(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Xác Định Dòng Chảy Kiệt Hạ Du Sông Mã Và Giải Pháp Khai Thác Sử Dụng

i

BẢN CAM KẾT

Tôi Ngô Bảo Châu xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng học viên. Kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong đề tài luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng,

không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Việc tham khảo các nguồn

tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu đúng quy định.

Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Hà Nội ngày tháng năm 2016

TÁC GIẢ

Ngô Bảo Châu

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu dòng chảy kiệt hạ du sông Mã và giải pháp

khai thác sử dụng hợp lý” được hoàn thành tại khoa Kỹ thuật tài nguyên nước,

Trường đại học thủy lợi Hà Nội tháng 8 năm 2016.

Dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GS.TS. Trần Viết Ổn Phó hiệu trưởng Trường Đại

học thủy lợi Hà Nội và TS. Nguyễn Văn Tuấn trưởng phòng khoa học công nghệ và

môi trường – Viện quy hoạch thủy lợi Việt Nam

Tác giả xin trân thành cảm ơn PGS.TS. Trần Viết Ổn và TS. Nguyễn Văn Tuấn đã tận

tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo trong Khoa kỹ thuật Tài

nguyên nước, đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên

cứu.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nhiệp đã giúp đỡ, động

viên tác giả rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Do thời gian và kinh nghiệm cũng như kiến thức còn hạn chế nên luận văn không

tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tác giả rất mong nhận được những đóng góp quý

báu từ thầy cô và những độc giả quan tâm.

TÁC GIẢ

iii

MỤC LỤC

BẢN CAM KẾT ..............................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii

MỤC LỤC .................................................................................................................... iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. VII

PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ....................................... 3

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ......................................................................... 3

1.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước có liên quan đến đề tài ............................................... 3

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước có liên quan đến đề tài ................................................ 5

1.2 Tổng quan về vùng nghiên cứu............................................................................... 7

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu ....................................................................... 7

1.2.2 Đặc điểm chế độ thủy văn..................................................................................... 24

1.2.3 Đặc điểm dân sinh kinh tế xã hội .......................................................................... 26

1.2.4 Đặc điểm giao thông trong vùng nghiên cứu ........................................................ 28

1.3 Hiện trạng công trình thủy lợi trên hệ thống sông mã .......................................... 28

1.3.1 Hệ thống đê điều và chỉ tiêu chống lũ cho lưu vực sông mã ................................ 28

1.3.2 Hệ thống công trình hồ đập, cầu cống .................................................................. 31

1.3.3 Hệ thống các trạm bơm tưới ................................................................................. 34

1.3.4 Hệ thống các trạm bơm tiêu .................................................................................. 36

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY KIỆT VÙNG

NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 38

2.1 Giới thiệu về mô hình thủy lực Mike 11 ................................................................. 38

2.2 Thiết lập mô hình thủy lực dòng chảy kiệt cho lưu vực sông Mã ........................... 41

2.2.1 Sơ đồ tính toán thủy lực hệ thống sông Mã .......................................................... 41

2.2.2 Mô phỏng năm thực tế cho hệ thống hiện trạng ................................................... 44

2.2.3 Kiểm định mô hình thủy lực cho lưu vực sông Mã .............................................. 50

2.2.4 Đánh giá và lựa chọn bộ thông số mô hình thủy lực ............................................ 55

2.3 Xây dựng các kịch bản tính toán cho bài toán kiệt.................................................. 56

2.3.1 Tần suất tính toán: ................................................................................................ 56

iv

2.3.2 Các kịch bản tính toán cho bài toán kiệt .............................................................. 57

2.4 Xác định các điều kiện biên thủy văn phục vụ bài toán thủy lực ............................ 57

2.4.1 Xác định nhu cầu nước hiện tại và năm 2030 ...................................................... 57

2.4.2 Xác định nhu cầu nước tổng hợp trong mùa kiệt cho hiện trạng ......................... 71

2.4.3 Tính toán cân bằng nước ...................................................................................... 72

2.4.4 Xác định hiện trạng dòng chảy kiệt P = 85% ....................................................... 74

2.5 Xác định mô hình biên triều ứng với tần suất thiết kế ............................................ 76

2.5.1 Chế độ triều, mực nước triều ............................................................................... 76

2.5.2 Xác định mô hình triều ứng với tần suất P = 85% ............................................... 76

2.6 Tính toán thủy lực theo kịch bản hiện trạng và năm 2030 bằng mô hình thủy lực

Mike 11 .......................................................................................................................... 79

2.6.1 Tính toán thủy lực theo kịch bản hiện trạng với tần suất 85%............................. 79

2.6.2 Tính toán thủy lực theo kịch bản năm 2030 ứng với tần suất 85% ...................... 82

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KHAI THÁC, SỬ DỤNG

HIỆU QUẢ DÒNG CHẢY KIỆT PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP VÀ

THỦY SẢN .................................................................................................................. 87

3.1 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp công trình khai thác sử dụng hiệu quả dòng chảy

kiệt .............................................................................................................................. 87

3.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp phi công trình khai thác sử dụng hiệu quả dòng chảy

kiệt .............................................................................................................................. 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 98

Kết luận ......................................................................................................................... 98

Kiến nghị ....................................................................................................................... 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 99

v

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 - 1: Nhiệt độ tháng năm trung bình nhiều năm tại các trạm ............................. 11

Bảng 1 - 2: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm ..................................................... 12

Bảng 1 - 3: Lượng bốc hơi trung bình tháng và năm ................................................... 13

Bảng 1 - 4: Tổng số giờ nắng tháng, năm .................................................................... 13

Bảng 1 - 5: Tốc độ gió trung bình tháng, năm ............................................................. 15

Bảng 1 - 6: Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm taị các trạm ...................... 17

Bảng 1 - 7: Đặc trưng mưa năm tại các trạm................................................................. 19

Bảng 1 - 8: Lưới trạm khí hậu và đo mưa trên lưu vực sông Mã .................................. 20

Bảng 1 - 9: Lưới trạm Thuỷ văn trên lưu vực sông Mã ................................................ 22

Bảng 1 - 10: Diện tích dân số của các đơn vị hành chính vùng nghiên cứu ................. 27

bị ảnh hưởng .................................................................................................................. 27

Bảng 1 - 11: Hiện trạng cơ cấu cây trồng vùng dự án và các loại cây trồng khác ........ 27

Bảng 1 - 12 Mực nước thiết kế của các tuyến đê trong lưu vực.................................... 29

Bảng 1 – 13: Tiêu chuẩn các đê chống lũ thuộc lưu vực sông Mã theo QPA6 -77 ...... 30

Bảng 1 - 14: Các trạm bơm lấy nước dọc sông vùng nghiên cứu ................................. 34

Bảng 1 - 15: Thống kê các trạm bơm tiêu vùng nghiên cứu ......................................... 36

Bảng 2 - 1: Chỉ tiêu lấy nước cơ bản các vị trí dọc sông .............................................. 47

Bảng 2 - 2: Thống kê hệ số nhám Manning trên hệ thống sông Mã ............................. 47

Bảng 2 - 3: Kết quả mực nước thực đo và tính toán mô phỏng .................................... 48

Bảng 2 - 4: Chỉ số NASH tính toán mô phỏng ở một số địa điểm ................................ 50

Bảng 2 - 5: Kết quả mực nước thực đo và tính toán kiểm định mô hình ...................... 53

Bảng 2- 6: Chỉ số NASH tính toán kiểm định ở một số địa điểm ................................. 55

Bảng 2 - 7: Thống kê hệ số nhám Manning trên hệ thống sông Mã ............................. 56

Bảng 2 – 8: Phân vùng nghiên cứu ................................................................................ 57

Bảng 2 - 9: Chỉ tiêu cấp nước cho nông thôn, thành thị ................................................ 59

Bảng 2 - 10: Chỉ tiêu cấp nước cho chăn nuôi .............................................................. 59

Bảng 2 - 11: Nhu cầu nước cây trồng tại mặt ruộng - tần suất 85% ............................. 66

Bảng 2 - 12: Dân số toàn vùng tính đến năm hiện trạng ............................................... 67

Bảng 2 - 13: Hiện trạng chăn nuôi tính đến năm hiện trạng ......................................... 67

Bảng 2 - 14: Hiện trạng gieo trồng các vùng - tính đến năm hiện trạng ....................... 67

vi

Bảng 2 - 15: Hiện trạng nuôi trồng thủy sản tính đến năm hiện trạng .......................... 68

Bảng 2 - 16: Dân số toàn vùng tính đến năm 2030 ....................................................... 68

Bảng 2 - 17: Dự kiến chăn nuôi tính đến năm 2030 ..................................................... 68

Bảng 2 - 18: Dự kiến gieo trồng các vùng - tính đến năm 2030 ................................... 69

Bảng 2 - 19: Dự kiến diện tích thủy sản đến 2030 ........................................................ 69

Bảng 2 - 20: Tổng nhu cầu nước hiện tại - mặt ruộng tần suất 85% ............................ 69

Bảng 2 - 21: Tổng nhu cầu nước hiện tại - đầu mối tần suất 85% ................................ 70

Bảng 2 - 22: Tổng nhu cầu nước tương lai 2030 - mặt ruộng tần suất 85% ................. 70

Bảng 2 - 23: Tổng nhu cầu nước tương lai 2030 - đầu mối tần suất 85% .................... 70

Bảng 2 - 24: Chỉ tiêu cơ bản của các vị trí lấy nước dọc sông ...................................... 71

Bảng 2-25: Tính toán cân bằng nước hiện trạng P=85% - vùng 1 ................................ 73

Bảng 2-26: Tính toán cân bằng nước hiện trạng P=85% - vùng 2 ................................ 73

Bảng 2 - 27: Lưu lượng mùa kiệt tại các nút biên tháng 4 ............................................ 75

Bảng 2 - 28: Mực nước lớn nhất theo tần suất thiết kế 85% tại các vị trí cửa sông (m).... 77

Bảng 3 - 1: Kết quả mực nước tại một số vị trí trên sông Mã được tính toán với 3 TH.... 93

Bảng 3 – 2: Kết quả lưu lượng trung bình tại một số vị trí trên sông Mã tính với 3 TH ... 93

Bảng 3 - 3: Đề xuất diện tích canh tác lúa nước đến năm 2030. ................................... 94

Bảng 3 - 4: Diện tích màu vụ đông xuân sau khi chuyển đổi diện tích trồng lúa qua

màu đông xuân .............................................................................................................. 95

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 - 1: Bản đồ khu vực nghiên cứu và sơ đồ hệ thống sông Mã .............................. 9

Hình 2 - 1: Sơ đồ vị trí các mặt cắt ngang sông trên hệ thống sông Mã ....................... 42

Hình 2 - 2: Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Mã trong mô hình Mike11 .......................... 43

Hình 2 - 3: Các biên mực nước trên hệ thống sông Mã ................................................ 45

Hình 2 - 4: Các biên lưu lượng trên hệ thống sông Mã ................................................. 46

Hình 2 - 5: Đường quá trình mực nước tính toán mô phỏng và thực đo tại Cự Thôn

trên sông Lèn (vị trí 17412) ........................................................................................... 48

Hình 2 - 6: Đường quá trình mực nước tính toán mô phỏng và thực đo tại ngã ba Giàng

trên sông Mã (vị trí 70029) ............................................................................................ 49

Hình 2 - 7: Đường quá trình lưu lượng tính toán mô phỏng và thực đo tại Cự Thôn trên

sông Lèn (vị trí 17412) .................................................................................................. 49

Hình 2-8: Đường quá trình lưu lượng tính toán mô phỏng và thực đo tại Giàng trên

sông Mã ......................................................................................................................... 50

Hình 2 - 9: Quá trình mực nước tại Hoàng tân .............................................................. 51

Hình 2 - 10: Quá trình mực nước tại Lạch sung ............................................................ 52

Hình 2 - 11: Quá trình mực nước tại Lạch Trường ....................................................... 52

Hình 2 -12: Đường quá trình mực nước tính toán kiểm định và thực đo tại Cự Thôn

trên sông Lèn (vị trí 17412) ........................................................................................... 53

Hình 2 - 13: Đường quá trình mực nước tính toán kiểm định và thực đo tại Giàng trên

sông Mã (vị trí 70029) ................................................................................................... 54

Hình 2 - 14: Đường quá trình mực nước tính toán kiểm định và thực đo Quang Lộc .. 54

Hình 2 - 15: Đường quá trình mực nước tính toán kiểm định và thực đo tại Phà Thắm ...55

Hình 2 - 16:Bản đồ phân vùng tính toán ....................................................................... 58

Hình 2 – 17: Quá trình mực nước tại các cửa Lạch Sung, Lạch Trường, Hoàng Tân

ứng với tần suất thiết kế P = 85% .................................................................................. 75

Hình 2 -18: Sơ đồ vị trí các lưu vực nhập lưu vào hệ thống sông Mã .......................... 76

Hình 2 - 19: Quá trình mực nước tại Hoàng tân ............................................................ 77

Hình 2 - 20: Quá trình mực nước tại Lạch sung ............................................................ 78

Hình 2 - 21: Quá trình mực nước tại Lạch Trường ....................................................... 78

viii

Hình 2 - 22: Đường quá trình mực nước tại trạm bơm Kiểu, Hoằng Khánh, Nguyệt

Viên trên sông Mã tính toán theo trường hợp 1 ............................................................ 80

Hình 2 - 23: Quá trình mực nước sông Mã tính với trường hợp 1 ................................ 80

Hình 2 - 24: Đường quá trình mực nước tại các vị trí trên sông Lèn tính toán theo

trường hợp 1 .................................................................................................................. 81

Hình 2 - 25: Quá trình mực nước sông Lèn tính với trường hợp 1 ............................... 81

Hình 2 - 26: Quá trình lưu lượng tại các vị trí trên sông Mã tính toán theo trường hợp 1

.............................................................................................................................. 82

Hình 2 - 27: Quá trình lưu lượng tại các vị trí trên sông Lèn tính toán theo trường hợp

1 .............................................................................................................................. 82

Hình 2 - 28: Đường quá trình mực nước tại trạm bơm Kiểu, Hoằng Khánh, Nguyệt

Viên trên sông Mã tính toán theo trường hợp 2 ............................................................ 83

Hình 2 - 29: Quá trình mực nước sông Mã tính với trường hợp 2 ................................ 83

Hình 2 - 30: Đường quá trình mực nước tại các vị trí trên sông Lèn tính toán theo

trường hợp 2 .................................................................................................................. 84

Hình 2 - 31: Quá trình mực nước tại các vị trí trên sông Lèn tính toán theo trường hợp

2 .............................................................................................................................. 84

Hình 2 - 32: Đường quá trình lưu lượng tại các vị trí trên sông Mã tính toán theo

trường hợp 2 .................................................................................................................. 85

Hình 2 - 33: Đường quá trình lưu lượng tại các vị trí trên sông Lèn tính toán theo

trường hợp 2 .................................................................................................................. 85

Hình 3 – 1: Đường quá trình mực nước trạm bơm Kiểu ứng với các TH1, TH2, TH3 87

Hình 3 – 2: Đường quá trình mực nước trạm bơm Hoằng Khánh ứng với các TH1,

TH2, TH3 ...................................................................................................................... 87

Hình 3 – 3: Đường quá trình mực nước trạm bơm Nguyệt Viên ứng với các TH1, TH2,

TH3 .............................................................................................................................. 88

Hình 3 – 4: Đường quá trình mực nước đầu sông Lèn ứng với các TH1, TH2, TH3 ... 88

Hình 3 – 5: Đường quá trình mực nước trạm bơm Châu Lộc ứng với các TH1, TH2,

TH3 .............................................................................................................................. 89

Hình 3 – 6: Đường quá trình mực nước trạm thủy văn Cự Thôn ứng với các TH1,

TH2, TH3 ...................................................................................................................... 89

ix

Hình 3 – 7: Đường quá trình lưu lượng trạm bơm Kiểu ứng với các TH1, TH2, TH3 90

Hình 3 – 8: Đường quá trình lưu lượng trạm bơm Hoằng Khánh ứng với các TH1, .... 90

Hình 3 – 9: Đường quá trình lưu lượng trạm bơm Nguyệt Viên ứng với các TH1, TH2,

............................................................................................................................... 91

Hình 3 – 10: Đường quá trình lưu lượng đầu sông Lèn ứng với các TH1, TH2, TH3 . 91

Hình 3 – 11: Đường quá trình lưu lượng trạm bơm Châu Lộc ứng với các TH1, TH2,

TH3 ............................................................................................................................... 92

Hình 3 – 12: Đường quá trình lưu lượng trạm thủy văn Cự Thôn ứng với các TH1,

TH2, TH3 ....................................................................................................................... 92