Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng mô hình toán trong đánh giá khả năng cấp nước trên dòng chính sông Vu Gia

Luận văn thạc sĩ ứng dụng mô hình toán đánh giá khả năng cấp nước trên dòng chính lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, phân tích hiệu quả quản lý tài nguyên nước.

• Tác giả: Nguyễn Minh Huy
• Người hướng dẫn: Nguyễn Hoàng Sơn
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Thủy văn tài nguyên nước
• Đề tài: Ứng dụng mô hình toán đánh giá khả năng cấp nước trên dòng chính lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn
• Loại tài liệu: luận văn
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA LƯU VỰC SÔNG TRÊN THẾ GIỚI
• 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA LƯU VỰC SÔNG Ở VIỆT NAM
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CƠ SỞ CHO BÀI TOÁN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI
• 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Đặc điểm địa hình
• 2.1.3. Đặc điểm địa chất thủy văn
• 2.1.4. Đặc điểm sông ngòi
• 2.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI
• 2.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội
• 2.2.2. Giao thông thủy
• 2.2.3. Ngành công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp
• 2.2.4. Định hướng phát triển kinh tế - xã hội
• 3. CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC, HIỆN TRẠNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 3.1. HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC
• 3.1.1. Đặc điểm khí tượng
• 3.1.2. Đặc điểm khí hậu
• 3.1.3. Đặc điểm tài nguyên nước mặt
• 3.2. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC
• 3.2.1. Hiện trạng hệ thống công trình
• 3.2.2. Hiện trạng khai thác, sử dụng nước mặt hạ lưu
• 3.3. DỰ BÁO NHU CẦU KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC
• 3.3.1. Chỉ tiêu sử dụng nước
• 3.3.2. Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực
• 3.3.3. Nhu cầu sử dụng nước mặt ở hạ lưu sông Vu Gia, sông Thu Bồn
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 4.1. GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC
• 4.1.1. Một số mô hình
• 4.1.2. Lựa chọn mô hình
• 4.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11
• 4.3. THIẾT LẬP TÍNH TOÁN MÔ HÌNH
• 4.3.1. Mạng sông tính toán
• 4.3.2. Địa hình lòng sông
• 4.3.3. Biên tính toán của mô hình
• 4.4. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
• 4.4.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 4.4.2. Kiểm định bộ thông số mô hình
• 4.5. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 4.5.1. Phương pháp tính toán
• 4.5.2. Kết quả tính toán
• 4.6. ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CẤP NƯỚC
• 4.6.1. Đánh giá, nhận xét
• 4.6.2. Đề xuất các giải pháp
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đánh giá khả năng cấp nước trên sông Vu Gia

Nghiên cứu tập trung vào đánh giá khả năng cấp nước trên dòng chính lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, sử dụng mô hình toán để phân tích và dự báo. Sông Vu Gia là một trong những lưu vực sông lớn của Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, nguồn nước đang có xu hướng suy giảm cả về số lượng và chất lượng, đặc biệt trong mùa khô. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp quản lý nước hiệu quả.

1.1. Hiện trạng tài nguyên nước

Hiện trạng tài nguyên nước trên sông Vu Gia được phân tích dựa trên các yếu tố khí tượng, thủy văn và khai thác nước. Dòng chảy kiệt trong mùa khô đã có sự biến đổi lớn, gây ảnh hưởng đến các ngành sử dụng nước. Các công trình thủy điện trên lưu vực đã làm thay đổi dòng chảy, gây thiếu nước nghiêm trọng trong mùa khô. Nghiên cứu sử dụng mô hình thủy văn để đánh giá tác động của các công trình này.

1.2. Phương pháp đánh giá

Phương pháp phân tích dữ liệu và mô hình toán được áp dụng để đánh giá khả năng cấp nước. Mô hình MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và dự báo nhu cầu sử dụng nước. Các kịch bản khác nhau được xây dựng để đánh giá tác động của các yếu tố như biến đổi khí hậu và hoạt động thủy điện. Kết quả cho thấy sự cần thiết của việc tối ưu hóa nguồn nước và quy hoạch cấp nước.

II. Ứng dụng mô hình toán trong nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán MIKE 11 để đánh giá khả năng cấp nước trên sông Vu Gia. Mô hình này được sử dụng để mô phỏng dòng chảy, hiệu chỉnh và kiểm định các thông số thủy văn. Kết quả cho thấy mô hình có độ chính xác cao trong việc dự báo dòng chảy và đánh giá tác động của các công trình thủy điện. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

2.1. Thiết lập mô hình

Mô hình MIKE 11 được thiết lập dựa trên các dữ liệu địa hình, khí tượng và thủy văn. Mạng sông tính toán được xây dựng để mô phỏng dòng chảy trên sông Vu Gia. Các biên tính toán được thiết lập để đảm bảo độ chính xác của mô hình. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được thực hiện để đảm bảo kết quả tin cậy.

2.2. Kết quả và đánh giá

Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng cấp nước trên sông Vu Gia bị ảnh hưởng lớn bởi các công trình thủy điện. Dòng chảy kiệt trong mùa khô đã giảm đáng kể, gây thiếu nước nghiêm trọng. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp như tối ưu hóa nguồn nước, quy hoạch cấp nước và bảo vệ môi trường để đảm bảo sự phát triển bền vững của lưu vực.

III. Giải pháp và kiến nghị

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao khả năng cấp nước và quản lý tài nguyên nước trên sông Vu Gia. Các giải pháp bao gồm tối ưu hóa nguồn nước, quy hoạch cấp nước và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh sự cần thiết của việc phối hợp đa ngành trong quản lý nguồn nước.

3.1. Tối ưu hóa nguồn nước

Giải pháp tối ưu hóa nguồn nước được đề xuất nhằm đảm bảo cân bằng giữa nhu cầu sử dụng nước và khả năng cung cấp. Các công trình thủy điện cần được vận hành linh hoạt để đảm bảo dòng chảy tối thiểu trong mùa khô. Nghiên cứu cũng đề xuất việc xây dựng các hồ chứa phụ trợ để tăng khả năng cấp nước.

3.2. Bảo vệ môi trường

Giải pháp bảo vệ môi trường được đề xuất nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của các công trình thủy điện. Các biện pháp như trồng rừng đầu nguồn, kiểm soát xả thải và bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh được khuyến nghị. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh sự cần thiết của việc phát triển bền vững trong quản lý tài nguyên nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn là một trong chín hệ thống sông lớn nhất Việt Nam với tổng diện tích lưu vực tự nhiên đạt 10.035 km², đóng vai trò huyết mạch đối với sự phát triển kinh tế – xã hội của thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam. Khu vực này là nơi sinh sống của hơn 1,73 triệu người (chiếm 72,8% dân số toàn vùng) và cung cấp nguồn nước tưới tiêu trực tiếp cho hơn 63.853 ha đất canh tác nông nghiệp. Tuy nhiên, tình trạng mất cân bằng nguồn nước trong mùa kiệt đang ngày càng trở nên gay gắt. Lưu lượng dòng chảy bình quân tháng mùa cạn tại trạm Ái Nghĩa (sông Vu Gia) chỉ đạt khoảng 45 m³/s và tại trạm Nông Sơn (sông Thu Bồn) chỉ đạt 28 m³/s, tương đương mức giảm gần 50% so với lưu lượng trung bình nhiều năm.

Sự suy giảm nghiêm trọng của dòng chảy tự nhiên kết hợp với việc đưa vào vận hành hàng loạt công trình thủy điện bậc thang như A Vương, Đăk Mi 4, Sông Tranh 2 đã làm biến đổi sâu sắc chế độ thủy lực hạ du. Hiện tượng suy kiệt dòng chảy kiệt dẫn đến tình trạng thiếu nước trầm trọng và xâm nhập mặn lấn sâu vào nội đồng, khiến Nhà máy nước Cầu Đỏ – đơn vị cấp nước chính cho thành phố Đà Nẵng – thường xuyên phải giảm công suất vận hành do độ mặn vượt ngưỡng cho phép. Trong khi đó, việc quản lý và khai thác nguồn nước vẫn mang tính đơn ngành, thiếu cơ chế điều phối liên hồ chứa đồng bộ.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là phân tích, đánh giá toàn diện hiện trạng tài nguyên nước và nhu cầu dùng nước trên lưu vực; đồng thời ứng dụng mô hình toán thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy, đánh giá định lượng khả năng cấp nước và xác định lưu lượng xả tối thiểu từ các hồ chứa thượng nguồn. Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ hệ thống dòng chính Vu Gia – Thu Bồn trên địa bàn 17 huyện, thị xã thuộc 3 tỉnh Kon Tum, Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng, sử dụng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn 30 năm (1982–2011) kết hợp dự báo phát triển kinh tế đến năm 2020. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng giúp bảo vệ dòng chảy môi trường và đảm bảo an ninh nguồn nước cho hơn 1,7 triệu dân cư đô thị cùng hàng trăm cơ sở công nghiệp hạ lưu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết thủy động lực học dòng hở một chiều và nguyên lý cân bằng nước lưu vực sông kết hợp với khung Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM). Mô hình toán học sử dụng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ gồm phương trình liên tục và phương trình chuyển động vi phân phi tuyến để mô tả quy luật biến đổi mực nước và lưu lượng không ổn định dọc theo mạng lưới sông ngòi tự nhiên.

Hệ thống khái niệm chính được làm rõ trong luận văn bao gồm:

1. Dòng chảy kiệt và mô đun dòng chảy nhỏ nhất ($M_{min}$): Đại lượng đặc trưng cho lượng nước cấp từ lưu vực trong các tháng hạn chế mưa nhất, dao động từ 4 đến 6 l/s·km² tại hạ lưu.
2. Dòng chảy tối thiểu (dòng chảy môi trường): Lưu lượng bắt buộc phải duy trì liên tục ở hạ lưu các công trình ngăn dòng nhằm bảo tồn hệ sinh thái thủy sinh và hạn chế sự lấn sâu của nêm triều mặn.
3. Phân lưu và trao đổi thủy lực giữa hai sông: Hiện tượng chuyển tiếp dòng chảy qua các phân lưu tự nhiên như sông Quảng Huế (từ Vu Gia sang Thu Bồn) và sông Vĩnh Điện (từ Thu Bồn hoàn lưu về Vu Gia).
4. Cân bằng nước hệ thống: Tương quan định lượng giữa tổng lượng nước mặt đến (với tần suất thiết kế $P = 75%$ cho nguồn nước và $P = 85%$ cho nông nghiệp) và tổng lượng nước yêu cầu của toàn bộ các hộ tiêu thụ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu quan trắc đồng bộ kéo dài 30 năm (từ năm 1982 đến 2011) thu thập từ mạng lưới 18 trạm đo mưa và 8 trạm thủy văn chủ lực (Thành Mỹ, Nông Sơn, Ái Nghĩa, Giao Thủy, Câu Lâu, Cẩm Lệ, Hội Khách, Hội An). Cỡ mẫu dữ liệu bao gồm hàng chục nghìn giá trị mực nước, lưu lượng ngày và 396 km mặt cắt địa hình lòng dẫn chi tiết. Phương pháp chọn mẫu là phương pháp quan trắc thực nghiệm phân tầng đồng bộ theo không gian, bao phủ đầy đủ các vùng thượng lưu đồi núi, trung lưu chuyển tiếp và hạ lưu chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ bán nhật triều vịnh Đà Nẵng và Cửa Đại.

Lý do lựa chọn phần mềm mô hình MIKE 11 (Mô-đun HD - Hydrodynamic) của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) là nhờ khả năng giải phương trình thủy lực bậc cao bằng sơ đồ sai phân hữu hạn ẩn Abbott-Ionescu, đặc biệt ổn định và chính xác đối với các mạng lưới sông ngòi phân nhánh phức tạp có sự tương hỗ dòng chảy hai chiều như hệ thống Vu Gia – Thu Bồn. Nghiên cứu kết hợp phương pháp phân tích thống kê xác suất (đường tần suất giải tích Pearson Type III) để tính toán lưu lượng thiết kế và phương pháp cân bằng nước chi tiết theo từng tiểu lưu vực. Tiến trình nghiên cứu được thực hiện qua các giai đoạn: chuẩn hóa cơ sở dữ liệu thủy văn, thiết lập sơ đồ mạng thủy lực, hiệu chỉnh nhám Manning ($n$) và kiểm định mô hình với số liệu thực đo năm 2003, trước khi mô phỏng các kịch bản cấp nước mùa khô.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu thủy văn 30 năm đã chỉ ra sự phân hóa sâu sắc của tài nguyên nước theo mùa và theo không gian trên toàn lưu vực. Dòng chảy mùa lũ (từ tháng 10 đến tháng 12) chiếm tới 64,8% – 67,8% tổng lượng nước năm, trong khi mùa cạn kéo dài 9 tháng (từ tháng 1 đến tháng 8) nhưng chỉ đóng góp từ 32,2% đến 38,9% tổng lượng dòng chảy hàng năm. Tháng có dòng chảy kiệt nhất (thường rơi vào tháng 4 hoặc tháng 7-8) chỉ chiếm 1,0% đến 2,8% tổng lượng nước toàn năm, khiến mô đun dòng chảy kiệt tại Thành Mỹ giảm xuống mức kỷ lục 6,11 l/s·km² và tại Nông Sơn là 4,63 l/s·km².

Hệ thống công trình thủy lợi trên lưu vực đã phát triển lên tới 820 công trình (gồm 72 hồ chứa, 546 đập dâng và 202 trạm bơm), trong đó khu vực hạ lưu tập trung tới 153 trạm bơm điện công suất lớn phụ thuộc hoàn toàn vào mực nước mặt trên sông chính. Sự hình thành các hồ chứa thủy điện lớn ở thượng nguồn (tiêu biểu như hồ Đăk Mi 4 với lưu lượng chuyển dòng sang sông Thu Bồn, hồ A Vương dung tích 343,5 triệu m³, hồ Sông Tranh 2) đã làm thay đổi căn bản quy luật phân phối dòng chảy. Mối tương quan phân lưu tại ngã ba Quảng Huế cho thấy khi mực nước sông Vu Gia hạ thấp dưới 2,25 m, lưu lượng chảy vào sông Ái Nghĩa chỉ còn 6,89 m³/s, dẫn đến hiện tượng thiếu nước tưới trên diện tích hơn 30.000 ha lúa vụ Đông Xuân và Hè Thu tại các huyện Đại Lộc, Điện Bàn, Duy Xuyên.

Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực MIKE 11 tại các trạm Hội Khách, Ái Nghĩa, Giao Thủy, Cẩm Lệ và Câu Lâu cho hệ số tương quan $R^2$ đạt từ 0,86 đến 0,94, chứng minh độ chính xác cao của mô hình. Mô phỏng chỉ ra rằng khi các hồ thủy điện vận hành phát điện ngắt quãng hoặc tích nước mùa cạn mà không duy trì xả đáy, mực nước tại Ái Nghĩa có thể giảm sâu tới mức báo động, đẩy ranh mặn 1,0 g/l xâm nhập sâu vào sông Yên qua cửa Cầu Đỏ hơn 12 km.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng căng thẳng nguồn nước xuất phát từ sự kết hợp giữa địa hình đồi núi dốc đứng làm nước thoát nhanh ra biển và cơ chế vận hành tích nước đơn mục tiêu của các nhà máy thủy điện thượng nguồn. Tình trạng này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu thực tế tại lưu vực sông Colorado (Hoa Kỳ) và lưu vực sông Tagus – Segura (Tây Ban Nha), nơi việc chuyển nước liên lưu vực đã làm suy giảm tới 50% lưu lượng tự nhiên ở vùng hạ du và gây ra xung đột gay gắt giữa ngành năng lượng và ngành nông nghiệp.

Dữ liệu mô phỏng từ mô hình toán có thể được trực quan hóa qua biểu đồ thủy đồ quan hệ mực nước theo thời gian ($H-t$) và đường quá trình lưu lượng ($Q-t$) tại các trạm khống chế, minh chứng rõ nét sự chênh lệch giữa mực nước tự nhiên và mực nước khi có hồ chứa vận hành. Kết quả cho thấy nếu thủy điện A Vương và Đăk Mi 4 duy trì lưu lượng xả phối hợp tối thiểu về sông Vu Gia đạt mức 45 m³/s thì mực nước tại Ái Nghĩa sẽ được duy trì trên cao trình 2,75 m, ngăn chặn triệt để hiện tượng xâm nhập mặn tại trạm bơm Cầu Đỏ. Điều này khẳng định việc điều tiết liên hồ chứa theo kịch bản toán học là giải pháp mang tính sống còn để giải quyết mâu thuẫn tài nguyên nước vùng hạ du.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng thủy lực và tính toán cân bằng nước, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm tối ưu hóa khả năng cấp nước dòng chính Vu Gia – Thu Bồn:

1. Ban hành và giám sát quy trình vận hành liên hồ chứa theo thời gian thực: Bắt buộc các nhà máy thủy điện A Vương, Đăk Mi 4, Sông Bung 4 và Sông Tranh 2 phải tuân thủ nghiêm ngặt quy định xả dòng chảy tối thiểu về hạ du. Mục tiêu cụ thể là duy trì lưu lượng xả liên tục không nhỏ hơn 45 m³/s tại Ái Nghĩa (sông Vu Gia) và không nhỏ hơn 30 m³/s tại Giao Thủy (sông Thu Bồn) trong suốt các tháng cao điểm mùa khô (từ tháng 2 đến tháng 8 hàng năm). Trách nhiệm thực hiện thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Ủy ban nhân dân thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), triển khai thực thi liên tục từ giai đoạn 2016–2020.

2. Đầu tư nâng cấp công trình ngăn mặn và trạm bơm dã chiến hạ du: Xây dựng đập dâng ngăn mặn bán kiên cố trên sông Cẩm Lệ và sông Vĩnh Điện, kết hợp hiện đại hóa 153 trạm bơm điện vùng hạ lưu nhằm thích ứng với điều kiện mực nước sông hạ thấp. Target metric là bảo đảm 100% công suất cấp nước thô đạt 210.000 – 300.000 m³/ngày-đêm cho Nhà máy nước Cầu Đỏ ngay cả trong những đợt triều cường nhiễm mặn. Chủ thể thực hiện là Sở Xây dựng và Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (Dawaco), hoàn thành trong giai đoạn 2016–2018.

3. Tái cơ cấu cây trồng và áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm: Chuyển đổi khoảng 5.000 ha đất trồng lúa kém hiệu quả sang các loại cây trồng cạn có nhu cầu nước thấp hơn (như ngô, đậu, rau màu cao cấp) tại các huyện vùng trung du Đại Lộc, Duy Xuyên. Áp dụng quy trình tưới ướt - khô xen kẽ cho 63.853 ha lúa trên toàn lưu vực, nhằm giảm tối thiểu 15% – 20% tổng nhu cầu nước tưới nông nghiệp vào mùa khô. Giao Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn hai địa phương chỉ đạo thực hiện theo lộ trình 2016–2022.

4. Xây dựng hệ thống quan trắc tự động và cơ chế chia sẻ dữ liệu lưu vực: Thiết lập mạng lưới quan trắc độ mặn, mực nước và lưu lượng tự động với tần suất truyền tin 1 giờ/lần tại các vị trí nhạy cảm (Cầu Đỏ, Ái Nghĩa, Câu Lâu). Thành lập Ban Điều phối Quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn để giải quyết tranh chấp nguồn nước đa ngành. Chủ trì thực hiện là Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia cùng Sở Tài nguyên và Môi trường hai địa phương, hoàn thành lắp đặt hệ thống trước năm 2018.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị ứng dụng cao cho nhiều cơ quan, tổ chức và cá nhân trong lĩnh vực tài nguyên nước:

1. Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Các cơ quan như Cục Quản lý Tài nguyên nước, Viện Quy hoạch Thủy lợi, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng có thể sử dụng các kết quả mô phỏng làm căn cứ pháp lý và khoa học để xây dựng, điều chỉnh Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.

2. Chủ đầu tư và đơn vị vận hành các nhà máy thủy điện: Ban quản lý các công trình thủy điện A Vương, Đăk Mi 4, Sông Bung 2, Sông Bung 4, Sông Tranh 2 ứng dụng bộ thông số mô hình để lập kế hoạch phát điện gắn liền với nghĩa vụ xả nước đẩy mặn, phòng tránh các sự cố xung đột nguồn nước dân sinh.

3. Doanh nghiệp cấp nước đô thị và công ty khai thác công trình thủy lợi: Điển hình là Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (Dawaco) và các Công ty TNHH MTV Khai thác Thủy lợi Quảng Nam – Đà Nẵng sử dụng dữ liệu dự báo mực nước kiệt để chủ động phương án vận hành 202 trạm bơm tưới tiêu và điều phối nước sạch đô thị.

4. Chuyên gia, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Thủy văn, Kỹ thuật tài nguyên nước: Làm tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình thiết lập, hiệu chỉnh và ứng dụng bộ công cụ mô hình thủy lực MIKE 11 trên các hệ thống sông miền Trung có mạng lưới dòng chảy phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao lưu vực Vu Gia – Thu Bồn có lượng mưa năm rất lớn nhưng hạ lưu vẫn thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô? Lượng mưa trung bình lưu vực đạt từ 2.000 đến hơn 4.000 mm/năm (như tại Trà My đạt 4.016 mm), nhưng khoảng 65% – 80% lượng mưa lại tập trung dồn dập vào 3 tháng mùa lũ (tháng 10–12). Trong 9 tháng mùa cạn, lượng mưa chỉ chiếm 20% – 35%, lưu lượng sông kiệt giảm sâu xuống chỉ còn vài mét khối mỗi giây, dẫn đến khô hạn cục bộ và thiếu hụt nguồn nước nghiêm trọng.

2. Mô hình MIKE 11 giải quyết bài toán cấp nước hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn như thế nào? Mô hình MIKE 11 thiết lập mạng lưới thủy lực động 1 chiều mô phỏng chính xác sự biến đổi mực nước và lưu lượng trên 396 km chiều dài sông. Thông qua việc phân tích sai phân hữu hạn với chuỗi dữ liệu thực đo 30 năm, mô hình giúp dự báo chính xác mực nước tại từng trạm bơm và định lượng được lượng nước thiếu hụt trong các kịch bản xả của hồ chứa.

3. Hoạt động chuyển dòng của thủy điện Đăk Mi 4 ảnh hưởng thế nào đến nguồn nước sông Vu Gia? Thủy điện Đăk Mi 4 ngăn dòng trên thượng nguồn sông Cái (nhánh chính sông Vu Gia) và chuyển nước sang lưu vực sông Thu Bồn để tạo cột nước phát điện. Việc này làm suy giảm đáng kể lưu lượng tự nhiên đổ về sông Vu Gia, khiến lưu lượng mùa cạn tại trạm Ái Nghĩa bị sụt giảm mạnh, gây cạn kiệt nguồn nước tưới và gia tăng độ mặn tại hạ du Đà Nẵng.

4. Ngành kinh tế nào tiêu thụ nguồn nước mặt lớn nhất trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn? Ngành nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất với hơn 70% tổng nhu cầu nước toàn lưu vực, phục vụ tưới tiêu trực tiếp cho 63.853 ha lúa và hoa màu qua hệ thống 820 công trình thủy lợi. Nhu cầu cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt của 1,73 triệu dân tuy chiếm tỷ lệ nhỏ hơn nhưng đòi hỏi độ an toàn và chất lượng nước ngọt cao liên tục.

5. Giải pháp cấp bách nào giúp bảo đảm an toàn cấp nước sinh hoạt cho thành phố Đà Nẵng? Giải pháp cấp bách hàng đầu là duy trì xả liên tục lưu lượng tối thiểu 45 m³/s từ hồ chứa thủy điện A Vương và Đăk Mi 4 về sông Vu Gia kết hợp vận hành đập ngăn mặn tạm trên sông Cẩm Lệ. Biện pháp này giữ cho mực nước tại Ái Nghĩa trên 2,75 m, đẩy lùi độ mặn dưới ngưỡng 0,25 g/l tại trạm thu nước thô Cầu Đỏ.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ đã giải quyết thành công bài toán đánh giá định lượng khả năng cấp nước trên dòng chính lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thông qua những đóng góp nổi bật:

• Đánh giá toàn diện bức tranh biến động tài nguyên nước với sự phân hóa sâu sắc khi mùa cạn kéo dài 9 tháng chỉ đóng góp 32,2% – 38,9% tổng lượng dòng chảy năm.
• Thiết lập và kiểm định thành công bộ thông số mô hình thủy lực MIKE 11 đạt độ chính xác cao ($R^2 > 0,86$) trên hệ thống mạng sông phức tạp dài 396 km.
• Xác định chuẩn xác ngưỡng lưu lượng xả tối thiểu cần duy trì từ các hồ chứa thượng nguồn (đạt 45 m³/s tại Ái Nghĩa) để bảo đảm dòng chảy môi trường và chống mặn.
• Cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy giúp giải quyết dứt điểm mâu thuẫn lợi ích giữa phát điện thượng lưu và cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp cho 1,73 triệu dân hạ du.
• Đề xuất gói giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ, mở đường cho việc xây dựng cơ chế quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực liên tỉnh.

Trong giai đoạn 2016–2025, các cơ quan quản lý cần tiếp tục cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng và tích hợp mô-đun lan truyền chất lượng nước (MIKE 11 WQ) vào quy trình điều hành. Hãy áp dụng ngay các công cụ mô hình toán hiện đại vào thực tiễn quản lý lưu vực sông để bảo đảm an ninh tài nguyên nước và phát triển bền vững cho khu vực miền Trung.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA LƯU VỰC SÔNG TRÊN THẾ GIỚI Trên thế giới có nhiều những dự án đánh giá khả năng cấp nước, chuyển nước giữa các lưu vực và các tiểu lưu vực, một số dự án đã được tiến hành như sau: a) Chuyển nước để tăng khả năng cấp nước ở miền Tây nước Mỹ Miền Tây nước Mỹ là khu vực có nhiều kinh nghiệm trong việc chuyển nước, trường hợp điển hình với lưu vực sông Colorado chuyển nước diễn ra trong nội bộ lưu vực được thực hiện với 2 mục tiêu chủ yếu: - Chia sẻ nguồn nước nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực: hiện nay vùng thượng lưu sông Colorado (bao gồm các tiểu bang Colorado, Utah and Wyoming của Mỹ) đã chuyển 1,8 tỷ m3/ năm để đảm bảo dòng chảy môi trường và đẩy mặn cho khu vực phía hạ lưu (trong đó chủ yếu là Mê hi cô). Bên cạnh đó Mỹ còn hỗ trợ xây dựng nhà máy xử lý mặn ở khu vực hạ lưu. Thoả thuận này đạt được sau 22 năm đàm phán giữa Mỹ và Mê hi cô. - Chuyển nước từ nơi có giá trị sử dụng nước thấp sang nơi có giá trị sử dụng nước cao: cũng trong lưu vực sông Colorado nguồn nước xem xét được chuyển từ khu vực sử dụng nước cho nông nghiệp sang khu vực sử dụng nước cho công nghiệp và đô thị.

b) Đánh giá khả năng cấp nước liên lưu vực ở Tây Ban Nha Việc chuyển nước ở Tây Ban Nha được thực hiện giữa các lưu vực Tagus – Segura – Ebro. Lưu vực Segura là khu vực có ngành nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo nhưng lại thiếu nước trầm trọng. Để giảm mức độ căng thẳng về nước trên lưu vực Segura chính phủ đã quyết định chuyển nước từ lưu vực Tagus và Ebro để bổ sung cho lưu vực Segura (gồm cả nước mặt và nước dưới đất). Hiệu quả rõ rệt của việc chuyển nước là giảm được 50% mức độ căng thẳng về nước trên lưu vực Segura.

Tuy nhiên, việc chuyển nước này đã làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái trên lưu vực Tagus và Ebro là nguyên nhân gây ra những vấn đề xã hội. Đó là sự phản đối mạnh mẽ của khu tự trị Aragon thuộc lưu vực Ebro, ảnh hưởng tới khai thác sử dụng cho người dân khu vự đồng bằng Ebro, một số số nhà khoa học đã phản đối về những vấn đề về môi trường do việc chuyển nước là những nguyên nhân gây ra những cuộc biểu tình lớn ở Tây Ban Nha. 3 Đề tài: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN c) Đánh giá khả năng cấp nước bằng việc chuyển nước lưu vực sông ở Trung Quốc Do khí hậu miề n Bắc Trung Quốc thường khô hạn hơn miề n Nam và sông Dương Tử có lượng nước lớn hơn sông Hoàng Hà. Do đó, dự án chuyể n nước Nam - Bắc có mục đích điề u hòa lượng nước lúc sông Hoàng Hà vào mùa khô bằng cách đào một con kênh lớn từ miề n Nam lên miề n Bắc có hai điể m đầu cuối là hai con sông trên.

Hệ thống công triǹ h chuyể n nước từ lưu vực sông Dương Tử lên vùng phía Bắc sông Hoàng Hà – là nơi ngày càng thiế u nước đang được triể n khai khẩn trương. Đây là hệ thống công trình thủy lợi rất lớn, được mệnh danh là “Vạn lý trường thành” trong lĩnh vực nước. Có 3 tuyế n chuyể n nước: tuyế n phía Tây, tuyế n giữa và tuyế n phía Đông. Mỗi tuyế n có chiề u dài khoảng 15.000 km, gồm những đoạn kênh đào hoặc đắp nổ i trên mặt đất, những tuynen xuyên qua núi và những tuynen xuyên qua phía đáy sông.

Xây dựng bắt đầu vào năm 2002 và các dòng Đông và Trung sẽ được hoàn thành vào năm 2014 và sẽ chuyể n gần 36 tỷ m3 nước mỗi năm từ lưu vực sông Dương Tử và vận chuyể n lên phía bắc. - Tuyế n phía Đông dài 1.426 km, xuất phát từ tỉnh Hồ Bắc, qua Hà Nam lên tỉnh Sơn Đông. Một công triǹ h lớn và phức tạp về kỹ thuật là tuynen dẫn nước vượt sông Hoàng Hà tại tỉnh Hà Nam. Đáy lòng sông Hoàng Hà là các lớp đất yế u.

Công triǹ h gồm 2 tuynen trụ tròn song song, khoảng cách 28m (tính từ tâm), đường kính mỗi tuynen là 7m, thành vách cốt thép dày 45cm. Lưu lượng qua tuynen là 265 m3/s. Sử dụng công nghệ và thiế t bi ̣ của CHLB Đức. Giai đoạn đầu của tuyế n miề n đông chuyể n nước sông Trường Giang ở tỉnh Giang Tô tới Sơn Đông dọc theo Đại Vận Hà từ Hàng Châu tới Bắc Kinh, theo Nhật Báo Trung Quốc cho biế t.

Tuyế n miề n đông được thiế t kế để giảm thiể u thiế u nước của miề n Bắc khô hạn có chi phí trên 50 tỉ NDT (8,2 tỉ USD). Việc vận nước sẽ có lợi cho 100 triệu người khi cung cấp tối đa 8,77 tỉ mét khối nước hàng năm tới các tỉnh miề n đông của Giang Tô, An Huy và Sơn Đông. Khối lượng nước cung ứng sẽ được điề u chỉnh hàng năm tùy theo mức thiế u hụt ở tỉnh và các dòng phụ (chỉ lưu) thuộc mạn trên của tuyế n. - Giai đoạn đầu của tuyế n giữa dự kiế n sẽ hoàn thành trong năm nay.

Nó sẽ chuyể n nước từ hồ chứa Đơn Giang Khẩu ở Hà Bắc tới các thành phố miề n bắc như Bắc Kinh, Thiên Tân, Thạch Gia Trang và Trinh ̣ Châu, bắt đầu từ năm sau 2014. 4 Đề tài: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN - Tuyế n miề n Tây sẽ hỗ trợ nước cho sông Hoàng Hà với lượng nước từ thượng lưu sông Trường Giang, hiện vẫn còn đang lập kế hoạch.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA LƯU VỰC SÔNG Ở VIỆT NAM Đối với Việt Nam, nơi có tiềm năng nguồn nước phong phú nhưng do tính chất phân mùa sâu sắc nên thường xuyên xuất hiện tình trạng khô hạn cục bộ, nhiều năm tình hình khô hạn lan rộng ra cả vùng rộng lớn như năm 2012-2013 trên địa bàn Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Cũng như việc nghiên cứu trên thế giới, nghiên cứu về cấp nước trong mùa cạn cũng như nghiên cứu về khả năng chống hạn hán ở Việt Nam chủ yếu tập trung đến hạn khí tượng, hạn thủy văn và hạn nông nghiệp và một số đề tài nghiên cứu về hạn kinh tế - xã hội. Để tăng khả năng cấp nước cho nông nghiệp vào mùa khô, giảm lũ vào mùa mưa.

Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện đã được tiến hành xây dựng rất sớm, đầu thế kỷ 20 người Pháp đã xây dựng đập Bái Thượng trên sông Chu (Thanh Hóa), hệ thống thủy nông Liễn Sơn(Vĩnh Phúc). Ngày nay, đã có nhiều công trình lớn được xây dựng như hồ Dầu Tiếng (Tây Ninh), đập Định Bình (Bình Định), Cửa Đạt (Thanh Hóa), Phú Ninh (Quảng Nam), Kẻ Gỗ (Nghệ An) v. Song song với các công trình thủy lợi, chúng ta cũng xây dựng các công trình thủy điện lớn như: thủy điện Thác Bà, Hòa Bình, Trị An, Yaly, sông Hinh, Tuyên Quang, rồi đến thủy điện lớn nhất khu vực Đông Nam Á là Sơn La và thủy điện Lai Châu, Huội Quảng, Bản Chát, sông Ba Hạ, An Khê- Ka Nawsk, và sau đó là các công trình thủy điện lớn ở Quảng Nam như A Vương, sông Tranh 2, sông Côn, Đắk My 4, sông Bung 2, sông Bung 4. Việc xây dựng các công trình thủy lợi đã mang lại một số lợi ích cho xã hội như: khống chế được lũ, cấp nước tưới cho mùa kiệt vùng đồng bằng sông Hồng.

Nhưng ngược lại thì các hồ chứa cũng gây ra một số ảnh hưởng như: i) Cường độ, tốc độ lũ truyền xuống hạ du, khả năng ngập lụt ở hạ du sẽ tăng lên nếu vận hành các hồ chứa không khoa học; ii) Giảm lượng phù xa xuống hạ lưu làm suy thoái đất trồng trọt; iii) làm gia tăng xâm nhập mặn, giảm mực nước ngầm, tình trạng hạn hán ở hạ du do các hồ chứa chuyển nước sang lưu vực khác hay tích nước. Một số dự án đã được thực hiện ở Việt Nam về việc chuyển nước được thống kê như sau: 1. Dự án chuyển nước từ hồ Sông Móng về hồ Đu Đủ và Tân Lập: Dự án chuyể n nước từ hồ Sông Móng về hồ Đu Đủ và hồ Tân Lập, huyê ̣n Hàm Thuận Nam được Chủ tich ̣ UBND tỉnh Bình Thuận ký quyế t đinh ̣ 5 Đề tài: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN phê duyê ̣t tháng 10/2010, với tổng mức đầu tư gần 68,6 tỷ đồ ng từ nguồ n vốn Trung ương hỗ trợ và các nguồ n vốn huy động khác. Về quy mô đầu tư và phương án thiế t kế , bao gồ m kênh chuyể n nước hồ Sông Móng - Đu Đủ - Tân Lập, có chiề u dài 2 đoạn làm mới 20.817 m, bờ tả kênh kế t hợp làm đường giao thông và quản lý.

Ngoài ra, các công trình trên kênh chuyể n nước bao gồ m đoạn kênh từ hồ Sông Móng - hồ Đu Đủ (22 công trình); đoạn nâng cấp, mở rộng kênh chin ́ h Đu Đủ (1 công triǹ h); đoạn kênh từ hồ Đu Đủ - hồ Tân Lập (5 công trình) và bể chứa nước thô sinh hoạt cho nhà máy nước Tân Lập. Tổng diêṇ tích sử du ̣ng đất của dự án 69 ha. Dự án có thể sử du ̣ng nguồ n nước từ hồ Sông Móng chuyể n về hồ Tân Lập để cấp nước sinh hoạt cho 3.500 hộ dân tại xã Tân Lập và trung tâm huyê ̣n Hàm Thuận Nam trong mùa khô. Về lâu dài, công trình sẽ chuyể n nước để phu ̣c vu ̣ phát triể n kinh tế - xã hội đa mu ̣c tiêu cho điạ phương với 4,660 triê ̣u m3/năm.

Đồ ng thời, khi hồ Sông Móng được bổ sung từ nguồ n nước của hồ Ka Pét và hồ La Ngà 3 theo quy hoạch, dự án sẽ đảm nhận thêm viê ̣c cấp nước cho trên 4.000 ha đất sản xuất nông nghiê ̣p của một số xã trên điạ bàn Hàm Thuận Nam. Dự án thủy điện An Khê – Ka Nak: Dự án thủy điện An Khê - Ka Nak theo thiết kế chuyển lượng nước khoảng 10% từ lưu vực sông Ba sang sông Kôn nhằm khai thác lợi thế chênh cao địa hình tự nhiên giữa hai lưu vực.