54
Chương 3
TÀI NGUYÊN NƯỚC HỒ VÀ HỒ CHỨA
3.1 Tài nguyên nước hồ
Hồ là những phần trũng của địa hình có nước tĩnh thường xuyên. Trên thế giới có khoảng
2,8 triệu hồ tự nhiên, trong đó có 145 hồ có diện tích mặt nước trên 100km2, chứa 95% tổng
lượng nước các hồ. Hồ hiện chứa 0,313% thể tích nước ngọt lục địa, gấp khoảng 6 lần lượng
nước có trong các hệ thống sông. Riêng Bai Can, hồ sâu nhất thế giới, đã chứa 23.000km3
nước, bằng gần 1/4 tổng lượng nước các hồ và bằng 1/10 lượng nước ngọt toàn cầu. Không
phải tất cả các hồ trên thế giới đều chứa nước ngọt. Biển hồ Caxpiên là một hồ nước mặn, hồ
Chết là hồ chứa loại nước mặn nhất thế giới.
Đặc trưng hình thái quan trọng nhất của hồ là diện tích mặt nước và dung tích hồ. Chúng
biến đổi theo sự thay đổi độ cao mặt nước hồ (hoặc độ sâu). Đối với những hồ có bờ đáy ổn
định, quan hệ giữa diện tích mặt nước và dung tích hồ với độ sâu tương đối ổn định và được
biểu diễn dưới dạng bảng hoặc đồ thị. Diện tích mặt hồ càng lớn, khả năng trao đổi chất và
năng lượng với khí quyển càng lớn, trong đó đáng lưu ý là những quá trình như bốc hơi, xâm
nhập ôxy từ khí quyển, đốt nóng, sóng... Chiều dài đà gió càng lớn thì sóng do gió càng cao,
tạo ra sự xáo trộn sâu hơn trong tầng mặt và tạo nước dồn sinh dòng chảy do gió. Tỷ lệ dung
tích trên độ sâu hồ càng lớn thì chế độ nước trong hồ càng ổn định, đồng thời sự phân bố các
đặc trưng thuỷ lý, thuỷ hoá, thuỷ sinh và chế độ động lực càng kém đồng nhất.
Bảng 3.1.
Các hồ lớn trên thế giới
Hồ Diện tích
(km2)
Độ sâu lớn
nhất (m) Hồ Diện tích
(km2)
Độ sâu lớn
nhất (m)
Caxpiên
Thượng
Victoria
Aran
Hurôn
371.795
82.362
69.485
65.527
59.570
995
406
81
68
229
Misigân
Tanganyika
Gấu lớn
Baican
Nyatxa
58.016
32.893
31.792
30.510
29.604
282
1.417
413
1.620
678
Mực nước hồ là hàm của các yếu tố sau:
Đặc điểm chu kì nước nhiều năm.
Tương quan giữa lượng nước đến và nước đi.
Đặc điểm mặt nước hồ.
Chế độ động lực trong hồ.
Hoạt động kiến tạo, địa chấn.
Dao động mực nước hồ chia thành ba loại:
Dao động tuyệt đối, có tính quy luật, là dao động có liên quan tới sự thay đổi trữ lượng
nước hồ do các tác nhân khí hậu, biên độ dao động lớn.
Dao động thế kỷ, liên quan tới hoạt động nâng lên hạ xuống của bề mặt Trái Đất, diễn ra
chậm.
55
Dao động tương đối, bất thường, diễn biến nhanh, như sóng, nước dồn. Loại dao động
thứ ba này có đặc điểm quan trọng là có thể mang tính khu vực, làm cho mặt nước hồ không
bằng phẳng và không nằm ngang.
Dòng chảy trong hồ có vai trò làm tăng xáo trộn trong khối nước, do đó nó là một nhân tố
tích cực cho quá trình tự làm sạch và đồng nhất các đặc trưng thuỷ lý, thuỷ hoá theo không
gian. Chế độ dòng chảy thường xuyên trong hồ có nhiều điểm phân biệt với chế độ dòng chảy
trong sông như:
Vận tốc không lớn.
Dòng chảy thường khó phân bố trên toàn mặt cắt ngang
Hướng dòng chảy phân tán, phụ thuộc phức tạp vào vị trí điểm nước vào ra hồ, lưu lượng
nước, hình dạng hồ, gió, nhiệt độ... Đo đạc đầy đủ trên một số hồ lớn cho thấy hướng dòng
chảy trong hồ phân hoá theo diện và độ sâu rất phức tạp.
Điều kiện hình thành dòng phân tầng trong hồ là:
Tỷ trọng của nước gia nhập so với nước hồ khác nhau đáng kể.
Hồ tiếp nhận nước có độ sâu lớn, độ dốc thuận, đáy và chiều rộng không có những thay
đổi đột biến.
Khi có các điều kiện trên, dòng nước nhập vào sẽ có khả năng chuyển động thành tầng
riêng, không hoà nhập, hoặc hoà nhập từ từ vào khối nước hồ. Các dòng phân tầng trên mặt
có khả năng hoà trộn nhanh hơn do xáo trộn. Dòng phân tầng đáy vừa khó hòa nhập do xáo
trộn kém, vừa tăng nguy cơ gây ô nhiễm đáy hồ. Dòng chảy không thường xuyên trong hồ
bao gồm dòng trôi dạt do gió, dòng do chênh lệch áp suất không khí, dòng đối lưu nhiệt và
dòng mật độ.
Đối lưu nhiệt trong miền biến đổi nhiệt độ >4oC chỉ diễn ra trên tầng mặt khi nhiệt độ
giảm do mất nhiệt từ trên mặt và trong miền biến đổi nhiệt độ <4oC chỉ xảy ra khi nhiệt độ
tăng từ trên mặt do được cấp nhiệt.
Trong các hồ nước sâu, dòng chảy nhỏ, có thể diễn ra hiện tượng phân tầng nhiệt như
sau:
Tầng sâu, Hypolimnion, nhiệt độ gần 4oC ổn định theo độ sâu và theo thời gian ngày,
mùa do xáo trộn kém.
Tầng mặt, Epilimnion (5 - 20m), nhiệt độ hầu như đồng đều theo độ sâu, do xáo trộn tốt
bằng dòng do gió, đối lưu..., biến động nhiệt theo thời gian phụ thuộc vào điều kiện khí hậu.
Tầng giữa, Metalimnion, còn gọi là tầng nêm nhiệt, dày khoảng (2 - 7m), có nhiệt độ
trung gian giữa hai tầng trên, do xáo trộn kém, với gradien nhiệt theo độ sâu là lớn nhất trong
toàn khối nước.
Khi nhiệt độ nước lớn hơn 4oC, phân tầng được gọi là thuận nhiệt, còn khi nhiệt độ nhỏ hơn
4oC, phân tầng được gọi là nghịch nhiệt. Phân tầng nhiệt là yếu tố cản trở sự phát tán vật chất
trong khối nước và đồng nhất hoá các giá trị đặc trưng thuỷ lý, thuỷ hoá, dẫn đến cản trở quá trình
tự làm sạch của nước.
Một hệ sinh thái hồ hoàn chỉnh có đủ các thành phần sinh vật tự dưỡng, dị dưỡng và sinh
vật phân huỷ thích nghi với trạng thái nước tương đối tĩnh. Vùng bờ thoải là nơi sống lý tưởng
của các vành đai thực vật thuỷ sinh thích nghi với các độ sâu khác nhau. Tầng mặt có ánh
sáng là nơi sinh sống của nhiều loại thực vật phù du, tạo môi trường thuận lợi cho động vật
56
phát triển. Hệ động vật có mặt các loài ăn thực vật, động vật tầng mặt, tầng đáy, do đó đa
dạng sinh học và năng suất sinh học đều cao.
Vùng bờ hồ có thực vật phát triển có xu thế nông dần, bờ tiến vào vùng nước sâu rất
nhanh, độ sâu khối nước và dung tích hồ giảm nhanh chóng, thậm chí tới mức biến hồ thành
đầm lầy. Trầm tích hồ có thể trở thành nguồn gây ô nhiễm khối nước nếu xuất hiện những cơ
chế cho phép cuốn chúng trở lại khối nước, như đối lưu, xáo trộn... Khả năng này tăng theo sự
giảm độ sâu hồ.
Cán cân nước hồ có đặc điểm là tỷ trọng dòng đến, dòng đi so với lượng nước trong hồ
không lớn. Tiêu hao nước trong các hồ không có dòng chảy đi liên quan chủ yếu với ngấm,
bốc hơi và các hoạt động nhân sinh. Khi bốc hơi là nguyên nhân chủ đạo gây tiêu hao nước
hồ, thì sẽ xảy ra quá trình tích luỹ muối khoáng gây mặn hoá hồ và suy thoái hệ sinh thái hồ.
Thành phần hoá học nước hồ phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
Đặc điểm dòng đến và đi.
Mức độ xáo trộn nước trong hồ.
Đặc điểm các quá trình cơ lí, hoá sinh trong hồ.
Dòng chất lơ lửng gia nhập vào hồ sẽ dễ dàng lắng đọng tạo trầm tích làm nông đáy hồ,
do tốc độ dòng chảy trong hồ nhỏ hơn rất nhiều so với trong sông. Dòng chất tan, nếu có hàm
lượng cao hơn trong nước hồ thì sẽ phân tán vào nước hồ, làm tăng độ khoáng hoá nước hồ
ngay cả khi dòng chảy ra bằng dòng chảy vào. Bốc hơi không đem theo các chất khoáng, do
vậy tương quan giữa lượng bốc hơi và lượng dòng vào càng lớn, độ khoáng hoá của hồ tăng
càng nhanh. Chính vì vậy nước các hồ nằm trong vùng khô hạn thường có độ khoáng hoá cao.
Mức độ xáo trộn nước hồ càng cao thì khả năng tự làm sạch của nước càng lớn và phân bố vật
chất càng đồng đều, còn khi nước hồ càng tĩnh thì quá trình lắng đọng diễn ra càng thuận lợi.
Chế độ nước hồ càng tĩnh, khả năng lắng đọng trầm tích trong hồ càng lớn. Các hồ sâu,
bờ đá và nghèo dinh dưỡng, Oligotrophic, sinh vật kém phát triển, trầm tích đáy chủ yếu là
chất khoáng (chiếm đến 85 - 95% trọng lượng khô). Trong các hồ nông, bờ đất và giàu dinh
dưỡng, sinh vật phát triển tốt, trầm tích đáy có thành phần hữu cơ cao (chiếm đến 50-80%
trọng lượng khô). Trong trầm tích một số hồ đặc biệt có thể có tích luỹ những loại chất có giá
trị đạt tới mức độ khai thác, trong đó thường gặp nhất là than bùn, sắt, mangan.
Hồ thuộc loại đất ngập nước biệt lập có vai trò tự nhiên và nhân văn hết sức quan trọng.
Hồ cung cấp nước trực tiếp cho nhu cầu của người và sinh vật, cung cấp không gian sống cho
thuỷ sinh, điều tiết dòng chảy mặt, lưu thông với các thuỷ vực mặt và ngầm, điều hoà khí hậu.
Trong những vùng kém ẩm, khả năng sinh thuỷ không đủ hình thành mạng lưới sông ngòi, thì
sự tồn tại của các hồ có vai trò quan trọng đối với toàn bộ hệ sinh thái khu vực nói chung và
sự sống của con người nói riêng. Chúng tạo ra các ốc đảo nước ngọt có ý nghĩa sống còn đối
với động vật hoang dã và hệ thuỷ sinh địa phương, là nơi nghỉ chân của nhiều loài chim di cư,
góp phần tạo ra và duy trì đa dạng sinh học.
Các hồ lớn ít lưu thông và có độ sâu lớn thường có hệ sinh thái đặc thù, với nhiều loài
đặc hữu có giá trị rất cao cả về kinh tế và đa dạng sinh học. Hồ Bai Can sâu nhất thế giới
(1.620m). Hồ nước mặn Caxpiên rộng nhất thế giới, 371.000km2. Biển Chết ở bán đảo A Rập
có độ muối 20%, cao gấp 7 lần nước biển thông thường, là sản phẩm của quá trình bốc hơi
liên tục, biển hầu như không có sự sống. Hồ Niuoacơ trên đảo Ki Tin, Bắc cực có 5 tầng nước
do thành phần nước phân hoá, có nguồn gốc khác nhau, mặt hồ đóng băng gần như quanh
năm nên ít xáo trộn. Trên cùng là nước ngọt với hệ sinh thái nước ngọt rất đa dạng; Tầng thứ
57
hai có chứa nhiều muối vi lượng, cư dân chủ yếu có các loài động vật tiết túc, giáp xác như
tôm, cua...; Tầng thứ ba nước lợ, có các loài hải quỳ, sao biển, cá biển; Tầng thứ tư màu hồng,
có nhiều tảo và vi khuẩn hấp thụ sunfuarơ; Tầng thứ năm ở đáy, có nhiều bùn thối đen và vi
khuẩn yếm khí.
Tuy nhiên hồ cũng là một hệ thống tự nhiên nhạy cảm. Những tác động tự nhiên vào cán
cân nước hồ như làm tăng giảm thành phần dòng đến hoặc đi của hồ, làm thay đổi cân bằng
nước hồ và cân bằng dòng vật chất trong hồ đều có thể gây nên những hệ quả rất xấu, như suy
thoái, ô nhiễm hồ, khủng hoảng hệ sinh thái hồ, cạn kiệt và biến mất hồ... Nhiều loài đặc hữu
trong các hồ có giá trị rất cao về mặt kinh tế hoặc sinh thái, có vai trò quan trọng tạo ra những
giá trị cảnh quan sinh thái và du lịch trong hồ có thể bị tuyẹet diệt do bị khai thác quá mức
hoặc do chất lượng nước hồ suy giảm.
Bảng 3.1.
Khủng hoảng biển Aran
Aran từng là biển hồ lớn thứ 4 trên lục địa, diện tích 66.000km2, chứa 1.064km3 nước, dòng chảy hàng năm
từ sông Amuaria và Sư Đaria gia nhập vào hồ là 56 km3, nhưng hồ cũng tiêu hao 60km3/năm vào bốc hơi, do
đó cán cân nước hồ tự nhiên đã luôn bị thiếu hụt. Năm 1975, trên lưu vực hai con sông đổ vào hồ, người ta đã
mở rộng sản xuất, làm cho diện tích bông cần tưới tăng trên 10 triệu ha, lượng nước tưới được khai thác trực tiếp
từ hai sông đổ vào hồ. Hệ quả là lượng nước nhập vào hồ giảm xuống, chỉ còn 7 - 11km3/năm. Do thiếu hụt
nghiêm trọng cán cân nước đến so với bốc hơi, hồ Aran thu hẹp dần kích thước.
Đến nay diện tích hồ chỉ còn 36 km2, chia thành hai hồ nhỏ, dung tích giảm 69%, độ muối tăng 3 lần, đạt
24%.
Phần lòng hồ nông nhiều trầm tích bở rời và muối mặn bị khô cạn, phơi ra trước nắng gió, là nguồn cung cấp
từ 40 nghìn đến hàng triệu tấn bụi muối/năm, gây ô nhiễm nặng các vùng xung quanh.
Sử dụng hoá chất trong nông nghiệp gây ô nhiễm nước. Hệ quả là đã gây ra bệnh tật cho gia súc, người và động
vật hoang dại, năng suất cây trồng giảm tới 40%. Các loài hoang dã giảm từ 178 xuống còn 38, các loài đặc hữu
biến mất. Quá trình hoang mạc hoá, mặn hoá, ô nhiễm nước vẫn đang tiếp diễn.
3.2 Tài nguyên nước hồ chứa
3.2.1 Tổng quan
Hồ chứa, còn gọi là kho nước nhân tạo, hồ chứa nhân tạo, là những thuỷ vực chứa nước
tương đối lớn, hình thành một cách nhân tạo hoặc bán nhân tạo, có chế độ nước bị điều tiết
nhân tạo. Các hồ chứa lớn trên thế giới đều được xây dựng theo phương thức đắp đập ngăn
sông. Những con đập đầu tiên đã được xây dựng từ khoảng 5.000 năm trước trên sông Ti-gri
và Ơ-phra-tơ ở Me-zo-po-ta-mia, trên sông Nin ở Hi Lạp và trên sông In-du ở Pakistan. Tất cả
các đập xa xưa được xây dựng chủ yếu để phục vụ cấp nước tưới cho nông nghiệp và kiểm
soát lũ. Mục tiêu xây đập thủy điện được thực hiện từ 1890. Đập lớn được định nghĩa là loại
đập có chiều cao >15m hoặc cao từ 5 – 15m nhưng có dung tích >3 tỷ m3. Những năm giữa
của thế kỷ 20 có 5.000 đập lớn đã được xây dựng. Tốc độ xây dựng đập tăng nhanh và đến
cuối thế kỷ trước đã có 45.000 đập lớn đang hoạt động. Thêm vào đó, toàn thế giới còn có
khoảng 800.000 đập khác không thuộc loại lớn. Tổng chi phí của việc xây dựng đập trong thế
kỷ 20 ước tính khoảng 2.000 tỷ USD.
Trong gần suốt thế kỷ trước, đập lớn được xem là biểu tượng của khả năng chế ngự tự
nhiên và phát triển công nghiệp cũng như quyền lực chính trị, kinh tế xã hội và điện lực. Đối
với nhiều chính phủ, việc xây dựng các đập lớn có ý nghĩa thể hiện sức mạnh của đất nước.
Kết quả là hơn một nửa các con sông chính trên thế giới đã bị ảnh hưởng của đập và gần 40
triệu người dân đã phải di dời. Trung Quốc là nước có nhiều đập lớn nhất, với khoảng hơn
20.000 đập (trên tổng số >90.000 đập), Mỹ có khoảng 6.400, Ấn Độ 4.000, Nhật và Tây Ban
Nha có >1.000 đập. Năm 1992, Trung Quốc đã tiến hành công trình trên sông Dương Tử trị
giá 30 tỷ đô la, với đập nước cao 185m, có chức năng cấp nước, điều tiết lũ, cung cấp điện
58
(12% nhu cầu toàn quốc). Công trình làm 1,3 triệu người phải di dời và ngập 41.000ha đất
nông nghiệp.
Những hồ chứa có dung tích >1 triệu m3 hoặc dung tích <1 triệu m3 nhưng có vai trò đặc
biệt quan trọng trong khu vực, như là nguồn cấp nước cho một đô thị lớn, được gọi là kho
nước lớn. Trên thế giới đã xây dựng hơn 10.000 hồ chứa, trong đó >30 hồ dung tích >10km3,
150 hồ dung tích >5km3, chiếm 80% tổng dung tích các hồ chứa. Tổng dung tích hữu ích của
hồ chứa nhân tạo ước khoảng 5.000 km3, diện tích mặt nước >600.000 km2. Từ 1960 việc xây
dựng kho nước trên thế giới phát triển mạnh. Trong khoảng 30 năm số kho nước tăng gấp đôi
và dung tích chứa tăng còn nhiều hơn. Trên 60% dung tích kho nước hiện phân bố tại các
nước đang phát triển.
Kho nước được xây dựng phục vụ nhiều mục đích kinh tế xã hội và kỹ thuật như sau:
Sản xuất điện cho tiêu thụ trong nước và xuất khẩu
Trữ và cấp nước tưới cho các vùng đất nông nghiệp để nâng cao năng suất sản lượng cây
trồng, đảm bảo an ninh lương thực
Điều tiết chế độ dòng chảy, cắt lũ và tăng dòng chảy kiệt, cải thiện hệ sinh thái.
Ngoài ra việc xây dựng đập và hồ chứa còn tạo thêm những lợi ích xã hội khác như: phát
triển điện khí hóa nông thôn, tạo việc làm trong quá trình xây dựng đập nói riêng và tăng
cường phát triển nói chung, phát triển ngư nghiệp và du lịch... Các lợi ích trên đã góp phần
quan trọng cho sự phát triển con người ở nhiều nước. Nhưng cũng đã có những ví dụ về
những đập không đáp ứng được sự mong đợi về mặt tài chính, kỹ thuật và kinh tế như dự
kiến, đặc biệt là khi so sánh với các giải pháp thay thế khác có thể thực hiện được. Đồng thời
những tác động bất lợi của việc xây dựng đập về mặt môi trường, sinh thái và xã hội vượt xa
dự kiến ban đầu, dẫn đến gia tăng mức phản đối của cộng đồng đối với việc xây đập. Do đó
xu thế phát triển nhanh các đập và kho nước lớn đã chững lại tại các quốc gia phát triển. Hơn
thế nữa một số đập đã xây dựng cũng bị hủy bỏ. Mỹ đã loại bỏ >500 đập nhỏ trong những
năm gần đây.
Bảng 3.2.
Một số kho nước lớn trên thế giới
Stt Tên hồ/sông (châu lục hoặc quốc gia) Dung tích
km3Diện tích
km2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Oden- Fols - Victoria /s. Nin (Phi)
Bratxk /s. Angara (CHLB Nga)
Cariba/s. Zamberi (Dămbia & Rođedia Nam)
Naser /s. Nin (Xuđăng & Ai Cập)
Volta /s. Volta (Ga Na)
Daniel – Djonson / s. Manikugan (Canađa)
En Ninho – Mateco /s.Karoni (Vênêzuêla)
Krasnoar /s. Enixây (CHLB Nga)
Vadi – Tactar /s. Tigre (Irăc)
Xamưnxa /s. Hoàng Hà (Trung Quốc)
Quibưsep /s. Vonga (CHLB Nga)
O – Mid /s. Kolorađô (Mỹ)
205
169
160
157
148
142
111
73
67
65
58
37
76.000
5.470
4.450
5.120
8.480
1.940
-
2.000
2.000
3.500
6.448
631
3.2.2 Các đặc trưng hình thái kho nước dạng đập
Mực nước chết (mực nước thấp nhất thiết kế): Giới hạn trên của dung tích chết (Phần
dung tích để chứa bồi lắng trong suốt tuổi thọ công trình, đảm bảo vệ sinh môi trường và hệ
sinh thái vùng thượng lưu và đảm bảo đầu nước tối thiểu cho phát điện hiệu quả).