ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM Nguyễn Thanh Sơn NXB GIÁO DỤC 2005 Từ khoá: Lưu vực, sông ngòi, đo đcạc, tần suất, chuẩn dòng chảy năm, mặt dệm, dao động dòng chảy năm, phân phối dòng chảy năm, cường độ tới hạn, vi phân, dòng chảy kiệt, tài nguyên nước, môi trường, phát triển bền vững, hệ thống sông Tài liệu Thư viện điện tử Đại học Khoa học Tự nhiên sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm hình thức chép, in ấn phục vụ mục đích khác không chấp thuận nhà xuất tác giả NGUYỄN THANH SƠN ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Giáo trình Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành địa lý Giáo trình cung cấp khái niệm, phương pháp thu thập tính toán kiến thức bảo vệ, phát triển dạng tài nguyên nước Giáo trình trình bày mối quan hệ tổng hợp môi trường địa lý tự nhiên Giáo trình dùng làm tài liệu tham khảo cho chuyên gia lĩnh vực khảo sát, qui hoạch sử dụng tài nguyên nước *** The book "Vietnam Natural resources estimation (land water resources)" is used as a textbook for students geographers It provides the concepts, methods for collection and calculation and the knowledge on the protection of the water resources forms These problems are presented in a closed relation with the geographical environment The book is also used for the experts in investigation, design and water resources management as a referent matter MỤC LỤC MỤC LỤC GIỚI THIỆU Phần thứ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC Chương MỞ ĐẦU 1.1 Khái niệm tài nguyên nước 1.2 Nước Trái Đất vấn đề tài nguyên nước 10 1.3 Ý nghiã nghiên cứu tài nguyên nước 18 1.4 Ảnh hưởng điều kiện địa lý tự nhiên tới tài nguyên nước lãnh thổ 18 1.4.1 Vị trí địa lý 18 1.4.2 Địa hình địa mạo 19 1.4.3 Thảm thực vật 19 1.4.4 Khí hậu 20 Chương 2.ĐIỀU TRA VÀ TÍNH TOÁN TÀI NGUYÊN NƯỚC 22 2.1.Thu thập thông tin từ lưới trạm khí tượng thuỷ văn quốc gia 22 2.1.1 Phân loại trạm thuỷ văn 22 2.1.2 Phân cấp trạm thuỷ văn 22 2.2 đo đạc đặc trưng tài nguyên nước 23 2.2.1 Đo mực nước 23 2.2.2 Đo sâu 27 2.2.3 Đo lưu tốc 31 2.2.4 Lưu lượng nước 33 2.3 Đo đạc tài nguyên nước mưa nước ngầm 37 2.3.1 Đo mưa 37 2.3.2 Khảo sát tài nguyên nước ngầm 37 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LÃNH THỔ 45 3.1 Phương pháp cân nước 45 3.1.1 Phương trình cân nước dạng tổng quát 45 3.1.2 Phương trình cân nước cho lưu vực sông ngòi 46 3.1.3 Phương trình cân nước lưu vực cho thời kỳ nhiều năm 46 3.1.4 Phân tích nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy sông ngòi thông qua phương trình cân nước 47 3.1.5 Phương trình cân nước ao hồ, đầm lầy 48 3.2 Phương pháp tính toán tài nguyên nước 49 3.2.1 Phương pháp hệ số tổng cộng 49 3.2.2 Phương pháp đồ nội suy địa lý 50 3.2.3 Phương pháp tương tự thuỷ văn 51 3.2.4 Các phương pháp xác suất thống kê 51 3.3 Các phương pháp tính toán thuỷ văn 51 3.3.1 Tính toán tài nguyên nước mưa 51 3.3.2 Tính toán chuẩn dòng chảy năm 54 3.3.3 Tính toán phân phối dòng chảy năm 62 3.3.4 Các công thức tính toán dòng chảy lũ 67 3.3.5 Tính toán tài nguyên nước mùa cạn 80 3.4 Phương pháp mô hình hoá 82 3.4.1 Phân loại mô hình toán thuỷ văn 82 3.4.2 Phân loại mô hình dòng chảy 83 3.4.3 Một số mô hình tất định 85 3.4.4 Nguyên lý xây dựng mô hình "quan niệm" 86 3.4.5 Mô hình ngẫu nhiên 94 Chương ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 100 4.1 Kiến thức sở để đánh giá chất lượng nước 102 4.1.1 Những thông số vật lý, hoá học, sinh học chất lượng nước 102 4.1.2 Nhu cầu oxy sinh học BOD 103 4.1.3 COD, TOD, TOC 104 4.2 Chất lượng tài nguyên nước ảnh hưởng hoạt động kinh tế 105 4.2.1.Công nghiệp 105 4.2.2 Nước thải công cộng 107 4.2.3 Đô thị hoá 107 4.2.4 ảnh hưởng biện pháp tưới tiêu 109 4.2.5 Sự thay đổi chất lượng nước hồ chứa 110 4.3 Các biện pháp bảo vệ nước mặt khỏi nhiễm bẩn 111 4.3.1.Chuẩn hoá chất lượng nước 112 4.3.2 Các phương pháp công trình bảo vệ nước 113 4.3.3 Xử lý nước thải điều kiện nhân tạo 114 4.3.4 Xử lý điều kiện tự nhiên 115 4.3.5 Biện pháp công trình 116 4.3.6 Quá trình tự làm nước tự nhiên 116 Phần thứ hai TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM 118 Chương TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT Ở VIỆT NAM 119 5.1 Khái quát chung 119 5.2 Tài nguyên nước mưa 119 5.3 Tài nguyên nước sông ngòi 121 5.3.1 Dòng chảy mặt 128 5.3.2 Chất lượng nước mặt 133 Chương CÁC HỆ THỐNG SÔNG CHÍNH Ở VIỆT NAM 137 6.1 Hệ thống sông Kỳ Cùng - Bằng Giang 137 6.1.1 Khái quát điều kiện mặt đệm 137 6.1.2 Khái quát điều kiện khí hậu 137 6.1.3 Các sông tài nguyên nước sông 138 6.2 Hệ thống sông Hồng - Thái Bình 139 6.2.1 Khái quát mặt đệm 140 6.2.2 Khái quát khí hậu 140 6.2.3 Các sông tài nguyên nước sông 141 6.3 Hệ thống sông Mã, sông Cả sông vùng Bình Trị Thiên 144 6.3.1 Các điều kiện mặt đệm 144 6.3.2 Khái quát khí hậu 144 6.3.3 Các sông tài nguyên nước sông 146 6.4 Các lưu vực Nam Trung Bộ 148 6.4.1 Khái quát điều kiện mặt đệm 148 GIỚI THIỆU Giáo trình Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam biên soạn Khoa Địa lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội nhằm đáp ứng tài liệu học tập cho sinh viên năm thứ tư ngành Địa lý Giáo trình cung cấp cho sinh viên khái niệm tài nguyên nước lục địa, phương pháp thu thập số liệu qua mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn quốc gia mà chuyến thực địa, kiến thức để xử lý phân tích tài liệu để đưa kết đánh gía tài nguyên nước lượng lẫn chất Trong giáo trình sử dụng nhiều kết nghiên cứu tài liệu Bộ môn thuỷ văn, Khoa Khí tượng thuỷ văn & Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội cập nhật nghiên cứu gần trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội Viện Khí tượng thuỷ văn, Bộ Tài nguyên Môi trường Khi biên soạn sách tác giả bổ sung góp ý quan trọng nhiều đồng nghiệp để nâng cao chất lượng giáo trình Chắc chắn giáo trình nhiều khiếm khuyết Rất mong tiếp tục nhận ý kiến đóng góp để sách ngày hoàn thiện thêm Tác giả xin trân trọng cảm ơn Các nhà dùng nước lấy nước trực tiếp từ nguồn, sử dụng để tạo sản phẩm công nghiệp nông nghiệp nhu cầu công cộng cư dân, sau hoàn trả vào đối tượng nước, nơi khác, với số lượng chất lượng khác Các nhà dùng nước không trực tiếp lấy nước từ nguồn mà sử dụng chúng môi trường (giao thông thuỷ, nghề cá, thể thao ) hay nguồn lượng (trạm thuỷ năng) Tuy nhiên họ làm thay đổi chất lượng nước (ví dụ giao thông thuỷ) Cần phải lưu ý rằng, với tổ hợp sử dụng tài nguyên nước nay, ranh giới nhà dùng nước nhà sử dụng nước bị xóa Thí dụ, thành lập hồ chứa lớn để tạo điện năng, không chế độ thuỷ văn chất lượng nước thay đổi triệt diễn giatăng tổn thất nước bốc hơi, tức hồ chứa đóng vai nhà dùng nước Sử dụng nước phụ thuộc vào mục đích phân thành nước uống, công cộng, nông nghiệp, công nghiệp, giao thông v.v Nét đặc trưng nửa cuối kỷ XX nhu cầu dùng nước tăng lên tất nước giới Trong bảng 1.3 trình bày phần sử dụng nước lĩnh vực sử dụng nước theo quan hệ với dùng nước tổng cộng nước Xem xét chi tiết dạng sử dụng nước quốc gia tiên tiến ta thấy: Nhóm nhà sử dụng Liên Xô Mỹ Pháp Phần Lan Nông nghiệp 52 49 51 10 Công nghiệp 39 41 37 80 Công cộng 10 12 10 Cung cấp nước cho cư dân liên quan tới việc sử dụng nước để uống nhu cầu công cộng Nhu cầu công cộng bao gồm hệ thống cấp nước tập trung để đảm bảo công việc bình thường xí nghiệp phục vụ công cộng, rửa đường phố, tưới xanh, chống cháy v.v Tổng thể tích nước sử dụng cho nhu cầu dân cư xác định nhu cầu dùng nước riêng dân số Nhu cầu dùng nước riêng tính thể tích nước ngày đêm lít chi cho đầu người thành phố hay làng quê Giá trị nhu cầu dùng nước riêng thay đổi phạm vi rộng: từ 200 - 600 l/ ngày đêm cho người thành phố đến 100 - 200 l/ ngày đêm cho người nông thôn, thiếu đường dẫn nước có 30 -50 l/ngày đêm cho người Nhu cầu dùng nước riêng thành phố phụ thuộc vào mức độ sở vật chất (sự diện ống nước, kênh dẫn, cấp nước nóng tập trung v.v ) tương ứng với tiêu chuẩn thực tế Trong thành phố có sở vật chất lớn trái đất nhu cầu dùng nước riêng là: Moscova Niu Yok - 600 l/ ngày đêm cho người, Pari Leningrad - 500, London - 263 l/ ngày đêm cho người (Belitrenco, Svexov, 1986) Sự tăng trưởng liên tục nhu cầu dùng nước liên quan tới tăng dân số trái đất tăng trưởng sở vật chất thành phố làng mạc Vậy nên, từ năm 1900 đến năm 1950 nhu cầu dùng nước tăng ba lần từ 1950 đến 2000 tăng khoảng bảy lần Nhu cầu dùng nước tổng cộng tổng thể địa cầu vào năm 1970 120 km3 nước Nhu cầu công nghiệp nước dao động phạm vi rộng phụ thuộc không vào lĩnh vực mà phụ thuộc vào công nghệ sử dụng trình sản xuất, vào hệ thống cung cấp nước ( thải thẳng hay quay vòng), vào điều kiện khí hậu v.v Với hệ thống cấp nước cho xí nghiệp điểm, nước từ nguồn rót thẳng vào đối tượng riêng biệt tổ hợp sản xuất, sử dụng trình sản xuất sản phẩm sau theo kênh dẫn đổ vào nơi xử lý nước sạch, cuối thải vào sông suối thuỷ vực khoảng 11 cách phù hợp cách nơi tích nước Với hệ thống cấp nước điểm, lượng nước lớn nhiên nhu cầu dùng nước không hoàn lại nhỏ Với hệ thống cấp nước quay vòng, nước sử dụng sau làm sạch, không thải thuỷ vực mà dùng lại nhiều lần trình sản xuất, trì tái sinh sau chu kỳ sản xuất Lưu lượng nước với hệ thống cấp nước không lớn xác định lưu lượng cần thiết để bổ sung nhu cầu dùng nước không hoàn lại trình sản xuất tái sinh thay có chu kỳ nước chu kỳ quay vòng Thí dụ, trạm nhiệt công suất triệu kW với cấp nước điểm hàng năm yêu cầu 1,5 km3 nước với hệ thống cấp nước quay vòng cần 0,12 km3, tức giảm 13 lần Mối phụ thuộc thể tích nhu cầu dùng nước công nghiệp vào điều kiện khí hậu sau: hiển nhiên, xí nghiệp lĩnh vực phân bố vùng phía bắc đòi hỏi nước nhiều so với xí nghiệp phân bố vùng phía nam với nhiệt độ không khí cao Tuy nhiên, nhà sử dụng nước công nghiệp nhiệt điện, đòi hỏi lượng nước lớn để làm nguội máy Đáp ứng nhu cầu dùng nước trạm điện nguyên tử lớn nhiều ( khoảng 1,5 - lần lớn so với nhiệt điện) Thế kỷ XX đặc trưng tăng trưởng chóng mặt việc sử dụng nước Vậy nên, năm 1900 toàn giới cho nhu cầu công nghiệp người ta sử dụng 30 km3 nước, vào năm 1950 190 km3 nước, vào năm 1970 - 510 km3 nước vào năm 2000 - 1900 km3 nước! Điều giải thích tốc độ phát triển nhanh sản xuất công nghiệp tất nước xuất sản xuất đặc biệt yêu cầu nước lớn, công nghiệp sản xuất giấy hoá dầu, nhiệt điện, chiếm khoảng 80 - 90% toàn nước công nghiệp Tuy nhiên, phần nhu cầu dùng nước không hoàn lại công nghiệp không lớn chiếm - 10% tổng thể tích nước, nhiệt điện nhỏ - 0,5 - 2% Nhu cầu dùng nước nông nghiệp liên quan trước hết với tăng diện tích đất tưới Sự phát triển định tính cần thiết đảm bảo cho nhân loại sản phẩm nuôi dưỡng Mặc dù tưới không nhiều - 15% diện tích loại đất canh tác nông nghiệp, phần sản phẩm nông nghiệp từ đất tưới chiếm 50% sản phẩm biểu thị giá trị Trong điều kiện tốc độ phát triển dân số nhanh thiếu hụt trầm trọng nguồn dinh dưỡng mà 2/3 cư dân trái đất phải chịu đựng, việc tưới gánh vai trò to lớn việc nâng cao tính hiệu đất Diện tích đất tưới giới không ngừng tăng lên, vào dầu kỷ XX khoảng 40 triệu ha, đến năm 1970 đạt tới 235 triệu ha, tức tăng lần, số dự báo cho năm 2000 420 triệu Nhu cầu dùng nước riêng lượng nước hoàn lại phụ thuộc vào điều kiện địa lý tự nhiên vùng, thành phần trồng nông nghiệp, trạng thái kỹ thuật hệ thống tưới phương pháp tưới sử dụng Lượng nước hoàn lại biểu % khối tích nước Tổn thất nước không hoàn lại tưới (do bốc hơi) đạt giá trị lớn Theo số liệu tác giả khác nhau, dao động từ 20 đến 60% lượng nước dùng Nhu cầu dùng nước tổng cộng kinh tế nông nghiệp giới tăng thường xuyên: vào đầu kỷ chiếm 350 km3/ năm, vào năm 1970 - 1900 km3/ năm đến năm 2000 3400 km3/ năm Các dạng hoạt động kinh tế gây ảnh hưởng lớn đến thay đổi số lượng chất lượng tài nguyên nước là: nhu cầu dùng nước cho công nghiệp nhu cầu công cộng, đổ nước thải, chuyển dòng chảy, đô thị hoá, thành lập hồ chứa, tưới làm ngập đất khô, tiêu, 12 biện pháp nông lâm nghiệp v.v Khi đoạn trữ nước đồng thời tác động tất số nhiều nhân tố kể Liên quan tới điều đó, kế hoạch hoá kinh tế nước điều tiết chất lượng nước cần thiết phải tính đến ảnh hưởng nhân tố số cách riêng biệt gộp lại lúc Khi xem xét nhân tố động chạm tới hai vấn đề: thay đổi chế độ thuỷ văn thể tích dòng chảy với thay đổi chất lượng tài nguyên nước, Do tác động nhân sinh gây nhiễm bẩn nước tự nhiên, tức thay đổi thành phần tính chất nó, dẫn tới việc làm tồi chất lượng nước việc sử dụng nước Nguy hiểm nước tự nhiên thể sống nhiễm xạ Nước bị nhiễm bẩn trở nên bất lợi người sử dụng nước định, Thế nên, đánh giá ảnh hưởng hoạt động kinh tế lên tài nguyên nước cần phải tính đến không thay đổi số lượng mà chất lượng 13 14 Hình 1.1 Mật độ dòng chảy sông ngòi giới tính theo đầu người m3/năm nghìn người (theo tài liệu Lvovich) Hình 1.2 Chu trình tuần hoàn nước năm 16 297 1970 Tổng bình quân 64070 - 3880 Băng đảo Canađa quần đảo biển Malayan quần đảo 14400 15600 Bắc Mỹ Nam Mỹ 314 - 180 274 475 35320 2620 - 4960 1340 5470 13250 Châu Úc kể Tasmania Newzeland km 16700 355 mm km 393 160 - 485 444 218 300 mm Dòng chảy F.103 F.103 Dòng chảy Thái Bình Dương Đại Tây Dương Sườn Sườn Châu Á kể Nhật, Philippin Châu Âu kể Ailen Vùng phân bố Lục địa (hay vùng) Bảng 1.1 Phân bố nguồn nước giới (theo Lvovich) 32033 835 988 11130 13630 1710 km F.103 21 11 66 14 17 109 mm Dòng chảy lưu vực nội địa Vùng 160 250 31423 180 314 450 203 170 262 mm Dòng chảy 2620 3880 20195 17928 29850 42300 9680 km F.103 tích đất Tổng diện [...]... kể cả Nhật, Philippin Châu Âu kể cả Ailen Vùng phân bố Lục địa (hay vùng) Bảng 1. 1 Phân bố nguồn nước trên thế giới (theo Lvovich) 32033 835 988 11 130 13 630 17 10 km 3 F .10 3 21 11 66 14 17 10 9 mm Dòng chảy lưu vực nội địa Vùng 16 0 250 314 23 18 0 314 450 203 17 0 262 mm Dòng chảy 2620 3880 2 019 5 17 928 29850 42300 9680 km 3 F .10 3 tích của đất Tổng diện ...Hình 1. 2 Chu trình tuần hoàn của nước trong 1 năm 16 297 19 70 Tổng hoặc bình quân 64070 - 3880 Băng đảo Canađa và các quần đảo ở biển Malayan và các quần đảo 14 400 15 600 Bắc Mỹ Nam Mỹ 314 - 18 0 274 475 35320 2620 - 4960 13 40 5470 13 250 Châu Úc kể cả Tasmania và Newzeland km 16 700 355 mm km 3 393 16 0 - 485 444 218 300 mm Dòng chảy F .10 3 F .10 3 Dòng chảy Thái Bình Dương Đại ... 11 6 Phần thứ hai TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM 11 8 Chương TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT Ở VIỆT NAM 11 9 5 .1 Khái quát chung 11 9 5.2 Tài nguyên nước mưa 11 9 5.3... (hay vùng) Bảng 1. 1 Phân bố nguồn nước giới (theo Lvovich) 32033 835 988 11 130 13 630 17 10 km F .10 3 21 11 66 14 17 10 9 mm Dòng chảy lưu vực nội địa Vùng 16 0 250 314 23 18 0 314 450 203 17 0 262 mm Dòng...NGUYỄN THANH SƠN ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Giáo trình Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành địa lý Giáo trình