i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thực hiện, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Cầu”. Bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy, cô giáo cùng các đồng nghiệp và bạn bè. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới TS. Lê Viết Sơn và PGS. TS. Nguyễn Cao Đơn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy giáo, cô giáo thuộc các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong quá trình học tập. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập tài liệu và các thông tin liên quan đến đề tài. Tuy nhiên do thời gian có hạn, kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi. Tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã động viên, giúp đỡ và khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng 5 năm 2014. Tác giả Bùi Hải Ninh ii BẢN CAM KẾT Tên tác giả : Bùi Hải Ninh Người hướng dẫn khoa học : TS. Lê Viết Sơn PGS.TS. Nguyễn Cao Đơn Tên đề tài Luận văn “Nghiên cứu giải pháp quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Cầu”. Tác giả xin cam đoan Luận văn được hoàn thành dựa trên các số liệu được thu thập từ nguồn thực tế, các tư liệu được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó. Hà Nội, ngày 23 tháng 5 năm 2014. Tác giả Bùi Hải Ninh iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU VÀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN 5 1.1. Vị trí giới hạn 5 1.2. Đặc điểm địa hình 7 1.3. Đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng 7 1.3.1. Địa chất 7 1.3.2. Thổ nhưỡng 8 1.4. Đặc điểm sông ngòi 9 1.5. Đặc điểm khí hậu 12 1.5.1. Chế độ khí hậu 12 1.5.2. Các đặc trưng khí hậu 12 1.6. Đặc điểm thủy văn 13 1.6.1. Dòng chảy năm 13 1.6.2. Dòng chảy lũ 15 1.6.3. Chất lượng nước 17 1.7. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu có liên quan đến đề tài 18 1.7.1. Tổng quan về quy hoạch quản lý tài nguyên nước trên thế giới 18 1.7.2. Tổng quan về quy hoạch quản lý tài nguyên nước ở Việt Nam 20 CHƯƠNG II. THỰC TIỄN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẦU 23 2.1. Dân số và lao động 23 2.2. Hiện trạng và phương hướng phát triển các ngành 23 2.2.1. Hiện trạng và phương hướng phát triển nông nghiệp 23 2.2.2. Hiện trạng và phương hướng phát triển công nghiệp 26 2.2.3. Hiện trạng và phương hướng phát triển đô thị 29 2.3. Phân vùng thủy lợi 31 iv 2.3.1. Vùng miền núi 31 2.3.2. Vùng trung du và đồng bằng 31 2.4. Hiện trạng cấp nước tưới 34 2.4.1. Vùng miền núi - Thượng Thác Huống 34 2.4.2. Vùng hạ, trung du và đồng bằng - Hạ Thác Huống 35 2.5. Hiện trạng cấp nước đô thị - công nghiệp 43 CHƯƠNG III. GIẢI PHÁP QUY HOẠCH, QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẦU 44 3.1. Nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế 44 3.1.1. Tiêu chuẩn cấp nước cho các ngành 44 3.1.2. Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành 49 3.1.3. Nhu cầu nước của các khu dùng nước 52 3.2. Tính toán cân bằng nước dòng chính sông Cầu 53 3.2.1. Khái niệm về hệ thống tài nguyên nước và cân bằng nước hệ thống 53 3.2.2. Phương pháp tính toán cân bằng nước 55 3.2.2.1. Tổng quan về mô hình WEAP 55 3.2.2.2. Cấu trúc của mô hình WEAP 56 3.2.2.3. Khả năng của mô hình WEAP 59 3.2.2.4. Sử dụng mô hình WEAP 59 3.2.3. Thiết lập mô hình cân bằng nước lưu vực sông Cầu 62 3.2.3.1. Phân vùng tính toán cân bằng nước 62 3.2.3.2. Dòng chảy đến các tiểu lưu vực 65 3.2.3.3. Nhu cầu sử dụng nước trên các tiểu lưu vực 67 3.2.3.4. Các công trình sử dụng nước 67 3.2.3.5. Quy định về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy hồi quy 69 3.2.3.6. Sơ đồ tính toán cân bằng nước 69 3.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 71 3.2.5. Cân bằng nước 73 3.2.5.1. Kết quả tính toán cân bằng nước giai đoạn hiện tại 73 v 3.2.5.2. Kết quả tính toán cân bằng nước giai đoạn 2020 75 3.2.5.3. Nhận xét chung về kết quả cân bằng nước 76 3.3. Các giải pháp quy hoạch và quản lý nguồn nước 77 3.3.1. Xây dựng hồ chứa trên dòng chính sông Cầu 77 3.3.1.1. Hồ Nậm Cắt 77 3.3.1.2. Khả năng cấp nước của hồ Nậm Cắt 79 3.3.2. Cải tạo, nâng cấp hồ Núi Cốc 80 3.3.2.1. Hồ Núi Cốc 80 3.3.2.2. Khả năng cấp nước và bổ sung nguồn của hồ Núi Cốc 81 3.3.3. Cải tạo kênh chuyển nước từ hồ Núi Cốc sang sông Cầu 82 3.3.4. Sử dụng nước tiết kiệm, nâng cao hệ số lợi dụng kênh mương 84 3.3.5. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp quản lý nguồn nước được đề xuất trong nghiên cứu 84 3.3.6. Giải pháp quản lý nguồn nước đối với các tiểu lưu vực lấy nước dòng nhánh sông Cầu 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ vị trí lưu vực sông Cầu 6 Hình 2.1: Phân vùng thủy lợi lưu vực sông Cầu 33 Hình 2.2: Hiện trạng công trình tưới lưu vực sông Cầu 42 Hình 3.1: Vị trí các tiểu lưu vực trên lưu vực sông Cầu 64 Hình 3.2: Dòng chảy đến các tiểu lưu vực từ 1961 đến 2010 67 Hình 3.3: Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Cầu 70 Hình 3.4: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Thác Bưởi 72 Hình 3.5: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Thác Bưởi 73 vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc điểm sông ngòi lưu vực sông Cầu 11 Bảng 1.2: Phân phối dòng chảy năm tại một số trạm thuộc lưu vực sông Cầu 13 Bảng 1.3: Đặc trưng dòng chảy trung bình nhiều năm tại các trạm trên lưu vực 15 Bảng 1.4: Nguyên nhân hình thành các trận lũ chính trên sông Cầu 16 Bảng 2.1: Hiện trạng và dự báo dân số đến năm 2020 23 Bảng 2.2: Hiện trạng và phương hướng sử dụng đất nông nghiệp (ha) 24 Bảng 2.3: Diện tích sản lượng các loại cây trồng chính năm 2011 25 Bảng 2.4: Hiện trạng và dự báo phát triển chăn nuôi đến năm 2020 25 Bảng 2.5: Hiện trạng nuôi trồng thủy sản 26 Bảng 2.6: Hiện trạng và dự báo các khu công nghiệp đến năm 2020 - Vùng hạ Thác Huống 27 Bảng 2.7: Hiện trạng và dự báo các khu công nghiệp đến năm 2020 - Vùng thượng Thác Huống 29 Bảng 2.8: Tổng hợp hiện trạng công trình tưới vùng thượng Thác Huống 35 Bảng 2.9: Tổng hợp hiện trạng tưới của HTTL Sông Cầu 36 Bảng 2.10: Hiện trạng tưới - khu tưới hồ Núi Cốc 38 Bảng 2.11: Hiện trạng vận hành cấp nước và tiếp nguồn mùa kiệt của hồ Núi Cốc 39 Bảng 2.12: Hiện trạng các trạm bơm tưới khai thác dòng chính 40 Bảng 3.1: Tiêu chuẩn nước dùng cho chăn nuôi 45 Bảng 3.2: Tiêu chuẩn cấp nước cho thủy sản nước ngọt 45 Bảng 3.3: Chỉ tiêu dùng nước cho đô thị loại IV, V và điểm dân cư nông thôn 46 Bảng 3.4: Chỉ tiêu dùng nước cho công trình công cộng 46 Bảng 3.5: Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành giai đoạn hiện tại 49 Bảng 3.6: Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành giai đoạn 2020 51 Bảng 3.7: Kết quả tính toán nhu cầu nước của các khu dùng nước giai đoạn hiện tại 52 Bảng 3.8: Kết quả tính toán nhu cầu nước của các khu dùng nước giai đoạn 2020 . 53 viii Bảng 3.9: Diện tích hứng nước của các tiểu lưu vực trong lưu vực sông Cầu 65 Bảng 3.10: Quan hệ cao độ - diện tích - dung tích hồ Núi Cốc 68 Bảng 3.11: Quan hệ cao độ - diện tích - dung tích hồ Nậm Cắt 68 Bảng 3.12: Các thông số chính hồ Nậm Cắt giai đoạn DAĐT 68 Bảng 3.13: Các khu thiếu nước giai đoạn hiện tại 74 Bảng 3.14: Các khu thiếu nước giai đoạn 2020 76 Bảng 3.15: Nhu cầu cấp nước cho thị xã Bắc Kạn giai đoạn 2020 và định hướng đến 2030. 78 Bảng 3.16: Thông số thiết kế sơ bộ của hồ Nặm Cắt 79 Bảng 3.17: Dòng chảy sau hồ Nậm Cắt trước và sau khi xây dựng hồ. 80 Bảng 3.18: Khả năng cấp và tiếp nguồn của hồ Núi Cốc 81 Bảng 3.19: Hoạt động của kênh chuyển nước từ hồ Núi Cốc sang sông Cầu 83 Bảng 3.20: So sánh kết quả cân bằng nước trước và sau khi áp dụng các giải pháp quản lý nguồn nước 86 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận văn Lưu vực sông Cầu có diện tích 6.030 km 2 , chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và thành phố Hà Nội, là nguồn cung cấp nước tưới cho khoảng 40 nghìn ha đất nông nghiệp; cấp nước dân sinh cho khoảng 1,8 triệu người, trong đó có các đô thị lớn như thị xã Bắc Kạn, thành phố Thái Nguyên, thành phố Bắc Ninh, các thị trấn, thị tứ và các khu dân cư tập trung ven sông. Lượng mưa trung bình nhiều năm các trạm trên lưu vực sông Cầu dao động từ 1.300 - 1.700 mm/năm, thấp hơn so với các vùng lân cận trên địa bàn cả nước. Vì vậy, lượng nước đến trên lưu vực sông Cầu được đánh giá là không đủ để đáp ứng nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế. Lưu vực sông Cầu là một trong những khu vực có tiềm năng đất nông nghiệp lớn. Ngoài diện tích đất trồng lúa và hoa màu đã được khai thác, sử dụng, diện tích các khu trồng cây lâu năm, cây công nghiệp đang ngày càng mở rộng trên. Do đó, nhu cầu nước cho ngành nông nghiệp đang không ngừng tăng lên trên lưu vực. Hiện nay khu vực ven sông Cầu cũng đã hình thành nhiều khu công nghiệp lớn như khu gang thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công, các khu chế xuất lớn của tỉnh Bắc Ninh, Đông Anh, Sóc Sơn (Hà Nội) Nhu cầu dùng nước cho ngành công nghiệp, đô thị được dự báo tiếp tục có xu hướng gia tăng, đồng thời vấn đề nước cho bảo đảm môi trường và duy trì dòng chảy cũng cần được quan tâm trong tương lai. Với mục tiêu bảo đảm nguồn nước cho các ngành sử dụng nước từ dòng chính sông Cầu, việc tiến hành nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Cầu là cần thiết. Nghiên cứu này tiến hành phân tích, tính toán nhu cầu dùng nước cho các ngành sử dụng nước trên lưu vực, ứng dụng mô hình đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước WEAP để phân tích tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn nước, đánh giá tác động của các giải pháp quy hoạch và quản lý nguồn nước trên lưu vực. 2 2. Mục tiêu của nghiên cứu Đề xuất giải pháp quy hoạch, quản lý nguồn nước trên lưu vực sông Cầu nhằm đáp ứng nhu cầu dùng nước của các ngành nông nghiệp, công nghiệp, đô thị, dân sinh và môi trường trên lưu vực sông Cầu. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu a. Cách tiếp cận: - Tiếp cận tổng hợp và liên ngành Dựa trên điều kiện tự nhiên, nguồn nước, hiện trạng thủy lợi, hiện trạng và phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của vùng nghiên cứu để đưa ra các giải pháp cấp nước phù hợp. - Tiếp cận kế thừa Trên lưu vực sông Cầu đã có một số dự án, đề tài nghiên cứu về các vấn đề khai thác, sử dụng và quản lý tài nguyên nước. Việc kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu này sẽ giúp đề tài có định hướng giải quyết vấn đề một cách khoa học hơn. - Tiếp cận thực tiễn Tiến hành khảo sát thực địa, thu thập số liệu hiện trạng và định hướng phát triển về thủy lợi cũng như các ngành kinh tế khác của từng địa phương trong vùng nghiên cứu. Từ đó xác định được nhu cầu sử dụng nước và khả năng đáp ứng của dòng chính sông Cầu. - Tiếp cận các phương pháp toán và các công cụ tính toán hiện đại trong nghiên cứu Để tính toán cân bằng nước, trong nghiên cứu này sử dụng mô hình WEAP. Xây dựng bản đồ thông qua phần mềm MapInfo. b. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, kết quả tính toán của các nghiên cứu đã thực hiện trên địa bàn vùng nghiên cứu. Kế thừa tài liệu khí tượng, thủy văn [...]... hạn Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn ở nước ta, có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế, xã hội của các tỉnh nằm trên lưu vực Lưu vực sông Cầu là lưu vực quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình, có diện tích lưu vực 6.030 km2 (chiếm khoảng 8% diện tích lưu vực sông Hồng sông Thái Bình trong lãnh thổ Việt Nam) Lưu vực. .. cụ thể Quy hoạch quản lý lưu vực sông Danube đã đề xuất các giải pháp để sử dụng hiệu quả và bền vững tài nguyên nước trên lưu vực sông Danube [ 4] Quy hoạch quản lý lưu vực sông Danube bao gồm đánh giá tình trạng tài nguyên nước trên lưu vực trong giai đoạn hiện tại và những áp lực, thách thức trong tương lai; Đề xuất mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn và chất lượng nước trên lưu vực; Xác định các... định không phù hợp, quản lý yếu kém và lập quy hoạch không hợp lý Quy hoạch lưu vực hiệu quả là khởi đầu cho quản lý bền vững lưu vực sông Chính vì vậy, việc nghiên cứu quản lý tài nguyên nước trên các lưu vực sông để đáp ứng nhu cầu của các ngành kinh tế đảm bảo cho việc phát triển bền vững là vấn đề luôn được các Chính phủ, các nhà khoa học quan tâm Quản lý và phân phối nguồn nước là một quyết định... trạm trên lưu vực sông Cầu hiện có ở Viện Quy hoạch Thủy lợi, chuỗi tài liệu hiện có dài 50 năm từ 1961 đến 2010 Các tài liệu tính toán nhu cầu nước của các ngành nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp, đô thị, môi trường của từng khu vực, từng công trình được sử dụng trong nghiên cứu này để tính toán cân bằng nước trên các tiểu lưu vực Trong những năm qua có nhiều nghiên cứu về nguồn nước trên lưu vực sông. .. trường nước Quy hoạch lưu vực sông Murray Darling bao gồm: - Kế hoạch môi trường để tối ưu hóa trong việc bảo vệ môi trường cho lưu vực - Quy hoạch quản lý chất lượng nước và độ mặn - Quy hoạch quản lý nhu cầu nước thiết yếu của xã hội - Giám sát và đánh giá hiệu quả của việc thực hiện quy hoạch lưu vực sông 1.7.2 Tổng quan về quy hoạch quản lý tài nguyên nước ở Việt Nam Việc lập các quy hoạch nguồn nước. .. trên lưu vực sông Cầu, như nghiên cứu tối ưu phân bổ nguồn nước trên lưu vực sông Cầu do Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện năm 2007, quy hoạch Thủy lợi lưu vực sông Cầu – sông Thương đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê duyệt năm 2007, nghiên cứu về tích hợp biến đổi khí hậu trong quy hoạch Thủy lợi, đây là những tài liệu quý báu để tác giả kế thừa về phương pháp nghiên cứu, các công cụ... nhà quản lý [ 1] Theo thời gian người quản lý phải cân đối nguồn cung cấp giảm dần trong khi đó nhu cầu nước ngày càng tăng Do sự gia tăng dân số, phát triển kinh tế và thay đổi khí hậu làm tăng thêm căng thẳng về tài nguyên nước Phương pháp quản lý truyền thống không còn phù hợp nữa và một cách tiếp cận toàn diện hơn để quản lý nước là cần thiết Đây là lý do cho việc cần phải quản lý tổng hợp tài. .. Chợ Mới, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn Lưu vực sông Chợ Chu rộng 437 km2, độ cao trung bình 206 m, độ dốc lưu vực 16,2%, mật độ lưới sông 1,3 km/km2 Lưu lượng nước bình quân trong năm 3,06 m3/s - Sông Đu Sông Đu là một phụ lưu nằm tại hữu ngạn của sông Cầu Gần như toàn bộ lưu vực sông Đu nằm trên địa bàn ba huyện Định Hóa, Phú Lương và Đại Từ thuộc tỉnh Thái Nguyên Sông Đu bắt nguồn từ vùng Lương Can,... giá và Quy hoạch Tài nguyên nước" ) là mô hình mới được phát triển bởi Stockholm Environment Institute's U.S Center để tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn nước và đánh giá tác động của giải pháp quy hoạch, quản lý đến việc sử dụng nước trên lưu vực sông Cầu - Phương pháp chuyên gia: Tham khảo, tập hợp ý kiến từ các nhà khoa học về các nội dung liên quan đến đề tài và vùng nghiên cứu Được học tập... hiện vào tháng II trên sông Cầu và sông Đu, tháng I trên sông Công và tháng XII trên sông Cà Lồ Lượng dòng chảy trong tháng kiệt nhất chỉ chiếm khoảng 2,0% lượng dòng chảy năm Ngoài những ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, chế độ thủy văn trên lưu vực sông Cầu cũng bị thay đổi đáng kể dưới tác động của con người Nước sông Cầu được sử dụng rộng rãi cho sản xuất, đời sống và nhu cầu dùng nước ngày càng tăng . các giải pháp quy hoạch và quản lý nguồn nước trên lưu vực. 2 2. Mục tiêu của nghiên cứu Đề xuất giải pháp quy hoạch, quản lý nguồn nước trên lưu vực sông Cầu nhằm đáp ứng nhu cầu dùng. bảo đảm nguồn nước cho các ngành sử dụng nước từ dòng chính sông Cầu, việc tiến hành nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Cầu là cần thiết. Nghiên cứu này tiến. toán cân bằng nước trên các tiểu lưu vực. Trong những năm qua có nhiều nghiên cứu về nguồn nước trên lưu vực sông Cầu, như nghiên cứu tối ưu phân bổ nguồn nước trên lưu vực sông Cầu do Viện