Luận văn thạc sĩ về quy hoạch và quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Cầu sử dụng mô hình WEAP

• Tác giả: Nguyen Thi Thuy Linh
• Người hướng dẫn: Dr. Ngo Van Quan
• Trường học: Thuy Loi University
• Chuyên ngành: Integrated Water Resources Management
• Đề tài: Quy Hoạch Tài Nguyên Nước Tích Hợp Bằng Mô Hình WEAP Tại Lưu Vực Sông Cầu
• Loại tài liệu: Thesis
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hanoi

• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background
• 1.2. Problem Statement
• 1.3. Objective of study
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Integrated water resources management
• 2.2. Integrated water resources planning
• 2.3. Integrated water resources planning in Vietnam
• 2.4. Some model about water allocation
• 2.5. WEAP model
• 3. CHAPTER 3: MATERIAL AND STUDY AREA
• 3.1. Characteristic of Cau river basin
• 3.2. Water Resources issues
• 3.3. Social-economic development
• 3.4. Current water use for each sector
• 4. CHAPTER 4: METHODOLOGY
• 4.1. Using WEAP model
• 5. CHAPTER 5: RESULTS AND DISCUSSIONS
• 5.1. Results of calculation water demand in the current situation
• 5.1.1. Divide to small sub-basins to calculate water demand
• 5.1.2. Determine water demand in sub-basins
• 5.1.3. Calculate flow rate in sub-basins
• 5.1.4. Nui Coe reservoir in Cong river sub-basin
• 5.2. Results of water allocation in current situation
• 5.3. Water allocation under scenarios to develop society and economy of the Cau river basin
• 5.3.1. Results of water allocation for the 2013-2030 period
• 5.3.2. Results of water allocation for 4 scenarios in the future (from 2013 to 2030)
• 5.3.3. Select option and propose solution for Integrated water resources planning in the Cau river
• 5.3.4. Discussions
• 6. CHAPTER 6: SUMMARY, CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 6.1. Summary and Conclusions
• 6.2. Recommendations
• 6.3. Future works

I. Giới thiệu

Quy hoạch tài nguyên nước tích hợp là một vấn đề quan trọng trong bối cảnh hiện nay, đặc biệt là tại lưu vực sông Cầu. Mô hình WEAP (Water Evaluation and Planning) được áp dụng nhằm hỗ trợ việc phân bổ và quản lý tài nguyên nước một cách hiệu quả. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu phát triển một khung lý thuyết cho việc phân bổ nước trong lưu vực sông Cầu, từ đó đưa ra các kịch bản cho giai đoạn 2013-2030. Việc sử dụng mô hình WEAP giúp đánh giá tác động của nhu cầu nước đến tài nguyên nước trong tương lai, đồng thời so sánh với kịch bản cơ sở năm 2012. Kết quả cho thấy rằng, với các kịch bản khác nhau, việc triển khai quy hoạch tài nguyên nước có thể giảm thiểu tình trạng thiếu hụt nước cho các lĩnh vực khác nhau.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là áp dụng mô hình WEAP để hỗ trợ quy hoạch và phân bổ tài nguyên nước tại lưu vực sông Cầu. Cụ thể, nghiên cứu sẽ phát triển một khung lý thuyết cho việc phân bổ nước, mô phỏng và phát triển các kịch bản phân bổ tài nguyên nước cho giai đoạn 2013-2030, và phân tích, đánh giá các kịch bản nhằm đề xuất giải pháp cho quy hoạch tài nguyên nước tại khu vực này.

II. Tổng quan tài liệu

Quy hoạch tài nguyên nước tích hợp (IWRP) là một phương pháp quản lý tài nguyên nước bền vững, kết hợp giữa cung cầu nước và chất lượng nước. Trong bối cảnh lưu vực sông Cầu, việc áp dụng các mô hình như WEAP giúp quản lý và phát triển tài nguyên nước một cách hiệu quả hơn. Nghiên cứu chỉ ra rằng áp lực từ các nhu cầu sử dụng nước gia tăng, đặc biệt từ nông nghiệp và công nghiệp, đang tạo ra những thách thức lớn cho quy hoạch tài nguyên nước. Mô hình WEAP cho phép phân tích các kịch bản khác nhau về nhu cầu nước và cung cấp các giải pháp khả thi cho việc phân bổ tài nguyên nước.

2.1. Quản lý tài nguyên nước tích hợp

Quản lý tài nguyên nước tích hợp giúp đảm bảo rằng các lợi ích xã hội, kinh tế và môi trường được cân nhắc trong quy hoạch và sử dụng tài nguyên nước. Nó yêu cầu sự tham gia của tất cả các bên liên quan và thiết lập các cơ chế quản lý hiệu quả. Mô hình WEAP hỗ trợ việc phân tích các kịch bản phát triển và đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu và dự báo, từ đó cải thiện tính bền vững của tài nguyên nước trong lưu vực.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình WEAP để thực hiện phân tích kịch bản cho lưu vực sông Cầu. Các kịch bản này được xây dựng dựa trên các yếu tố như tăng trưởng dân số, phát triển nông nghiệp và công nghiệp, cũng như tác động của biến đổi khí hậu. Mô hình cho phép đánh giá nhu cầu nước trong các lĩnh vực khác nhau và so sánh với các kịch bản cơ sở. Kết quả từ mô hình cho thấy rằng việc quản lý tài nguyên nước cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành và các bên liên quan nhằm giảm thiểu tình trạng thiếu hụt nước.

3.1. Áp dụng mô hình WEAP

Mô hình WEAP cung cấp một khung phân tích mạnh mẽ cho việc quản lý tài nguyên nước. Qua việc mô phỏng các kịch bản khác nhau, mô hình giúp xác định các nhu cầu nước chưa được đáp ứng và khả năng cung cấp nước trong tương lai. Kết quả từ mô hình không chỉ giúp đưa ra các quyết định chính xác hơn trong quy hoạch mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững trong khu vực.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả phân tích cho thấy rằng nhu cầu nước trong lưu vực sông Cầu sẽ tăng lên đáng kể trong giai đoạn 2013-2030. Mô hình WEAP đã chỉ ra rằng, mặc dù có thể giảm thiểu tình trạng thiếu hụt nước thông qua các biện pháp quy hoạch hợp lý, nhưng vẫn không thể đáp ứng hoàn toàn nhu cầu của tất cả các lĩnh vực. Việc kiểm soát chặt chẽ sự tăng trưởng của nhu cầu nước trong tương lai là rất cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của Việt Nam.

4.1. Đánh giá tác động

Việc đánh giá tác động của các kịch bản khác nhau cho thấy rằng, mặc dù có thể giảm thiểu tình trạng thiếu hụt nước, nhưng những biện pháp này vẫn chưa đủ để đáp ứng hoàn toàn nhu cầu. Do đó, cần có các giải pháp bổ sung nhằm quản lý tài nguyên nước một cách hiệu quả hơn, bao gồm việc cải thiện hạ tầng lưu trữ nước và áp dụng các phương pháp phân bổ nước hợp lý.

V. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc quy hoạch tài nguyên nước tích hợp bằng mô hình WEAP tại lưu vực sông Cầu là cần thiết để đảm bảo sự bền vững trong quản lý tài nguyên nước. Các kết quả thu được từ mô hình không chỉ có giá trị trong việc hoạch định chính sách mà còn có thể áp dụng thực tiễn trong việc quản lý tài nguyên nước tại các khu vực khác. Cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình quản lý tài nguyên nước nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu sử dụng nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

5.1. Khuyến nghị

Để nâng cao hiệu quả của quy hoạch tài nguyên nước, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý, các nhà khoa học và cộng đồng. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý nước cũng cần được khuyến khích để đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng tăng. Hơn nữa, cần có các chính sách hỗ trợ phát triển bền vững tài nguyên nước, bảo vệ môi trường và nâng cao nhận thức cộng đồng về quản lý tài nguyên nước.

Tổng quan nghiên cứu

Cầu River Basin, một lưu vực sông quan trọng thuộc hệ thống sông Thái Bình ở miền Bắc Việt Nam, đang đối mặt với áp lực ngày càng tăng về tài nguyên nước do sự phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu. Với diện tích lưu vực khoảng 6.030 km², dân số hơn 4,5 triệu người và mật độ dân số trung bình khoảng 966 người/km², nhu cầu sử dụng nước trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt ngày càng gia tăng. Nhu cầu nước toàn lưu vực năm 2012 ước tính khoảng 2,076 tỷ m³, trong đó nông nghiệp chiếm tới 74%. Dự báo đến năm 2030, nhu cầu này sẽ tiếp tục tăng lên khoảng 2,553 tỷ m³, với sự gia tăng chủ yếu từ ngành nông nghiệp và công nghiệp.

Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng mô hình Water Evaluation and Planning (WEAP) để lập kế hoạch tích hợp quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Cầu, nhằm đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu nước trong các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030. Mục tiêu chính là xây dựng khung phân bổ nước hợp lý, mô phỏng các kịch bản sử dụng nước và đề xuất giải pháp quản lý hiệu quả, góp phần đảm bảo phát triển bền vững và cân bằng lợi ích giữa các ngành sử dụng nước.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực sông Cầu, phân chia thành 4 tiểu lưu vực chính, với dữ liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn và số liệu sử dụng nước thực tế năm 2012. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định cho các nhà quản lý tài nguyên nước, giúp giảm thiểu tình trạng thiếu nước, đặc biệt trong mùa khô, và đảm bảo phân bổ công bằng, hợp lý giữa các ngành sử dụng nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết Quản lý Tích hợp Tài nguyên Nước (IWRM), nhấn mạnh sự cân bằng giữa các lợi ích xã hội, kinh tế và môi trường trong quản lý nước. IWRM đề cao sự phối hợp liên ngành và sự tham gia của các bên liên quan nhằm đạt được sự phát triển bền vững. Ngoài ra, mô hình lập kế hoạch tài nguyên nước tích hợp (IWRP) được áp dụng, kết hợp phân tích cung - cầu nước, chất lượng nước và các yếu tố môi trường.

Mô hình WEAP được lựa chọn làm công cụ chính để mô phỏng và đánh giá các kịch bản phân bổ nước. WEAP tích hợp các quá trình thủy văn tự nhiên với các hoạt động nhân sinh, cho phép mô phỏng dòng chảy, nhu cầu nước theo từng ngành, vận hành hồ chứa và ưu tiên phân bổ nước dựa trên các tiêu chí do người dùng thiết lập. Các khái niệm chính bao gồm: cân bằng nước, phân bổ nước theo ưu tiên, mô phỏng kịch bản phát triển và đánh giá thiếu hụt nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ 4 trạm quan trắc, số liệu sử dụng nước của các ngành nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt năm 2012, cùng các dự báo phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030. Lưu vực sông Cầu được phân chia thành 4 tiểu lưu vực để tính toán nhu cầu và nguồn cung nước chi tiết hơn.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình WEAP với cỡ mẫu toàn bộ lưu vực, áp dụng phương pháp chọn mẫu toàn diện dựa trên phân vùng tiểu lưu vực và các nhóm ngành sử dụng nước chính. Quá trình mô hình hóa gồm các bước: thiết lập cấu hình lưu vực, nhập dữ liệu dòng chảy và nhu cầu nước, mô phỏng kịch bản hiện trạng năm 2012 và các kịch bản phát triển đến 2030, đánh giá kết quả về thiếu hụt nước và hiệu quả phân bổ.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2012 đến 2030, với các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội được xây dựng dựa trên các dự báo chính thức và các giả định về tăng trưởng dân số, công nghiệp và nông nghiệp. Phân tích kết quả được thực hiện thông qua so sánh các chỉ số thiếu hụt nước, lưu lượng dòng chảy và khả năng đáp ứng nhu cầu theo từng kịch bản.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Nhu cầu nước tăng mạnh đến năm 2030: Tổng nhu cầu nước dự kiến tăng từ khoảng 2,076 tỷ m³ năm 2012 lên khoảng 2,553 tỷ m³ năm 2030, trong đó nông nghiệp chiếm khoảng 76% tổng nhu cầu, công nghiệp và sinh hoạt chiếm khoảng 8% mỗi ngành.

2. Thiếu hụt nước trong mùa khô: Mô hình WEAP cho thấy tình trạng thiếu hụt nước nghiêm trọng vào các tháng mùa khô, đặc biệt tại tiểu lưu vực Ca Lô với mức thiếu hụt lên đến 16,27 triệu m³ trong tháng 2 năm 2012. Các kịch bản phát triển đều cho thấy thiếu hụt nước không thể được giải quyết hoàn toàn bằng các công trình hiện có.

3. Hiệu quả của các công trình thủy lợi: Việc xây dựng các công trình hồ chứa chính như hồ Núi Cốc giúp giảm thiểu thiếu hụt nước, nhưng vẫn chưa đủ để đáp ứng toàn bộ nhu cầu trong các kịch bản phát triển cao. Phương pháp phân bổ nước theo tỷ lệ phần trăm giúp cân bằng nhu cầu giữa các ngành, giảm thiểu mức thiếu hụt xuống gần bằng hoặc thấp hơn mức năm 2012.

4. Tác động của tăng trưởng dân số và công nghiệp: Dân số lưu vực tăng khoảng 1,25%/năm, cùng với sự phát triển công nghiệp tập trung tại các tỉnh như Bắc Ninh, Thái Nguyên, làm tăng áp lực lên nguồn nước, đặc biệt là trong các khu vực đô thị và công nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng thiếu hụt nước là sự phân bố không đồng đều về lượng mưa và dòng chảy theo mùa, cùng với sự gia tăng nhu cầu nước do phát triển kinh tế - xã hội. So với các nghiên cứu tương tự trong khu vực, kết quả mô hình WEAP tại lưu vực sông Cầu phù hợp với xu hướng chung về áp lực tài nguyên nước tại các lưu vực sông có mật độ dân số cao và phát triển công nghiệp nhanh.

Việc sử dụng mô hình WEAP cho phép mô phỏng chi tiết các kịch bản phát triển, từ đó hỗ trợ ra quyết định về đầu tư công trình thủy lợi và chính sách phân bổ nước. Kết quả có thể được trình bày qua các biểu đồ thiếu hụt nước theo tháng, bảng tổng hợp nhu cầu và nguồn cung nước theo từng tiểu lưu vực, giúp minh họa rõ ràng các điểm nghẽn và ưu tiên giải pháp.

Tuy nhiên, các giải pháp hiện tại vẫn chưa thể đáp ứng hoàn toàn nhu cầu trong tương lai, đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ tăng trưởng nhu cầu nước, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển nhanh của Việt Nam. Việc kết hợp các biện pháp kỹ thuật với chính sách quản lý và nâng cao nhận thức cộng đồng là cần thiết để đảm bảo sự bền vững của tài nguyên nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường xây dựng và nâng cấp công trình thủy lợi: Hoàn thiện các hồ chứa như Núi Cốc và xây dựng thêm các công trình điều tiết nước nhằm tăng khả năng tích trữ và điều phối nước trong mùa khô, giảm thiểu thiếu hụt nước cho nông nghiệp và sinh hoạt. Thời gian thực hiện ưu tiên trong giai đoạn 2020-2025, do các cơ quan quản lý tài nguyên nước và đầu tư công chịu trách nhiệm.

2. Áp dụng phương pháp phân bổ nước theo tỷ lệ ưu tiên: Thiết lập hệ thống phân bổ nước dựa trên mức độ ưu tiên sử dụng, đảm bảo nước sinh hoạt và sản xuất thiết yếu được ưu tiên trước, đồng thời cân bằng lợi ích giữa các ngành. Giải pháp này cần được triển khai ngay trong kế hoạch quản lý lưu vực và cập nhật định kỳ theo tình hình thực tế.

3. Kiểm soát và điều chỉnh tăng trưởng nhu cầu nước: Thực hiện các chính sách quản lý nhằm hạn chế tăng trưởng nhu cầu nước không kiểm soát, đặc biệt trong các khu vực đô thị và công nghiệp. Khuyến khích sử dụng công nghệ tiết kiệm nước và tái sử dụng nước thải. Các biện pháp này cần được phối hợp giữa các sở ngành liên quan và các địa phương trong giai đoạn 2020-2030.

4. Nâng cao năng lực quản lý và giám sát tài nguyên nước: Xây dựng hệ thống giám sát, cảnh báo sớm và quản lý dữ liệu tài nguyên nước hiện đại, ứng dụng công nghệ GIS và mô hình hóa để hỗ trợ ra quyết định. Đào tạo cán bộ quản lý và tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong quản lý nước. Thực hiện liên tục và nâng cấp định kỳ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và chính sách: Luận văn cung cấp công cụ và phương pháp luận để xây dựng kế hoạch phân bổ nước hiệu quả, hỗ trợ ra quyết định trong quản lý lưu vực sông.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, môi trường: Tài liệu chi tiết về ứng dụng mô hình WEAP trong thực tiễn, cùng với phân tích số liệu và kịch bản phát triển, giúp nâng cao kiến thức chuyên môn.

3. Các cơ quan quy hoạch và phát triển kinh tế - xã hội: Thông tin về dự báo nhu cầu nước và tác động của phát triển kinh tế giúp hoạch định chiến lược phát triển bền vững, cân bằng giữa phát triển và bảo vệ tài nguyên.

4. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư: Hiểu rõ về tình trạng tài nguyên nước và các giải pháp quản lý, từ đó tham gia tích cực vào các hoạt động bảo vệ và sử dụng nước hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. WEAP là gì và tại sao được chọn cho nghiên cứu này?
   WEAP (Water Evaluation and Planning) là mô hình tích hợp quản lý tài nguyên nước, cho phép mô phỏng dòng chảy, nhu cầu và phân bổ nước theo kịch bản. Nó phù hợp với lưu vực sông Cầu do khả năng mô phỏng chi tiết và linh hoạt, hỗ trợ ra quyết định hiệu quả.

2. Lưu vực sông Cầu đang đối mặt những thách thức gì về tài nguyên nước?
   Chủ yếu là thiếu hụt nước vào mùa khô do lượng mưa không đều, tăng trưởng dân số và phát triển công nghiệp nhanh, cùng với ô nhiễm nguồn nước và biến đổi khí hậu làm gia tăng áp lực lên nguồn nước.

3. Các kịch bản phát triển được xây dựng dựa trên cơ sở nào?
   Dựa trên số liệu thực tế năm 2012, dự báo dân số, phát triển kinh tế - xã hội và các chính sách phát triển ngành nông nghiệp, công nghiệp, đô thị đến năm 2030, nhằm đánh giá tác động đến nhu cầu và phân bổ nước.

4. Giải pháp nào được đề xuất để giảm thiểu thiếu hụt nước?
   Bao gồm xây dựng và nâng cấp công trình thủy lợi, áp dụng phân bổ nước theo ưu tiên, kiểm soát tăng trưởng nhu cầu nước và nâng cao năng lực quản lý, giám sát tài nguyên nước.

5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác không?
   Có, phương pháp và mô hình WEAP có tính linh hoạt cao, có thể điều chỉnh để áp dụng cho các lưu vực sông khác có đặc điểm tương tự về phân bố nguồn nước và nhu cầu sử dụng.

Kết luận

• Nhu cầu nước tại lưu vực sông Cầu dự kiến tăng khoảng 23% từ năm 2012 đến 2030, chủ yếu do phát triển nông nghiệp và công nghiệp.
• Thiếu hụt nước vào mùa khô là thách thức lớn, đặc biệt tại các tiểu lưu vực như Ca Lô, với mức thiếu hụt lên đến hàng chục triệu m³.
• Mô hình WEAP cho phép đánh giá hiệu quả các kịch bản phân bổ nước và hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên nước tích hợp.
• Các công trình thủy lợi hiện có giúp giảm thiếu hụt nước nhưng chưa đủ, cần kết hợp với chính sách kiểm soát nhu cầu và nâng cao quản lý.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước, với lộ trình thực hiện từ 2020 đến 2030.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực tiễn cho việc lập kế hoạch và quản lý tài nguyên nước tại lưu vực sông Cầu, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và các bên liên quan được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý và sử dụng tài nguyên nước trong tương lai.