Chương I. TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU 1. Một số khái niệm và định nghĩa Trong lịch sử, các dòng sông được coi là nguồn cung cấp tài nguyên nước vô hạn. Các nhà quản lý dường như không quan tâm nhiều đến tình trạng, sức khỏe của dòng sông.
Tuy nhiên, khi tình trạng, sức khỏe của nhiều dòng sông bị suy giảm do khai thác không hợp lý đã làm thay đổi quan niệm truyền thống này. Các nhà quản lý tài nguyên nước đã có cách nhìn toàn diện hơn đối với hệ thống sông. Họ hiểu rằng, bên cạnh việc cung cấp nước cho các nhu cầu cơ bản của con người và các hoạt động kinh tế – xã hội, cung cấp nước cho hệ sinh thái thủy sinh và các chức năng khác cũng cần phải quan tâm đến. Từ đó, nghiên cứu về dòng chảy sông đảm bảo hài hòa các lợi ích ra đời và ngày càng được quan tâm bởi các quốc gia và các tổ chức quốc tế.
Mỹ là quốc gia đã có quy định pháp lý chính thức về dòng chảy trên dòng chính từ năm 1971. Đến những năm 80 của thế kỷ trước, khái niệm về yêu cầu dòng chảy trên dòng chính đã bắt đầu xuất hiện ở Anh, Úc và New Zealand, sau đó là các nước châu Á và Nam Phi. Tuy nhiên, mỗi quốc gia sử dụng một thuật ngữ khác nhau: Yêu cầu dòng chảy trên dòng chính (Nam Phi), dòng chảy môi trường (Zimbabwe), mục tiêu dòng chảy sông, dòng chảy môi trường tối thiểu (Úc), dòng chảy tối thiểu chấp nhận được (Mozambique), dòng chảy tối thiểu (Trung Quốc, Ấn Độ, Tây Ban Nha). Trong đó, hai thuật ngữ được sử dụng nhiều nhất là dòng chảy môi trường (DCMT) và DCTT.
Định nghĩa về DCMT thường phụ thuộc vào quan điểm của tổ chức, các nhà nghiên cứu. Điểm chung của các định nghĩa về DCMT hướng đến “đáp ứng nhu cầu cần thiết của môi trường”, “duy trì các hệ sinh thái và lợi ích của chúng” hay “Đảm bảo lợi ích về kinh tế, xã hội và môi trường” ở vùng hạ du. (Boulton1999; IUCN, 2003; Richard Davis & Rafik Hirji, 2003; Tharme, R.E 2003; Dyson và các cộng sự, 2007). Một trong các định nghĩa được sử dụng rộng rãi là định nghĩa của tổ chức bảo tồn thiên nhiên thế giới IUCN đưa ra năm 2003 “Dòng chảy môi trường là chế 7 độ dòng chảy cần duy trì trong sông, trong đầm phá hay trong các khu vực cửa sông ven biển nhằm duy trì các hệ sinh thái nước và các giá trị của hệ sinh thái nhất là khi nguồn nước của dòng sông chịu ảnh hưởng của các hoạt động điều tiết và có sự cạnh tranh trong sử dụng nước” [39] Tại hội nghị về sông quốc tế ở Brisbance (Úc) năm 2007 với sự tham gia của 750 đại biểu đến từ 50 quốc gia đưa ra tuyên bố “Dòng chảy môi trường là số lượng, chất lượng và thời gian duy trì dòng chảy để duy trì hệ sinh thái sông, sinh kế và phúc lợi của con người phụ thuộc vào hệ sinh thái đó” [32] DCTT có nguồn gốc từ Mỹ được coi là tiêu chuẩn dòng chảy để giới hạn sự khai thác nước trong mùa kiệt [44].
Khái niệm về DCTT lần đầu tiên ở Việt Nam được định hình rõ sau khi Chính phủ ban hành Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20 tháng 12 năm 2008 về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi và Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1 tháng 12 năm 2008 về việc quản lý lưu vực sông và sau này là Luật Tài nguyên nước năm 2012 “Dòng chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông hoặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước theo thứ tự ưu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông” [11][13]. Đây là định nghĩa được tác giả sử dụng trong luận án này. Ngoài hai thuật ngữ về DCMT và DCTT còn có các thuật ngữ khác liên quan như dòng chảy kiệt, dòng chảy cơ bản, dòng chảy sinh thái. Dòng chảy kiệt, được Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO, 1974) định nghĩa là “dòng chảy trong sông trong suốt thời kỳ khô hạn”.
Định nghĩa này không phân biệt rõ ràng giữa dòng chảy kiệt và vấn đề hạn hán. Dòng chảy kiệt là một hiện tượng theo mùa và là một thành phần không thể tách rời của chế độ dòng chảy của bất cứ con sông nào. Cường độ và tần suất xuất hiện dòng chảy kiệt có ý nghĩa quan trọng đối với việc quy hoạch và thiết kế cấp nước, cấp phép xả thải, thiết kế hồ chứa và duy trì chất và lượng nước cho tưới, giải trí và bảo tồn động vật hoang dã [57]. 8 Dòng chảy cơ bản là thành phần dòng chảy quan trọng được hình thành từ nguồn nước ngầm.
Vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy trên sông chủ yếu là dòng chảy cơ bản (trong trường hợp dòng sông không bị tác động bởi các công trình điều tiết thượng lưu). Dòng chảy cơ bản có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết lập các mối quan hệ giữa các sinh vật thủy sinh và môi trường sống của chúng, ước tính lượng nước cung cấp, quản lý chất lượng nước và độ mặn. Theo Diego, dòng chảy cơ bản là dòng chảy tối thiểu cần thiết để bảo tồn sông. Dưới mức dòng chảy cơ bản, môi trường sống tiềm năng sẽ bị giảm mạnh, trong khi các giá trị lớn hơn môi trường sống chỉ tăng nhẹ.
Nhu cầu môi trường sống ở các thời kỳ phát triển khác nhau có thể dẫn đến các giá trị dòng chảy cơ bản khác nhau [35]. Thuật ngữ dòng chảy cơ bản thường bị lẫn lộn với các thuật ngữ “dòng chảy tối thiểu”, “dòng chảy kiệt”, “lưu lượng kiệt”. Định nghĩa rõ ràng nhất về dòng chảy cơ bản là định nghĩa của Cục điều tra địa chất Mỹ, 2005 “Là thành phần lưu lượng dòng chảy được duy trì bởi lưu lượng dòng chảy ngầm. Nó không phải là dòng chảy sinh ra trực tiếp từ mưa hay tuyết rơi” [50].
Dòng chảy sinh thái, theo định nghĩa của Bộ Môi trường, New Zealand, năm 2008 “Là lưu lượng và mực nước cần thiết trong sông để cung cấp cho các chức năng sinh thái của hệ thực vật và động vật có trong sông và các vùng phụ cận” [49]. Theo định nghĩa này, dòng chảy sinh thái là một thành phần của DCMT. Từ các khái niệm và định nghĩa trên cho thấy, DCMT, DCTT, dòng chảy cơ bản, dòng chảy kiệt và dòng chảy sinh thái có liên quan mật thiết với nhau. Tổng quan các nghiên cứu về dòng chảy tối thiểu trên thế giới Cho đến nay, có rất nhiều phương pháp xác định DCMT và DCTT đã được xây dựng và ứng dụng.
Nhiều nhà khoa học cũng đã nghiên cứu phân loại các phương pháp xác định DCMT và DCTT, trong đó phải kể đến các nghiên cứu sau: - Nghiên cứu của IUCN (Dyson et al, 2003) phân loại các phương pháp dựa trên cách tiếp cận và khung đánh giá. Theo đó, có 4 nhóm phương pháp xác định DCMT và DCTT: (1) Phương pháp tra bảng; (2) Phương pháp phân tích màn hình; 9 (3) Phương pháp phân tích chức năng và (4) Phương pháp mô phỏng môi trường sống. - Nghiên cứu của WB (King and Brown, 2003) phân loại dựa trên cách tiếp cận với 4 nhóm phương pháp: (1) Phương pháp chỉ số thủy văn; (2) Phương pháp thủy lực; (3) Phương pháp chuyên gia và (4) Phương pháp tiếp cận tổng thể. - Nghiên cứu của IWMI (Tharme, 2003) phân loại theo 4 nhóm phương pháp gồm: (1) Phương pháp thủy văn; (2) Phương pháp thủy lực; (3) Phương pháp mô hình hóa môi trường sống và (4) Phương pháp tiếp cận tổng thể.
Tharme đã nghiên cứu thống kê được 207 phương pháp xác định DCMT. Trong đó, phương pháp thủy văn có 61 phương pháp, chiếm tỷ lệ lớn nhất 29,5% [45][53]. Phương pháp phân loại này đang được sử dụng rộng rãi nhất. Các nhà khoa học cũng cho rằng, không có một phương pháp xác định DCMT nào được cho là tốt nhất.
Việc lựa chọn phương pháp nào phụ thuộc vào nguồn số liệu sẵn có, thời gian và kinh phí [53]. Phương pháp thuỷ văn Phương pháp thuỷ văn là phương pháp tính toán đơn giản dựa trên chuỗi số liệu dòng chảy đo đạc. Đây là phương pháp được áp dụng rộng rãi ở cả các nước phát triển và đang phát triển trong giai đoạn quy hoạch tài nguyên nước LVS. DCMT phải duy trì sau đập được tính toán dựa trên tỷ lệ phần trăm của chuẩn dòng chảy năm (dòng chảy trung bình nhiều năm) hoặc dòng chảy mùa.
- Phương pháp Tennant (Tennant, D. 1976) Phương pháp Tennant là một phương pháp được xây dựng dựa trên dữ liệu khảo sát thực địa về phản ứng môi trường của quần thể sinh vật với chế độ dòng chảy của hàng trăm con sông ở các bang miền Tây Hoa Kỳ. Mục tiêu xác định DCMT nhằm bảo vệ môi trường sông khỏe mạnh. Mức độ (%) DCMT đạt được so với lưu lượng dòng chảy trung bình hàng năm sẽ ứng với điều kiện môi trường cư trú khác nhau (bảng 1.
Phương pháp này đã được các bang trên sử dụng rộng rãi ở cấp lập kế hoạch cho LVS [39]. Mối liên hệ giữa điều kiện môi trường sống thủy sinh và dòng chảy trung bình năm cho các lưu vực nhỏ Điều kiện môi trường Tỷ lệ % DCMT so với Q Tỷ lệ % DCMT so với Q sống thủy sinh trung bình năm trung bình năm (mùa lũ) (mùa kiệt) Hoàn hảo 60 40 Rất tốt 50 30 Tốt 40 20 Trung bình hay đang bị 30 10 suy giảm Kém hay tối thiểu 10 10 Suy thoái nặng <10 <10 Nguồn: Instream Flow Regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources in Fisheries [54] - Phương pháp phân tích đường cong duy trì lưu lượng (FDCA-Flow Duration Curve Analysis) Phương pháp FDCA là một phương pháp thủy văn được Smakhtin nghiên cứu và phát triển năm 2001. Phương pháp sử dụng chuỗi số liệu lưu lượng tháng để xây dựng đường cong duy trì lưu lượng ứng với các tần suất khác nhau. DCTT sẽ được lựa chọn trong khoảng tần suất xuất hiện từ 70 đến 99% (được biểu thị là Q70, Q99).
Trong đó Q90, Q95 là chỉ số được sử dụng rộng rãi nhất trong xác định DCTT [24] [38]. Smarkhtin cho rằng, trong mùa kiệt, ngưỡng lưu lượng dòng chảy có ý nghĩa từ 70 đến 90% [57]. Ứng dụng chỉ số duy trì dòng chảy trong các nghiên cứu về dòng chảy tối thiểu Chỉ số dòng Sử dụng Nghiên cứu chảy Q95 Thường sử dụng là chỉ số dòng chảy Riggs (1980) tối thiểu hoặc chỉ số dòng chảy tối Brilly et al.