CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về các giải pháp cấp nước trên lưu vực sông 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Tài nguyên nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo nhưng cũng có thể bị cạn kiệt tùy vào tốc độ khai thác của con người và khả năng tái tạo của môi trường. Ngày nay, sử dụng nước cho mọi hoạt động đã trở nên phổ biến.
Tuy nhiên, việc sử dụng khai thác nguồn tài nguyên này gây ra những hậu quả ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn tài nguyên nước. Khi con người bắt đầu trồng trọt và chăn nuôi thì đồng ruộng dần dần phát triển ở miền đồng bằng màu mỡ, kề bên lưu vực các con sông lớn. Lúc đầu cư dân còn ít và nước thì đầy ắp trên các sông hồ, đồng ruộng, cho dù có gặp thời gian khô hạn kéo dài thì cũng chỉ cần chuyển cư không xa lắm là tìm được nơi ở mới tốt đẹp hơn. Vì vậy, nước được xem là nguồn tài nguyên vô tận và cứ như thế qua một thời gian dài, vấn đề nước chưa có gì là quan trọng.
Tình hình thay đổi nhanh chóng khi cuộc cách mạng công nghiệp xuất hiện và càng ngày càng phát triển như vũ bão. Hấp dẫn bởi nền công nghiệp mới ra đời, từng dòng người từ nông thôn đổ xô vào các thành phố và khuynh hướng này vẫn còn tiếp tục cho đến ngày nay. Ðô thị trở thành những nơi tập trung dân cư quá đông đúc, tình trạng này tác động trực tiếp đến vấn đề về nước càng ngày càng trở nên nan giải. Nhu cầu nước càng ngày càng tăng theo đà phát triển của nền công nghiệp, nông nghiệp và sự nâng cao mức sống của con người.
Theo sự ước tính, bình quân trên toàn thế giới có chừng khoảng 40% lượng nước cung cấp được sử dụng cho công nghiệp, 50% cho nông nghiệp và 10%cho sinh hoạt. Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng lại thay đổi tùy thuộc vào sự phát triển của mỗi quốc gia. Thí dụ: Ở Hoa Kỳ, khoảng 44% nước được sử dụng cho công nghiệp, 47% sử dụng cho nông nghiệp và 9% cho sinh hoạt và giải trí (Chiras, 1991). Ở Trung Quốc thì 7% nước được dùng cho công nghiệp, 87% cho công nghiệp, 6% sử dụng cho sinh hoạt và giải trí.
Nhu cầu về nước trong công nghiệp: Sự phát triển càng ngày càng cao của nền công nghiệp trên toàn thế giới càng làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối 13 với một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất., chỉ 5 ngành sản xuất này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước sử dụng cho công nghiệp. Thí dụ: cần 1.700 lít nước để sản xuất một thùng bia chừng 120 lít, cần 3.000 lít nước để lọc một thùng dầu mỏ chừng 160 lít, cần 300.000 lít nước để sản xuất 1 tấn giấy hoặc 1,5 tấn thép, cần 2.000 lít nước để sản xuất 1 tấn nhựa tổng hợp. Theo đà phát triển của nền công nghiệp hiện nay trên thế giới có thể dự đoán đến năm 2000 nhu cầu nước sử dụng cho công nghiệp tăng 1.900 km3/năm có nghĩa là tăng hơn 60 lần so với năm 1900. Phần nước tiêu hao không hoàn lại do sản xuất công nghiệp chiếm khoảng từ 1 - 2% tổng lượng nước tiêu hao không hoàn lại và lượng nước còn lại sau khi đã sử dụng được quay về sông hồ dưới dạng nước thải chứa đầy những chất gây ô nhiễm (Cao Liêm, Trần đức Viên - 1990 ).
Nhu cầu về nước trong nông nghiệp: Sự phát triển trong sản xuất nông nghiệp như sự thâm canh tăng vụ và mở rộng diện tích đất canh tác cũng đòi hỏi một lượng nước ngày càng cao.Lvovits (1974), trong tương lai do thâm canh nông nghiệp mà dòng chảy cả năm của các con sông trên toàn thế giới có thể giảm đi khoảng 700 km3/năm. Phần lớn nhu cầu về nước được thỏa mãn nhờ mưa ở vùng có khí hậu ẩm, nhưng cũng thường được bổ sung bởi nước sông hoặc nước ngầm bằng biện pháp thủy lợi nhất là vào mùa khô. Người ta ước tính được mối quan hệ giữa lượng nước sử dụng với lượng sản phẩm thu được trong quá trình canh tác như sau: để sản xuất 1 tấn lúa mì cần đến 1.500 tấn nước, 1 tấn gạo cần đến 4.000 tấn nước và 1 tấn bông vải cần đến 10. Sở dĩ cần số lượng lớn nước như vậy chủ yếu là do sự đòi hỏi của quá trình thoát hơi nước của cây, sự bốc hơi nước của lớp nước mặt trên đồng ruộng, sự trực di của nước xuống các lớp đất bên dưới và phần nhỏ tích tụ lại trong các sản phẩm nông nghiệp.
Dự báo nhu cầu về nước trong nông nghiệp đến năm 2000 sẽ lên tới 3.400 km3/năm, chiếm 58% tổng nhu cầu về nước trên toàn thế giới. Nhu cầu về nước Sinh hoạt và giải trí: Theo sự ước tính thì các cư dân sinh sống kiểu nguyên thủy chỉ cần 5-10 lít nước/ người/ ngày. Ngày nay, do sự phát triển của xã hội loài người ngày càng cao nên nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí 14 ngày cũng càng tăng theo nhất là ở các thị trấn và ở các đô thị lớn, nước sinh hoạt tăng gấp hàng chục đến hàng trăm lần nhiều hơn. Theo sự ước tính đó thì đến năm 2000, nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí sẽ tăng gần 20 lần so với năm 1900, tức là chiếm 7% tổng nhu cầu nước trên thế giới (Cao Liêm, Trần đức Viên - 1990).
Nước là nhu cầu quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội, bao gồm 3 lĩnh vực chủ yếu: nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng. Trên thế giới cũng như ở ta nhu cầu nước cả 3 lĩnh vực trên đều tăng rất nhanh. Theo thống kê của Liên hợp quốc trên thế giới tình hình trên được minh hoạ như hình 1-1.1: Sự gia tăng tổng lượng nước sử dụng hàng năm và tổng lượng nước sử dụng hàng năm cho các lĩnh vực dùng nước Qua các nghiên cứu trên, có thể thấy các hoạt động phát triển của con người ngày càng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống của chúng ta, đặc biệt là các khu dân cư ở hạ lưu các lưu vực sông. Do đó, cần thiết phải có những nghiên cứu chuyên sâu, chi tiết để có thể đánh giá đúng và đầy đủ tác động của các hoạt động kinh tế đến hệ thống cấp nước nói riêng và đến vấn đề quản lý, bảo vệ và sử dụng hợp lý, bền vững tài nguyên nước trên thế giới nói chung.
Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta tình hình sử dụng nước trước mắt và trong tương lai của vùng đồng bằng sông Hồng như bảng 1-1, 1-2, 1-3. 15 Như vậy hiện tại cũng như trong tương lai, nhu cầu nước cho nông nghiệp vẫn ở vị trí chủ yếu. Và sự gia tăng nhu cầu nước vẫn rất đáng kể (gần 2 lần đến năm 2012). Như vậy tuy hệ thống thuỷ nông là hệ thống đa mục tiêu nhưng mục tiêu nông nghiệp vẫn là chính.1: Tình hình sử dụng nước vùng đồng bằng sông Hồng theo KC-12 (triệu m3) Năm 1990 Năm 2000 Năm 2010 Nông nghiệp Nông nghiệp Nông nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Dịch vụ Dịch vụ Dịch vụ Tổng Tổng Tổng 10018,0 10778,0 11633,0 13749,0 12361,0 2531,0 3918,0 19800 222,5 537,5 1267 849 Bảng 1.2: % sử dụng nước ở đồng bằng sông so với tổng lượng nước sử dụng qua các năm Năm 1990 Năm 2000 Năm 2010 Nông nghiệp Nông nghiệp Nông nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Dịch vụ Dịch vụ Dịch vụ Tổng Tổng Tổng 93 2 5 100 85 6 9 100 66 14 20 100 Bảng 1.3: Mức độ gia tăng lượng nước cho nông nghiệp (lần) so với năm 1990 Năm 1990 Năm 2000 Năm 2010 1 1,4 1,97 Với mục tiêu đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng nền kinh tế độc lập tự chủ, đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020; muốn vậy trước hết nông nghiệp và nông thôn phải phát triển lên một trình độ mới bằng việc đổi mới cơ cấu cây trồng, vật nuôi, tăng giá trị thu được trên một đơn vị diện tích, ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ; phát triển công nghiệp, dịch vụ, các làng nghề ở nông thôn, tạo nhiều việc làm mới.
16 Để đáp ứng những mục tiêu đó, công tác thuỷ lợi phục vụ sản xuất nông-lâm- ngư-diêm nghiệp và kinh tế nông thôn đang đứng trước những thời cơ và thách thức mới. Đó là việc đảm bảo nước để ổn định khoảng 4 triệu ha đất có điều kiện sản xuất lúa, giữ vững an ninh lương thực với sản lượng lương thực có hạt khoảng 40 triệu tấn vào năm 2010; có các giải pháp thuỷ lợi hiệu quả phục vụ cho 3 triệu ha cây công nghiệp và cây ăn quả lâu năm, khoảng 1,2 triệu ha cây công nghiệp hàng năm; cung cấp nước cho các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp, các làng nghề nông thôn, cung cấp nước sạch cho cư dân nông thôn; xây dựng các hệ thống cung cấp nước để làm muối chất lượng cao và nuôi trồng thuỷ, hải sản với qui mô lớn; xử lý nước thải từ các vùng nuôi trồng thuỷ sản tập trung, từ các làng nghề, từ các cơ sở sản xuất công nghiệp dịch vụ ở nông thôn. Theo đánh giá của Liên hiệp quốc, trong thế kỷ 20 dân số thế giới tăng lên 3 lần trong khi tài nguyên nước được khai thác tăng lên 7 lần. Với tốc độ tăng dân số như hiện nay, dân số thế giới được dự báo là 8 tỷ người năm 2020 và 10 tỷ vào năm 2050.
Như vậy, nhu cầu về nước sẽ tăng 650% trong vòng 30 năm tới. Đến năm 2025 sẽ có trên 3,5 tỷ người trên hành tinh sống trong điều kiện khan hiếm nước. Nước ta có tài nguyên nước ở mức trung bình của thế giới. Lượng nước phát sinh trên lãnh thổ bình quân đầu người khoảng 4100 m3/năm vào năm 2000.
Với tốc độ tăng dân số hiện nay, lượng nước bình quân đầu người tiếp tục giảm 18-20% sau mỗi thập kỷ. Do chịu ảnh hưởng mạnh của địa hình và giao lưu giữa 2 hệ thống gió mùa đông bắc và tây nam, lượng mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian. Mùa mưa chiếm 75-85% lượng mưa cả năm. Trong khi mùa khô lương mưa rất nhỏ, nhiều tháng không mưa.
Về mặt không gian, có những vùng lượng mưa đạt 3000- 5000mm/năm, trong khi có vùng dưới 1000mm/năm. Sự chênh lệch từ 3-5 lần. Mưa phân bố không đều nên dòng chảy mặt là sản phẩm của mưa phân bố cũng không đều.