Luận văn thạc sĩ nghiên cứu giải pháp phân bố tài nguyên nước mặt để phát huy lợi ích cao nhất cho các ngành dùng nước của tỉnh quảng ngãi

Giải pháp phân bố tài nguyên nước mặt hiệu quả cho các ngành dùng nước tại Quảng Ngãi, đảm bảo cân bằng nhu cầu và bảo vệ môi trường bền vững.

• Tác giả: Ngô Đức Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Việt Hòa
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp phân bổ tài nguyên nước mặt, để phát huy lợi ích cao nhất cho các ngành dùng nước của tỉnh Quảng Ngãi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.1.1. Bài toán của cân bằng nước hệ thống
• 1.1.2. Ứng dụng mô hình toán thủy văn tính toán CBN ở Việt Nam và trên thế giới
• 1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 1.2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.2.2. Đặc điểm khí tượng và mạng lưới sông ngòi
• 1.2.3. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Ngãi
• 1.2.4. Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Ngãi
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ PHÂN BỐ TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT CỦA TỈNH QUẢNG NGÃI
• 2.1. Đánh giá, tình hình khai thác sử dụng tài nguyên nước tỉnh Quảng Ngãi
• 2.1.1. Phân vùng đánh giá tài nguyên nước
• 2.1.2. Tính toán dòng chảy trên các tiểu vùng
• 2.1.3. Phân tích, đánh giá hiện trạng tài nguyên nước
• 2.1.4. Đánh giá tình hình khai thác, sử dụng tài nguyên nước
• 2.2. Dự báo nhu cầu sử dụng nước tỉnh Quảng Ngãi
• 2.2.1. Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán nhu cầu sử dụng nước
• 2.2.2. Nhu cầu sử dụng nước các ngành sử dụng nước
• 2.2.3. Tổng hợp NCSDN các ngành hiện trạng 2012, 2020 định hướng 2030
• 2.3. Cơ sở, nguyên tắc phân bổ chia sẻ nguồn nước
• 2.3.1. Cơ sở lựa chọn các phương pháp
• 2.3.2. Nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước mặt
• 2.3.3. Xác định thứ tự ưu tiên
• 2.3.4. Xác định các chỉ tiêu của quy hoạch tài nguyên nước
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT TỈNH QUẢNG NGÃI
• 3.1. Phương án phân bổ tài nguyên nước mặt tỉnh Quảng Ngãi
• 3.1.1. Cơ sở đề xuất các giải pháp phân bổ
• 3.1.2. Các phương án, giải pháp phân bổ tài nguyên nước
• 3.2. Ứng dụng mô hình Weap phân bổ tài nguyên nước mặt tỉnh Quảng Ngãi
• 3.2.1. Cơ sở lý thuyết mô hình Weap
• 3.2.2. Số liệu đầu vào mô hình Weap
• 3.2.3. Tính toán cân bằng nước hiện trạng
• 3.2.4. Tính toán cân bằng nước theo các kịch bản, phương án
• 3.3. Lựa chọn giải pháp thực hiện phân bổ tài nguyên nước mặt tỉnh Quảng Ngãi
• 3.3.1. Tiêu chí lựa chọn giải pháp phân bổ
• 3.3.2. Phân tích lựa chọn giải pháp phân bổ
• 3.4. Các giải pháp quản lý phân bổ tài nguyên nước mặt tỉnh Quảng Ngãi
• 3.4.1. Giải pháp về Chính sách, thể chế và pháp luật
• 3.4.2. Giải pháp về cơ cấu tổ chức, quản lý điều hành
• 3.4.3. Giải pháp tài chính
• 3.4.4. Giải pháp về phát triển TNN
• 3.4.5. Giải pháp về tăng cường năng lực và sự tham gia của các bên liên quan
• 3.4.6. Giải pháp về Bảo vệ, cải tạo và phục hồi TNMT nước
• KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Phân bố tài nguyên nước

Phân bố tài nguyên nước là một vấn đề cấp thiết tại tỉnh Quảng Ngãi, nơi có nguồn nước mặt phong phú nhưng phân bố không đều. Các hệ thống sông lớn như Trà Bồng, Trà Khúc, Vệ và Trà Câu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho các ngành kinh tế. Tuy nhiên, sự phân bố không đồng đều theo không gian và thời gian đã gây ra nhiều thách thức trong việc quản lý và sử dụng nước hiệu quả. Tài nguyên nước mặt tại Quảng Ngãi cần được phân bố hợp lý để đáp ứng nhu cầu của các ngành dùng nước như nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt.

1.1. Hiện trạng phân bố nước

Hiện trạng phân bố tài nguyên nước tại Quảng Ngãi cho thấy sự chênh lệch lớn giữa các khu vực. Một số vùng có nguồn nước dồi dào, trong khi những khu vực khác lại thiếu nước trầm trọng. Điều này đặc biệt nghiêm trọng trong mùa khô, khi nhu cầu nước tăng cao. Quản lý tài nguyên nước hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu phát triển bền vững, dẫn đến tình trạng tranh chấp nguồn nước giữa các ngành.

1.2. Nguyên nhân và thách thức

Nguyên nhân chính của sự phân bố không đều tài nguyên nước mặt là do đặc điểm địa lý và khí hậu của Quảng Ngãi. Các yếu tố như lượng mưa không đều, sự bốc hơi cao và sự phụ thuộc vào nguồn nước từ bên ngoài đã làm trầm trọng thêm vấn đề. Quản lý nguồn nước hiện tại còn thiếu các giải pháp đồng bộ, dẫn đến việc khai thác và sử dụng nước chưa hiệu quả.

II. Giải pháp tối ưu phân bố nước

Giải pháp tối ưu cho việc phân bố tài nguyên nước mặt tại Quảng Ngãi cần dựa trên các nguyên tắc khoa học và thực tiễn. Việc áp dụng các mô hình toán học như WEAP giúp tính toán cân bằng nước và đề xuất các phương án phân bố hợp lý. Phân phối nước cần ưu tiên cho các ngành có nhu cầu cao như nông nghiệp và công nghiệp, đồng thời đảm bảo nguồn nước cho sinh hoạt và bảo vệ môi trường.

2.1. Ứng dụng mô hình WEAP

Mô hình WEAP được sử dụng để tính toán cân bằng nước và phân tích các kịch bản phân bố nước. Mô hình này cho phép dự báo nhu cầu sử dụng nước của các ngành và đánh giá hiệu quả của các phương án phân bố. Công nghệ quản lý nước hiện đại như WEAP giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác và kịp thời.

2.2. Chính sách và thể chế

Việc xây dựng và thực thi các chính sách nước phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo phân bố nước hiệu quả. Các chính sách cần tập trung vào việc quản lý tổng hợp tài nguyên nước, tăng cường sự tham gia của các bên liên quan và bảo vệ môi trường nước. Phát triển bền vững tài nguyên nước cần được đặt lên hàng đầu trong các chiến lược quản lý.

III. Quản lý và bảo vệ tài nguyên nước

Quản lý tài nguyên nước hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa các giải pháp kỹ thuật và chính sách. Việc bảo vệ và phục hồi tài nguyên nước bền vững là mục tiêu quan trọng để đảm bảo nguồn nước cho các thế hệ tương lai. Bảo vệ môi trường nước cần được thực hiện thông qua các biện pháp như kiểm soát ô nhiễm, quản lý chặt chẽ các hoạt động khai thác nước và nâng cao nhận thức cộng đồng.

3.1. Bảo vệ môi trường nước

Các biện pháp bảo vệ môi trường nước bao gồm kiểm soát ô nhiễm từ các nguồn thải công nghiệp và nông nghiệp, quản lý chặt chẽ các hoạt động khai thác nước và bảo vệ các hệ sinh thái nước. Tài nguyên thiên nhiên cần được bảo vệ để duy trì sự cân bằng sinh thái và đảm bảo nguồn nước sạch cho tương lai.

3.2. Phát triển bền vững

Phát triển bền vững tài nguyên nước đòi hỏi sự kết hợp giữa các giải pháp kỹ thuật, chính sách và sự tham gia của cộng đồng. Các chiến lược quản lý nước cần hướng tới việc sử dụng nước hiệu quả, giảm thiểu lãng phí và bảo vệ môi trường. Quản lý nguồn nước bền vững là chìa khóa để đảm bảo an ninh nguồn nước cho Quảng Ngãi.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Quảng Ngãi sở hữu nguồn tài nguyên nước mặt tương đối phong phú với tổng lượng dòng chảy trung bình nhiều năm đạt khoảng 12,15 tỷ m3 trên diện tích tự nhiên 5.153 km2. Nguồn nước tập trung chủ yếu tại 4 hệ thống sông lớn gồm sông Trà Bồng, sông Trà Khúc, sông Vệ và sông Trà Câu. Tuy nhiên, nguồn nước này phân bố rất không đồng đều theo không gian và thời gian. Lượng mưa hàng năm dao động từ 1.700 mm ở vùng đồng bằng đến hơn 3.500 mm ở vùng núi cao, trong đó 70% đến 80% tổng lượng nước dồn dập trong mùa lũ kéo dài 3 đến 4 tháng (từ tháng IX đến tháng XII), gây lũ lụt nghiêm trọng. Ngược lại, mùa khô kéo dài tới 8 đến 9 tháng chỉ chiếm từ 20% đến 30% tổng lượng nước năm, gây ra tình trạng hạn hán và thiếu nước cục bộ gay gắt.

Trong bối cảnh kinh tế địa phương chuyển dịch mạnh mẽ với sự phát triển của Khu kinh tế Dung Quất quy mô trên 10.300 ha và dân số năm 2012 đạt 1.227.000 người, nhu cầu khai thác nước cho công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt tăng vọt. Tình trạng tranh chấp nguồn nước giữa các ngành kinh tế đã bắt đầu xuất hiện. Vấn đề cốt lõi đặt ra là việc thiếu các đánh giá tổng thể và công cụ khoa học để phân bổ nguồn nước hợp lý, phát huy tối đa giá trị kinh tế mà vẫn bảo vệ môi trường sinh thái.

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiện trạng tài nguyên nước mặt, xác định nhu cầu dùng nước của các ngành và ứng dụng mô hình toán thủy văn hiện đại nhằm thiết lập các kịch bản phân bổ nước tối ưu cho các mốc năm 2012, 2020 và tầm nhìn 2030. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp cơ sở khoa học giúp giảm thiểu mâu thuẫn sử dụng nước, nâng cao hiệu quả kinh tế trên mỗi mét khối nước và bảo đảm dòng chảy môi trường bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cân bằng nước hệ thống lưu vực sông theo phương trình bảo toàn khối lượng tổng quát: tổng lượng nước vào trừ tổng lượng nước ra bằng độ thay đổi lượng nước trữ trong lưu vực qua các thành phần mưa, bốc thoát hơi, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm. Khung lý thuyết này kết hợp chặt chẽ với nguyên tắc Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM), coi lưu vực sông là một đơn vị quản lý thống nhất, phân chia và chia sẻ nguồn nước công bằng theo thứ tự ưu tiên: sinh hoạt dân sinh, công nghiệp trọng điểm, nông nghiệp tưới tiêu và duy trì dòng chảy môi trường.

Nghiên cứu ứng dụng các mô hình thủy văn và quy hoạch tài nguyên nước chuyên sâu:

• Mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning System) do Viện Môi trường Stockholm phát triển, phục vụ bài toán mô phỏng cân bằng nước động, tích hợp mạng lưới sông hồ, các điểm lấy nước và quy tắc ưu tiên vận hành.
• Mô hình mưa - dòng chảy TANK dạng bể chứa, dùng để mô phỏng và khôi phục dòng chảy tháng tại các lưu vực không có trạm quan trắc.
• Hệ thống thông tin địa lý GIS kết hợp mô hình số độ cao DEM và SWAT2000 để phân chia lưu vực.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được định lượng rõ ràng gồm: dòng chảy môi trường (DCMT), mô đun dòng chảy (đạt 70 đến 80 l/s/km2), hệ số biến sai dòng chảy năm (Cv từ 0,46 đến 0,55) và tần suất bảo đảm cấp nước thiết kế P = 75% và P = 85%.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng chuỗi số liệu khí tượng thủy văn thực đo liên tục 30 năm (1981 - 2010) tại các trạm thủy văn đại biểu: trạm Sơn Giang trên lưu vực sông Trà Khúc (diện tích khống chế 2.706 km2) và trạm An Chỉ trên lưu vực sông Vệ (diện tích khống chế 854 km2), cùng mạng lưới trạm đo mưa Ba Tơ, Trà Bồng, Minh Long, Mộ Đức, Giá Vực.

Quy trình chọn mẫu và phân tích dữ liệu được thực hiện khoa học:

• Phương pháp phân vùng thủy văn: Sử dụng ArcView SWAT2000 xử lý dữ liệu địa hình số để chia toàn bộ tỉnh Quảng Ngãi thành 13 tiểu lưu vực độc lập tương đối, khớp nối hoàn toàn với địa giới hành chính của 14 huyện, thị xã, thành phố.
• Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn: Chuỗi số liệu 30 năm của mô hình TANK được chia thành hai giai đoạn độc lập: giai đoạn 1981 - 1995 dùng để hiệu chỉnh bộ thông số bể chứa, và giai đoạn 1996 - 2010 dùng để kiểm định. Chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe tại trạm Sơn Giang và An Chỉ đạt mức tin cậy cao, bảo đảm tính pháp lý và khoa học khi tính toán dòng chảy đến cho 7 nhánh sông chính.
• Phương pháp phân tích xác suất thống kê: Ứng dụng phân phối tần suất lý luận Adreianop để xác định dòng chảy kiệt thiết kế ứng với tần suất 85% và phân tích nhu cầu nước theo quy chuẩn QCXDVN 01:2008/BXD. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là khả năng phản ánh chính xác tương tác thủy văn phức tạp và hỗ trợ mô phỏng đa kịch bản với độ chính xác cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tổng lượng tài nguyên nước mặt toàn tỉnh Quảng Ngãi đạt khoảng 12,15 tỷ m3/năm, nhưng tập trung chủ yếu ở sông Trà Khúc (6,97 tỷ m3, chiếm 57,3%) và sông Vệ (2,5 tỷ m3, chiếm 20,6%), trong khi sông Trà Bồng đạt 1,38 tỷ m3 và sông Trà Câu chỉ đạt 0,76 tỷ m3. Mô đun dòng chảy bình quân toàn tỉnh đạt 70 đến 80 l/s/km2, thuộc nhóm cao tại vùng Duyên hải Nam Trung Bộ.

Thứ hai, mức độ biến động dòng chảy cực kỳ khắc nghiệt giữa các mùa và các năm. Lượng nước 3 tháng mùa lũ chiếm tới 65% đến 75% tổng lượng cả năm, trong khi 9 tháng mùa kiệt chỉ chiếm 30% đến 35%. Trong mùa khô, hai thời kỳ kiệt sâu xuất hiện vào tháng IV và tháng VIII với lưu lượng chỉ chiếm khoảng 2% đến 2,6% dòng chảy năm. Chênh lệch lưu lượng giữa năm nhiều nước và năm ít nước gấp 5 đến 6 lần; biên độ giữa lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng nhỏ nhất tại trạm Sơn Giang chênh nhau tới 1.314 lần (lưu lượng lũ lớn nhất đạt 18.314 m3/s).

Thứ ba, nhu cầu sử dụng nước của các ngành kinh tế tăng trưởng với tốc độ rất nhanh. Năm 2012, nhu cầu nước cho 11.070 cơ sở sản xuất công nghiệp đạt 180 triệu m3/năm (tương đương 365.000 m3/ngày), trong đó riêng Khu kinh tế Dung Quất chiếm 110 triệu m3/năm (300.000 m3/ngày). Cấp nước sinh hoạt tiêu thụ hơn 26,5 triệu m3/năm (nông thôn chiếm 21 triệu m3, đô thị chiếm 5,5 triệu m3). Ngành nông nghiệp tiếp tục chiếm tỷ trọng lớn nhất với trên 70% tổng lượng nước tiêu thụ.

Thứ tư, tính toán cân bằng nước cho thấy trong điều kiện tự nhiên không có công trình điều tiết, tình trạng thiếu nước xảy ra nghiêm trọng vào các tháng IV, V, VII và VIII tại các khu tưới hạ lưu sông Trà Khúc, hạ lưu sông Vệ và vùng ven biển Bình Sơn, Đức Phổ.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu cân bằng nước được lượng hóa chi tiết trên mô hình WEAP và minh họa qua hệ thống biểu đồ diễn biến thiếu nước giai đoạn hiện trạng 2012, 2020 và 2030 theo 3 phương án điều phối (PA1, PA2, PA3). Biểu đồ cắt giảm lượng nước thiếu và bảng tỷ lệ bảo đảm cấp nước chỉ rõ rằng phương án kết hợp tối ưu (PA2 và PA3) mang lại hiệu quả vượt trội.

Khi đưa các công trình hồ chứa lớn vào vận hành điều tiết đa mục tiêu như hồ Đăk Đrinh 1 (dung tích hữu ích 220,8 triệu m3, công suất 107 MW), hồ Nước Trong 1 (dung tích phòng lũ và cấp nước hạ du), cùng đập dâng Thạch Nham, tỷ lệ bảo đảm cấp nước cho các khu công nghiệp và đô thị đạt 100%, tỷ lệ bảo đảm cho các khu tưới nông nghiệp tăng từ mức dưới 65% lên trên 85%.

Nguyên nhân chính của tình trạng thiếu nước tại địa phương không phải do khan hiếm tổng lượng dòng chảy mà do thiếu công trình tích trữ điều tiết mùa lũ sang mùa kiệt và sự bất cập trong phân bổ liên vùng. So với các quy hoạch thủy lợi truyền thống chỉ tính toán tĩnh cho từng công trình riêng lẻ, việc mô hình hóa WEAP trên 13 tiểu lưu vực cho phép tính toán dòng chảy chuyển tiếp và bảo đảm duy trì dòng chảy môi trường hạ lưu liên tục, hạn chế hiện tượng xâm nhập mặn sâu vào lòng sông trong mùa kiệt.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện thể chế và chính sách phân bổ nguồn nước: Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ngãi cùng Sở Tài nguyên và Môi trường cần sớm ban hành Quy chế điều phối và giám sát chia sẻ tài nguyên nước mặt trên 4 lưu vực sông chính. Quy định rõ thứ tự ưu tiên: bảo đảm 100% nhu cầu nước sinh hoạt (đạt tiêu chuẩn 80 đến 120 lít/người/ngày), ưu tiên cấp nước cho các cụm công nghiệp mũi nhọn tại Khu kinh tế Dung Quất, KCN Tịnh Phong, KCN Quảng Phú, tiếp theo là cấp nước tưới nông nghiệp và duy trì dòng chảy môi trường sau các công trình đập; lộ trình triển khai hoàn thành trong giai đoạn 2015 - 2020.

Thứ hai, tối ưu hóa hạ tầng điều tiết và vận hành liên hồ chứa: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với các chủ hồ thủy điện, thủy lợi ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa thời gian thực đối với hệ thống hồ Đăk Đrinh 1 (dung tích 220,8 triệu m3), hồ Nước Trong, hồ Núi Ngang và đập Thạch Nham. Mục tiêu duy trì lưu lượng xả về hạ du sông Trà Khúc trong các tháng cao điểm mùa kiệt (tháng IV và tháng VIII) đạt tối thiểu từ 35 m3/s đến 50 m3/s, giảm tỷ lệ thất thoát nước tưới xuống dưới 15% vào năm 2025.

Thứ ba, thực thi giải pháp tài chính và kinh tế tài nguyên nước: Áp dụng cơ chế định giá dịch vụ nước thô lũy tiến đối với hơn 11.070 cơ sở công nghiệp và dịch vụ trên địa bàn tỉnh; thành lập Quỹ bảo vệ và phục hồi nguồn nước lưu vực sông Trà Khúc và sông Vệ do Sở Tài chính chủ trì quản lý, thực hiện thu phí từ năm 2018.

Thứ tư, nâng cao năng lực giám sát và bảo vệ môi trường nước: Chi cục Thủy lợi và Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia cần lắp đặt hệ thống trạm quan trắc tự động lưu lượng và chất lượng nước tại cửa ra của 13 tiểu lưu vực; đồng thời chuyển đổi cơ cấu cây trồng, nhân rộng mô hình tưới tiết kiệm nước trên diện tích hơn 50.000 ha đất canh tác nông nghiệp trước năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Lãnh đạo và cán bộ chuyên môn tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Quảng Ngãi và các tỉnh ven biển miền Trung; sử dụng tài liệu làm khung tham chiếu khoa học trong việc lập quy hoạch tài nguyên nước, thẩm định cấp phép khai thác nguồn nước mặt và kiểm soát dòng chảy môi trường.
• Kỹ sư quy hoạch thủy lợi và đơn vị vận hành hồ chứa: Các chuyên gia tại Công ty Khai thác công trình thủy lợi Quảng Ngãi, các ban quản lý nhà máy thủy điện Đăk Đrinh, Nước Trong; ứng dụng bộ thông số mô hình TANK và WEAP để tính toán kế hoạch xả nước, điều tiết dung tích hồ và phân phối nước tưới vụ Đông Xuân, Hè Thu.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Thủy văn, Quy hoạch tài nguyên nước: Giảng viên và học viên tại các viện nghiên cứu, trường đại học kỹ thuật chuyên ngành; tham khảo quy trình tích hợp GIS - SWAT - TANK - WEAP, kỹ thuật xử lý chuỗi số liệu thủy văn 30 năm và phương pháp kiểm định mô hình toán.
• Ban quản lý các khu công nghiệp và doanh nghiệp khai thác nước: Ban Quản lý Khu kinh tế Dung Quất và chủ đầu tư các khu công nghiệp Quảng Phú, Tịnh Phong, Phổ Phong; sử dụng số liệu dự báo nhu cầu nước đến năm 2030 để thiết kế mở rộng công suất nhà máy cấp nước và xây dựng chiến lược dự phòng nguồn nước sản xuất bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình WEAP đóng vai trò gì trong giải pháp phân bổ tài nguyên nước tại Quảng Ngãi? Mô hình WEAP đóng vai trò là công cụ mô phỏng cân bằng nước hệ thống động lực, tích hợp đồng bộ dữ liệu thủy văn của 13 tiểu lưu vực với nhu cầu khai thác của 11.070 cơ sở công nghiệp và hơn 1,22 triệu dân, giúp đánh giá định lượng mức độ thiếu hụt và so sánh hiệu quả cấp nước của các kịch bản phân bổ.

Tại sao mùa khô ở Quảng Ngãi kéo dài gây căng thẳng nguồn nước dù tổng lượng nước năm rất lớn? Mặc dù tổng dòng chảy đạt 12,15 tỷ m3/năm, lượng nước phân bố cực đoan khi 70% đến 80% tập trung vào 3 tháng mùa lũ. Mùa khô kéo dài 9 tháng chỉ nhận 20% đến 30% lượng nước năm, đặc biệt tháng IV và tháng VIII chỉ đạt xấp xỉ 2% dòng chảy năm, dẫn đến thiếu hụt cục bộ nghiêm trọng.

Nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp và sinh hoạt của tỉnh được dự báo biến động ra sao? Năm 2012, công nghiệp tiêu thụ khoảng 180 triệu m3/năm (riêng Khu kinh tế Dung Quất cần 110 triệu m3/năm), nước sinh hoạt tiêu thụ 26,5 triệu m3/năm. Đến năm 2020 và 2030, nhu cầu công nghiệp và đô thị tăng trưởng trên 14%/năm, đòi hỏi phải ưu tiên chuyển đổi phân bổ từ nông nghiệp sang công nghiệp.

Phương pháp nào được sử dụng để xác định dòng chảy tại các tiểu lưu vực không có trạm đo thủy văn? Nghiên cứu sử dụng công cụ GIS SWAT2000 phân chia 13 tiểu vùng, sau đó ứng dụng mô hình mưa dòng chảy TANK tháng được hiệu chỉnh và kiểm định qua chuỗi số liệu 30 năm (1981 - 2010) tại trạm Sơn Giang và An Chỉ với chỉ số Nash cao để khôi phục dòng chảy chính xác cho các tiểu vùng.

Giải pháp công trình then chốt nào giúp giải quyết bài toán thiếu nước hạ du sông Trà Khúc và sông Vệ? Giải pháp then chốt là vận hành điều tiết phối hợp giữa các hồ chứa thượng lưu gồm hồ Đăk Đrinh 1 (dung tích hữu ích 220,8 triệu m3), hồ Nước Trong 1 và đập dâng Thạch Nham theo Phương án 2 và 3, bảo đảm tỷ lệ cấp nước cho nông nghiệp và công nghiệp đạt trên 85%.

Kết luận

• Đánh giá toàn diện và hệ thống hóa nguồn tài nguyên nước mặt tỉnh Quảng Ngãi với tổng lượng dòng chảy đạt 12,15 tỷ m3/năm trên 4 hệ thống sông chính.
• Phân chia chi tiết địa bàn nghiên cứu thành 13 tiểu lưu vực bằng công nghệ GIS - SWAT2000, tạo lập cơ sở dữ liệu không gian chuẩn xác cho công tác quản lý tài nguyên nước.
• Mô phỏng và kiểm định thành công chuỗi dòng chảy 30 năm (1981 - 2010) bằng mô hình TANK và WEAP, đạt độ tin cậy khoa học cao với chỉ số Nash tối ưu.
• Lượng hóa chính xác lượng nước thiếu hụt của các ngành kinh tế cho các mốc 2012, 2020 và 2030, chứng minh tính ưu việt của phương án phân bổ điều tiết liên hồ chứa.
• Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp chiến lược bao gồm hoàn thiện thể chế pháp lý, tối ưu hóa quy trình vận hành hồ chứa Đăk Đrinh 1 - Thạch Nham, áp dụng công cụ kinh tế nước và mở rộng mạng lưới quan trắc tự động.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã chuyển hóa bài toán quản lý tài nguyên nước mặt từ phương thức phân tán sang mô hình phân bổ động tối ưu theo lưu vực sông dựa trên mô hình toán hiện đại. Trong giai đoạn tiếp theo đến năm 2025, các cơ quan ban ngành cần khẩn trương số hóa quy trình vận hành liên hồ và ban hành quy chế chia sẻ nguồn nước thực tế. Các nhà quản trị, kỹ sư thủy lợi và doanh nghiệp hãy khai thác ngay khung giải pháp khoa học này để bảo đảm an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế xã hội bền vững cho tỉnh Quảng Ngãi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Bài toán của cân bằng nước hệ thống Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy hoạch và quản lý tài nguyên nước. Nó biểu thị mối quan hệ cân bằng giữa lượng nước đến, nước đi và lượng trữ của một khu vực, một lưu vực hoặc của một hệ thống sông trong điều kiện tự nhiên hay có tác động của con người. Xét một lưu vực có phía trên giới hạn bởi mặt đất lưu vực, phía dưới bởi lớp đất không thấm nước, ngăn cách mọi trao đổi của nước trong lưu vực với các tầng đất ở phía dưới. Khi đó phương trình cân bằng nước tổng quát là: (x+z1+y1+w1) - (z2+y2+w2) = u2-u1 Trong đó: x: lượng nước mưa rơi xuống lưu vực z1: lượng nước ngưng tụ từ khí quyển và đọng lại trong lưu vực y1: lượng dòng chảy mặt vào lưu vực w1: lượng dòng chảy ngầm vào lưu vực z2: lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực y2: lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực w2: lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu vực u1,u2: lượng nước trữ trên lưu vực đầu và cuối thời khoảng tính toán.

Tuỳ từng trường hợp cụ thể, có thể phân ra: cân bằng nước thẳng đứng và cân bằng nước nằm ngang; cân bằng nước trong điều kiện tự nhiên hay có hoạt động kinh tế của con người, cân bằng nước kinh tế. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về máy vi tính và các công cụ tính toán nên phương pháp mô hình toán đang được sử dụng phổ biến trong bài toán cân bằng nước lưu vực. Các mô hình có thể giải quyết bài toán đó như : MITSIM, WUS, RIBASIM, IQQM, MIKE BASIN, WEAP. Luận văn sử dụng mô hình WEAP để tính toán cân bằng nước toàn tỉnh Quảng Ngãi.

Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 12 - 1.2 Ứng dụng mô hình toán thủy văn tính toán CBN ở Việt Nam và trên thế giới 1.1 Trên thế giới a) Mô hình GIBSI Hệ thống mô hình GIBSI được áp dụng cho các lưu vực ở Canada có hệ sinh thái và tình hình phát triển công nghiệp, nông nghiệp, đô thị phức tạp. GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp chạy trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước cả về lượng và chất đến tài nguyên nước. Mô hình GIBSI cho khả năng dự báo các tác động của công nghiêp, rừng, đô thị, các dự án nông nghiệp đối với môi trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo các hộ dùng nước biết trước và tôn trọng các tiêu chuẩn về số lượng, chất lượng nguồn nước dùng GIBSI là tập hợp những mô hình bộ phận bao gồm: - Mô hình thuỷ văn HYDROTEL; - Mô hình phân giải vật lý có hệ thống viễn thám, hệ thống thông tin địa lý - Mô hình USLE dùng cho vận c huyển phù sa và xói mòn đất; - Mô hình lan truyền chất hoá học trong nông nghiệ p dựa trên mô hình lan truyền ni-tơ, phốt-pho, thuốc trừ sâu (sử dụng một mô đun trong mô hình SWAT); - Mô hình chất lượng nước QUAL2E, mô hình chất lượng nước để mô phỏng các yếu tố: b) Mô hình BASINS Mô hình BASINS được xây dựng bởi Văn phòng Bảo vệ Môi trường (Hoa Kỳ). Mô hình được xây dựng để đưa ra một công cụ đánh giá tốt hơn và tổng hợp hơn các nguồn phát thải tập trung và không tập trung trong công tác quản lý chất lượng nước trên lưu vực.

Đây là một mô hình hệ thống phân tích môi trường đa mục tiêu, có khả năng ứng dụng cho một quốc gia, một vùng để thực hiện các nghiên cứu về nước bao gồm cả lượng và chất trên lưu vực. Mô hình được xây dựng để: (1) Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin môi trường; (2) Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống môi trường; Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 13 - (3) Cung cấp hệ thống các phương án quản lý lưu vực. Mô hình BASINS là một công cụ hữu ích trong công tác nghiên cứu về chất và lượng nước. Với nhiều mô đun thành phần trong hệ thống, thời gian tính toán được rút ngắn hơn, nhiều vấn đề được giải quyết hơn và các thông tin được quản lý hiệu quả hơn.

Với việc sử dụng GIS, mô hình BASINS thuận tiện hơn trong việc biểu thị và tổ hợp các thông tin (sử dụng đất, lưu lượng các nguồn thải, lượng nước hồi quy,. ) tại bất kỳ một vị trí nào. Các thành phần của mô hình cho phép người sử dụng có thể xác định ảnh hưởng của lượng phát thải từ các điểm tập trung và không tập trung. Tổ hợp các mô đun thành phần có thể giúp cho việc phân tích và quản lý lưu vực theo hướng: - Xác định thứ tự ưu tiên các giới hạn về môi trường nước; - Đặc trưng các nguồn phát thải và xác định độ lớn cũng như tiềm năng phát thải.

- Tổ hợp các lượng thải từ các điểm nguồn tập trung và không tập trung và quá trình vận chuyển trên lưu vực cũng như trên sông. - Xác định, so sánh giá trị tương đối của các chiến lược kiểm soát ô nhiễm. - Trình diễn dưới dạng các bảng biểu, hình vẽ và bản đồ. c) Mô hình SWAT SWAT là một mô hình dựa trên cơ sở vật lý được xây dựng để dự đoán ảnh hưởng của các hoạt động sử dụng đất trên lưu vực đến chế độ dòng chảy, xác định lượng bùn cát và các các chất hoá học dùng trong nông nghiệp trên toàn lưu vực.

Bao gồm: - Các mô hình lan truyền: PLOAD, là một mô hình lan truyền chất ô nhiễm, PLOAD xác định các nguồn thải không tập trung trung bình trong một khoảng thời gian nhất định. Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 14 - d) Mô hình Mike Basin Mô hình Mike Basin là một mô hình mô phỏng cân bằng nước hệ thống sông. Mô hình được xây dựng bởi Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI). Version mới nhất hiện nay của Mike Basin 2005 và mô hình này vẫn luôn được cải tiến hàng năm.

e) Mô hình Weap Tính đến thời điểm hiện tại, liên quan đến việc ứng dụng mô hình WEAP ở các nước trên thế giới có khoảng hơn 30 dự án đánh giá nước ở các quốc gia trên hầu hết các châu lục bao gồm Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Mexico, Brazil, Đức, Hàn Quốc, Ghana, Kenya, Nam Phi, Ai Cập, Israel và Oman Hình 1.1: Sơ đồ các nước, vùng lãnh thổ đã và đang ứng dụng mô hình WEAP 1.2 Trong nước Các dự án phát triển nguồn nước những năm 80 chủ yếu của Viện Quy hoạch thủy lợi dưới dạng các dự án quy hoạch chuyên ngành có liên quan đến nguồn nước với các tên gọi như quy hoạch thủy lợi; quy hoạch tưới, tiêu; quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước và bảo vệ môi trường, thời kỳ đó việc tính toán cân bằng nước chủ yếu áp dụng công cụ mô hình MITSIM chạy trên môi trường DOS. Sau những năm 2000 đặc biệt là sau năm 2002 với sự hỗ trợ từ tổ chức DANIDA của Đan Mạch đã hợp tác hỗ trợ thực hiện dự án “Tăng cường năng lực các viện ngành nước” và đưa bộ công cụ mô hình MIKE do DHI (viện thủy lực Đan Mạch) phát triển vào ứng dụng rộng rãi và mạnh mẽ ở Việt Nam, từ đó việc tính toán cân bằng nước ngoài cơ quan đầu mối là Viện Quy hoạch Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 15 - Thủy lợi với kinh nghiệm và thực tiễn sử dụng mô hình MITSIM cùng với các cơ quan thuộc Viện Khoa học Thủy lợi (nay là viện nghiên cứu Thủy lợi); các trường Trường Đại học (tiêu biểu là Đại học Thủy lợi); các Viện nghiên cứu …vv đã bắt đầu tiếp cận ứng dụng mô hình MITSIM Gần đây, tham gia vào việc tính toán cân bằng nước trên các lưu vực sông ở Việt Nam ngoài việc ứng dụng mô hình MITSIM (đã được cải tiến chạy trên môi trường for Window), mô hình MIKE BASIN (đã trở nên phổ biến), mô hình IQQM (tích hợp trong bộ MRC Toolbox của Ủy hội sông Mêkong quốc tế) thì còn có thêm mô hình WEAP (do viện môi trường Stockhom có trụ sở tại Mỹ phát triển) tham gia vào việc tính toán cân bằng nước và lập kế hoạch sử dụng nước.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1 Vị trí địa lý Tỉnh Quảng Ngãi được tái lập vào ngày 1 tháng 7 năm 1989, trên cơ sở tách tỉnh Nghĩa Bình thành 2 tỉnh Quảng Ngãi và Bình Định. Quảng Ngãi là một tỉnh ven biển nằm ở vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ, Việt Nam. Đường bờ biển Quảng Ngãi có chiều dài khoảng 129 km, với vùng lãnh hải rộng lớn 11.000 km2, có 6 cửa biển, giàu nguồn lực hải sản với nhiều bãi biển đẹp.

Phía Bắc giáp Quảng Nam (với chiều dài đường địa giới 98 Km), phía Nam giáp Bình Định (với chiều dài đường địa giới 83 Km), phía Tây Nam giáp Kon Tum (với chiều dài đường địa giới 79 Km). Tỉnh Quảng Ngãi nằm trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung được Chính phủ chọn khu vực Dung Quất để xây dựng nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam. Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 16 - Bảng 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ngãi 1.2 Đặc điểm địa chất và thổ nhưỡng Đất đai trong địa bàn tỉnh được chia làm 9 nhóm đất chính với 25 đơn vị đất và 68 đơn vị đất phụ. Các nhóm đất chính là cồn cát, đất cát ven biển, đất mặn, đất phù sa, đất giây, đất xám, đất đỏ vàng, đất đen, đất nứt nẻ, đất xói mòn trơ trọi đá.

Trong đó, nhóm đất xám có vị trí quan trọng với hơn 74,65% diện tích đất tự nhiên, thích hợp với cây công nghiệp dài ngày, cây đặc sản, dược liệu, chăn nuôi gia súc và nhóm đất phù sa thuộc hạ lưu các sông chiếm 19,3% diện tích đất tự nhiên, thích hợp với trồng lúa, cây công nghiệp ngắn ngày, rau đậu… Thổ nhưỡng Quảng Ngãi có thành phần cơ giới nhẹ, hơi chặt, thích hợp với trồng mía và các cây công nghiệp ngắn ngày.2 Đặc điểm khí tượng và mạng lưới sông ngòi 1.1 Đặc điểm khí tượng Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 17 - a) Chế độ nhiệt -Nhiệt độ tương đối cao trong toàn vùng. Nhiệt độ có xu hướng tăng dần từ Bắc vào Nam và từ miền núi xuống đồng bằng.