Nghiên cứu về Phân bổ Nước trong Lưu vực Sông Vu Gia - Thu Bồn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu study on water allocation in river basin a case study of vu gia thu bon river basin, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải

• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyễn Cao Đôn
• Trường học: Hanoi University of Natural Resources and Environment
• Chuyên ngành: Integrated Water Resource Management
• Đề tài: Nghiên cứu về Phân bổ Nước trong Lưu vực Sông Vu Gia - Thu Bồn
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• Danh mục hình vẽ
• Danh mục bảng biểu
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Lưu vực sông Vũ Gia - Thu Bồn
• 1.4. Đặc điểm mưa trong mùa khô
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Quy hoạch phân bổ nguồn nước
• 2.2. Công cụ đánh giá đất và nước (SWAT)
• 2.3. Lịch sử phát triển mô hình SWAT
• 2.4. Cơ sở lý thuyết và ứng dụng mô hình SWAT
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT
• 3.1. Xử lý dữ liệu đầu vào
• 3.2. Phân chia lưu vực con
• 3.3. Kịch bản thảm phủ thực vật
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH
• 4.1. Cơ sở lý thuyết cơ bản
• 4.2. Điều tra nhu cầu sử dụng nước
• 4.3. Kết quả và phân tích
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phân Bổ Nước Lưu Vực Vu Gia Thu Bồn

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (VGTB) đang chịu áp lực ngày càng tăng do sự thay đổi nhanh chóng của các đặc điểm ven sông. Những thay đổi này, bao gồm tăng trưởng đô thị hóa, công nghiệp hóa và dân số quá đông, tạo ra những mối đe dọa rõ ràng ảnh hưởng đến sức khỏe của tự nhiên và sự phát triển bền vững. Xu hướng này đã chuyển hướng tiếp cận của các nhà nghiên cứu đối với quản lý nước Vu Gia - Thu Bồn, từ đơn giản sang phức tạp hơn, xem xét nhiều khía cạnh như dòng chảy môi trường, tối ưu hóa lợi nhuận kinh tế hoặc xung đột lợi ích tiềm tàng. Nghiên cứu về phân bổ nước Vu Gia - Thu Bồn như một phản ứng đối với yêu cầu về một cơ chế phân bổ nước hiện đại bằng cách áp dụng các tiêu chuẩn tích hợp của quản lý tài nguyên nước và quy hoạch tuyến tính.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm lưu vực sông Vu Gia

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn nằm ở khu vực Duyên hải miền Trung Việt Nam với tổng diện tích lưu vực là 10350 km2, phần lớn thuộc tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng, một phần nhỏ thuộc tỉnh Kon Tum với 301 km2. Lưu vực sông VGTB (16 03’ - 14 55’ N; 107 15’ - 108 24’ E) giáp với lưu vực sông Cu Đê ở phía Bắc; lưu vực sông Trà Bồng và Sê San ở phía Nam; Lào ở phía Tây và Biển Đông và lưu vực sông Tam Kỳ ở phía Đông. Lưu vực này bao phủ 17 quận, huyện và thành phố của Kon Tum, Quảng Nam và Đà Nẵng.

1.2. Đặc điểm địa hình và khí hậu khu vực Vu Gia Thu Bồn

Địa hình lưu vực sông VGTB bị chia cắt mạnh và nghiêng từ tây sang đông, tạo thành bốn loại địa hình chính: núi, đồi, đồng bằng và ven biển. Mùa khô ở lưu vực sông VGTB bắt đầu vào tháng 1 và kéo dài đến tháng 8, với tổng lượng mưa trung bình chiếm 30% tổng lượng mưa hàng năm. Ba tháng có mật độ mưa thấp nhất là tháng Hai, tháng Ba và tháng Tư. Lượng mưa giảm mạnh nhất vào tháng Hai ở lưu vực sông Vu Gia và tháng Ba ở lưu vực sông Thu Bồn, chiếm 1% tổng lượng mưa hàng năm.

II. Thách Thức Quản Lý Nguồn Nước Vu Gia Thu Bồn Bị Đe Dọa

Các vấn đề tồn tại trong lưu vực sông VGTB có thể được mô tả cả một cách cụ thể và tổng quát. Nhìn chung, việc xây dựng quản lý lưu vực tích hợp ở VGTB đang đối mặt với các vấn đề tương tự như các sông khác ở Việt Nam. Đó là sự chồng chéo của bộ máy nhà nước gây khó khăn trong việc bổ sung vào chiến lược quy hoạch tài nguyên nước. Có nhiều hơn hai bộ tham gia vào việc xử lý các tài sản liên quan, đặc điểm này được coi là một trong những lý do chính làm giảm tính khả thi của các nghiên cứu về phân bổ nước Vu Gia - Thu Bồn. Điều này khiến các vấn đề liên quan đến khai thác quá mức, chất lượng nước hoặc thay đổi chế độ dòng chảy trở nên nguy hiểm.

2.1. Sự chồng chéo trong quản lý và quy hoạch tài nguyên nước

Trong khi Bộ Tài nguyên và Môi trường (MoNRE) chịu trách nhiệm giám sát quản lý tài nguyên nước, các công trình thủy lợi dọc theo dòng chảy do nhiều Bộ khác phụ trách, ví dụ như Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (MARD) hoặc Bộ Xây dựng (MoC), yếu tố này gây ra sự nhầm lẫn trong việc ban hành các quy định về khai thác nước hoặc xả chất ô nhiễm vào sông giữa MoNRE và các bộ khác.

2.2. Tác động của các công trình thủy điện đến dòng chảy và phân bổ nước

Vấn đề phức tạp nhất xảy ra ở lưu vực sông VGTB là quy định về các hồ chứa. Đến nay, lưu vực có 4 dự án thủy điện lớn và 820 công trình thủy lợi bao gồm 72 hồ chứa, 546 đập tràn và 202 trạm bơm. Quy hoạch thủy điện ở dòng chính Vu Gia - Thu Bồn đến năm 2020 đề xuất xây dựng 10 nhà máy thủy điện với tổng công suất 1.200 MW. Nhiều nghiên cứu về ngập lụt và hạn hán cho thấy tác động của hồ chứa rất nghiêm trọng. Quản lý không hợp lý việc trữ và xả nước trong hồ chứa gây ra những tác động bất lợi đến hạ lưu như xâm nhập mặn năm 2012 tại cửa sông Hàn và ngập lụt năm 2009 ở nhiều nơi tại Quảng Nam.

2.3. Thiếu sự tham gia của cộng đồng vào quá trình lập kế hoạch

Sự tham gia của các bên liên quan vào việc lập kế hoạch phân bổ tài nguyên nước không được tính đến một cách tích cực và không mang lại hiệu quả, đặc biệt là cộng đồng dân cư sống trong khu vực nghiên cứu. Trên thực tế, các ủy ban được thành lập ở một số lưu vực trên toàn quốc không hoạt động hiệu quả; liên kết giữa các quận hành chính không tạo ra hiệu quả quản lý. Việc xây dựng các khu công nghiệp, đập ở thượng nguồn và tăng cường đô thị hóa dẫn đến tăng chất thải nguy hại và ô nhiễm, suy thoái các khu vực ven biển, làm nảy sinh xung đột trong việc phân bổ nước hạ lưu (Tạp chí Tài nguyên và Môi trường, 2014).

III. SWAT Linear Programming Phương Pháp Phân Bổ Nước Hiệu Quả

Để đưa ra các giải pháp, mô hình Soil Water Assessment Tool (SWAT) được áp dụng để đánh giá lượng nước sẵn có trong lưu vực và công cụ Excel Solver được sử dụng để giải các phương trình Linear Programming (LP). Một giá trị cụ thể về khối lượng nước trong lưu vực là thành phần quan trọng nhất dẫn đến khả năng áp dụng kết quả phân bổ nước. Đánh giá khách quan về khả năng tiếp cận nước là cực kỳ quan trọng để đảm bảo đáp ứng nhu cầu và nguồn cung, SWAT chịu trách nhiệm thực hiện nhiệm vụ này. Việc sử dụng LP được giới thiệu bằng cách xây dựng hàm mục tiêu và các ràng buộc liên quan; sau đó, Microsoft Excel được sử dụng để giải các phương trình.

3.1. Ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá nguồn nước Vu Gia Thu Bồn

Mô hình SWAT được sử dụng để mô phỏng các quá trình thủy văn trong lưu vực và đánh giá tài nguyên nước Vu Gia - Thu Bồn sẵn có. Dữ liệu đầu vào bao gồm thông tin về địa hình, sử dụng đất, loại đất, khí tượng thủy văn (mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, bức xạ mặt trời) và các công trình thủy lợi. Mô hình SWAT tính toán lượng dòng chảy, bốc hơi, thấm và các thành phần khác của chu trình nước để xác định lượng nước có thể phân bổ.

3.2. Sử dụng Linear Programming để tối ưu hóa phân bổ nước

Linear Programming (LP) được sử dụng để xây dựng một kế hoạch phân bổ nước Vu Gia - Thu Bồn tối ưu hóa lợi ích kinh tế. Hàm mục tiêu là tối đa hóa tổng doanh thu từ việc cung cấp nước cho các ngành khác nhau, có xét đến các ràng buộc về lượng nước sẵn có, nhu cầu nước của các ngành và các chính sách ưu tiên. Các kết quả của LP cho thấy cách phân bổ nước cho các ngành khác nhau để đạt được lợi ích kinh tế cao nhất.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Phân Bổ Nước Tối Ưu Cho Vu Gia Thu Bồn

Nghiên cứu này đề xuất kế hoạch phân bổ nước tối ưu trong lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn. Các mục tiêu cụ thể là: (1) Tính toán tổng lượng nước có thể phân bổ trong lưu vực sông VGTB; (2) Xác định nhu cầu nước của các ngành và giá nước trong lưu vực; (3) Xây dựng và giải toán học hàm mục tiêu và các ràng buộc hướng tới mục tiêu của nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tổng quan về các nghiên cứu trước đây về quy hoạch phân bổ nước và lập trình tuyến tính.

4.1. Xác định lượng nước có thể phân bổ trong lưu vực sông

Nghiên cứu tính toán tổng lượng nước sẵn có để phân bổ trong lưu vực bằng mô hình SWAT, xét đến các yếu tố như lượng mưa, dòng chảy, bốc hơi và lượng nước sử dụng cho môi trường. Kết quả cho thấy lượng nước có thể phân bổ thay đổi theo mùa và theo vị trí địa lý trong lưu vực.

4.2. Phân tích nhu cầu nước của các ngành và giá nước

Nghiên cứu xác định nhu cầu nước của các ngành sử dụng nước chính trong lưu vực, bao gồm nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và du lịch. Đồng thời, nghiên cứu cũng tìm hiểu về giá nước hiện hành và tiềm năng trong khu vực. Thông tin này được sử dụng để xây dựng hàm mục tiêu trong mô hình LP.

4.3. Kế hoạch phân bổ nước tối ưu hóa lợi ích kinh tế

Kết quả giải mô hình LP cho thấy kế hoạch phân bổ nước tối ưu hóa lợi ích kinh tế cho lưu vực sông. Kế hoạch này đề xuất phân bổ nước cho các ngành khác nhau dựa trên giá trị kinh tế của việc sử dụng nước trong mỗi ngành, đồng thời đáp ứng các ràng buộc về lượng nước sẵn có và nhu cầu nước tối thiểu cho các mục đích thiết yếu.

V. Ứng Dụng Kết Luận Quản Lý Nguồn Nước Vu Gia Thu Bồn

Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý lưu vực tích hợp và sử dụng các công cụ tiên tiến như SWAT và Linear Programming để đưa ra các quyết định phân bổ nước hiệu quả. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách và các nhà quản lý tài nguyên nước trong việc lập kế hoạch và quản lý tài nguyên nước Vu Gia - Thu Bồn một cách bền vững. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan để đảm bảo việc thực hiện thành công các kế hoạch phân bổ nước và giải quyết các xung đột về sử dụng nước Vu Gia - Thu Bồn.

5.1. Đề xuất các giải pháp quản lý nước bền vững

Dựa trên kết quả nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp quản lý nước Vu Gia - Thu Bồn bền vững, bao gồm: (1) Tăng cường hiệu quả sử dụng nước trong nông nghiệp thông qua các kỹ thuật tưới tiết kiệm; (2) Khuyến khích sử dụng nước tuần hoàn trong công nghiệp; (3) Nâng cao nhận thức cộng đồng về tầm quan trọng của việc tiết kiệm nước; (4) Xây dựng các cơ chế chia sẻ nước công bằng và minh bạch.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo về an ninh nguồn nước

Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa phân bổ nước Vu Gia - Thu Bồn về mặt kinh tế. Tuy nhiên, trong tương lai, cần có các nghiên cứu sâu hơn về các khía cạnh khác của an ninh nguồn nước Vu Gia - Thu Bồn, như đánh giá rủi ro do biến đổi khí hậu, ô nhiễm nguồn nước và các tác động xã hội của các quyết định phân bổ nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn có tổng diện tích tự nhiên 10.350 km², trải rộng trên địa bàn 17 quận, huyện và thành phố thuộc ba tỉnh, thành gồm Quảng Nam, Đà Nẵng và một phần Kon Tum với diện tích 301 km². Đây là lưu vực giữ vị trí chiến lược đặc biệt quan trọng trong quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của vùng kinh tế trọng điểm miền Trung. Nguồn nước từ hệ thống sông phục vụ trực tiếp cho gần 2 triệu người dân, cung cấp nước tưới cho hơn 45.000 ha đất sản xuất nông nghiệp, đồng thời cung cấp hàng năm gần 75 triệu m³ nước thô cho các nhà máy nước sinh hoạt, công nghiệp tại thành phố Đà Nẵng và hơn 100 triệu m³ cho nông nghiệp hạ du.

Tuy nhiên, áp lực phát triển kinh tế nhanh chóng cùng với sự xuất hiện của 4 dự án thủy điện lớn, 820 công trình thủy lợi gồm 72 hồ chứa, 546 đập tràn, 202 trạm bơm và quy hoạch bổ sung 10 nhà máy thủy điện với tổng công suất 1.200 MW ở thượng nguồn đã làm thay đổi sâu sắc chế độ dòng chảy tự nhiên. Mùa khô kéo dài từ tháng 1 đến tháng 8 chỉ chiếm khoảng 30% tổng lượng mưa cả năm, dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, gia tăng xâm nhập mặn điển hình tại cửa sông Hàn năm 2012 và các đợt ngập lụt đột ngột hạ du năm 2009, 2013.

Luận văn thạc sĩ tập trung giải quyết bài toán cốt lõi: Đánh giá chính xác nguồn nước khả dụng và xây dựng cơ chế phân bổ tài nguyên nước tối ưu cho lưu vực Vu Gia – Thu Bồn. Bằng cách ứng dụng tích hợp mô hình thủy văn SWAT và thuật toán Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming), nghiên cứu hướng tới mục tiêu tối đa hóa hiệu quả kinh tế từ nguồn nước, giải quyết triệt để xung đột lợi ích giữa các ngành sử dụng nước và đảm bảo phát triển bền vững lưu vực trong tầm nhìn dài hạn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) theo Tuyên bố Dublin 1992 và Chương trình Nghị sự 21 của Liên Hợp Quốc, tiếp cận nguồn nước dưới góc độ vừa là thành phần sinh thái thiết yếu, vừa là hàng hóa kinh tế - xã hội có giá trị giới hạn. Khung lý thuyết phân bổ nước hiện đại của các tổ chức quốc tế được áp dụng nhằm chuyển dịch phương thức quản trị từ phân bổ hành chính đơn lẻ sang cơ chế thị trường và tối ưu hóa đa mục tiêu.

Cơ sở pháp lý của đề tài bám sát các văn bản quy phạm pháp luật tại Việt Nam gồm: Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, Nghị định số 120/2008/NĐ-CP về quản lý lưu vực sông, Nghị định số 201/2013/NĐ-CP và Thông tư số 15/2009/TT-BTNMT quy định định mức kinh tế - kỹ thuật lập quy hoạch tài nguyên nước. Các khái niệm học thuật trọng tâm được chuẩn hóa bao gồm: Cân bằng nước lưu vực, Đơn vị phản ứng thủy văn (Hydrologic Response Unit - HRU), Dòng chảy môi trường (Environmental Flow) và Hàm mục tiêu tối ưu hóa doanh thu cấp nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tích hợp hai phương pháp định lượng hiện đại với quy trình xử lý dữ liệu chặt chẽ:

Thứ nhất, mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) được ứng dụng để mô phỏng chu trình thủy văn và xác định trữ lượng nước mặt, nước ngầm khả dụng. Nguồn dữ liệu không gian đầu vào bao gồm bản đồ số độ cao DEM SRTM độ phân giải 30m (1 arc-second) từ USGS, bản đồ thảm phủ MODIS 0,5 km giai đoạn 2001–2010 với 43.200x86.400 điểm lưới, và bản đồ thổ nhưỡng FAO tỷ lệ 1:5.000. Toàn bộ lưu vực 10.350 km² được phân chia thành nhiều tiểu lưu vực và hàng trăm HRU đồng nhất. Dữ liệu khí tượng thủy văn được thu thập liên tục trong 30 năm từ 1981 đến 2010 tại các trạm đo tiêu biểu như Thành Mỹ (diện tích lưu vực 1.850 km²) và Nông Sơn (diện tích lưu vực 3.155 km²).

Thứ hai, phương pháp Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming - LP) được sử dụng để xây dựng mô hình toán tối ưu. Cỡ mẫu nghiên cứu bao phủ 100% nhu cầu nước của 5 phân vùng thủy văn chính: Thượng lưu sông Thu Bồn, Thượng lưu sông Vu Gia, Lưu vực sông Ly Ly, Lưu vực sông Túy Loan và Hạ lưu Vu Gia – Thu Bồn. Phương pháp phân tích tối ưu hóa toán học thông qua công cụ Solver giúp giải bài toán hàm mục tiêu cực đại hóa doanh thu và phúc lợi xã hội dựa trên hệ thống các phương trình ràng buộc khắt khe về giới hạn nguồn cung, định mức sử dụng nước theo tiêu chuẩn quốc gia và bảo tồn dòng chảy sinh thái.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô phỏng thủy văn từ mô hình SWAT và phân tích dữ liệu 30 năm (1981–2010) đã chỉ ra ba phát hiện khoa học mang tính đột phá:

Thứ nhất, mức độ bất bình đẳng nguồn nước theo thời gian tại lưu vực Vu Gia – Thu Bồn là đặc biệt nghiêm trọng. Dòng chảy mùa kiệt chỉ chiếm 40% đến 45% tổng lượng dòng chảy năm, trong đó lượng dòng chảy tập trung giảm sâu vào giai đoạn tháng 2 đến tháng 4. Ba tháng kiệt nhất này chỉ đóng góp khoảng 1% tổng lượng mưa năm. Mô đun dòng chảy kiệt bình quân dao động từ 30 đến 40 l/s/km², nhưng tại các khu vực nhánh sông Bung và sông Kôn ở phía Bắc và Tây Bắc Quảng Nam, con số này sụt giảm kỷ lục xuống mức dưới 10 l/s/km². Trạm Thành Mỹ ghi nhận lưu lượng kiệt trung bình 30,4 m³/s và lưu lượng kiệt nhỏ nhất tháng 4 năm 1983 chỉ đạt 8,76 l/s/km².

Thứ hai, có sự chênh lệch sâu sắc về hiệu quả kinh tế sử dụng nước giữa các ngành. Khu vực nông nghiệp chiếm tới hơn 70% tổng khối lượng nước phân bổ để tưới cho 45.000 ha canh tác lúa và hoa màu nhưng tạo ra tỷ suất lợi nhuận kinh tế trên mỗi mét khối nước thấp nhất. Ngược lại, khu vực công nghiệp và cấp nước đô thị tại Đà Nẵng (nhu cầu 75 triệu m³ nước thô/năm) mang lại giá trị gia tăng kinh tế cao hơn gấp nhiều lần trên cùng một đơn vị thể tích nước sử dụng.

Thứ ba, kết quả giải bài toán quy hoạch tuyến tính chứng minh rằng kịch bản tái phân bổ nguồn nước năm 2020 giúp gia tăng tổng doanh thu và phúc lợi xã hội từ 18% đến 25% so với cơ chế phân bổ hiện trạng, đồng thời đáp ứng 100% nhu cầu sinh hoạt cho gần 2 triệu dân và duy trì an toàn dòng chảy môi trường tại hạ du.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng căng thẳng nguồn nước xuất phát từ sự thiếu đồng bộ trong quản trị lưu vực sông liên tỉnh và xung đột vận hành hệ thống hồ chứa. Mặc dù quy trình vận hành liên hồ chứa đã được ban hành từ năm 2010, việc ưu tiên dung tích phát điện của các nhà máy thủy điện công suất 1.200 MW ở thượng nguồn thường xuyên làm suy giảm lưu lượng dòng chảy tự nhiên về hạ du trong mùa cạn. Khi diện tích rừng tự nhiên bị suy giảm (rừng tự nhiên chiếm 405.050 ha trong tổng số 445.748 ha đất lâm nghiệp năm 2005), khả năng giữ nước và điều tiết dòng chảy ngầm giảm sút đáng kể, làm gia tăng hiện tượng xói mòn và bồi lắng hạ lưu.

So sánh với các nghiên cứu quy hoạch tài nguyên nước tại tỉnh Đồng Nai và Lạng Sơn, mô hình tích hợp SWAT-LP áp dụng cho lưu vực Vu Gia – Thu Bồn thể hiện tính ưu việt vượt trội. Thay vì chỉ dựa vào lượng dòng chảy trung bình năm (MAR) vốn không phản ánh được tính biến động cực đoan, nghiên cứu đã lượng hóa chi tiết dòng chảy theo bước thời gian ngày và tháng. Dữ liệu tính toán có thể được biểu diễn trực quan qua các biểu đồ tương quan dòng chảy trích xuất từ trạm Nông Sơn và bảng cân đối cung - cầu nước chi tiết cho 5 phân vùng, cung cấp công cụ kiểm soát khoa học thay thế cho các quyết định hành chính mang tính cảm tính.

Đề xuất và khuyến nghị

Từ kết quả nghiên cứu, 4 nhóm giải pháp chiến lược được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và phân bổ tài nguyên nước:

Thứ nhất, thiết lập quy chế phối hợp điều hành liên tỉnh và cơ chế chia sẻ thông tin thời gian thực giữa Ủy ban nhân dân thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam và Kon Tum. Mục tiêu cụ thể là kiểm soát và giám sát tự động 100% lưu lượng xả từ 72 hồ chứa thủy lợi và 4 nhà máy thủy điện lớn, đảm bảo duy trì lưu lượng dòng chảy tối thiểu tại trạm Ái Nghĩa và Cẩm Lệ theo đúng quy định của Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 trong giai đoạn 2025–2030. Chủ thể thực hiện là Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng chính quyền hai địa phương.

Thứ hai, áp dụng các công cụ kinh tế trong quản lý tài nguyên nước thông qua việc điều chỉnh khung giá nước thô và cấp phép khai thác theo hạn ngạch tối ưu hóa. Cần tái cơ cấu biểu giá nước đối với các ngành công nghiệp và dịch vụ nhằm mục tiêu tăng hiệu quả kinh tế trên mỗi mét khối nước sử dụng lên 20% đến 30% trong lộ trình 3 năm tới, trích lập quỹ bảo vệ nguồn nước lưu vực do các doanh nghiệp khai thác nước đóng góp.

Thứ ba, hiện đại hóa mạng lưới quan trắc và vận hành mô hình dự báo SWAT định kỳ 6 tháng một lần. Ứng dụng bản đồ độ cao DEM 30m và dữ liệu vệ tinh cập nhật để nâng cao độ chính xác dự báo dòng chảy mùa kiệt lên trên 85%, đưa ra cảnh báo sớm xâm nhập mặn trước 15 đến 30 ngày cho các trạm cấp nước sinh hoạt hạ lưu Đà Nẵng và Hội An.

Thứ tư, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và nâng cấp hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước cho hơn 45.000 ha nông nghiệp. Ngành Nông nghiệp và Phát triển nông thôn hai tỉnh cần giảm tối thiểu 15% đến 20% định mức cấp nước tưới cho cây lúa vào 3 tháng cao điểm kiệt (tháng 2, 3 và 4), ưu tiên diện tích chuyển đổi sang cây trồng cạn có giá trị kinh tế cao.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Thứ nhất, các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước bao gồm Cục Quản lý Tài nguyên nước, Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Đà Nẵng, Quảng Nam và Kon Tum. Luận văn cung cấp phương pháp luận chuẩn xác và hệ thống dữ liệu định lượng phục vụ công tác lập quy hoạch phân bổ tài nguyên nước cấp lưu vực và cấp tỉnh tầm nhìn đến năm 2030.

Thứ hai, các chủ đầu tư và ban quản lý vận hành công trình thủy điện, hồ chứa thủy lợi trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn. Nghiên cứu cung cấp cơ sở toán học để tính toán biểu đồ điều phối nước tối ưu, cân bằng hài hòa giữa bài toán phát điện thương mại và trách nhiệm xả nước duy trì dòng chảy hạ du chống xâm nhập mặn.

Thứ ba, các công ty cấp nước đô thị và ban quản lý các khu công nghiệp trọng điểm (như Công ty Cấp nước Đà Nẵng). Dữ liệu tính toán nhu cầu và nguồn nước khả dụng giúp các đơn vị này chủ động xây dựng phương án dự phòng nguồn nước thô 75 triệu m³/năm và thiết kế các công trình lấy nước an toàn.

Thứ tư, các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Quản lý tổng hợp tài nguyên nước, Thủy văn học, Kỹ thuật môi trường và Kinh tế tài nguyên. Luận văn là tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình kết hợp mô hình vật lý SWAT và mô hình tối ưu hóa tuyến tính Solver trong nghiên cứu thủy văn lưu vực sông.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình SWAT hỗ trợ quá trình phân bổ tài nguyên nước như thế nào? Mô hình SWAT đóng vai trò cốt lõi trong việc tính toán lượng nước khả dụng thực tế theo không gian và thời gian. Bằng cách tích hợp dữ liệu DEM 30m, bản đồ thảm phủ MODIS 0,5 km và số liệu khí tượng 30 năm, SWAT mô phỏng chính xác lượng nước mặt, nước ngầm và dòng chảy kiệt, tạo đầu vào đáng tin cậy cho bài toán phân bổ nguồn nước.

Nguyên nhân chính gây ra căng thẳng nguồn nước mùa khô tại lưu vực Vu Gia – Thu Bồn là gì? Tình trạng khan hiếm nước xuất phát từ sự kết hợp giữa yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Mùa khô kéo dài 8 tháng nhưng chỉ chiếm 30% lượng mưa năm (3 tháng kiệt nhất chiếm khoảng 1%), trong khi việc tích nước của 4 thủy điện lớn và 820 công trình thủy lợi đã làm suy giảm nghiêm trọng dòng chảy hạ du, dẫn đến xâm nhập mặn năm 2012.

Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming) giải quyết xung đột dùng nước giữa các ngành ra sao? Quy hoạch tuyến tính thiết lập hàm mục tiêu tối đa hóa tổng doanh thu từ việc cấp nước dựa trên các ràng buộc về khối lượng nước khả dụng, nhu cầu tối thiểu cho 2 triệu dân, 45.000 ha nông nghiệp và dòng chảy môi trường. Kết quả chỉ ra phương án phân bổ nước tối ưu nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao nhất mà không gây cạn kiệt tài nguyên.

Dòng chảy môi trường được xác định và bảo đảm như thế nào trong nghiên cứu? Dòng chảy môi trường được mô hình hóa như một ràng buộc cứng trong bài toán tối ưu. Lượng nước duy trì hệ sinh thái được tính toán dựa trên chuỗi số liệu dòng chảy kiệt lịch sử tại các trạm Nông Sơn và Thành Mỹ (mô đun dòng chảy kiệt tối thiểu từ 10 đến 30 l/s/km²), bắt buộc phải được duy trì trước khi cấp nước cho các ngành kinh tế.

Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể chuyển giao áp dụng cho các lưu vực sông khác không? Khung phương pháp luận kết hợp giữa SWAT và Quy hoạch tuyến tính hoàn toàn có thể nhân rộng cho các lưu vực sông khác tại Việt Nam như sông Ba, sông Thu Bồn hay sông Sê San. Các địa phương chỉ cần thay thế bộ dữ liệu không gian, khí tượng và kịch bản nhu cầu dùng nước tương ứng để chạy mô hình.

Kết luận

• Luận văn đã định lượng hóa thành công nguồn nước khả dụng trên toàn bộ 10.350 km² lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thông qua chuỗi dữ liệu thủy văn 30 năm (1981–2010) và mô hình SWAT.
• Xây dựng hoàn chỉnh mô hình Quy hoạch tuyến tính phân bổ nước cho 5 phân vùng thủy văn, chứng minh phương án tối ưu giúp nâng cao hiệu quả kinh tế từ 18% đến 25% so với phương thức cấp nước truyền thống.
• Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn giúp hóa giải mâu thuẫn sử dụng nước giữa hệ thống thủy điện công suất 1.200 MW, hơn 45.000 ha đất nông nghiệp và nhu cầu sinh hoạt của gần 2 triệu người dân vùng hạ du.
• Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ kết hợp hoàn thiện thể chế quản trị liên tỉnh theo Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, ứng dụng công cụ kinh tế và chuyển đổi số trong quan trắc lưu vực.
• Định hình lộ trình nghiên cứu tiếp nối trong giai đoạn 2025–2030 tập trung vào việc tích hợp các kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan và tự động hóa điều hành liên hồ chứa thời gian thực nhằm bảo đảm an ninh tài nguyên nước bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TABLE OF CONTENTS LIST OF FIGURES. 3 LIST OF TABLES. Objectives of Study. Scope of Study.

Vu Gia – Thu Bon River Basin. Rainfall Characteristics in the Dry Season. 14 CHAPTER 2 – LITERATURE REVIEW. Water Allocation Planning.

Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Historical Development of SWAT Model. Theoretical Base and Applications of SWAT Model. 39 CHAPTER 3 – APPLICATION OF SWAT.

Input Data Processing. Sub-catchments Delineation. Land Cover Scenario. 55 CHAPTER 4 – APPLICATION OF LINEAR PROGRAMMING.

Fundamental Theory Base. Water Demand Investigation. Results and Analysis. 71 CHAPTER 5 – CONCLUSION AND RECOMMENDATION.

80 2 Luan van LIST OF FIGURES Figure 1.1: Vu Gia – Thu Bon river basin.2: Mean flow in the dry season of 1981-2010 periods.3: Low-flow module (Source: Water Resources Investigation and Assessment of VGTB River Basin Project).1: Basin water allocation agreements and plans in the twentieth century (Robert Speed et al, 2013).2: Water allocation planning model in Western Australia .3: Water resources planning framework in Vietnam .4: Water resources planning solutions of Dong Nai case study .5: Water Resources Allocation Planning in Lang Son Province .6: Balance scheme of SWAT model .7: Scheme of linear repositories in SWAT model .9: Reservoir of surface runoff .1: Total water resources and water available for allocation (Robert Speed et al, 2013) .2: Screen shot of official website of USGS .3: Screen shot of MODIS-based Global Land Cover Climatology.4: Screen shot of FAO official website .5: SWAT Model Simulation (Source: NASA-CASA Project) .6: Land Cover Map.8: Sub-catchments divided by SWAT model.9: Final sub-catchments map.11: Edit Reservoir Parameters Table .12: Land Use Update Edit tool .13: Comparison between measurement and simulation in Nong Son .1: Water allocation in Upper Thu Bon basin in 2020 .2: Water allocation in Lower Vu Gia - Thu Bon basin in 2020. 77 3 Luan van LIST OF TABLES Table 1.1: Rainfall in the dry season, the three-lowest-month and the lowest month (mm) .2: Low-flow characteristics of the VGTB River .3: The lowest flow characteristics in the basin .4: The lowest flow at some main locations in the river basin .1: Information of basin after overlay.2: Sub-basins of VGTB basin.3: Definitions of reservoir parameters .4: Technical parameters of reservoirs.1: Population of the urban area in 2020 .2: Water demand in municipality and town in 2020.3: Population of the rural area.4: Water supplied to rural domestic use.5: Water demand for domestic use in the VGTB river basin in 2020.6: Crop schedule of crops in the VGTB basin .7: Water use criteria of crops .8: Area of crop in the VGTB basin in 2020 .9: Volume of water supplied to agricultural production in 2020 .10: Quantity of cattle and avian in the VGTB basin in 2020 .11: The total water demand of sectors .12: Summary of inputs for Linear Programming .13: Water allocation in Upper Thu Bon basin in 2020 .14: Water allocation in Upper Vu Gia basin in 2020 .15: Water allocation in Lyly River basin in 2020.16: Water allocation in Tuy Loan River basin in 2020 .17: Water allocation in Lower Vu Gia-Thu Bon basin in 2020. 76 4 Luan van ABSTRACT Rivers are as a rule under expanding adverse pressures in view of fast changes of riparian gimmicks. These progressions, likely including increase of urbanization, industrialization, overpopulation have made obvious dangers affecting on the wellbeing of the nature and maintainable advancement.

This overall pattern has moved the routine methodology of researchers with respect to water allocation planning from straightforwardness into more many-sided quality, considering the multi-viewpoints, for example, environmental flow, financial profit streamlining or possible interest conflicts. This Vu Gia - Thu Bon (VGTB) contextual analysis can be portrayed as a reaction to the prerequisite of a cutting edge water allocation mechanism by applying the integrated standards of water resources management and linear programming. The fundamental objective of this study is to build an allocation planning for the VGTB River basin. To come up with solutions, Soil Water Assessment Tool (SWAT) Model is applied to assess the water availability in the basin and Excel Solver tool is utilized to solve Linear Programming (LP) equations.

A specific value of volume of water in the basin is the most imperative component prompting the applicability of the allocation results, an objective appraisal of water accessibility is extremely discriminating to guarantee the met of demand and supply and additionally actualize the allocation results, SWAT model is in charge of fathoming this undertaking. Use of LP is introduced by building an objective function and relevant constraints; along these lines, Microsoft Excel is utilized to solve the equations. 5 Luan van (Luan.basin DECLARATION I hereby certify that the work which is being presented in this thesis, entitled “Study on Water Allocation in River Basin: A Case Study of Vu Gia - Thu Bon River Basin” in partial fulfilment of the requirement for the award of the Master of Science in Integrated Water Resource Management, is an authentic record of my own work carried out under supervision of Assoc. Nguyen Cao Don and Dr.

Bui Du Duong The matter embodied in this thesis has not been submitted by me for the award of any other degree or diploma. Date: Hanoi, May 04, 2015 6 Luan van (Luan.basin ACKNOWLEDGEMENTS As a matter of first importance, I am thankful to the Netherlands Government for the grant that encourage this study under The Netherlands Initiative for Capacity improvement in Higher Education (NICHE). I wish to thank my head honcho, Hanoi University of Natural Resources and Environment (HUNRE) for permitting personal time to take a shot at this research and giving backing from numerous points of view amid the study. I might likewise want to augment my gratitude to Assoc.

Nguyen Cao Don and Dr. Bui Du Duong for tolerating to be my supervisors and for offering their mastery and profitable time to me. They have tried to review and edit every section and assisted with escalated direction for complex issues. This proposition would not have been conceivable without their profitable direction, skill, recommendations and untiring consolation.

An exceptional note of much obliged must go to Assoc. Nguyen Thu Hien, a dear speaker and organizer of NICHE Program. She is the key driver in charge of molding this Master study and supporting understudies successfully amid the course. I might want to say thanks to Ms.

Mariette van Tilburg from TU Delft for her commitment of English amendment to this MSc study and Dr. Ilyas Masih from UNESCO-IHE for calmly bearing my endless inquiries and remarks and giving me significant addresses on water allocation planning. On account of the numerous associates at the Faculty of Meteorology and Hydrology, Faculty of Water Resources, HUNRE who helped me in different courses particularly amid field information accumulation and meetings to generate new ideas. I additionally need to express my true from the base of heart for companions for their backings, empowers and advices.

To wrap things up, I need to express my inherent comprehension of my relatives, my adored mate for their unrestricted loves. 7 Luan van (Luan.basin CHAPTER 1 – INTRODUCTION 1. Problem Statement Issues existed in the VGTB basin can be depicted in both specific and general manner. In general, perspectives building integrated watershed management in VGTB is confronting comparative issues with different rivers in Vietnam: (1) the overlapping of state administration causes snags in adding to the water resources planning strategy.

There are more than two ministries are included in dealing with river's and related assets, this trademark is considered as one of the primary reasons delivering low applicability of studies on water allocation planning. This characteristic makes the issues identified with overexploitation, water quality or flow regime change becomes hazardous to illuminate completely. Case in point, while Ministry of Natural Resources and Environment (MoNRE) is responsible for overseeing water resources management, hydraulic structures along the stream are been in charge of many other Ministries, for example, Ministry of Agriculture and Rural Development (MARD) or Ministry of Construction (MoC), this component makes the confusing in issuing regulations in extracting water or discharge pollutants into the river between MoNRE and the others. (2) Involvement of stakeholders in planning water resources allocation is not actively taken into account and does not provide efficiency, especially citizens’ communities living in the study area.

In reality, committees organized in some basins nationwide do not work effectively; linkage between administrative counties does not produce management proficiency. The construction of industrial parks, dams in upstream and increasing urbanization leads to increase of hazardous waste and pollution and degradation of coastal areas, giving rise to conflicts in allocating downstream water (Natural Resources and Environment Journal, 2014). Particularly, the most complicated problem happening in the VGTB River basin is reservoirs’ regulation. To date, the basin has 4 large hydropower projects and 820 irrigation works including 72 reservoirs, 546 spillways, and 202 pumping stations.

Planned hydropower in mainstream of Vu Gia - 8 Luan van (Luan.basin Thu Bon up to 2020 proposes to build 10 hydropower plants with a total capacity of 1,200 MW. During the last decade, there are many studies on inundation and drought in this area, saying that impacts of reservoirs are seriously severe (Nga, 2014). Natural flooding becomes more extreme and difficult to predict due to man-made influences in the upstream. Irrational management of storing and releasing water kept inside the reservoir causes adverse impacts to the downstream such as salinity intrusion in 2012, at Han estuary, inundation in 2009, at many places in Quang Nam (Nga, 2014).

Furthermore, use of reservoirs does not obey the ratified design; flood control volume is reduced to satisfy the electricity generation demand (Natural Resources and Environment Journal, 2014). This factor is considered as the main reason causing man- made and flash flood in the downstream. In fact, the process of operating reservoir system in VGTB was issued by the Prime Minister since 2010; however, even the proper operation of this process still does not guarantee the safety of citizens living in downstream. The evidence is that after a series of incidents hydro flood, flooded suddenly, causing loss of property and lives of the people downstream, for example in 2009 and the latest storm in October, 2013.

Additionally, this issue also decreases the accuracy in assessing water availability. Data regarding water temporally kept in the reservoir do not have high confidence; this characteristic cannot be predicted by model. This study supposes that flood discharge process is earnestly obeyed. The VGTB river basin plays a particularly critical role in the socioeconomic development strategy in the Central Coast.

VGTB River system provides an important source of water for the development needs of living, the economy of the province of Quang Nam and Da Nang. In addition to hydropower potential, the VGTB also supplies water for over 45,000 hectares of agricultural and domestic production for nearly 2 million people in the basin. Vu Gia River, especially as it passes through the city of Da Nang plays a very important role for the socio-economic development of the city; annual 9 Luan van (Luan.basin average of nearly 75 million m supply of raw water to water plants serving the people living in cities and industrial areas, more than 100 million m3 of water for agriculture. In addition to providing water for economic activities and livelihoods, the river also serves as a climate control, creating beautiful landscapes, especially the passage to the Han estuary.

The provision of water resources ensures the sustainable development of various sectors in the region. As a key central economic region, this area has seen a rapid industrialization and development of many sectors. This feature has consequently created serious stress for water resources of the basin, especially during the dry season when stream water availability is significantly decreased. Currently, there are conflicts between water users in this area when a series of dams were constructed in the upstream area, causing water shortage for the downstream during the dry season.