CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Khái niệm về dòng chảy tối thiểu cũng mới chỉ được đưa ra ở Việt Nam và được nêu rõ trong Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/12/2008 của Chính phủ 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 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông. Tuy nhiên, các nghiên cứu để đưa ra phương pháp luận xác định giá trị dòng chảy tối thiểu này mới đang ở bước ban đầu và còn nhiều hạn chế. Trong khi đó, những nghiên cứu về phương pháp luận xác định dòng chảy môi trường lại được nghiên cứu khá nhiều ở trên Thế giới và ở cả Việt Nam.2 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 1.1 Dòng chảy môi trường (DCMT) Có nhiều định nghĩa khác nhau về dòng chảy môi trường, ở đây nêu một định nghĩa thường được sử dụng hiện nay “Dòng chảy môi trường là chế 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”. Hệ thống sông ngòi cần đủ nước để duy trì dòng chảy và được quản lý để đảm bảo lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường cho hạ lưu, đảm bảo duy trì một hệ sinh thái cân bằng và khoẻ mạnh.
Điều đó cũng có nghĩa là đảm bảo cho dòng sông khỏe mạnh cả về lượng và chất theo thoả thuận giữa những người dùng nước trong lưu vực. Chế độ dòng chảy của một dòng sông như vậy được coi là chế độ dòng chảy môi trường.2 Dòng chảy tối thiểu (DCTT) Khái niệm về dòng chảy tối thiểu cũng mới chỉ được đưa ra ở Việt Nam và được nêu rõ trong Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/12/2008 của Chính phủ Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 5 - 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 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông. Theo các Nghị định này thì "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”.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới Trong thời gian qua, việc nghiên cứu đánh giá dòng chảy môi trường phục vụ cho mục đích quản lý và phát triển tài nguyên nước một cách bền vững đã và đang được nghiên cứu ở nhiều quốc gia trên thế giới với nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau. Ví dụ như: Stalnaker and Arnette (1976); Wesche and Rechard (1980); Morhardt (1986); Estes and Orsborn (1986); Loar et al.
(1986); Kinhill Engineers (1988); Reiser et al. (1989a), Growns and Kotlash (1994), Karim et al. (1995), Tharme (1996, 1997, 2000, in prep.); Jowett (1997); Stewardson and Gippel (1997); Dunbar et al. (1998); Arthington (1998a); Arthington and Zalucki (1998a, b); Arthington et al.
(1998a, b); and King et al. Nghiên cứu của Tharme R., 2003 đã cho biết, có 207 phương pháp của 44 quốc gia đánh giá dòng chảy cần thiết để duy trì “sự trong lành của dòng sông”. Các phương pháp này tương đối khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích, tính phức tạp, các yêu cầu khoa học kỹ thuật và mức độ kết hợp các yếu tố. Những điểm chính của phương pháp luận đánh giá dòng chảy môi trường có thể chia thành 4 nhóm chính: đánh giá thuỷ văn, thuỷ lực, đánh giá/mô phỏng môi trường sống, và tổng hợp (Loar et al., 1986; Gordon et al., 1992; Swales and Harris, 1995; Tharme, 1996; Jowett, 1997; Dunbar et al.
Một trong những nghiên cứu điển hình cho các phương pháp xác định dòng chảy môi trường là các nghiên cứu ở Mỹ, Úc, Anh, New Zealand, Nam Phi hoặc muộn hơn như Cộng hoà Czech, Brazil, Nhật và Bồ Đào Nha. Phần khác của thế Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 6 - giới, bao gồm Đông Âu, Châu Mỹ La tinh, Châu Phi và châu Á, có rất ít các sách được xuất bản về lĩnh vực này. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nghiên cứu về dòng chảy môi trường đã bắt đầu được chú ý đến ở châu Á nói chung và Việt Nam nói riêng. Một số tổ chức Quốc tế đã đầu tư vào việc nâng cao nhận thức và đánh giá dòng chảy môi trường (như IUCN với các dự án được tiến hành ở Thụy Điển, SriLanka, Ấn Độ, Việt Nam, v.
Tóm tắt các kết quả nghiên cứu của một vài nước trên thế giới như sau: 1.1 Những nghiên cứu ở Mỹ Từ năm 1940, một cuộc cách mạng về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường được tiến hành ở miền Tây nước Mỹ với bước nhảy vọt vào những năm 1970. Đây là hệ quả của thể chế về môi trường và tài nguyên nước cũng như nhu cầu của các cộng đồng trong việc cần các tài liệu về dòng chảy môi trường phục vụ cho việc kế hoạch hóa tài nguyên nước, có liên quan đến việc xây dựng các đập nước (Stalnaker, 1982; Trihey and Stalnaker, 1985; WCD, 2000). Các phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường áp dụng ở Mỹ bao gồm các nhóm phương pháp sau: các phương pháp thủy văn, thủy lực, mô phỏng môi trường sống và tiếp cận tổng thể. Phổ biến và điển hình cho các nhóm phương pháp đó có khoảng 17 phương pháp: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (IFIM – Instream Flow Incremental Methdology); phương pháp Tennant với các hiệu chỉnh khác nhau theo khu vực tính cho từng cơ chế thủy văn và những biến đổi xa hơn, ví dụ biến đổi Bayha và biến đổi Tessman; phương pháp 7Q10; phương pháp chuyên gia; phương pháp thủy văn dựa vào chế độ dòng FDCA; phương pháp chất lượng nước;.Trong các phương pháp này, phương pháp IFIM và phương pháp Tennal là được sử dụng rộng rãi nhất.2 Những nghiên cứu ở Australia Những nghiên cứu về dòng chảy môi trường được thực hiện khá nhiều ở Australia, tuy nhiên tùy thuộc vào từng bang sẽ có những lựa chọn khác nhau về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường (Growns & Kotlash 1994; Tharme Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 7 - 1996; Stewardson & Gippel 1997; Dunbar et al.1998; Arthington 1998; and Arthington & Zalucki 1998).
Một loạt các phương pháp đang được sử dụng ở Australia như: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (IFIM – Instream Flow Incremental Methodology); Chương trình mô phỏng động lực sông và môi trường sống (RHYHABSIM –River Hydraulic and Habitat Simulation Program); Tiếp cận tổng thể; Phương pháp Tennanl; FDCA (Flow Duration Curve Analysis) và một loạt các chỉ số thủy văn khác; phân tích môi trường sống và lập kế hoạch quản lý và phan phối nước (WAMP – Water Allocation and Management Planning); BBM,…. Phương pháp tiếp cận tổng hợp (Arthington et al. 1992; Davies et al. 1996; Arthington 1998; Petit et al.
2001) được xây dựng để đánh giá yêu cầu dòng chảy của toàn bộ hệ sinh thái sông với những khái niệm cơ bản như của phương pháp BBM, Benchmarking và phương pháp bảo tồn dòng chảy (Flow Restoration methodology). Các tiếp cận dựa trên khái niệm và lý thuyết về sự xây dựng cơ chế dòng chảy môi trường cho toàn bộ hệ sinh thái ven sông từ đầu nguồn đến đồng bằng, gồm nước ngầm và cửa sông hoặc nước ven biển; mô tả cấu trúc hệ sinh thái của cơ chế dòng chảy bị biến đổi theo từng tháng (hoặc quy mô thời gian ngắn hơn), từng thành phần dòng chảy và dựa vào số liệu khoa học có giá trị nhất để đạt được những mục tiêu được định trước cho dòng sông trong tương lai; trình bày chủ yếu khung khái niệm linh hoạt, trong đó các thành phần được điều chỉnh theo các cách tiếp cận tổng thể khác nhau và cho các nghiên cứu độc lập.3 Những nghiên cứu ở Nam Phi Nam phi là một trong những nước đầu tiên ở Châu Phi thực hiện những nghiên cứu về đánh giá dòng chảy môi trường. Giai đoạn phát triển mạnh của các nghiên cứu này là vào thập kỷ trước (King & O’Keeffe 1989; Gore & King 1989; O’Keeffe & Davies 1991; Gore et al. 1991; King & Tharme 1994; King et al.
Trong một vài năm gần đây, các nghiên cứu tập trung vào phát triển phương pháp BBM (Building Block Methodology-phương pháp phân tích chức năng) và DRIFT (Downstream response to imposed flow tranformation-sự phản ứng của hạ lưu đối Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 8 - với sự thay đổi dòng chảy bắt buộc) cũng như các cách tiếp cận phát sinh khác để xác định sự bảo tồn đa dạng sinh học. Các phương pháp này được xem là phù hợp nhất với điều kiện của Nam Phi, nơi có những giới hạn về nguồn số liệu thủy văn, sinh thái và địa mạo của hệ thống sông; nguồn tài chính cũng như nhân lực hạn chế; áp lực về thời gian do những dự án khai thác tài nguyên nước trong tương lai. Therm (1996, 1997) đã đề nghị một cách tiếp cận đa quy mô cho đánh giá dòng chảy môi trường ở Nam Phi, gồm 3 bậc với ý kiến chuyên gia được sử dụng ở tất cả các bậc. Mặc dù, tất cả các bậc nên được áp dụng ở các ngưỡng khác nhau trong chiến lược phát triển tài nguyên nước chính nhưng rất có thể bậc 3 sẽ chỉ áp dụng cho trường hợp dự án gây nhiều tranh cãi hoặc nơi có hệ sinh thái ven sông cần được bảo tồn.
Phương pháp tổng thể sẽ là phù hợp nhất cho ứng dụng tại bậc trung gian, tại bậc này phần lớn các đánh giá thô về dòng chảy môi trường được thực hiện.Therm (1997) đã đề nghị phương pháp BBM là phương pháp hiệu quả nhất. Với những con sông ưu tiên cho bảo tồn sinh học, phương pháp mô phỏng môi trường sống kết hợp với phương pháp tổng thể như BBM hay DRIFT. Đối với con sông có nguồn nước dồi dào chưa bị khai thác và chưa có kế hoạch cụ thể cho việc khai thác thì phương pháp đơn giản nhất, phương pháp Phân tích bàn giấy (Desktop Estimate), có thể đáp ứng được.