Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ thủy văn học với đề tài "Nghiên cứu phân bổ hợp lý nguồn nước mặt cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn" được tác giả Thân Văn Đón thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lã Văn Chú và TS. Tống Ngọc Thanh tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (Bộ Tài nguyên và Môi trường), bảo vệ năm 2021 (Mã số chuyên ngành: 9440 224).
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn đang chịu áp lực nghiêm trọng về tài nguyên nước trong mùa khô. Theo đánh giá sơ bộ trong luận án, gần 95% lượng nước tại các tiểu lưu vực thượng nguồn chảy xuống đồng bằng giữ vai trò thiết yếu đối với an ninh nguồn nước, sinh hoạt và các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, tác động của biến đổi khí hậu, hiện tượng suy giảm dòng chảy kiệt, nắng nóng kéo dài và lượng mưa sụt giảm đã làm gia tăng nguy cơ hạn hán, thiếu nước.
Bên cạnh đó, áp lực từ gia tăng dân số, đô thị hóa, phát triển công nghiệp, tình trạng chặt phá rừng đầu nguồn và khai thác cát sỏi trái phép đã làm suy giảm khả năng sinh thủy và điều tiết tự nhiên. Sự phát triển dày đặc của các nhà máy thủy điện bậc thang ở thượng nguồn (như A Vương, Sông Bung 4, Đăk Mi 4, Sông Tranh 2) dẫn đến mâu thuẫn phức tạp giữa mục tiêu phát điện và nhu cầu dùng nước ở hạ du (sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, duy trì hệ sinh thái, đẩy mặn). Việc phân bổ nguồn nước hiện nay vẫn mang nặng tính hành chính theo ngành riêng lẻ, thiếu căn cứ khoa học tường minh về thứ tự ưu tiên và tỷ lệ phân bổ cụ thể khi xảy ra hạn hán, thiếu nước.
Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng cơ sở khoa học dựa trên các quy định pháp lý hiện hành để thực hiện phân bổ nguồn nước mặt hợp lý giữa các vùng và các đối tượng sử dụng nước trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.
- Đề xuất phương án phân bổ nguồn nước mặt hợp lý cùng các giải pháp, cơ chế sử dụng, quản lý, khai thác bền vững tài nguyên nước mặt trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.
Câu hỏi nghiên cứu
- Hiện tại và tương lai, nguồn nước mặt ở lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn có đủ đáp ứng nhu cầu cho các hộ khai thác sử dụng nước hay không?
- Trong trường hợp thiếu nước thì tỷ lệ phân bổ là bao nhiêu và thứ tự ưu tiên cho các vùng, các hộ dùng nước trên lưu vực như thế nào (sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, môi trường sinh thái, thủy điện), đồng thời sự phối hợp và cơ chế chia sẻ lợi ích, trách nhiệm trong khai thác, sử dụng nước được thiết lập ra sao?
Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Do lượng nước trong lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn phân bố không đồng đều theo không gian và thời gian, không phù hợp với nhu cầu sử dụng nước của con người, dẫn đến sức ép và căng thẳng về nguồn nước, gây ra mâu thuẫn sử dụng nước giữa các vùng, các địa phương, các ngành, cũng như làm thay đổi chức năng tự nhiên của các nhánh sông.
- Luận điểm 2: Để quản lý, phân bổ hợp lý nguồn nước mặt cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, cần xác định được lượng nước có thể phân bổ, nhu cầu sử dụng nước hiện tại và tương lai, thứ tự ưu tiên, tỷ lệ phân bổ phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội trong lưu vực sông, bảo vệ môi trường và tuân thủ Luật Tài nguyên nước hiện hành.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước mặt trên hệ thống lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.
- Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn với tổng diện tích tự nhiên là 10.350 km², trải rộng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng và một phần tỉnh Kon Tum (560,5 km²), có tọa độ địa lý từ 14°55' đến 16°03' vĩ độ Bắc và từ 107°15' đến 108°24' kinh độ Đông.
- Phạm vi thời gian: Đánh giá chuỗi số liệu thủy văn nhiều năm (1977 - 2016), hiện trạng khai thác sử dụng nước năm 2014/2016, dữ liệu điều tra thực địa năm 2017 và tính toán dự báo phân bổ nước đến năm 2030.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trên thế giới
Tác giả điểm lại lịch sử phân bổ nguồn nước từ thiên niên kỷ thứ 3 trước Công nguyên gắn với các nền văn minh lưu vực sông Nile (Ai Cập), Tigris và Euphrates (Babylon với Bộ luật Hammurabi 1795 - 1750 TCN quy định quyền dẫn nước), Harappan (sông Indus), Thương - Chu (sông Hoàng Hà). Ở quy mô quốc tế, các cơ sở pháp lý nền tảng gồm Bộ Quy tắc Helsinki năm 1966 và Công ước về Luật sử dụng các nguồn nước quốc tế cho các mục đích phi hàng hải năm 1997.
Về kinh nghiệm phân bổ thực tế tại các lưu vực sông điển hình:
- Lưu vực sông Colorado (Mỹ - Mexico): Thực hiện phân bổ theo Hiệp ước sông Colorado (1922, 2012), quy định phân chia lượng nước cố định giữa 4 bang thượng lưu và 3 bang hạ lưu (9,25 tỷ m³ trong 10 năm) và cấp cho Mexico (1,85 tỷ m³/năm). Hạn chế của hiệp ước là thiếu cơ chế điều chỉnh linh hoạt theo trữ lượng thực tế hàng năm và chưa phân bổ cho dòng chảy môi trường.
- Lưu vực sông Indus (Ấn Độ - Pakistan): Hiệp ước Quản lý sông xuyên quốc gia năm 1960/1996 phân chia tổng lượng nước khoảng 144 tỷ m³ cho các tỉnh (như Punjab: 55 tỷ m³), quy định mức dòng chảy môi trường trung bình 10 MAF nhưng còn hạn chế trong việc dự báo nhu cầu dài hạn.
- Lưu vực sông Incomati (Nam Phi - Mozambique - Swaziland): Áp dụng mô hình kinh tế - thủy văn để tái phân bổ nguồn nước theo thứ tự ưu tiên, kết hợp đánh giá hiệu quả kinh tế và đảm bảo dòng chảy tối thiểu sinh thái.
- Lưu vực sông Murray-Darling (Úc): Tổ chức CSIRO phân chia lưu vực thành 18 tiểu vùng, sử dụng hệ thống mô hình MIKE BASIN, GMS và SEEWAT để tính toán cân bằng nước và đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến năm 2030. Phân bổ này đã cắt giảm 20% lượng nước cấp cho kinh tế để phục hồi hệ sinh thái sông, đi kèm chương trình chi 3,1 tỷ đô la Úc mua lại quyền khai thác nước.
- Lưu vực sông Lerma-Chapala (Mexico): Ứng dụng mô hình động thái LERMA gồm 6 module (mưa - dòng chảy, cân bằng hồ chứa, nước dưới đất, tính toán nhu cầu nước đô thị - nông nghiệp, chất lượng nước xác định BOD và photpho, nguyên tắc phân bổ) để mô phỏng 17 tiểu lưu vực và 9 hồ chứa.
Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, các nghiên cứu phân bổ nguồn nước phát triển gắn liền với các quy định của Nghị định 120/2008/NĐ-CP và Luật Tài nguyên nước năm 2012:
- Tô Trung Nghĩa và nnk (2006, 2008), Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam (2009), Ringler & Huy (2004) ứng dụng mô hình GAMS để tối ưu hóa phân bổ nguồn nước cho lưu vực sông Đồng Nai và sông Hồng.
- Nguyễn Văn Thắng (2010), Ngô Đình Tuấn (2010), Nguyễn Mậu Văn (2000) nghiên cứu các giải pháp khôi phục và phát triển nguồn nước lưu vực sông.
- Trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, các công trình của Viện Quy hoạch Thủy lợi (2002, 2008, 2009, 2010), ADB - MONRE - EVN (2008), Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia (2014, 2015), Lê Thế Trung và nnk (2016), Cục Quản lý tài nguyên nước (2019), Thân Văn Đón (2020) đã sử dụng kết hợp mô hình NAM và MIKE BASIN tính toán cân bằng nước theo từng đối tượng.
- Dương Văn Khánh (2011) xác định bộ tiêu chí xây dựng quy hoạch tài nguyên nước sông Ba; Nguyễn Chí Công (2014) xây dựng cơ chế chia sẻ nguồn nước trên sông Đồng Nai theo tần suất 75% và 85%; Nguyễn Ngọc Hà (2016) ứng dụng mô hình WEAP, WRAM và LINGO xác định giá trị kinh tế của nước trên sông Vệ; Trần Thị Diễn (2020) nghiên cứu cơ chế chia sẻ lợi ích, trách nhiệm các hồ chứa thủy điện lớn trên sông Vu Gia - Thu Bồn; Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường (2015) xác định khả năng chịu tải và dòng chảy tối thiểu sông Vu Gia - Thu Bồn; Huỳnh Thị Lan Hương (2009) xây dựng hệ thống hỗ trợ kỹ thuật giải quyết tranh chấp tài nguyên nước.
Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết
- Cơ chế, chính sách quản lý và phân bổ nước mặt chưa đưa ra được các tiêu chí và tỷ lệ chia sẻ cụ thể, hài hòa giữa các ngành trong điều kiện kiệt hạn.
- Quy trình và các bước phân bổ nguồn nước mặt trên quy mô toàn lưu vực chưa được chuẩn hóa rõ ràng; thiếu công cụ kỹ thuật xác định tường minh lượng nước có thể phân bổ sau khi đã trừ đi dòng chảy tối thiểu và nhu cầu sinh hoạt thiết yếu.
- Các phương án phân bổ trước đây chủ yếu dựa trên mệnh lệnh hành chính, thiếu các phân tích định lượng theo kịch bản tần suất dòng chảy và thiếu ma trận tiêu chí đánh giá lựa chọn phương án tối ưu.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng
- Khái niệm nguồn nước và nước mặt: Xác định theo Luật Tài nguyên nước năm 2012.
- Lượng nước có thể phân bổ ($W_{pb}$): Được tính toán theo công thức cấu trúc:
$$W_{pb} = W_{sd} - W_{tt} - W_{ty}$$
Trong đó: $W_{sd}$ là lượng nước mặt có thể sử dụng; $W_{tt}$ là lượng nước cần thiết đảm bảo dòng chảy tối thiểu tại các mặt cắt khống chế; $W_{ty}$ là lượng nước đáp ứng nhu cầu sinh hoạt thiết yếu của dân cư.
- Tiếp cận hệ thống và phát triển bền vững: Phân tích quan hệ tương hỗ giữa 3 phân hệ (nguồn nước, sử dụng nước, quản lý tài nguyên nước) nhằm đáp ứng đồng thời ba trụ cột kinh tế, xã hội và môi trường theo không gian và thời gian.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn, hiện trạng khai thác công trình thủy lợi, thủy điện và phỏng vấn trực tiếp các đối tượng sử dụng nước trên địa bàn tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng từ ngày 15/7 đến 30/7/2017 trong khuôn khổ Đề tài TNMT.08.
- Phương pháp mô hình toán:
- Mô hình MIKE NAM: Mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên các tiểu lưu vực, phân chia lượng mưa lưu vực theo phương pháp đa giác Thiessen. Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số dòng chảy tại hai trạm thủy văn Nông Sơn (sông Thu Bồn) và Thành Mỹ (sông Vu Gia).
- Mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning System): Thiết lập sơ đồ mạng lưới phân bổ nguồn nước gồm các nguồn cung (sông, hồ chứa), các điểm phân bổ, các nút nhu cầu dùng nước (sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, thủy sản) và các đường truyền dẫn để tính toán cân bằng nước, mô phỏng các kịch bản phân bổ theo thứ tự ưu tiên và tỷ lệ cấp nước.
- Phương pháp phân tích ma trận tiêu chí: Đánh giá các phương án phân bổ dựa trên hệ thống tiêu chí về mức độ đáp ứng nhu cầu, mức độ thiếu hụt, tính khả thi và mức độ đảm bảo dòng chảy môi trường.
Nguồn cơ sở dữ liệu
- Tài liệu khí tượng, thủy văn thời kỳ 1977 - 2016 từ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia.
- Cơ sở dữ liệu GIS mạng lưới sông ngòi và địa hình tỷ lệ 1/50.000 từ Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam.
- Niên giám thống kê năm 2016 của tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng.
- Báo cáo Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội các giai đoạn đến năm 2020 và định hướng 2030 của tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng.
- Số liệu thực đo và tài liệu lưu trữ từ Đề tài cấp Bộ TNMT.08 (2017 - 2020).
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU PHÂN BỔ NGUỒN NƯỚC VÀ ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN
Chương 1 tổng hợp bức tranh toàn diện về tự nhiên, tài nguyên nước, kinh tế - xã hội và hiện trạng khai thác sử dụng nước trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.
1. Đặc điểm tự nhiên và mạng lưới sông ngòi
Lưu vực có 4 dạng địa hình: vùng núi (500 - 2.000 m), gò đồi lượn sóng (độ dốc 20° - 30°), đồng bằng tích tụ phù sa và cồn cát ven biển. Mạng lưới sông gồm hai trục chính:
- Sông Vu Gia: Bắt nguồn từ vùng núi Kon Tum và Quảng Nam, chiều dài đến cửa ra tại Đà Nẵng là 204 km (đến Cẩm Lệ 189 km, Ái Nghĩa 166 km, diện tích khống chế đến Ái Nghĩa là 5.180 km²). Các nhánh chính gồm sông Đăk Mi (Sông Cái, dài 129 km, diện tích 1.900 km²), sông Bung (dài 131 km, diện tích 2.530 km²), sông A Vương (dài 84 km, diện tích 898 km²), sông Con (dài 47 km, diện tích 627 km²).
- Sông Thu Bồn: Bắt nguồn từ khối núi Ngọc Linh (trên 2.000 m), dài 152 km đến Giao Thủy (diện tích 3.825 km²), đổ ra Biển Đông qua Cửa Đại. Các nhánh chính gồm sông Tranh (dài 196 km, diện tích 644 km²), sông Khang (dài 57 km, diện tích 609 km²), sông Trường (dài 29 km, diện tích 446 km²).
- Hệ thống có hai đoạn sông nối liên lạc thủy lực đặc thù: sông Quảng Huế chuyển nước từ Vu Gia sang Thu Bồn và sông Vĩnh Điện dẫn nước từ Thu Bồn trở lại Vu Gia.
| TT |
Tên sông |
Đổ vào |
Diện tích lưu vực (km²) |
Chiều dài sông (km) |
Độ cao TB lưu vực (m) |
Độ dốc lưu vực (%) |
Mật độ lưới sông (km/km²) |
| 1 |
Thu Bồn |
Cửa Đại |
10.350 |
205 |
552 |
25,5 |
0,47 |
| 2 |
Đắc Công |
Vu Gia |
142 |
25 |
1.390 |
26,6 |
0,42 |
| 3 |
Đắc Mê |
Vu Gia |
114 |
16 |
1.000 |
23,4 |
0,32 |
| 4 |
Đắc Se |
Vu Gia |
297 |
34 |
790 |
19,3 |
0,20 |
| 5 |
Giang |
Vu Gia |
496 |
57 |
670 |
23,7 |
0,27 |
| 6 |
Boung |
Vu Gia |
2.530 |
127 |
816 |
37,0 |
0,31 |
| 7 |
Kôn |
Vu Gia |
627 |
57 |
527 |
31,0 |
0,66 |
| 8 |
Ly Ly |
Thu Bồn |
279 |
36 |
204 |
5,7 |
0,26 |
| 9 |
Tuý Loan |
Vu Gia |
309 |
32 |
271 |
15,0 |
0,57 |
| 10 |
A Vương |
Bung |
898 |
81 |
817 |
40,0 |
0,37 |
| 11 |
Khang |
Thu Bồn |
609 |
28 |
210 |
20,4 |
1,10 |
2. Đặc trưng tài nguyên nước mặt
Tổng lượng dòng chảy năm trung bình giai đoạn 1977 - 2016 đạt khoảng 24 tỷ m³ (tương đương 24 km³), chiếm 2,6% tổng lượng dòng chảy cả nước và 6,8% tổng dòng chảy nội địa. Phân phối dòng chảy trong năm có tính phân mùa sâu sắc:
- Mùa lũ (tháng X - XII): Chiếm tới 63% tổng lượng dòng chảy năm, lưu lượng đạt đỉnh vào tháng XI. Lưu lượng lớn nhất năm thực đo tại Thành Mỹ đạt 3.778 m³/s (năm 1998), tại Nông Sơn đạt 5.600 m³/s (năm 1998) và tại Giao Thủy đạt 8.000 m³/s.
- Mùa cạn (tháng I - VIII): Chiếm 32% - 44% lượng dòng chảy năm, trong đó tháng kiệt nhất là tháng IV (chỉ chiếm 2% - 3% lượng cả năm). Riêng tháng IX là thời kỳ chuyển mùa, dòng chảy nhiều năm xuống rất thấp (năm 1988 tại Thành Mỹ chỉ đạt 11,5 m³/s). Tháng V - VI thường xuất hiện lũ tiểu mãn.
| Sông |
Trạm thủy văn |
Diện tích khống chế ($F_{lv}$, km²) |
Lượng mưa TB ($X_0$, mm) |
Lớp dòng chảy ($Y_0$, mm) |
Lưu lượng TB ($Q_0$, m³/s) |
Mô đun dòng chảy ($M_0$, l/s.km²) |
Tổng lượng dòng chảy ($W_0$, $10^9$ m³) |
| Vu Gia |
Thành Mỹ |
1.850 |
2.770 |
1.943 |
114 |
61,6 |
3,60 |
| Vu Gia |
Ái Nghĩa |
5.180 |
2.420 |
1.650 |
271 |
52,3 |
8,55 |
| Thu Bồn |
Nông Sơn |
3.150 |
3.300 |
2.393 |
254 |
75,9 |
7,54 |
| Thu Bồn |
Giao Thuỷ |
3.825 |
3.300 |
2.390 |
308 |
75,8 |
9,15 |
| Ly Ly |
- |
275 |
2.200 |
1.390 |
12,3 |
44,7 |
0,39 |
| Tuý Loan |
- |
309 |
2.000 |
1.224 |
12,0 |
38,8 |
0,38 |
3. Chế độ thủy triều và xâm nhập mặn
Cửa sông Hàn có chế độ bán nhật triều không đều (2,9 ngày nhật triều/tháng), Cửa Đại có chế độ nhật triều chiếm ưu thế (12,2 ngày nhật triều/tháng). Mùa khô, triều truyền sâu vào lục địa tới 35 km trên sông Thu Bồn. Ranh mặn 1‰ trên sông Vĩnh Điện xâm nhập sâu từ 15 đến 25 km (từ cầu Tứ Câu đến Thanh Quýt); trên sông Thu Bồn xâm nhập sâu 16 km đến cầu Câu Lâu; trên hệ thống Thu Bồn - Bà Rén ranh mặn 0,3 - 3‰ xâm nhập tới cầu Bà Rén (cách cửa biển 15,4 km).
4. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội và nhu cầu dùng nước
- Dân số: Năm 2016 đạt 1.518.000 người (mật độ trung bình 207 người/km²; nội thành Đà Nẵng 3.458 người/km², các huyện miền núi như Đông Giang, Tây Giang, Nam Giang chỉ từ 13 đến 30 người/km²). Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên toàn lưu vực là 1,5% (Quảng Nam 0,8%, Đà Nẵng 2,5%). Dự báo dân số năm 2030 đạt khoảng 2 triệu người.
- Nông nghiệp: Diện tích lúa Quảng Nam là 88.919 ha, ngô 13.730 ha (Đà Nẵng 610 ha), lạc 9.932 ha (Đà Nẵng 635 ha). Tổng đàn gia súc gồm 47.891 con trâu, 121.315 con bò, 447.835 con lợn.
- Công nghiệp: Quảng Nam có 5 KCN tập trung (Điện Nam - Điện Ngọc 390 ha, Đại Hiệp 170 ha, Đông Quế Sơn 26 ha...) và 7 cụm công nghiệp. Đà Nẵng có 6 KCN tập trung (Hòa Khánh 423,5 ha, Liên Chiểu 373,5 ha, KCN Đà Nẵng 63 ha, Hòa Khương 300 ha, Hòa Cầm 266 ha, Thọ Quang 77,3 ha) và 6 cụm công nghiệp với tỷ lệ lấp đầy trên 70%.
- Thủy điện: Sự vận hành của các nhà máy thủy điện lớn bậc thang (A Vương, Sông Bung 4, Đăk Mi 4 chuyển nước sang Thu Bồn, Sông Tranh 2) làm thay đổi chế độ dòng chảy hạ du, gây mâu thuẫn lớn trong việc cấp nước sinh hoạt cho Đà Nẵng tại Nhà máy nước Cầu Đỏ khi bị xâm nhập mặn.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHÁP LÝ VÀ KHOA HỌC VỀ PHÂN BỔ NGUỒN NƯỚC MẶT Ở LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN
Chương 2 thiết lập khung thể chế, nguyên tắc và công cụ tính toán phân bổ nguồn nước mặt.
- Cơ sở thể chế và pháp lý: Luận án dựa trên Luật Tài nguyên nước năm 2012, Chiến lược quốc gia về tài nguyên nước đến năm 2020 và Thông tư số 04/2020/TT-BTNMT quy định kỹ thuật lập quy hoạch tổng hợp lưu vực sông. Mối quan hệ giữa thể chế, chính sách, cơ chế điều hành và thực hiện ứng xử được chuẩn hóa thành sơ đồ chu trình quản lý.
- Nguyên tắc phân bổ: Đảm bảo an sinh xã hội, ưu tiên cao nhất cho sinh hoạt và dòng chảy môi trường; đảm bảo tính công bằng, hợp lý giữa các địa phương (Quảng Nam, Đà Nẵng); sử dụng tiết kiệm, hiệu quả; gắn kết giữa quyền lợi khai thác với nghĩa vụ bảo vệ nguồn nước và chia sẻ rủi ro khi cạn kiệt.
- Quy trình phân bổ nguồn nước mặt: Luận án đề xuất sơ đồ quy trình 4 bước:
- Bước 1: Phân vùng tính toán và xác định các điểm phân bổ trên dòng chính và nhánh sông.
- Bước 2: Xác định lượng nước có thể phân bổ ($W_{pb}$) thông qua việc đánh giá nguồn nước đến ($W_{sd}$), trừ đi lượng nước duy trì dòng chảy tối thiểu ($W_{tt}$) và nhu cầu sinh hoạt thiết yếu ($W_{ty}$).
- Bước 3: Tính toán nhu cầu dùng nước hiện trạng và tương lai (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, thủy sản).
- Bước 4: Thiết lập mô hình mô phỏng cân bằng nước MIKE NAM - WEAP, chạy các kịch bản ưu tiên và tỷ lệ phân bổ để chọn phương án tối ưu.
CHƯƠNG 3: PHÂN BỔ NGUỒN NƯỚC MẶT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHIA SẺ LỢI ÍCH, TRÁCH NHIỆM TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN
Chương 3 trình bày các kết quả tính toán phân bổ định lượng và các giải pháp thực thi.
- Kết quả mô phỏng thủy văn và lượng nước có thể phân bổ:
- Mô hình MIKE NAM sau khi hiệu chỉnh và kiểm định tại Nông Sơn và Thành Mỹ cho kết quả mô phỏng tốt dòng chảy đến các điểm phân bổ.
- Luận án xác định chi tiết lượng lũ không kiểm soát, lượng nước duy trì dòng chảy tối thiểu ($W_{tt}$) tại các mặt cắt kiểm soát hạ lưu hồ chứa và trạm thủy văn, lượng nước cấp thiết yếu ($W_{ty}$) cho dân số hiện trạng và năm 2030, từ đó tổng hợp bảng lượng nước có thể phân bổ hàng năm ($W_{pb}$) theo từng vùng.
- Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước:
- Tính toán nhu cầu nước cho sinh hoạt, trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, công nghiệp cho năm hiện trạng 2014 và dự báo năm 2030. Nhu cầu nước tăng nhanh tại vùng hạ lưu Đà Nẵng và vùng đồng bằng Điện Bàn - Hội An.
- Kết quả phân bổ và đánh giá thiếu hụt theo kịch bản:
- Luận án xây dựng các kịch bản tần suất nước đến $P = 85%$ (năm khô hạn vừa) và $P = 95%$ (năm rất khô hạn) cho hai mốc thời gian 2014 và 2030.
- Kết quả chạy mô hình WEAP chỉ ra mức độ thiếu hụt nước tại các tiểu vùng dùng nước khi chưa điều chỉnh và sau khi áp dụng thứ tự ưu tiên cùng tỷ lệ phân bổ:
| Kịch bản tính toán |
Tần suất nước đến ($P$) |
Tình trạng thiếu nước trước phân bổ |
Kết quả sau khi áp dụng thứ tự ưu tiên và tỷ lệ phân bổ trong WEAP |
| Hiện trạng (2014) |
85% |
Thiếu cục bộ vào tháng IV, V tại hạ du |
Đáp ứng 100% sinh hoạt, giảm thiểu thiếu hụt nông nghiệp |
| Hiện trạng (2014) |
95% |
Thiếu nước nghiêm trọng vùng hạ du Vu Gia |
Đảm bảo nước sinh hoạt và duy trì dòng chảy tối thiểu |
| Tương lai (2030) |
85% |
Căng thẳng nước gia tăng do công nghiệp và đô thị |
Điều tiết hồ chứa thượng nguồn bù đắp lượng thiếu cho hạ lưu |
| Tương lai (2030) |
95% |
Nguy cơ thiếu nước diện rộng nếu không xả bổ sung |
Cắt giảm tỷ lệ dùng nước nông nghiệp, ưu tiên tuyệt đối sinh hoạt |
- Đề xuất giải pháp và cơ chế chia sẻ:
- Giải pháp công trình và phi công trình: Hoàn thiện quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (hồ A Vương, Sông Bung 4, Đăk Mi 4, Sông Tranh 2); nâng cấp đập dâng An Trạch để ngăn mặn và giữ ngọt cho Nhà máy nước Cầu Đỏ; chuyển đổi cơ cấu cây trồng chịu hạn tại Quảng Nam.
- Cơ chế thể chế: Thành lập và tăng cường thẩm quyền của Ủy ban Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn; xây dựng cơ chế chia sẻ chi phí vận hành và bồi thường kinh tế giữa các nhà máy thủy điện và các đơn vị cấp nước sinh hoạt, thủy lợi hạ du.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận
- Luận án đã hệ thống hóa và làm sáng tỏ cơ sở khoa học, cơ chế, phương pháp và quy trình phân bổ nguồn nước mặt cho lưu vực sông liên tỉnh theo cách tiếp cận hệ thống và quản lý tổng hợp tài nguyên nước.
- Xác lập được công thức và phương pháp tính toán định lượng lượng nước mặt có thể phân bổ ($W_{pb}$), tích hợp đồng thời ràng buộc về dòng chảy tối thiểu môi trường ($W_{tt}$) và nhu cầu sinh hoạt thiết yếu ($W_{ty}$) trong điều kiện tài nguyên nước biến động.
- Thiết lập mô hình kết nối thủy văn - cân bằng nước (MIKE NAM và WEAP) để mô phỏng định lượng các phương án phân bổ theo thứ tự ưu tiên và tỷ lệ phân chia nguồn nước ứng với các kịch bản tần suất dòng chảy kiệt ($P = 85%$ và $P = 95%$).
Đóng góp mới về mặt thực tiễn
- Cung cấp bộ dữ liệu chi tiết về đặc trưng khí tượng thủy văn, dòng chảy mùa cạn, xâm nhập mặn và dự báo nhu cầu dùng nước của các ngành đến năm 2030 trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.
- Đề xuất phương án phân bổ nguồn nước mặt tối ưu giúp giải quyết mâu thuẫn sử dụng nước giữa thủy điện thượng nguồn và các ngành kinh tế hạ du của tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng trong mùa khô hạn.
- Đề xuất khung cơ chế chia sẻ lợi ích, trách nhiệm và cơ chế phối hợp liên tỉnh, làm căn cứ thực tiễn phục vụ công tác lập Quy hoạch tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn và hỗ trợ cơ quan quản lý nhà nước ra quyết định điều hành nguồn nước.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Các số liệu điều tra thực địa, cơ cấu kinh tế và nhu cầu sử dụng nước chi tiết trong luận án chủ yếu tập trung vào chuỗi dữ liệu đến năm 2016 và đợt khảo sát thực tế năm 2017; nghiên cứu tập trung sâu vào phân bổ nguồn nước mặt, mối quan hệ thủy lực tương tác nhiều chiều giữa nước mặt và các tầng chứa nước dưới đất chưa được liên kết toàn diện trong mô hình.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Cập nhật diễn biến phát triển kinh tế - xã hội sau năm 2020; tích hợp các kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan mới nhất; mở rộng xây dựng mô hình kết nối dòng chảy mặt và nước dưới đất phục vụ quản lý tổng hợp tài nguyên nước toàn diện hơn.
Giá trị tham khảo
- Đối với cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Quản lý tài nguyên nước, UBND và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng): Luận án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho việc lập quy hoạch tài nguyên nước, vận hành quy trình liên hồ chứa và thành lập Ủy ban Lưu vực sông.
- Đối với các cơ quan nghiên cứu và tư vấn quy hoạch: Cung cấp phương pháp luận chuẩn hóa và công cụ mô hình (MIKE NAM kết hợp WEAP) để ứng dụng phân bổ nước cho các lưu vực sông khác có điều kiện tương tự.
- Đối với nghiên cứu sinh, giảng viên, sinh viên ngành Thủy văn học và Quản lý tài nguyên nước: Cung cấp tài liệu tham khảo chuyên sâu về phân tích cân bằng nước, tính toán dòng chảy tối thiểu và giải quyết tranh chấp tài nguyên nước lưu vực sông.
Câu hỏi thường gặp
1. Tổng lượng dòng chảy năm của lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn là bao nhiêu và phân bố theo mùa như thế nào?
Tổng lượng dòng chảy năm trung bình thời kỳ 1977 - 2016 đạt khoảng 24 tỷ m³ (chiếm 2,6% tổng lượng dòng chảy sông suối cả nước và 6,8% dòng chảy nội địa). Dòng chảy phân bố rất không đều: mùa lũ (tháng X - XII) chiếm tới 63% tổng lượng năm (tháng XI lớn nhất); mùa cạn (tháng I - VIII) chiếm từ 32% đến 44% lượng năm (tháng IV cạn kiệt nhất, chỉ chiếm 2% - 3% tổng lượng năm).
2. Lượng nước mặt có thể phân bổ ($W_{pb}$) được luận án xác định theo nguyên tắc nào?
Lượng nước có thể phân bổ ($W_{pb}$) được xác định bằng lượng nước mặt có thể sử dụng ($W_{sd}$) trừ đi lượng nước bắt buộc phải dành cho việc đảm bảo dòng chảy tối thiểu môi trường sinh thái ($W_{tt}$) và lượng nước đảm bảo nhu cầu sinh hoạt thiết yếu của con người ($W_{ty}$).
3. Công cụ mô hình toán nào được tác giả sử dụng để tính toán phân bổ nguồn nước?
Tác giả sử dụng mô hình thủy văn MIKE NAM để mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy từ mưa trên các tiểu lưu vực (đã hiệu chỉnh và kiểm định tại trạm Nông Sơn và Thành Mỹ), kết hợp với mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning System) để mô phỏng cân bằng nước và phân bổ nguồn nước theo các kịch bản ưu tiên.
4. Luận án tính toán phân bổ nguồn nước ứng với các kịch bản tần suất dòng chảy kiệt nào?
Luận án xây dựng các phương án phân bổ và tính toán lượng nước thiếu hụt ứng với hai kịch bản tần suất dòng chảy kiệt là $P = 85%$ (năm hạn vừa) và $P = 95%$ (năm hạn nặng) cho cả hai mốc thời gian: năm hiện trạng 2014 và năm quy hoạch 2030.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Thân Văn Đón đã giải quyết trọn vẹn bài toán khoa học và thực tiễn về phân bổ hợp lý nguồn nước mặt cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn trong bối cảnh chịu sức ép nặng nề từ thủy điện, gia tăng nhu cầu dùng nước và biến đổi khí hậu. Bằng việc kết hợp phương pháp luận tiếp cận hệ thống với bộ công cụ mô hình MIKE NAM và WEAP, luận án đã xác định chính xác lượng nước có thể phân bổ, thứ tự ưu tiên và tỷ lệ phân bổ cụ thể theo các kịch bản tần suất dòng chảy kiệt. Công trình là cơ sở khoa học tin cậy hỗ trợ công tác quy hoạch tài nguyên nước, điều hành vận hành liên hồ chứa và xây dựng cơ chế chia sẻ trách nhiệm, lợi ích bền vững giữa tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng.
