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

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.

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.