CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu 1. Nghiên cứu ngoài nước Các nghiên cứu về các vấn đề liên quan như mức khai thác bền vững, chỉ số khai thác nước, dòng chảy môi trường… đã được tiến hành khá lâu tại một số quốc gia và đã đạt được một số thành tựu đáng kể, điển hình như Úc, Mỹ, Canda, Nam Phi, Anh, Pháp… Tại Úc, việc xem xét, thiết lập mức khai thác tài nguyên nước bền vững đã được thực hiện ở hầu hết các lưu vực sông lớn và quan trọng. Trong đó phải kể đến các nghiên cứu và việc áp dụng thành công trong phát triển tài nguyên nước lưu vực sông Murray – Darling [16] khi LVS này phải đương đầu với những vấn đề khá nghiêm trọng về môi trường, sinh thái như đất bị nhiễm mặn, hệ sinh thái thủy sinh bị suy thoái.
Một Ủy ban liên Chính phủ và các bang có sông Murray – Darling đi qua đã được thành lập và thông qua một khái niệm ngưỡng, còn gọi là “CAP”, nó chính là cơ sở để thiết kế một số chính sách quản lý TNN trong trường hợp nguồn nước khan hiếm như dịch vụ thương mại nước, dòng chảy môi trường và đảm bảo quyền sở hữu. Ngưỡng này khá linh hoạt, thay đổi theo năm khác tùy thuộc vào nguồn nước đến, nhằm để phân phối nước hợp lý giữa 4 bang thuộc lưu vực sông trong thời đoạn khan hiếm nước. Tại Canada, việc nghiên cứu xác lập mức khai thác tài nguyên nước đảm bảo dòng chảy môi trường được tiến hành trên các lưu vực sông Grand, Mihallven, sông Big năm 2005…Bang British Columbia đã xây dựng hướng dẫn về ngưỡng dòng chảy trong sông cho cá và môi trường sống của cá, theo đó đã đưa ra khái niệm về ngưỡng dòng chảy trong sông đảm bảo môi trường sống cho các loài cá và các bước tính toán ngưỡng dòng chảy theo các bước: Xác định hiện trạng sinh trưởng của các loài cá; sử dụng chuỗi dòng chảy ngày tự nhiên liên tục tối thiểu 20 năm liên tiếp; tính toán tỷ lệ chuyển đổi dòng chảy lớn nhất, tính toán dòng chảy nhỏ nhất, thiết lập ngưỡng dòng chảy nhỏ nhất. Tại Mỹ, các nhà khoa học Mỹ là một trong những người tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu về dòng chảy môi trường.
Các phương pháp phát triển từ rất sớm và chiếm tới 37% trên tổng số phương pháp được phát minh [17]. Ví như 6 phương pháp chỉ số Tenant (1976) đã được sử dụng để đánh giá dòng chảy môi trường cho nhiều bang ở nước Mỹ bằng việc đưa ra các mức dòng chảy như bằng 10%, 30% dòng chảy trung bình năm, phương pháp mô phỏng môi tường cư ngụ PHASIM (Physical Habitat Simulation) và phương pháp này hiện nay được sử dụng ở nhiều nước như Pháp, Na Uy và Newzealand. Tại Anh, chỉ số dòng chảy kiệt tự nhiên đã được sử dụng để xác định dòng chảy môi trường trong quá trình điều tiết khai thác nước. Chỉ số thường được dùng nhất là Q95 % là dòng chảy có thời gian duy trì bằng hoặc lớn hơn 95%, chỉ số này được lựa chọn hoàn toàn dựa trên cơ sở thủy văn; phương pháp LIFE (Lotic Invertebrate Index for Flow Evaluation), phương pháp này dựa trên các số liệu giám sát định kỳ động vật không sương sống kích thước lớn.
Tại Nam Phi, các nhà khoa học đã nghiên cứu phát triển nhiều phương pháp tính toán dòng chảy môi trường. Phương pháp được biết đến nhiều là phương pháp luận khối dựng (Building Block Methdology, gọi tắt là BBM), tiền đề cơ sở của BBM là các loài sinh vật sống trong sông phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản (các khối dựng) của chế độ dòng chảy, bao gồm dòng chảy kiệt và lũ, là những yếu tố ảnh hưởng tới việc duy trì động lực học bùn cát và cấu trúc địa mạo của sông, vì vậy thiết lập một chế độ dòng chảy thuận lợi cho việc duy trì hệ sinh thái bằng cách kết hợp các khối dựng này. Ngoài ra, còn một phương pháp khá nổi tiếng đó là phương pháp đáp ứng hạ lưu đối với biến đổi dòng chảy bắt buộc (DRIFT – Downstream Response to Imposed Flow Transformation), phương pháp này hình thành hướng nghiên cứu tổng hợp vì nó đề cập đến tất cả các khía cạnh của hệ sinh thái sông. Nhật Bản cũng đạt được những thành tựu quan trọng trong nghiên cứu và áp dụng các kết quả nghiên cứu để PTBV tài nguyên, môi trường nước của 5 lưu vực sông chảy qua vùng Greater Tokyo với tổng diện tích khoảng 22.600 km2 và dân số trên 27 triệu người.
Thông qua việc tiến hành một loạt chương trình nghiên cứu nhằm bảo vệ môi trường nước, khai thác hiệu quả nguồn nước sông. Giám sát HST nước và quản lý các rủi ro, Nhật Bản đã khắc phục tình trạng ô nhiễm, phục hồi hệ sinh thái vốn rất phong phú và đa dạng của vùng này. Thái Lan cũng có nhiều kết quả trong nghiên cứu giải pháp bảo vệ tài nguyên môi trường nước LVS Chao Phraya là một trung tâm sản xuất lúa gạo lớn của Thái Lan và cũng là nơi đóng đô của thủ đô BangKok với tổng dân số trong lưu vực lên 7 tới 23 triệu người khi dòng sông này phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước do nhu cầu ngày càng tăng lên của các hộ dùng nước ở hạ du [18]. Vấn đề cạn kiệt nguồn nước cũng như xung đột về nước ngày càng tăng lên khi nước ở vùng hạ lưu sông ngày càng bị ô nhiễm do nước thải hỗn hợp không được xử lý chảy vào sông.
Một nghiên cứu tổng thể về chia sẻ, phân bổ một cách công bằng nguồn nước trong LVS cho các hộ dùng nước mà vẫn đảm bảo nhu cầu nước cho HST hạ du đã được thực hiện, song chưa thực sự kết thúc vì còn gặp một số rào cản trong quá trình đo lường các điều kiện của lưu vực bằng hệ thống các chỉ thị được phát triển cho LVS Chao Phraya. Trên lưu vực sông Runhana – Srilanka của nước này [19] tình trạng nguồn nước ngày càng suy kiệt, trong khi mâu thuẫn giữa phát điện với công suất lắp máy 120MW và cung cấp nước tưới cho 52.000 ha lúa hai vụ ngày càng gay gắt. Một kế hoạch quản lý tài nguyên nước tổng hợp cho LVS Ruhuna đã được tiến hành bao gồm phân bổ nước tưới với những giải pháp sử dụng nước tối ưu, triệt để tiết kiệm để giảm công suất phát điện. Bên cạnh đó, một chiến dịch vận động sự tham gia của cộng đồng, đặc biệt là của phụ nữ vào chương trình trên đã được thực hiện khá hiệu quả.
Cùng với đó ở nhiều nước và khu vực trên thế giới cũng đã có những nghiên cứu về việc đảm bảo duy trì dòng chảy môi trường cho dòng sông. Các yêu cầu và ý kiến của các cộng đồng thường đóng vai trò là động lực thúc đẩy việc duy trì dòng chảy môi trường. Thí dụ trong trường hợp quản lý hồ Mono lake (California, Hoa Kỳ), tòa án đã có những phán quyết buộc chính quyền phải xả lượng nước để duy trì dòng chảy môi trường nhằm bảo vệ quyền lợi của những người đánh bắt cá. Ý chí và hành động của cộng đồng đã đóng vai trò then chốt và tạo điều kiện cho nững thay đổi đó.
Kêu gọi hành động để duy trì dòng chảy môi trường không chỉ từ cấp địa phương. Cộng đồng quốc tế ngày càng nhận thức tõ về tầm quan trọng của tài nguyên nước và tính cần thiết của công tác quản lý nước đảm bảo tính bền vững trong khai thác và đảm bảo các nhu cầu về môi trường. Trong báo cáo của Ủy ban thế giới về đập [20] đã coi sự bền vững của các dòng sông và cuộc sống cũng như nhận thức về quyền và chia sẻ lợi ích là những vấn đề cần được ưu tiên. Từ đó, yêu cầu các hồ chứa phải xả nước để duy trì dòng chảy môi trường và điều đó phải được thiết kế, điều chỉnh và vận hành để đáp ứng được yêu cầu này.
Tương tự như vậy, 8 trong văn kiện “Tầm nhìn về nước và tự nhiên” [21] đã kêu gọi “dành nước trong hệ thống để phục vụ các công tác môi trường như hạn chế lũ lụt và làm sạch nguồn nước”. Văn kiện này đã đóng góp một khuôn khổ chung gồm sáu phần cho hành động bảo vệ và quản lý tài nguyên nước, trong đó bao gồm cả việc quan tâm và quản lý nguồn nước ngọt trong sông và lưu vực sông. Do ý nghĩa và tầm quan trọng to lớn của PTBV tài nguyên nước nên vấn đề này luôn được quan tâm và nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, các cơ quan nghiên cứu trong và ngoài nước, các tổ chức quốc tế. Việc phối hợp quốc tế trong nghiên cứu và xác định chiến lược đúng đắn để khai thác sử dụng, quản lý và bảo vệ bền vững tài nguyên nước nhằm khai thác và đáp ứng bền vững nguồn nước trong tương lai là việc làm có ý nghĩa và cần thiết.
Nghiên cứu trong nước Hiện nay ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu đề cập đến việc đánh giá khả năng nguồn nước trên lưu vực, đề xuất giải pháp khai thác bền vững nguồn nước như: Đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng”, Đại học Thủy Lợi, 2007. Đề tài đã nghiên cứu chế độ làm việc và vận hành hệ thống hồ chứa, hệ thống các công trình lấy nước ở hạ lưu đồng bằng Sông Hồng, nghiên cứu giải quyết bài toán tổng hợp sử dụng nguồn nước trên lưu vực trong mối quan hệ tương tác giữa bài toán điều hành mùa lũ và mùa kiệt với các nội dung, điều hành phòng lũ, trữ nước và phát điện trong mùa lũ, với cân bằng nước cho các mục đích sử dụng khác nhau trong mùa cạn. Đề tài “Khả năng đáp ứng nguồn nước và cơ sở khoa học vận hành các hồ chứa, trạm thủy điện trên lưu vực sông Hương” của PGS. Đề tài đã sử dụng mô hình Nam để mô phỏng mưa – dòng chảy mặt và MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước và vận hành các hồ chứa, từ đó có cơ sở khoa học trong việc đánh giá khả năng đáp ứng của nguồn nước và cơ sở khoa học đề xuất quy trình vận hành hệ thống hồ chứa ở thượng lưu lưu vực sông Hương.
Đề tài “Nghiên cứu xác định dòng chảy môi trường của hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình và đề xuất các giải pháp duy trì dòng chảy môi trường phù hợp với các yêu cầu phát triển bền vững tài nguyên nước”, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, 2010.