Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông mã

Luận án tiến sĩ nghiên cứu kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản lý, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Lương Ngọc Chung
• Người hướng dẫn: GS. Trần Viết Ôn
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Dòng Chảy Tối Thiểu Để Quản Lý Bền Vững Tài Nguyên Nước Hạ Du Sông Mã
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ LƯU VỰC SÔNG MÃ
• 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường ở các lưu vực sông
• 1.2. Khái niệm về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường
• 1.3. Vai trò của dòng chảy tối thiểu
• 1.4. Tổng quan về các nghiên cứu dòng chảy tối thiểu
• 1.5. Tổng quan về lưu vực sông Mã
• 1.6. Tình hình phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông Mã
• 1.7. Hiện trạng môi trường, sinh thái vùng hạ du lưu vực sông Mã
• 1.8. Lịch sử khai thác, sử dụng nguồn nước trên sông Mã
• 1.9. Định hướng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của Luận án
• 1.10. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU HẠ DU SÔNG MÃ
• 2.1. Nhận diện các tác động đến chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã
• 2.1.1. Những tác động của tự nhiên
• 2.1.2. Những tác động của các hoạt động kinh tế - xã hội
• 2.1.3. Biến động nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực
• 2.1.4. Hệ quả của những tác động
• 2.2. Xây dựng phương pháp xác định dòng chảy tối thiểu cho hạ lưu sông Mã
• 2.2.1. Phương pháp xác định dòng chảy tối thiểu
• 2.2.2. Phương pháp mô hình toán để mô phỏng và tính toán chế độ dòng chảy
• 2.2.3. Phương pháp khảo sát, đo đạc, lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.2.4. Phương pháp xác định dòng chảy cho giao thông thủy
• 2.3. Thiết lập mô hình thủy lực cho mùa cạn mạng sông Mã
• 2.3.1. Sơ đồ mạng sông
• 2.3.2. Số liệu đầu vào, các biên tính toán
• 2.3.3. Mô phỏng, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 2.3.4. Thiết lập các mô hình sinh thái vùng hạ lưu sông Mã
• 2.3.4.1. Số liệu đầu vào, các biên tính toán
• 2.3.4.2. Đánh giá mức độ phù hợp của các loài với điều kiện môi trường
• 2.4. Kết luận chương 2 và định hướng nội dung chương 3
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tính toán xác định dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã
• 3.1.1. Xác định điểm kiểm soát dòng chảy tối thiểu
• 3.1.2. Kết quả tính toán thủy lực mùa cạn hạ lưu sông Mã
• 3.1.3. Xác định lưu lượng cho các nhu cầu sử dụng nước các đoạn sông
• 3.1.4. Xác định dòng chảy môi trường không tiêu hao
• 3.1.5. Xác định dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã
• 3.2. Phân tích sự phù hợp của dòng chảy tối thiểu
• 3.2.1. So sánh kết quả tính toán với kết quả của phương pháp Tessman
• 3.2.2. Sự phù hợp của DCTT với dòng chảy mùa cạn diễn ra trong quá khứ
• 3.3. Các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã
• 3.3.1. Giải pháp điều hành hồ chứa
• 3.3.2. Đề xuất giải pháp quản lý
• 3.4. Kết luận Chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• NHỮNG HẠN CHẾ VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Giới thiệu về dòng chảy tối thiểu

Dòng chảy tối thiểu là khái niệm quan trọng trong quản lý tài nguyên nước, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng nhu cầu sử dụng nước. Dòng chảy tối thiểu không chỉ đảm bảo cung cấp nước cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất mà còn duy trì các hệ sinh thái thủy sinh. Việc xác định dòng chảy tối thiểu là cần thiết để bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững. Theo nghiên cứu, dòng chảy tối thiểu cần được duy trì để ngăn chặn tình trạng cạn kiệt nguồn nước và xâm nhập mặn, đặc biệt ở các vùng hạ du như sông Mã. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc không duy trì dòng chảy tối thiểu có thể dẫn đến suy thoái hệ sinh thái và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của người dân.

1.1. Vai trò của dòng chảy tối thiểu

Vai trò của dòng chảy tối thiểu không chỉ giới hạn trong việc cung cấp nước cho sinh hoạt mà còn bao gồm việc duy trì sự cân bằng sinh thái trong các hệ thống sông. Dòng chảy tối thiểu giúp bảo vệ các loài thủy sinh và duy trì chất lượng nước. Nghiên cứu cho thấy rằng, nếu không có dòng chảy tối thiểu, các loài cá và động vật thủy sinh sẽ gặp khó khăn trong việc sinh sống và phát triển. Hơn nữa, dòng chảy tối thiểu còn có tác dụng làm giảm nguy cơ ô nhiễm nước, nhờ vào khả năng tự làm sạch của dòng sông. Do đó, việc xác định và duy trì dòng chảy tối thiểu là một yếu tố quan trọng trong quản lý tài nguyên nước bền vững.

II. Tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên nước sông Mã

Sông Mã là một trong những nguồn tài nguyên nước quan trọng ở Việt Nam, đóng vai trò lớn trong phát triển kinh tế - xã hội của khu vực. Tuy nhiên, việc khai thác nước từ sông Mã đã diễn ra một cách không bền vững, dẫn đến tình trạng cạn kiệt nguồn nước trong mùa khô. Các công trình thủy điện, hồ chứa và các hoạt động nông nghiệp đã làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên của sông. Theo số liệu, mực nước vào mùa cạn đã giảm đáng kể so với mức trung bình nhiều năm, gây ra nhiều hệ lụy cho môi trường và đời sống người dân. Việc không duy trì dòng chảy tối thiểu đã dẫn đến tình trạng xâm nhập mặn sâu vào nội địa, ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và sản xuất. Do đó, cần có các giải pháp quản lý hiệu quả để bảo vệ tài nguyên nước và đảm bảo sự phát triển bền vững cho vùng hạ du sông Mã.

2.1. Các tác động từ hoạt động kinh tế xã hội

Các hoạt động kinh tế - xã hội như nông nghiệp, công nghiệp và đô thị hóa đã tác động mạnh mẽ đến tài nguyên nước sông Mã. Việc khai thác nước quá mức cho sản xuất nông nghiệp đã làm giảm dòng chảy tự nhiên, dẫn đến tình trạng cạn kiệt nước trong mùa khô. Hơn nữa, sự phát triển của các công trình thủy điện đã làm thay đổi đáng kể chế độ dòng chảy, gây ra những biến động lớn trong môi trường sinh thái. Các nghiên cứu cho thấy rằng, nếu không có các biện pháp quản lý hợp lý, tình trạng này sẽ tiếp tục gia tăng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của người dân và sự phát triển bền vững của khu vực.

III. Đề xuất giải pháp quản lý bền vững tài nguyên nước

Để quản lý bền vững tài nguyên nước hạ du sông Mã, cần thiết phải có một chiến lược tổng thể và đồng bộ. Các giải pháp cần tập trung vào việc duy trì dòng chảy tối thiểu và bảo vệ các hệ sinh thái thủy sinh. Cần thiết lập các quy định rõ ràng về khai thác nước, đồng thời tăng cường công tác giám sát và quản lý. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý nước cũng là một giải pháp hiệu quả. Hơn nữa, cần có sự tham gia của cộng đồng trong việc bảo vệ tài nguyên nước, nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của dòng chảy tối thiểu trong việc duy trì sự sống và phát triển bền vững.

3.1. Chiến lược quản lý tài nguyên nước

Chiến lược quản lý tài nguyên nước cần được xây dựng dựa trên các nguyên tắc bền vững, đảm bảo sự cân bằng giữa nhu cầu sử dụng nước và bảo vệ môi trường. Cần thiết lập các chỉ tiêu cụ thể về dòng chảy tối thiểu cho từng đoạn sông, đồng thời xây dựng các mô hình dự báo để đánh giá tác động của các hoạt động khai thác nước. Việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng là rất quan trọng trong việc thực hiện các giải pháp này. Chỉ khi có sự đồng lòng và hợp tác, mới có thể đảm bảo được sự phát triển bền vững cho tài nguyên nước hạ du sông Mã.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Xác định các vấn dé cần nghiên cứu. Tổng quan các nghiên cứu về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường trên thế giới và Việt Nam. Xác định, đề xuất được hướng nghiên cứu, cách tiếp cận dòng chảy tối thiểu, trên cơ sở phân tích điểm mạnh, điểm yếu của từng phương pháp. Nêu được tông quan về lưu vực sông Mã và vùng hạ du sông Mã là đối tượng nghiên cứu của Luận án.

Chương 2: Trên cơ sở nghiên cứu, đánh giá tác động của điều kiện tự nhiên, phát triển 4 kinh tế - xã hội đến chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã, trong đó xác định được nguyên nhân chính gây ra hạ thấp mực nước ở hạ du là do lòng dẫn sông Mã. Nghiên cứu, xây dựng được phương pháp phù hợp xác định dòng chảy tối thiểu cho vùng hạ du sông Mã. Phân tích kết quả khảo sát và lựa chọn được 5 loài cá làm loài chỉ thi cho hệ sinh thái vùng hạ du sông Mã, làm cơ sở xác định dòng chảy tối thiểu. Thiết lập mô hình thủy lực, sinh thái trong mùa cạn cho lưu vực sông Mã.

Chương 3: Trình bày kết quả nghiên cứu dòng chảy tối thiểu ở hạ du sông Mã trên cơ sở xác định dòng chảy các thành phần (dòng chảy sinh thái, dòng chảy giao thông thủy, dòng chảy cho nhu cầu nước của các ngành kinh tế - xã hội). Phân tích sự phù hợp của dòng chảy tối thiểu của các đoạn sông và dé xuất các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã. CHUONG1 TONG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VE DONG CHAY TOI THIEU VA LƯU VUC SÔNG MA 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường ở các lưu vực sông 1.1 Khái niệm về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường - Khái niệm “đòng cháy tối thiểu” mới được đề cập và ứng dụng ở Việt Nam trong những năm gần đây. Lần đầu tiên khái niệm và các ứng dụng dòng chảy tối thiểu được đề cập trong văn bản pháp lý tại Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/10/2008 của Chính phủ về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi; Tiếp theo đó là ở Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông.

Theo các Nghị định này "đòng chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất can thiết dé duy trì dòng sông hoặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức toi thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước theo thứ tự uu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông”. Trong Luật Tài nguyên Nước sửa đổi năm 2012, đảm bao “đòng chảy tối thiểu” được đề cập như quy định về nguyên tắc để quản lý, bảo vệ, điều hòa, phân phối, giám sát hoạt động khai thác sử dụng tài nguyên nước nhằm phòng, chống và khắc phục hậu quả, tác hại do nước gây ra. Thực tế hiện nay, nhiều dòng sông trên thế giới và ở Việt Nam dòng chảy đã bị thay đổi nhiều do quá trình khai thác, sử dụng nguồn nước dé phục vụ cho các nhu cầu nước của con người. Sự thay đôi đó đã tác động mạnh đến chế độ dòng chảy cũng như chất lượng nước của các con sông, gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng duy trì các hệ sinh thái thủy sinh của dòng sông.

Việc duy trì trên sông một chế độ dòng chảy đảm bảo hài hòa giữa nhu cầu sử dụng nước và môi trường sinh thái đang là xu thế được hướng tới trong phát trién bền vững tài nguyên nước trên thé giới [1]. - Khái niệm “đòng chảy môi trường” xuất hiện vào khoảng giữa thế kỷ 20 ở các nước phát triển ở Châu Âu va Mỹ dé đáp ứng cho các nghiên cứu về sự tăng trưởng nhanh chóng của cơ sở hạ tâng tải nguyên nước cùng các tác động mạnh mẽ tới đa dạng sinh học của quá trình chỉnh trị sông và điều tiết dòng chảy. Ở Việt Nam “dong chảy môi trường” là một khái niệm còn tương đối mới. Theo tô chức bảo tồn thiên nhiên thế giới (IUCN) [7]: “Dong chảy môi trường là lưu lượng của dòng chảy cần thiết để duy trì thành phần, chức năng, quy trình và khả năng phục hồi các hệ sinh thái thủy sinh và các hàng hóa, dịch vụ mà các hệ sinh thái đó cung câp cho con người”.

Theo Ngân hang thế giới [8]: “Dong chảy môi trường có thé được mô tả như là chất lượng, lưu lượng của dòng chảy cần thiết để duy trì các thành phần, chức năng, quy trình và khả năng phục hồi các hệ sinh thái thủy sản cung cấp hàng hóa và dich vụ cho con người”. Theo tô chức các dòng sông quốc tế [9]: “Dong chảy môi trường là một hệ thong dé quản lý lưu lượng và chất lượng của nước chảy bên dưới một con đập, với mục tiêu duy trì các hệ sinh thái nước ngọt và hệ sinh thái vùng cửa sông và sinh kế của con người phụ thuộc vào chúng”. Theo tô chức mạng lưới dòng chảy môi trường toàn cầu [10]: “Dong chảy môi trường là lượng dòng chảy trong sông, dam lầy hoặc vùng ven biển dé duy trì các hệ sinh thái và những lợi ích mà chúng cung câp cho con người”. Theo Dyson, Bergkamp, and Scanlon, 2008 [11]: “Dong chảy môi trường là chế độ nước được cung cấp trong một dòng sông, vùng đất ngập nước hoặc vùng ven bờ dé duy trì các hệ sinh thái và những lợi ích của chúng ở những nơi dòng chảy bị điều tiết và có sự cạnh tranh trong sử dụng nước.

Dòng chảy môi trường góp phần quan trọng đối với sức khỏe của dòng sông, sự phát triển kinh tế và giảm đói nghèo. Dòng chảy môi trường đảm bảo tính sẵn có liên tục của nhiều lợi ích mà dòng sông khỏe mạnh và các hệ thống nước dưới đất mang lại cho xã hội ”. Nhìn chung, những định nghĩa về “dong chảy môi trường ” khá tương đồng, tat cả đều nhắn mạnh đến việc duy trì các hệ sinh thái. Tuy nhiên, trong các định nghĩa về dòng chảy môi trường chưa có thành phần dòng chảy để cung cấp cho các nhu cầu sử dụng nước phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội.

Xét tong thé “dong chảy tối thiểu ” tông quát và đầy đủ hơn về các đối tượng sử dụng nước, và có thé coi “dong chảy tôi thiêu ” bao gôm “dong chảy môi trường” va dong chảy cho nhu câu nước tôi thiêu của các đôi tượng sử dụng nước. Trong khuôn khổ của Luận án này sẽ nghiên cứu “dòng cháy toi thiểu” gồm 2 thành phan: (1) Dòng chảy cho môi trường sinh thái và (2) dòng chảy cho nhu cau nước tôi thiểu.12 Vai trò của dòng cháy toi thiểu Như đã phân tích ở trên, DCMT được coi là một phần của DCTT. Vi vậy, vai trò của DCMT cũng là vai trò của DCTT, nó có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của bất cứ dòng sông nảo. Thiếu DCTT sẽ đặt sự tồn tại của các hệ sinh thái, con người va nền kinh tế trước rủi ro [1].

Vai trò chủ yếu của DCTT [12] như sau: - Duy trì tính toàn vẹn, năng suât và các điêu kiện cân thiệt cho các hệ sinh thai phụ thuộc vào nước ngọt trong sông, vùng đât ngập nước, vùng cửa sông ven biên. - Đảm bảo triên vọng dài hạn cho các cộng đông và sản xuât nông nghiệp dựa nhiêu vào thê trạng sông. - Làm giảm độ mặn, hòa loãng ô nhiễm và tránh tù đọng nước thường xuyên. - Giúp bảo vệ đa dạng sinh học của hệ sinh thái sông cũng như duy trì các dòng sông luôn ở trạng thái khỏe mạnh.

Lợi ích của việc đảm bảo DCTT: Các HST thủy sinh trong sông ngòi, vùng đất ngập nước, cửa sông và các hệ sinh thái ven biển cung cấp nhiều lợi ích khác nhau cho con người. Những lợi ích này bao gồm “hàng hóa” như nước uống sạch, cá và các “dịch vụ” như làm sạch nước, giảm nhẹ lũ lụt và các dịch vụ giải trí. Những dòng sông khỏe mạnh và các hệ sinh thai đi kèm còn mang những giá tri nội tại đối với con người, đó là những giá tri có ý nghĩa văn hóa, đặc biệt đối với các nền văn hóa bản địa. Giá trị nội tại này thường bị bỏ qua và khó nhận biết về định lượng [1].1 Mối liên hệ giữa vai trò dong chảy tối thiểu và chức năng hệ sinh thái [12] Đối tượng Giá trị Vai trò của DCTT Cá nước ngọt là nguồn protein có giá trị cho | Duy trì MT sống phù hợp; Động vật | con người.

Các quần thể động vật có giá tri Dé các loài cá di chuyển; dưới nước | khác bao gồm: cá, chim nước quý hoặc các | Kiến tạo MT sinh sản cho các loài sinh vật nhỏ khác trong xích thức ăn cá Đối tượng Giá trị Vai trò của DCTT Cung cấp thức ăn và củi đốt cho con người, - Duy trì độ âm của đất ở bờ sông: MT sông của động vật và là vùng đệm đê - Vận chuyền chât dinh dưỡng trên Thực vật. NÓ SA rou? wk ven son sông ngòi chong lại việc mat chat dinh | bo và phat tán hat giông š dưỡng và cặn từ các hoạt động dẫn nước của Con người 2 Vận chuyển bùn cát va tách ra Cát ở sông | Dùng đê xây dựn ` , 8 5 yeuns thành các hat min hon ¬ KD an, ak rh ana Duy trì cân bằng muối ở mức độ Cửa sông | Cung cap địa diém cho cá biên đẻ trứng 'y 5 ° thich hop Nước DC trong sông thường xuyên duy trì nguồn | „. x N cung câp nước trong suôt mùa khô 8 Tái nap lai nước ngâm Vùng Hỗ trợ nghề cá và nông nghiệp ở vùng ngập | Gây ngập đồng ruộng vào thời ngập lụt lụt cho nông dân điêm thích hợp trong năm Âm thanh của nước chảy qua các khe đá, | Các cấp lưu lượng khác nhau dé tối Thâm my | mùi hương và cảnh quan của dòng sông với | đa hóa và đảm bảo các nét mỹ cây côi, chim muông và cá cảnh quan thiên nhiên. | Nước sạch và thác ghénh lý tưởng cho việc tie ox ` ` Giải trí và TY QUA CA cơ xy l 5.

„| Duy trì khả năng tự làm sạch va văn hóa thả bè trên sông và các hô nước sạch là các chất lượng nước nơi tô chức lê hội văn hóa hay thê thao nước. l ^ sa Duy trì khả năng của HST dưới nước đề điều `. ` Hệ sinh `y „ mm 5 .