CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Các nghiên cứu ngoài nước có liên quan đến đề tài Nghiên cứu về dòng chảy kiệt ở hạ du các sông đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm. Nghiên cứu trên lưu vực Murra Darling (Úc) là một trong những nghiên cứu điển hình. Với diện tích lưu vực rất lớn hơn 1 triệu km2, việc sử dụng nước, xây dựng các công trình trên dòng chính đã làm cho lưu vực gần như cạn kiệt. Để duy trì sự tồn tại của con sông, ban quản lý lưu vực sông đã đề xuất các sáng kiến và được sự đồng thuận của các tiểu bang trong lưu vực, gồm các điểm sau: Chuẩn bị một chiến lược tổng thể về sử dụng nước ngầm và nước mặt một cách bền vững; đề xuất tiêu chuẩn về chất lượng nước; quy hoạch sử dụng nước và định mức sử dụng nước cho các tiểu bang, phân bố việc sử dụng nước theo mùa; các nguyên tắc về kinh doanh và chế độ xử phạt trong việc sử dụng nước.
Để đạt được mục tiêu về sử dụng nguồn nước trên sông Murray Darling bền vững, duy trì sự sống của con sông, các hành động cụ thề cần thực hiện bao gồm: Dừng việc xây dựng thêm các công trình khai thác nước: xác định hạn ngạch được khai thác cho từng khu vực trên lưu vực: đăng ký khai thác nước; thiết lập cơ chế quàn lý môi trường độc lập; việc sử dụng nước cần mang lại hiệu quả kinh tế: tích hợp trong việc quản lý đất và nước. Việc nghiên cứu tính toán, đánh giả sự biến động và tác động cùa dòng cháy kiệt cũng như hậu quả của nó là hạn hán đến sản xuất nông nghiệp và các ngành kinh tế đã dược triền khai tại rất nhiều quốc gia trên thế giới không chỉ ở những nước đang phát triển mà còn ờ những nước phát triển. Sau đây là một số kết quả nghiên cứu điển hình cũng như các phần mềm, công cụ tính toán dự báo về dòng chảy kiệt trên thê giới: Trung tâm Giảm thiểu Hạn hán Quốc gia (National Drought Mitigation Center - NDMC) thuộc trường Đại học Nebraska-Lincoln, Mỹ đã nghiên cứu xây dựng một hệ thống dự báo thủy lực tiên tiến (Advanced Hydrologic Prediction Service AHPS) để tính toán và dự báo dòng chảy mùa lũ cũng như mùa kiệt và tác dộng đối với sản xuất nông nghiệp cũng như thủy sản. Nghiên cứu điền hình ứng dụng hệ thống này tại thượng lưu sông Colorado - Mỹ cho thấy (Nguồn: Brian Arterỵ District Manager.
Platte County Conservation District) 3 - Dòng chảy kiệt sòng Colorado có tác dộng mạnh mẽ đến kinh tế, xã hội, môi trường, phát triển nông nghiệp và thủy sản vùng ven sông - Khi dỏng chảy khoảng 1.1 m3/s thì việc tưới tiêu trở nên thất thường và một vài nơi sẽ không đủ nước để tưới - Khi dòng chảy khoảng 0.5 m3/s thì các điều kiện cho sinh hoạt 2 bên bờ là rất khó tiếp cận - Khi dòng chày khoảng 0,2 m3/s thì không có khả năng cho tưới, việc cung cấp nước tưới cần phải có các hệ thống cấp nước thay thế khảc - Cùng với dòng chảy khoảng 0.2 m3/s thì đây lả một điều kiện rất bất lợi cho các loài thủy sản, một số loài cây và sinh vật thủy sinh có thể bị chết - Cùng với dòng chảy khoảng 0.2 m3/s thì đây không phải là điều kiện thuận lợi cho vật nuôi và các loài sinh vật sống dưới nước và cũng cần phải có hình thức cấp nước thay thế khác. • Nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Rheinisch-Westfálischc Tcchnische Hochschulc Aachen. Theo kết quả đánh giá tổn thất của dòng chảy kiệt sông Meause đã chỉ ra rằng khi nhu cầu dùng nước vượt quá nguồn nước sẵn có thì rất nhiều ngành kinh tế sẽ bị tác động như năng lượng, hàng hải, nước uống và nông nghiệp. Các chi tiêu tổn thất của dòng chảy kiệt đối với nông nghiệp là giảm sản lượng, đối với nước uống là chi phí lấy nước từ các nguồn khác thay thế, đối với hàng hải là chi phí bơm tại các cống vả thời gian mở cống.
• Ứng dụng các mô hình toán cho tính toán dòng chảy kiệt trên các hệ thống sông từ lâu không còn là mới mẻ. Với các đặc điểm vượt trội hơn các mô hình vật lý về tốc độ, chi phí, độ chính xác cho phép. và đặc biệt, ngày nay với sự phát triển của máy tính và các ngôn ngữ lập trình, mô hình toán thực sự đang trở thành công cụ tiên phong và rất hữu hiệu trong mô tả các hiện tượng dòng chảy thiên nhiên phức tạp. Việc tinh toán, dự báo diễn biến và tác dộng cùa dỏng chảy kiệt sẽ là cơ sở đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm giảm thiểu các tác động này.
• Tại Đan Mạch, Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển các mô hình họ MIKE và 4 một loạt các phần mềm khác. Việc ứng dụng các mô hình toán trong tính toán dòng chảy đã mang lại những kết quả khá chính xác và nhanh chóng đưa ra các quyết định cho việc quản lý vận hành công trình thủy lợi. Trong đó, các ứng dụng mô hình Mike 11 đã đưọc công nhận là tin cậy và cho kết quả tốt, một số các ứng dụng của mô hình Mike 11 đã được ứng dụng trên thực tế - Tại Ấn Độ, năm 2004, một dự án nghiên cứu kết hợp giữa Viện Công nghệ Quốc gia Ấn Độ với Viện Thủy lực Đan Mạch được thực hiện trên cơ sở ứng dụng mô hình MIKE 11 và MIKE SHE để tính toán tối ưu hóa hệ thống thủy nông. Dự án được thực hiện trên hệ thống thủy nông Mahanadi, bao gồm hồ chứa và hệ thống kênh thuộc loại lớn nằm ở miền Trung của Ấn Độ.
Nhờ công cụ MIKE 11 và MIKE SHE dự án đã tiên hành tính toán mô phỏng lượng mưa trong lưu vực, tính toán thủy lực trên các hệ thống sông, xây dựng quy trình vận hành hồ chứa và vận hành hệ thống kênh nội đồng. Kết quả thực hiện dự án cho thấy, hiện trạng các hệ thống kênh đã vận hành không hiệu quả trong việc cấp nước tưới vả tình trạng tổn thất nước dọc kênh là rất lớn, trong khi đó một phẩn diện tích cây trồng thường gặp nguy cơ thiếu nước và hạn hán trong mùa khô. Từ kết quả nghiên cứu, dự án đã đưa ra các nguyên tắc vận hành công trình thủy lợi trong hệ thống thủy nông được hiệu quả, giảm áp lực về hạn hán lên cây trồng. Tại Bangladesh, năm 1997, nhằm đối phó với hạn hán trên sông Gorai.
DHI đã phối hợp với ủy ban phát triển nước Bangladesh thiết lập mô hình Mike 11 đề mô tả các biến đổi hình thái ở hạ lưu sông, đồng thời dự báo sự thay đổi trong lưu lượng trước và sau khi nạo vét sông trong mùa khô và mùa lũ. Đồng thời kết hợp các module HD vả module tải khuếch tán chất lượng nước để tính toán xâm nhập mặn trong mùa khô ở các vùng cửa sông. Két quả dự án đã kết luận khả năng xâm nhập mặn vùng cửa sông lên tới 30km, làm ảnh hưởng đến khà năng lấy nước của các công trình thủy nông dọc sông. Ngoài ra dự án đã chỉ ra mức độ nạo vét hợp lý đề không gây ra những biền đổi lớn về hình thái sông.2 Các nghiên cứu trong nước có liên quan đến đề tài Vấn đề suy thoái tài nguyên nước ở các lưu vực sông hiện nay diễn ra ngày càng nghiêm trọng, theo thống kê nước ta có nguồn nước mặt từ các sông hồ rất lớn, khoảng 835 tỷ m3 trong dó cỏ 313 tỷ m3 sản sinh trên lãnh thổ Việt Nam còn lại 522 tỷ m3 từ 5 lãnh thổ các nước ngoài chảy vào nước ta.
Tuy nhiên, tài nguyên nước trên các lưu vục sông nước ta đang suy giảm nghiêm trọng về số lượng và chất lượng. Việc khai thác, sử dụng tài nguyên nước chưa hợp lý, thiếu bền vững đã và đang gây suy giảm tài nguyên nước trọng khi hiệu quá sử dụng nước còn thấp, tình trạng lãng phí trong sử dụng nước còn phổ biến trên phạm vi cả nước. Cùng với đó là vấn đề biến đổi khí hậu, toàn cầu đang nóng lên đã và sẽ tác động nhiều đến tài nguyên nước. Các đề tài nghiên cứu về dòng chảy kiệt đã được triển khai trong những năm gần đây, ở Việt Nam chủ yểu tập trung vào vấn đề nghiên cứu các nguyên nhân gây ra biến đổi dòng chảy kiệt, giải pháp sử dụng hiệu quả tài nguyên nước trên các lưu vực sông.
Cùng với đó những nghiên cứu liên quan đến việc đánh giá tác động của việc hạ thấp mực nước hạ du dưới tác động của các yếu tố, được Chính phủ đặc biệt quan tâm và đầu tư rất nhiều kinh phí cho công tác nghiên cứu. Các chương trình, dự án, đề tài nghiên cứu về vấn đề này có thể kể đến như: - "Tổng quan quy hoạch thủy lợi khai thác bậc thang sông Mã phục vụ phát triển kinh tế xã hội hạ du" Viện Quy hoạch thủy lợi lập Năm 2002. Quy hoạch này đề xuất xây dựng nhiều công trình vừa và nhỏ để lấy nước, tích nước phục vụ tại chỗ các nhu cầu về tưới, tiêu, phòng chống lũ và công trình lợi dụng tổng hợp. - Gần đây nhất, lưu vực sông Mã cũng đã được xem xét trong ‘Quy hoạch Tổng thể Thụy lợi vùng Bắc Trung Bộ trong điều kiện BĐKH và nước biển dâng” do Viện quy hoạch Thủy lợi thực hiện năm 2009-2011.
Trong quy hoạch này đã đề cập và xem xét đến những vấn đề về thay đồi các yếu tố lượng mưa, dòng chảy do BĐKH mang lại, những yểu tố tác động để từ đó đưa ra một số các kịch bản thích ứng như xây dựng công trình điều tiết nước, các hồ chứa tích nước, các phương án cân bằng nước, bổ sung và cấp nước đẩy mặn và phòng chống lũ. Do đây là nghiên cứu trên phạm vi rộng nên các vấn đề đưa ra mang tính tổng thể. - Đề tài 'Nghiên cứu về thực trạng suy giảm nguồn mrớc ở hạ lưu các lưu vực sông và vấn đề cấp bách cần ưu tiên giải quyết". Tiên Sỹ Lê Bắc Huỳnh - Phó tổng thư ký hội bảo vệ TN&MTVN năm 2011.
Nghiên cứu đã chỉ ra được một số các nguyên nhân cơ bản dẫn đến quá trình suy giảm nguồn nước các lưu vực sông đặc biệt là sông Hồng, đồng thời cũng đề xuất một số các giải pháp giảm thiểu và hạn chế hiện tượng này. 6 - Đề tài “Nghiên cứu mô hình quàn lý tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu vực sông Đà". Đề tài cấp Nhà nước KC 08. Nguyễn Quang Trung chủ nhiệm.