Đặt vấn đề Phú Thọ là một tỉnh trung du miền núi, cửa ngõ phía Tây của thủ đô Hà Nội, và là nơi trung chuyển và giao lưu kinh tế giữa các tỉnh đồng bằng và miền núi phía Bắc. Tài nguyên nước tỉnh Phú Thọ tương đối phong phú, phần lớn là do lượng nước mặt từ bên ngoài chảy vào. Trong tỉnh Phú Thọ có 3 hệ thống sông lớn là: sông Đà, sông Lô, sông Thao. Mặc dù có lượng nước tương đối phong phú nhưng phân bố không đều theo không gian và thời gian.
Cộng với việc chất lượng nước sông trên một số sông đang có dấu hiệu giảm sút làm ảnh hưởng đến lượng nước cấp cho các nhu cầu thiết yếu để phát triển kinh tế trong vùng. Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, tỉnh là nơi tập chung nhiều các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, các công ty xí nghiệp, làng nghề, du lịch v. Để thực hiện những bước đi này cần phải sử dụng nguồn nước với lượng khai thác là lớn. Cộng với việc dân số ngày một tăng nhanh do đó nhu cầu nước sinh hoạt của người dân lại là một vấn đề cần giải quyết.
Mặc dù những năm gần đây được quan tâm đầu tư nhiều công trình cấp nước để phục vụ sinh hoạt, phục vụ công nghiệp, xây dựng nhiều công trình thủy lợi, hồ chứa phục vụ cho nông nghiệp và thủy điện. Tuy nhiên Phú Thọ là tỉnh nằm trong khu vực Trung du miền núi Bắc Bộ có nhiều đồi núi, địa hình, địa mạo rất phức tạp. Bề mặt địa hình bị phân cắt mạnh mẽ, độ dốc địa hình vùng núi tương đối lớn, các suối ngắn, hẹp và có nơi chỉ tồn tại nước theo mùa. Do đó, tình trạng lũ lụt trong mùa mưa, hạn hán trong mùa khô vẫn thường xuyên xảy ra tại nhiều địa phương miền núi trong Tỉnh.
Thêm vào đó ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đang có những tác động nhất định đến trữ lượng nước của tỉnh. Hơn hết nguyên nhân chính gây ra tình trạng thiếu nước là do thiếu tính đánh giá về nguồn nước. Việc sử dụng tài nguyên nước chưa cân đối, chưa đưa ra các mục tiêu ưu tiên để đạt được những lợi ích cao, khai thác sao cho hợp lý. Trước tình hình đó để tháo gỡ vấn đề trên tác giả đưa ra nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu” để từ đó tìm ra phương án giải quyết cho các vấn đề an sinh và phát triển kinh tế của Tỉnh.
Mục tiêu của luận văn Nghiên cứu công cụ mô hình MIKE BASIN trong bài toán cân bằng nước; Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước hiện trạng và trong tương lai trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Tài nguyên nước mặt tỉnh Phú Thọ 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thống kê, phân tích tài liệu: Thu thập các thông tin, tài liệu gồm các tài liệu có liên quan đến kinh tế - xã hội, thủy văn, lượng mưa hàng năm, tài nguyên môi trường của khu vực nghiên cứu được sử dụng. Phương pháp kế thừa: Phân tích, đánh giá, tổng hợp và thừa kế các nội dung phù hợp phục vụ cho các nội dung nghiên cứu của luận văn; Phương pháp mô hình: MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước tỉnh Phú Thọ hiện trạng và tương lai với kịch bản biến đổi khí hậu; Cropwat: Tính toán nhu cầu nước cho nông nghiệp; MIKE NAM: Tính toán tương quan giữa lượng mưa – dòng chảy mặt theo thời gian và không gian trong vùng; MIKE 11 –Muskingum: Tính toán dòng chảy mặt theo thời gian.
Nội dung nghiên cứu Xác định lượng nước trên mỗi tiểu lưu vực hiện trạng và tương lai Xác định các tiêu chuẩn và chỉ tiêu dùng nước của các ngành hiện trạng và tương lai; Xác định nhu cầu sử dụng nước hiện trạng và dự báo nhu cầu ứng Áp dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước từ đó đưa ra các giải pháp cụ thể. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG NƯỚC VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về cân bằng nước hệ thống Theo Van te Chow người đầu tiên sử dụng thuật ngữ hệ thống nguồn nước để mô tả các lĩnh vực kỹ thuật của thuỷ văn, thủy lực và tài nguyên nước. Hệ thống nguồn nước cũng đồng thời được sử dụng để đề cập tới các dự án nước bao gồm các hệ thống trữ nước mặt, hệ thống nước ngầm, hệ thống phân phối nước, hệ thống kiểm soát lũ, và hệ thống tiêu nước Theo quan điểm hệ thống, hệ thống nguồn nước được định nghĩa như sau: “Hệ thống nguồn nước là một hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước, các công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầu về nước cùng với mối quan hệ tương tác giữa chúng và chịu tác động của môi trường lên nó”.
Cân bằng nước hệ thống là một vấn đề rất xưa nhưng lại luôn mới, nó vừa là phương pháp, vừa là đối tượng nghiên cứu. Cân bằng nước là mối quan hệ định lượng giữa nước đến và đi của hệ thống nguồn nước. Lượng nước đi gồm bốc thoát hơi nước, ngấm xuống tầng sâu, nước cấp cho các nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực và dòng chảy ra khỏi lưu vực. Lượng nước đến hệ thống được thể hiện dưới các dạng nước mưa, dòng chảy và nước hồi quy sau khi sử dụng.
Cân bằng nước hệ thống là sự cân bằng tổng thể giữa tài nguyên nước của hệ thống; định lượng nước đến, đi khỏi hệ thống, trong đó đã bao gồm các yêu cầu về nước và khả năng điều tiết chúng. Từ đó đánh giá sự tương tác về nước giữa các thành phần trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề ra các biện pháp khai thác, bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý. Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về lý thuyết và thực tiễn. Từ góc độ lý thuyết, phương trình cân bằng nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân, các hiện tượng, chế độ thủy văn của một khu vực xác định, đánh giá các số hạng trong cán cân nước và mối quan hệ tương tác giữa chúng.
Nghiên cứu cân 3 bằng nước cho phép định lượng đầy đủ và chính xác tài nguyên nước để tìm ra phương thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này. Trên quan điểm đó bài toán cân bằng nước hệ thống đã tập trung giải quyết các vấn đề: Phân các khu dùng nước khác nhau; Nhu cầu nước của của các đơn vị sử dụng nguồn nước; từ đó tính toán cân bằng nước cho khu dùng nước.2 Các nghiên cứu trước đây liên quan đến cân bằng nước Ngoài nước Mingan, S. Li, đã ứng dụng mô hình WAVES tính toán cân bằng nước lưu vực sông Hoàng Hà từ đó làm cơ sở quản lý nông nghiệp bền vững ở Trung Quốc.Alouran,[4] đã ứng dụng được mô hình WetSpass để cân bằng nước lưu vực Hasa từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước. Alavi Moghaddam [5] đã ứng dụng mô hình Weap cân bằng nước cho năm lưu vực sông lớn ở phía Đông Bắc Iran từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch quản lý tài nguyên nước một cách hợp lý.
Kết quả đạt được đã ứng dụng mô hình Weap cân bằng nước cho sông Susquehanna và ứng phó với BĐKH. Agung Budipriyantoa, Mohamad Khoiria, Wien Lestaria, Askur Rahman, 2015, [7] đã sử dụng được phương pháp Thornthwaite để tính toán được sự thoát hơi trong cân bằng nước tại đảo nhỏ ở Indonesia. Trong nước Hệ thống mạng lưới sông ngòi nước ta rất lớn và bao trùm gần như toàn bộ diện tích đất tự nhiên toàn quốc. Nhưng phần lớn lưu vực các con sông lớn lại nằm ngoài lãnh thổ nước ta nên gặp nhiều khó khăn trong việc quản lý tổng hợp lưu vực sông.
Trong khi các hoạt động khai thác tài nguyên nước ngày một tăng cao thì công tác quản lý tài nguyên nước vẫn chưa được đồng bộ dẫn đến thiếu hụt nước cho một số nhu cầu thiết yếu. 4 Năm 1993 ban hành luật Bảo vệ Môi trương, năm 1998 ban hành luật Tài nguyên Nước, ngày 16 tháng 5 năm 2000 Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định thành lập Hội đồng Quốc gia về Tài nguyên Nước, do Phó Thủ Tướng làm chủ tịch. Ở nước ta, hiện tượng thiếu nước trên lưu vực sông đã, đang là một thực tế. Những nghiên cứu, báo cáo chỉ mới dùng lại ở mức độ áp dụng cho lưu vực nghiên cứu mà chưa đánh giá được tổng quát cho các lưu vực khác.
Từ đó dẫn đến việc quản lý tổng hợp tài nguyên nước vẫn còn hạn chế, chưa có độ chính xác cao. Tình hình nghiên cứu - Hà Thị Hồng Vân [14] đã ứng dụng mô hình Weap tính toán phân bổ nước mặt cho các lưu vực song tỉnh Hà Nam từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch hợp lý tài nguyên nước; - Ngô Chí Tuấn[15] đã ứng dụng mô hình MIKE BASIN để cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước; - Hoàng Thanh Sơn[16] đã tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước của lưu vực sông này; - Nguyễn Phương Nhung [17] đã khôi phục được số liệu mưa từ mô hình Mike Nam và tính toán được nhu cầu dùng nước cho tưới của các tiểu lưu lực bằng mô hình Cropwat kết hợp với mô hình Mike Basin từ đó cân bằng nước hệ thống sông Cầu trong luận văn thạc sĩ của mình; - Trần Kim Châu [18] đã kết hợp được các phần mềm Swat, Cropwat và Weap thành công cụ tính toán cân bằng nước hoàn chỉnh cho lưu vực Sesan, Tây Nguyên; Đặng Đình Khá, Trần Ngọc Anh, Mai Thị Nga [19] đã ứng dụng mô hình Weap đánh giá và phân tích cân bằng nước hiện tại (2012) và tương lai (2020). Nhìn chung, các nghiên cứu trên đã bước đầu ứng dụng thành công các mô hình trong việc tính toán cân bằng nước hệ thống. Đây sẽ là tiền đề cho tính khả thi của luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu”.
Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước Như đã biết, nguyên nhân gây ra BĐKH mà cốt lõi là sự nóng lên toàn cầu chính là do sự tăng lên không ngừng của lượng “khí nhà kính” nhân tạo, phát thải từ nhiều nguồn khác nhau như công nghiệp, giao thông vận tải, phá rừng,… do sự tăng dân số thế giới, tốc độ phát triển kinh tế .