cây .30
3.2.2.4 Bốc thoát hơi 30
3.2.2.5 Dòng chảy mặt 30
3.2.2.6 Dòng chảy sát mặt 31
3.2.2.7 Bổ sung dòng chảy ngầm .31
3.2.2.8 Lượng ẩm của đất .31
3.2.3 Hiệu chỉnh các thông số của mô hình 32
3.2.4 Những điều kiện ban đầu .33
3.3 Mô hình FRASC .33
3.3.1 Khái quát về mô hình FRASC .33
3.3.2 Cấu trúc mô hình FRASC 34
3.3.3 Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính 37
3.3.3.1 Bốc thoát hơi nước .37
3.3.3.2 Hình thành dòng chảy .37
3.3.3.3 Sự phân chia các thành phần dòng chảy trong mỗi ô lưới 41
3.3.3.4 Tập trung dòng chảy .43
3.3.3.5 Diễn toán dòng chảy từ ô lưới đến ô lưới .44
3.3.4 Thảo luận về các thông số 45
3.3.4.1 Các thông số bốc thoát hơi nước 46
3.3.4.2 Các thông số hình thành dòng chảy 47
3.3.4.3 Các thông số phân chia dòng chảy .47
3.3.4.4 Các thông số tập trung dòng chảy 48
3.4 Mô hình hóa cho khu vực nghiên cứu .48
3.4.1 Sơ đồ mạng lưới hóa cho khu vực nghiên cứu 48
3.4.2 Tài liệu đầu vào 49
3.4.2.1 .Tài liệu thảm thực vật (land cover) và các thông số liên quan đến thảm thực
vật .49
3.4.2.2 Tài liệu mưa 51
3.4.2.3 Tài liệu bốc hơi .52
3.4.2.4 Tài liệu lưu lượng .52
3.4.2.5 Dữ liệu GIS .52
3.5 Kết quả mô phỏng 55
3.5.1 Mô hình NAM .56
3.5.2 Mô hình FRASC 57
3.6 So sánh 59
3.7 Kết luận .63

CHƯƠNG 4 : ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ 64
4.1 Tổng quan 64
4.2 Kết quả mô phỏng dòng chảy 65
4.3 Phân tích và đánh giá kết quả tính toán .65
4.3.1 Tính toán đặc trưng dòng chảy 65
4.3.2 Dòng chảy năm 67
4.3.3 Dòng chảy theo mùa 68
4.3.4 Tính toán dòng chảy năm, mùa thiết kế .70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 74


PHỤ LỤC 77

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình hàng tháng và các năm của trạm Phước Long . 13
Bảng 1.2 Độ ẩm không khí bình quân nhiều năm trạm Phước Long 14
Bảng 1.3 Các đặc trưng khí tượng trung bình tháng vùng nghiên cứu 15
Bảng 1.4 Phân bố lượng bốc hơi hàng năm bằng phương pháp Penman Monteith . 15
Bảng 1.5 Lượng mưa trung bình tháng tại các trạm đo và trung bình lưu vực (mm) 16
Bảng 1.6 Hiện trạng dân số vùng nghiên cứu[13][14] .
Bảng 1.7 Phân bố diện tích đất trong khu vực nghiên cứu[13][14] .18
Bảng 1.8 Quy hoạch sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu . 19
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các thông số chính trong hiệu chỉnh mô hình NAM 32
Bảng 3.2 Các thông số của mô hình FRASC .36
Bảng 3.3 Các thông số liên quan từng loại thảm phủ lưu vực Thác Mơ .50
Bảng 3.4 Trọng số thiessen tính mưa trung bình các tiểu lưu vực 52
Bảng 3.5 Bộ thông số mô hình NAM từ hiệu chỉnh mô hình cho lưu vực Thác Mơ 57
Bảng 3.6 Bộ thông số mô hình FRASC từ hiệu chỉnh mô hình cho lưu vực Thác Mơ .58
Bảng 3.7 Tiêu chuẩn đánh giá hai mô hình NAM và FRASC thời kì hiệu chuẩn (1982 –
1984) và kiểm định (1985 – 1987) cho lưu vực Thác Mơ .60
Bảng 4.1 Đặc trưng dòng chảy trung bình nhiều năm lưu vực nghiên cứu .66
Bảng 4.2 Lưu lượng dòng chảy TB năm tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế 71
Bảng 4.3 Lưu lượng dòng chảy TB mùa lũ tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế 71
Bảng 4.4 Lưu lượng dòng chảy TB mùa kiệt tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế .71


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒTHỊ

Hình 1 Phạm vi không gian vùng nghiên cứu 8
Hình 1.1 Phân phối lượng mưa trung bình tháng lưu vực Thác Mơ thời kì 1981-2007 16
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc của mô hình NAM 29
Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc mô hình FRASC .35
Hình 3.3 Phân bố sức chứa nước ứng suất trong lưu vực 38
Hình 3.4 The free water storage capacity distribution curve .42
Hình 3.5 B n đồ thảm phủ đất UMD 1 km 50
Hình 3.6 Đa giác Thiessen được xác định bằng phần mềm MIKE BASIN 51
Hình 3.7 (a) Ảnh DEM gốc, và (b) DEM được lấp đầy của lưu vực Thác Mơ .53
Hình 3.8 (a) Hướng dòng chảy, và (b) Lũy tích dòng chảy tại lưu vực Thác Mơ .54
Hình 3.9 (a) Lưu vực, và (b) Mạng lưới sông của lưu vực Thác Mơ 55
Hình 3.10 Quá trình lũy tích dòng chảy thực đo và mô phỏng tại Thác Mơ thời kỳ hiệu
chỉnh mô hình NAM 57
Hình 3.11 Quá trình lũy tích dòng chảy thực đo và mô phỏng tại Thác Mơ thời kỳ hiệu
chỉnh mô hình FRASC .59
Hình 4.1 Quá trình lưu lượng ngày mô phỏng cửa ra Thác Mơ 65
Hình 4.2 Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng tại lưu vực thác Mơ 67
Hình 4.3 Lưu lượng trung bình năm tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 67
Hình 4.4 Lưu lượng trung bình mùa lũ tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 .68
Hình 4.5 Lưu lượng trung bình mùa kiệt tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 .69


MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trường sống. Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Nước được sử dụng cho nông nghiệp, phát điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, du lịch, cải tạo môi trường Bởi vậy, tài nguyên nước có giá trị kinh tế và được coi là một hàng hoá[4] .

Lưu vực Thác Mơ là một chi lưu của lưu vực sông Bé. Là vùng đồi núi trung du nằm trong địa phận các tỉnh Đắc Nông và Bình Phước có độ cao từ vài chục đến hơn 1000 m (dữ liệu khai thác từ b n đồ cao độ số DEM 90 m x 90 m). Tài nguyên nước lưu vực sông Bé có tiềm năng rất dồi dào, phân tích thống kê tài liệu khí tượng thuỷ văn, lượng mưa trung bình lưu vực kho ng 2200 – 2700 mm/năm tăng dần từ hạ lưu lên thượng lưu với hệ số dòng chảy α = 0.55[28], là nguồn cung cấp nước chính cho phát triển kinh tế địa phương và cả khu vực hạ du.

Về khai thác tài nguyên nước, trên lưu vực Thác Mơ có hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện Thác Mơ được thiết kế và đi vào vận hành từ năm 1994 trong tổng thể bốn bậc thang trên dòng sông Bé (từ thượng lưu tới hạ lưu): Thác Mơ, Cần Đơn,Srok Phu Miêng và Phước Hoà. Hệ thống thuỷ điện, thuỷ lợi này đã và đang tạo một sản lượng điện lớn cho lưới điện quốc gia; cung cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp, cải tạo môi trường và phòng chống lũ góp phần quan trọng vào sự phát triển bền vững kinh tế xã hội khu vực Đông Nam Bộ, nơi được quy hoạch thành Vùng kinh tế Trọng điểm phía Nam (Southern Focal Economic Area – SFEA). Ngoài ra còn có các hồ chứa nhỏ được xây dựng nhằm thoả mãn nhu cầu nước cục bộ. Do đó, dòng chảy tự nhiên trên hệ thống sông có sự thay đổi lớn.
Đã có nhiều nghiên cứu về tài nguyên nước lưu vực sông Bé, đặc biệt trong những năm gần đây[12], [13], [15]. Tuy nhiên, do việc khai thác nguồn nước như đã nêu ở trên cũng như do sự biến đổi khí hậu toàn cầu và thay đổi mặt đệm (phá rừng, chuyển đổi cơ cấu cây trồng) nên việc cập nhật nghiên cứu vẫn là vấn đề thời sự.

Ngày nay, cùng với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, nhiều mô hình toán thuỷ văn có thể mô phỏng khá tốt nguồn nước trên các lưu vực sông. Nhiều phần mềm tính toán đã được xây dựng, kiểm tra trên thực tế và hiệu chỉnh nên đã cho kết qu gần phù hợp với thực tế. Sự ra đời của các phần mềm mô phỏng này đã mở ra một kỹ nguyên mới cho việc dự báo và dự đoán nguồn nước. các mô hình này đã trở thành một công cụ đắc lực, hỗ trợ rất nhiều trong việc tính toán nên việc đánh giá tài nguyên nước trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn.

Tuy nhiên, mô hình toán không phải lúc nào hay mô hình nào cũng thích hợp cho bất cứ vùng nào; hay nói một cách khác rằng không có mô hình nào mang tính chất toàn cầu[27]. Việc lựa chọn mô hình ứng dụng cho mỗi điều kiện nhất định cũng là một vấn đề khó khăn đối với các chuyên gia thuỷ văn. Như vậy, việc nghiên cứu mô hình toán thuỷ văn ứng dụng đầy về lưu vực Thác Mơ để phát huy hiệu quả việc xây dựng công trình, tận dụng tối đa nguồn nước là việc làm cấp bách hiện nay.
Qua phân tích ở trên, đề tài “So sánh ứng dụng mô hình thuỷ văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” được đề xuất thực hiện.