Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận án bao gồm: Nghiên cứu, xây dựng cơ sở khoa học để xác định dòng chảy tối thiểu cần duy trì ở hạ du sông Mã đáp ứng yêu cầu nước tối thiểu của các đối tượng sử dụng nước và duy trì hệ sinh thái thủy sinh vùng hạ du sông Mã. Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LƢƠNG NGỌC CHUNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU NHẰM QUẢN LÝ BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƢỚC VÙNG HẠ DU SÔNG MÃ Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nƣớc Mã số : 9-58-02-12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018
Công trình được hoàn thành tại Trƣờng đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Trần Viết Ổn 2: TS. Lê Viết Sơn Phản biện 01: Phản biện 02: Phản biện 03: Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tại Room 5- K1 trường Đại học Thủy lợi. Vào lúc giờ ngày tháng năm 2018. Có thể tìm hiểu luận án tại các thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học thủy lợi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Sông Mã có vị trí đặc biệt quan trọng đối với nước ta, với tài nguyên nước khá phong phú, góp phần quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của lưu vực. Thực tế hiện nay, nguồn tài nguyên sông Mã đang được khai thác, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, các hoạt động này đã làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên trong mùa cạn đã tác động tiêu cực đến khai thác, sử dụng nước và hệ sinh thái thủy sinh, đặc biệt là vùng hạ du sông Mã. Qua theo dõi tại các trạm thủy văn cho thấy mực nước vào mùa cạn hiện nay đã xuống rất thấp so với trung bình nhiều năm (từ 0,8÷1,4m). Sự thay đổi chế độ dòng chảy trên sông Mã đã tác động bất lợi một cách trực tiếp và gián tiếp đến môi trường nước, đặc tính sinh thái của con sông. Do đó, yêu cầu cân đối, hài hòa chế độ dòng chảy trên sông nhằm đảm bảo chức năng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và duy trì các hệ sinh thái thủy sinh của dòng sông là rất cần thiết. Mặt khác, Điều 5 của Nghị định 120/2008/NĐ-CP về nguyên tắc quản lý lưu vực sông nêu rõ: “Đối với từng con sông cần phải điều hòa, phân bổ tài nguyên nước, duy trì dòng chảy tối thiểu”. Đến nay, chưa có nghiên cứu nào định lượng được lượng nước cần thiết để hài hoà nhu cầu sử dụng nước giữa các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường sinh thái ở vùng hạ du sông Mã. Để góp phần hỗ trợ xây dựng một chiến lược lâu dài trong quản lý bền vững tài nguyên nước ở hạ lưu sông Mã, cần thiết phải nghiên cứu đầy đủ, chuyên sâu về cơ sở khoa học, phương pháp xác định dòng chảy tối thiểu trên cơ sở: (1) thỏa mãn nhu cầu nước tối thiểu của các đối tượng sử dụng nước và (2) đáp ứng nhu cầu nước để duy trì dòng chảy môi trường nhằm đảm bảo duy trì hệ sinh thái thủy sinh trên lưu vực sông. Với những vấn đề trên, Luận án “Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã” là rất cần thiết và cấp bách cho việc khai thác sử dụng hợp lý và quản lý bền vững tài nguyên nước ở hạ lưu sông Mã. 1
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của Luận án bao gồm: - Nghiên cứu, xây dựng cơ sở khoa học để xác định dòng chảy tối thiểu cần duy trì ở hạ du sông Mã đáp ứng yêu cầu nước tối thiểu của các đối tượng sử dụng nước và duy trì hệ sinh thái thủy sinh vùng hạ du sông Mã. - Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: Dòng chảy yêu cầu tối thiểu mùa cạn (từ tháng 1 đến tháng 5), vùng hạ du dòng chính sông Mã. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Mã, (1) tập trung vào vùng hạ du dòng chính sông Mã từ Cẩm Thủy đến cửa sông, (2) vào mùa cạn, (3) Luận án tập trung nghiên cứu yêu cầu dòng chảy tối thiểu đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội (dân sinh, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông thủy) và đảm bảo duy trì hệ sinh thái thủy sinh. Trong đó, điều kiện về chất lượng nước sông Mã hiện đang đáp ứng được yêu cầu của các mục đích sử dụng nước. Vì vậy, trong nghiên cứu này, chất lượng nước được xem như luôn ổn định và đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng để duy trì hệ sinh thái thủy sinh và cấp nước cho các ngành. 4. Hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Hướng tiếp tiếp cận: (i) Tiếp cận hệ thống: Từ nghiên cứu lý thuyết đến áp dụng thực tiễn, từ giải pháp tổng thể cho tới cụ thể; (ii) Tiếp cận mang tính kế thừa: Số liệu được kế thừa từ các công trình nghiên cứu đã có trước đó. 4.2. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp kế thừa; Phương pháp khảo sát, đo đạc hiện trường, lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm; Phương pháp phân tích thống kê; Phương pháp mô hình toán; Phương pháp phân tích so sánh. 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu 5.1. Ý nghĩa khoa học: Hoàn thiện cơ sở khoa học xác định dòng chảy tối thiểu có tính đến đầy đủ các yếu tố thủy văn, thủy lực, sinh thái và nhu cầu nước cho các đối tượng sử dụng nước chính. Trong đó sử dụng các phương pháp phân tích về sinh thái (điều kiện môi trường nước đáp ứng yêu cầu duy trì một số quần thể cá chính) là một trong những đóng góp quan trọng về mặt khoa học của Luận án 5.2. Ý nghĩa thực tiễn: Luận án xác định được dòng chảy tối thiểu vùng hạ lưu sông Mã, làm cơ sở khoa học và thực tiễn giúp công tác quản lý tài nguyên nước trên sông Mã một cách bền vững, đáp ứng yêu cầu của các ngành kinh tế - xã hội. 6. Đóng góp mới của Luận án: a. Xác định được dòng chảy tối thiểu cho vùng hạ du sông Mã trên cơ sở nhận diện và định lượng những yếu tố chi phối gồm: Chế độ thủy văn, thủy lực và sinh thái, trong đó ứng dụng thành công mô hình sinh thái dựa trên các loài chỉ thị. b. Xác định được các loài chỉ thị sinh thái của hệ sinh thái thủy sinh vùng hạ du sông Mã, gồm: 1) Cá Chép - Cyprinus carpio, 2) cá Ngạnh - Cranoglanis henrici, 3) cá Đối đất - Chelon subviridis, 4) cá Bống mọi - Eleotris fusca, và 5) cá Bống cát tối - Glossogobius giuris. 7. Bố cục của luận án: Không kể phần mở đầu, kết luận và kiến nghị luận án gồm 03 chương chính sau: Chương 1: Tổng quan về dòng chảy tối thiểu và các nghiên cứu có liên quan; Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu dòng chảy tối thiểu; Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận. 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trƣờng ở các lƣu vực sông 1.1.1. Khái niệm về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông định nghĩa "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”. Ngoài ra còn nhiều định nghĩa về dòng chảy môi trường của một số cơ quan tổ chức như: Tổ chức bảo tồn thiên nhiên thế giới (IUCN); Ngân hàng thế giới (WorldBank); Tổ chức các dòng chảy quốc tế; Tổ chức mạng lưới dòng chảy môi trường toàn cầu và một số tác giả điển hình như của các tác giả Dyson, Bergkamp, Scanlon... Nhìn chung những định nghĩa về “dòng chảy môi trường” khá là tương đồng, tất cả đều nhấn mạnh đến việc duy trì các hệ sinh thái. Tuy nhiên, trong các định nghĩa về dòng chảy môi trường chưa có thành phần dòng chảy để cung cấp cho các nhu cầu sử dụng nước phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội. Xét về tổng thể “dòng chảy tối thiểu” tổng quát và đầu đủ hơn về các đối tượng sử dụng nước và có thể coi “dòng chảy tối thiểu” bao gồm dòng chảy môi trường và dòng chảy cho nhu cầu sử dụng nước tối thiểu của các đối tượng sử dụng nước. Do đó, nghiên cứu của luận án về “dòng chảy tối thiểu” sẽ gồm 2 thành phần: (1) Dòng chảy môi trường sinh thái, (2) Dòng chảy cho nhu cầu nước tối thiểu. 1.1.2. Vai trò của dòng chảy tối thiểu Dòng chảy môi trường được coi là một phần của dòng chảy tối thiểu. Vì vậy, vai trò của dòng chảy môi trường cũng là vai trò của dòng chảy tối thiểu, nó có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của bất cứ dòng sông nào. Thiếu dòng chảy tối thiểu sẽ đặt sự tồn tại của các hệ sinh thái, con người và nền kinh tế trước rủi 4
ro. Trong bối cảnh thực hiện quản lý tổng hợp tài nguyên nước, yêu cầu dòng chảy tối thiểu chính là một thỏa thuận thương mại giữa các đối tượng sử dụng nước. Để tạo thuận lợi cho việc phân tích, thỏa thuận thương mại đó, dòng chảy tối thiểu phải được đảm bảo trên cơ sở bình đẳng và hài hoà quyền lợi giữa các đối tượng sử dụng nước khác nhau cũng như với hệ sinh thái thủy sinh. 1.1.3. Tổng quan về các nghiên cứu dòng chảy tối thiểu 2 thành phần dòng chảy của dòng chảy tối thiểu: (1) Dòng chảy cho môi trường sinh thái và (2) dòng chảy cho nhu cầu nước. Trong đó việc tính toán chế độ dòng chảy cho các lưu vực sông, tính toán cân bằng nước, tính toán thủy văn... là một phần không thể thiếu trong các nghiên cứu về dòng chảy tối thiểu hoặc dòng chảy môi trường. Tùy theo mục đích, nội dung nghiên cứu và tình hình số liệu để chọn lựa mô hình toán thủy văn, thuỷ lực. Để đánh giá chế độ dòng chảy trong mùa cạn ở hạ du các lưu vực sông cần tính toán trong một diễn biến dài hạn (5 năm, 10 năm, 20 năm hoặc lâu hơn nữa), do đó trong các nghiên cứu thường sử dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng, tính toán và đánh giá. Hiện nay có rất nhiều mô hình có thể ứng dụng cho việc tính toán chế độ dòng chảy ở hạ du trong mùa cạn như mô hình VRSARP, HEC-RAS, MIKE11 và nhiều mô hình khác nữa. Trong 3 mô hình VRSARP, HEC-RAS, MIKE11 mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm khác nhau, nhưng mô hình MIKE 11 là một trong những mô hình được ứng dụng nhiều ở Việt Nam và Luận án lựa chọn mô hình này để tính toán chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã. Trên phạm vi thế giới, nghiên cứu về dòng chảy môi trường đã phát triển mạnh mẽ kể từ những năm 1990. Đây là khoảng thời gian mà một số nghiên cứu quan trọng xuất hiện, tập trung vào chế độ dòng chảy tự nhiên và khôi phục lại dòng chảy. Có những phương pháp chính sau: (1) Phương pháp thủy văn: các dòng chảy thấp và cao sẽ tùy thuộc vào từng thời gian và thời đoạn sử dụng nhiều tại Bắc - Trung Mỹ và được đánh giá là một phương pháp đơn giản, nhanh và chi phí thấp nhất để cung cấp thông tin về ngưỡng mức độ dòng chảy; (2) Phương pháp đánh giá thủy lực hay còn được gọi là phương pháp duy trì môi trường sống hoặc phương pháp thủy lực hình học thể hiện mối quan hệ giữa độ sâu và 5
lưu lượng dòng chảy, lưu lượng dòng chảy sẽ ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến các loài thủy sinh. Phương pháp thủy lực sẽ phụ thuộc nhiều vào hình thái dòng sông nên không phù hợp với các sông nhánh; (3) Phương pháp mô phỏng môi trường sống nhằm mục đích bảo tồn các loài đại diện đã được lựa chọn trước đó, đáp ứng được mối liên hệ toàn diện thủy văn, thủy lực và môi trường sinh học; (4) Phương pháp tổng thế và sử dụng chuyên gia. Sử dụng và phát triền của phương pháp này đầu tiên là ở Úc và Nam Phi, gần đây mở rộng sang Anh. Đây là phương pháp phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí. Đánh giá các nghiên cứu trên thế giới, có thể nhận thấy dòng chảy môi trường được áp dụng tuỳ theo từng yêu cầu đặt ra và tuỳ theo đặc điểm của từng lưu vực sông cũng như đặc điểm về hệ sinh thái của các lưu vực sông. Với những yêu cầu nhiệm vụ khác nhau như vậy, các nghiên cứu có các phương thức tiếp cận phù hợp với từng yêu cầu nhiệm vụ cụ thể của từng lưu vực sông. Do vậy, luận án sẽ kế thừa những điểm tương đồng và đưa ra một phương thức tiếp cận phù hợp nhất áp dụng cho lưu vực sông Mã tại Việt Nam. Tại Việt Nam có một số nghiên cứu liên quan cần kể đến đó là nghiên cứu của Nguyễn Thị Kim Dung đề xuất dòng chảy tối thiểu bao gồm 3 thành phần (1) Dòng chảy duy trì sông, (2) dòng chảy cho nhu cầu nước sinh thái, và (3) dòng chảy tối thiểu cho các đối tượng sử dụng nước trên sông Vũ Gia - Thu Bồn; Nghiên cứu của Đoàn Thị Tuyết Nga về dòng chảy môi trường trên sông Đáy đoạn từ Hát Môn đến Ba Thá, qua việc phân tích số liệu thủy văn và kết hợp với dữ liệu chất lượng nước; Nghiên cứu đánh giá tác động của dòng chảy kiệt tới sản xuất nông nghiệp, thủy sản vùng hạ dụ sông Cả và sông Mã của Nguyễn Quang Trung. Mặc dù các nghiên cứu đã đưa ra được kết quả của dòng chảy môi trường hoặc dòng chảy tối thiểu cho các lưu vực sông, nhưng do số liệu về sinh thái còn hạn chế do đó chưa đề xuất được dòng chảy môi trường hoặc dòng chảy tối thiểu cụ thể và còn thiếu tính thực tiễn. 6
1.2. Tổng quan về lƣu vực sông Mã 1.2.1. Giới thiệu chung Lưu vực sông Mã có diện tích 28.490 km2, dòng chính dài 512 km, có những chi lưu lớn như sông Chu, sông Bưởi... và có 2 phân lưu là sông Lèn và sông Lạch Trường. Lưu vực sông Mã phân bố trên lãnh thổ 2 quốc gia là Lào và Việt Nam. Trên lãnh thổ Việt Nam, có diện tích lưu vực 17.690 km2, trong đó phần ở hạ du là 8.503 km2 tập trung chủ yếu trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá. Đây là con sông có nguồn nước dồi dào và có đầy đủ các dạng địa hình núi cao, gò đồi, đồng bằng và đồng bằng ven biển. (1) vùng miền núi sông Mã có tiềm năng xây dựng các công trình lợi dụng tổng hợp và các bậc thang thủy điện; (2) vùng trung du có tiềm năng lớn về phát triển cây công nghiệp, cây đặc sản; (3) vùng đồng bằng và đồng bằng ven biển chỉ chiếm khoảng 8,25% diện tích toàn lưu vực, nhưng lại là trung tâm phát triển kinh tế chính của lưu vực, phù hợp cho thâm canh phát triển nông nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, phát triển công nghiệp và dịch vụ kinh tế biển. 1.2.2. Tình hình phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông Mã Nền kinh tế trên lưu vực sông Mã đang có những bước chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa và đã hình thành nhiều khu công nghiệp, khu kinh tế lớn như khu kinh tế Nghi Sơn, khu công nghiệp - đô thị Thành phố Thanh Hóa... Tính đến 2015, dân số trên toàn lưu vực đạt xấp xỉ 4 triệu người, phân bố không đều, ở vùng cao dân cư thưa thớt, trong khi đó vùng thành thị, đồng bằng dân cư lại dày đặc, mật độ dân số bình quân toàn vùng là 197 người/km2. Dân cư tập trung chủ yếu ở vùng nông thôn chiếm 90%, khu vực thành thị chiếm 10%. Cơ cấu kinh tế trên lưu vực như sau: Nông - Lâm - Ngư nghiệp 42,58%, Công nghiệp 27,22%, Xây dựng - Dịch vụ 30,2%. 1.2.3. Hiện trạng môi trường, sinh thái vùng hạ du lưu vực song Mã Qua khảo sát cho thấy hiện trạng môi trường nước ở hạ du sông Mã đều tốt, hầu hết các chỉ số chất lượng nước đều nằm trong giới hạn cho phép ở mức A2, cho 7
thấy khả năng pha loãng và tự làm sạch của sông Mã là khá tốt. Ở hạ du sông Mã cũng đã xác định được 747 loài thuộc 493 giống/chi, 218 họ thuộc các nhóm sinh vật như: 153 loài thực vật nổi, 232 loài thực vật bậc cao có mạch, 71 loài động vật nổi, 40 loài thân mềm, 48 loài giáp xác và 203 loài cá. 1.2.4. Lịch sử khai thác, sử dụng nguồn nước trên song Mã Tài nguyên nước sông Mã đã, đang và sẽ được khai thác cho các hoạt động sinh kế của người dân. Các công trình khai thác nguồn nước đã và đang phát huy hiệu quả, điển hình như hệ thống Cửa Đạt - Bái Thượng, trạm bơm Hoằng Khánh, trạm bơm Nam Sông Mã… với lượng khai thác ngày một lớn từ 50 m3/s (trước 1950), đến nay đã đạt 277 m3/s. 1.3. Định hƣớng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của luận án Luận án tập trung làm rõ một số vấn đề sau: (i) Đánh giá thực trạng các vấn đề nổi cộm liên quan đến hoạt động khai thác tài nguyên nước trên sông Mã; (ii) Xác định các loài đặc trưng của hệ sinh thái thủy sinh và xác định mực nước, lưu lượng dòng chảy khi vực sông Mã; (iii) Ứng dụng mô hình mô phỏng tính toán xác định lưu lượng dòng chảu hạ du sông Mã có khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực; (iv) Đề xuất dòng chảy tối thiểu và giải pháp tổng thể nhằm duy trì dòng chảy tối thiểu với sơ đồ cấu trúc như (Hình 1.5) Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc tổng thể về dòng chảy tối thiểu 8
1.4. Kết luận Chƣơng 1: Luận án sẽ nghiên cứu dòng chảy tối thiểu bao gồm 2 thành phần: (1) Dòng chảy môi trường sinh thái và (2) dòng chảy cho nhu cầu nước tối thiểu của các đối tượng sử dụng nước. Xác định dòng chảy tối thiểu ở hạ du sông Mã là bài toán đa mục tiêu, đáp ứng được yêu cầu của con người và môi trường sinh thái trong điều kiện nguồn nước hiện nay, sẽ cần nghiên cứu sâu về những tác động đến chế độ dòng chảy trên sông Mã, xây dựng phương pháp luận, công cụ để xác định dòng chảy tối thiểu đảm bảo dòng sông phát triển bền vững. Nghiên cứu sẽ lựa chọn mô hình thủy lực MIKE11, mô hình sinh thái RHYHABSIM để xác định dòng chảy tối thiểu cho hạ du sông Mã. CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY TỐI THIỂU HẠ DU SÔNG MÃ 2.1. Nhận diện các tác động đến chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã Sông Mã hiện nay đang đối mặt với tình trạng suy giảm dòng chảy trong mùa cạn, tác động không nhỏ đến việc khai thác, sử dụng nguồn nước cũng như vấn đề môi trường nước, sự tồn tại và phát triển của hệ sinh thái thủy sinh, đặc biệt là vùng hạ du. 2.1.1. Những tác động của tự nhiên Theo số liệu đo đạc tại các trạm khí tượng trên lưu vực từ năm 1960 đến 2015, cho thấy xu thế tăng rõ rệt của nhiệt độ không khí trung bình năm, đặc biệt là thập kỷ 2001÷2010, mức tăng trung bình toàn lưu vực là 1oC. Nhiệt độ tăng làm bốc thoát hơi nước tăng, làm thay đổi chu trình tuần hoàn thủy văn. Khi đó, yêu cầu cấp nước gia tăng, xâm nhập mặn sâu hơn vào nội địa do nước biển dâng cao, môi trường sinh thái bị thay đổi và nhiều tác động khác đối với loài người. Qua phân tích số liệu thực đo tại các trạm mưa trên sông Mã, cho thấy lượng mưa trên sông Mã có xu thế tăng, giảm không rõ ràng và không có quy luật: - Diễn biến lượng mưa mùa khô: Vùng thượng nguồn có xu thế tăng, hạ du có xu thế giảm. Lượng mưa mùa khô có xu thế giảm ở thập kỷ 60, 90; có xu thế tăng ở thập kỷ 70, 80 và xu thế tăng giảm xen kẽ giữa các thập kỷ. 9
- Diễn biến lượng mưa mùa mưa: Mùa mưa kéo dài từ tháng V÷X, riêng vùng thượng nguồn sông Mã thuộc Tây Bắc mùa mưa kết thúc sớm hơn từ tháng V÷IX, qua phân tích lượng mưa mùa mưa tại các trạm đại biểu trên sông Mã cho thấy xu thế lượng mưa mùa mưa tại các trạm đại diện đều có xu thế giảm. 2.1.2. Những tác động của các hoạt động kinh tế -xã hội Do những lợi thế về địa hình và nguồn nước, hiện nay trên dòng chính sông Mã đã xây dựng trên 10 công trình thủy điện có quy mô vừa và lớn, ngoài ra trên các dòng nhánh còn có rất nhiều công trình thủy điện có quy mô dưới 10MW. Các công trình lớn như Cửa Đạt, Trung Sơn, Hủa Na là công trình đa mục tiêu, các công trình thủy điện còn lại chủ yếu dựa vào chiều cao cột nước và lưu lượng cơ bản để phát điện. Trong điều kiện tiêu thụ điện năng như hiện nay, việc phát triển hệ thống thủy điện đã góp phần không nhỏ vào việc đóng góp nguồn điện cho hệ thống điện quốc gia. Nếu được xây dựng, quản lý vận hành tốt thì thủy điện là nguồn lực to lớn đóng góp vào sự phát triển chung cho nền kinh tế - xã hội của đất nước. Tuy nhiên, các công trình trên cũng gây ra những tác động như: (i) Mất rừng đầu nguồn; (ii) Làm thay đổi chế độ dòng chảy của công trình thủy điện; (iii) Do nhiều công trình thủy điện dung đường ống áp lực để dẫn nước từ hồ chứa đến nhà máy thủy điện, nên đoạn sông từ đập đến nhà máy không có nước trở thành đoạn sông chết. 2.1.3. Biến động nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực Nhìn chung trong khoảng 10 năm trở lại đây, lưu vực sông Mã có những phát triển mạnh mẽ về kinh tế đòi hỏi yêu cầu cao hơn về nguồn nước. Trung bình mỗi năm tăng 85 triệu m3 (khoảng 3%/năm). Tổng nhu cầu dùng nước trên lưu vực sông Mã năm 2015 là 3,96 tỷ m3, tăng 1,27 tỷ m3 so với năm 2000. Trong đó nhu cầu nước cho nông nghiệp là 3,6 tỷ m3 (chiếm 92%), sinh hoạt là 226,8 triệu m3 (chiếm 6%) và công nghiệp là 128 triệu m3 (chiếm 4%). 2.1.4. Biến đổi lòng dẫn Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thanh Hùng, đã sử dụng tài liệu địa hình lòng sông Mã đo đạc các năm 2008, 2011, 2012 và 2013 cho thấy: 10
Hình 2.5: Diễn biến cao độ đáy sông Mã từ 2008 - 2013 - Lòng sông Mã đoạn từ Cẩm Thủy đến cửa Hới có xu thế hạ thấp dần, với mức độ hạ thấp phổ biến đạt trên 1m, có một số đoạn lòng sông bị hạ thấp tới trên 3m, đặc biệt tại vị trí cao độ đáy sông bị hạ thấp tới 5,08m. - Trên sông Chu mức độ xói hạ thấp đáy sông từ sau đập Bái Thượng đến ngã ba Giàng, đoạn bị xói nhiều nhất ở thượng lưu ngã ba Giàng từ 1,69÷3,33 m, đoạn phía thượng lưu ít xói hơn và nhiều vị trí có xu thế bồi tụ. 2.1.5. Hệ quả của những tác động Qua phân tích cho thấy biến động về chế độ dòng chảy trên sông Mã thời kỳ trước khi có hồ (1980÷2009) và sau khi có hồ vận hành (2010÷2015) như sau: - Trên sông Chu, tại trạm thủy văn Cửa Đạt ghi nhận do ảnh hưởng sự điều tiết của hồ Hủa Na và Cửa Đạt dẫn tới lưu lượng ngày nhỏ nhất và mực nước ngày nhỏ nhất thì biến động mạnh hơn, xuất hiện nhiều giá trị từ 3÷5 m3/s, trong thời kỳ trước khi có hồ lưu lượng nhỏ nhất tại trạm là khoảng 20m3/s + Trên sông Mã (tại Lý Nhân): Mực nước trung bình ngày và mực nước min ngày thời kỳ 2010÷2015, đều thấp hơn thời kỳ 1980÷2009 từ 0,9÷1,0m. Trong khi đó, mực nước trung bình ngày và mực nước min ngày ở thượng nguồn (tại Cẩm Thủy) thời kỳ 2010÷2015 đều cao hơn thời kỳ 1980÷2009 và lưu lượng tại trạm Cẩm Thủy trong mùa cạn cũng thay đổi không nhiều trong 2 thời kỳ. Điều đó cho thấy ảnh hưởng rõ ràng của hiện tượng hạ thấp lòng dẫn đối với việc hạ thấp mực nước ở hạ du dòng chính sông Mã trong giai đoạn 2010÷2015. 11
- Trên sông Chu (tại trạm Xuân Khánh): Mực nước trung bình ngày và mực nước min ngày thời kỳ có hồ (2010÷2015) thấp hơn trước khi có hồ 30÷50cm, mặc dù từ 2010÷2015 lưu lượng dòng chảy mùa cạn đã được cải thiện nhờ có sự điều tiết của hồ Cửa Đạt trên thượng nguồn. Những tác động của sự suy giảm dòng chảy mùa cạn ở hạ du sông Mã: Mặn xâm nhập sâu hơn, mực nước hạ thấp ảnh hưởng trực tiếp đến các công trình lấy nước dọc sông, làm thay đổi môi trường sống của hệ sinh thái thủy sinh... 2.2. Xây dựng các phƣơng pháp xác định dòng chảy tối thiểu cho hạ lƣu sông Mã 2.2.1. Phương pháp xác định dòng chảy tối thiểu Dòng chảy tối thiểu có thể coi là “lượng dòng chảy môi trường” cộng với “nhu cầu nước cho sử dụng ở đoạn sông tính toán nhưng (ở mức tối thiểu)”. QTT = Tổng hòa ∑(QMT,ST, QKTSD) (2-1) Trong đó: QKTSD: Lưu lượng đảm bảo cho các hoạt động kinh tế - xã hội, trong nghiên cứu này sẽ bao gồm: Nước cấp cho sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và giao thông thủy. Các thành phần của QKTSD sẽ được chia thành 2 loại: (i) Dòng chảy môi trường tiêu hao (Qmtth): Là lượng nước được khai thác từ sông Mã để cấp cho nhu cầu sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp; (2) Dòng chảy môi trường không tiêu hao (Qmtkth): Là trong quá trình khai thác, sử dụng lượng nước không bị mất đi, đó là lượng nước cho giao thông thủy. - QMT,ST: Dòng chảy đảm bảo cho hệ sinh thái phát triển bình thường và là dòng chảy môi trường không tiêu hao. Từ đặc điểm của dòng chảy môi trường tiêu hao và dòng chảy môi trường không tiêu hao, công thức (2-1) được khái quát lại dưới dạng tổng quát như sau: QTT = Tổng hòa ∑(Qmtkth+Qmtth) (2-2) Trong đó: Qmtkth là dòng chảy môi trường không tiêu hao, là giá trị tổng hoà đảm bảo hệ sinh thái thuỷ sinh phát triển, sức khoẻ dòng sông, cảnh quan môi trường (xanh, sạch, đẹp) và nhu cầu giao thông. Trong khuôn khổ Luận án này, 12
dòng chảy môi trường không tiêu hao chỉ xem xét 2 thành phần: (1) Dòng chảy cho giao thông thủy và (2) dòng chảy cho nhu cầu sinh thái. Như vậy, Qmtkth được khái quát như sau: Qmtkth = Tổng hoà (Qstts, Qgt) (2-3) Trong đó: + Qstts là lưu lượng cho nhu cầu sinh thái thủy sinh + Qgt là lưu lượng cho nhu cầu giao thông thủy Xác định dòng chảy tối thiểu cho hạ du sông Mã, trong Luận án này nghiên cứu sinh lựa chọn phương pháp mang tính tổng hợp, trong đó bao gồm: (i) Phương pháp khảo sát, đo đạc hiện trường; (ii) Phương pháp phân tích thống kê; (iii) Phương pháp mô hình thủy văn, thủy lực; (iv) Phương pháp mô hình sinh thái; (v) Phương pháp phân tích so sánh. Xác định nhu cầu sử dụng nước - Tưới, sinh hoạt, công nghiệp - Giao thông thủy Hình 2.21: Sơ đồ các bước tính toán, xác định dòng chảy tối thiểu 13
2.2.2. Phương pháp mô hình toán để mô phỏng và tính toán chế độ dòng chảy a. Phương pháp xác định nhu cầu nước cho các nút lấy nước dọc sông Lưu vực sông Mã được chia thành 8 vùng cấp nước. Trong đó các vùng thượng nguồn dòng chính sông Mã đến Cẩm Thủy, vùng thượng nguồn sông Chu đến Cửa Đạt, vùng thượng nguồn sông Bưởi đến Thạch Quảng nguồn nước cấp cho các ngành chủ yếu là từ các hồ đập trên các nhánh sông suối nhỏ. Đối với vùng hạ du sông Mã, một trong những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã là do việc khai thác, sử dụng nước từ các công trình lấy nước trực tiếp trên sông Mã, sông Chu và các sông khác. Vì vậy, việc xác định nhu cầu nước cho vùng hạ du sông Mã trong nghiên cứu này sẽ tập trung vào xác định nhu cầu nước tại các vị trí lấy nước trực tiếp trên sông. Phương pháp xác định như sau: (i) Điều tra khảo sát, xác định nhu cầu khai thác thực tế từ 2010÷2015; (ii) Xác định nhu cầu nước tại các nút tính toán vùng hạ du Sông Mã. Trong điều kiện thực tế nguồn nước hiện nay đang bị suy giảm nghiêm trọng, các công trình lấy nước vận hành trong điều kiện nguồn nước khó khăn, nên khả năng đáp ứng nhu cầu nước của các công trình thủy lợi cũng đã tiệm cận với nhu nước tối thiểu. Vì vậy trong Luận án xác định lượng nước khai thác thực tế từ 2010÷2015 là lượng nước tối tối thiểu cho nhu cầu nước các ngành. b. Phương pháp mô hình mô phỏng, tính toán chế độ dòng chảy sông Mã Mô hình thủy lực được sử dụng để tính toán, mô phỏng lại diễn biến dòng chảy trong mùa cạn chuỗi năm trong quá khứ làm cơ sở phân tích, xác định dòng chảy cho nhu cầu giao thông thủy, dòng chảy tối thiểu cho môi trường sinh thái và lựa chọn dòng chảy tối thiểu phù hợp cho các đoạn sông, cũng như đề xuất các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu. Mô hình MIKE 11 được sử dụng trong nghiên cứu, được xem xét tất cả các thành phần trong phương trình sóng động lực và giải hệ phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng (hệ phương trình St Venant). c. Phương pháp mô hình mô phỏng, tính toán dòng chảy sinh thái Nghiên cứu sử dụng mô hình RHYHABSIM (River HYdraulic HABitat 14
SIMulation) để dự báo điều kiện dòng chảy và sự thay đổi dòng chảy ảnh hưởng đến môi trường sống sẵn có đối với một số loài cá. RHYHABSIM sử dụng sự kết hợp của mô hình mô phỏng thủy lực để dự báo các điều kiện dòng chảy (chiều sâu, tốc độ) và các mô hình sinh thái để dự báo những biến động dòng chảy của môi trường sống có sẵn tới các loài thủy sinh. Dự báo môi trường sống của các loài cá được định lượng bằng cách sử dụng chỉ số diện tích sử dụng có trọng số (WUA - Weighted Usable Area - vùng mà mức độ phù hợp của môi trường sống với sinh vật đánh giá được xác định). Phương pháp kết hợp số liệu về số lượng và chất lượng tương đối của môi trường sống sẵn có ở một dòng chảy nhất định được áp dụng để tính WUA. WUA thể hiện như một khu vực có môi trường sống thích hợp trên mỗi chiều dài hoặc độ sâu của dòng chảy (m2/m). Nghiên cứu đã sử dụng mô hình RHYHABSIM để thiết lập giới hạn dòng chảy sinh thái tối thiểu cho sông Mã. Quá trình này sử dụng các kết quả mô hình thủy động lực MIKE11 để xác định dòng chảy sinh thái tối thiểu yêu cầu giúp cân bằng khai thác nguồn nước. Quá trình thực hiện chủ yếu gồm hai bước: - Xác định điểm mà tại đó môi trường sống của các loài thủy sinh lựa chọn giảm đáng kể do suy giảm lưu lượng. Điểm đó được gọi là điểm uốn trên đường cong môi trường sống × phản ứng với dòng chảy (WUA); - Xác định dòng chảy cơ sở và đánh giá môi trường sống tương quan với dòng chảy đó, thường là dòng chảy trung bình thấp nhất hàng năm (MALF). 2.2.3 Phương pháp khảo sát, đo đạc, phân tích trong phòng thí nghiệm Tại các khu vực khảo sát (KS), nghiên cứu thực hiện các công việc như: Thu mẫu thủy sinh vật; thu mẫu chất lượng nước; Đo nhanh một số yếu tố môi trường; Chụp ảnh, quan sát, và ghi chép các đặc điểm điều kiện tự nhiên, thủy lý hóa các trạm khảo sát của lưu vực sông Mã. Tiến hành đo đạc khảo, thí nghiệm với mẫu nước, mẫu thuỷ sinh vật. Phỏng vấn người dân địa phương và ghi chép tất cả các số liệu trên thực địa được ghi trong phiếu thu mẫu bao gồm sinh vật nổi, động vật đáy, cá... 15
Hình 2.27: Sơ đồ các vị trí khảo sát, thu mẫu thủy sinh ở hạ du sông Mã Kết quả điều tra và khảo sát cho thấy: trong vùng có 203 loài cá thuộc 144 giống, 54 họ, 12 bộ ở khu vực hạ du sông Mã với bộ cá Vược chiếm ưu thế ở tất cả các bậc phân loại. Từ những kết quả phân tích và đánh giá thực trạng hệ sinh thái trên sông Mã, 5 loài cá được xác định là chỉ thị sinh thái để đánh giá về hệ sinh thái thủy sinh trên sông Mã, bao gồm: 1) Cá Chép - Cyprinus carpio, 2) cá Ngạnh - Cranoglanis henrici, 3) cá Đối đất - Chelon subviridis, 4) cá Bống mọi - Eleotris fusca, 5) cá Bống cát tối - Glossogobius giuris. 2.3. Thiết lập mô hình thủy lực cho mùa cạn mạng sông Mã 2.3.1. Sơ đồ mạng sông Sông Mã là một hệ thống sông hoàn chỉnh, do vậy khi nghiên cứu chế độ thủy văn, thủy lực ở hạ lưu cần phải xem xét tính toán toàn bộ mạng sông. Mạng 16
sông đưa vào tính toán thuỷ lực bao gồm toàn bộ dòng chính và các phụ lưu chính của vùng trung, hạ du trong lưu vực sông Mã bao gồm dòng chính sông Mã, sông Bưởi, sông Chu, sông Lèn, sông Hoạt, sông Báo Văn, sông Lạch Trường, kênh De. Hình 2.28: Sơ đồ thủy lực mạng sông Mã đưa vào tính toán 2.3.2. Số liệu đầu vào, các biên tính toán Sử dụng các số liệu liên quan đến: (i) Địa hình lòng dẫn sông; (ii) Tài liệu thủy văn; các công trình lấy nước dọc sông. 2.3.3. Mô phỏng, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình a. Tính toán mô phỏng Để xác định bộ thông số mô hình thuỷ lực và xâm nhập mặn trong mùa cạn cho vùng hạ du sông Mã, trong nghiên cứu này chọn thời kỳ từ 17÷30/03/2010 để tính toán mô phỏng cho bài toán thủy lực kiệt - mặn. Đây là thời đoạn của một con triều trong mùa cạn, có số liệu quan trắc tương đối đầy đủ, đồng bộ. Kết quả tính toán mực nước, nồng độ mặn max, min mô phỏng và thực đo tại một 17
số vị trí trên sông Mã cũng được xác định. b. Tính toán kiểm định mô hình Để kiểm định bộ thông số mô hình thủy lực mùa cạn cho vùng hạ du sông Mã, trong nghiên cứu này chọn thời kỳ từ 10/3÷22/03/2015 để tính kiểm định mô hình, đây là thời đoạn của một con triều trong thời kỳ mùa cạn và số liệu mới được đo đạc năm 2015. Kết quả tính toán kiểm định và thực đo tại một số vị trí trên sông Mã cũng đã được xác định Kết quả mô phỏng và kiểm định mô hình thủy lực mùa cạn ở hạ du sông Mã cho thấy: (1) Kết quả tính toán mô phỏng chế độ thuỷ lực kiệt - mặn tại các nút kiểm tra có số liệu quan trắc cho kết quả mực nước, nồng độ mặn tính toán và giá trị thực đo chênh nhau không đáng kể; đường quá trình mực nước, nồng độ mặn trong thời kỳ kiệt năm 2010 giữa tính toán và thực đo tương đối phù hợp nhau; (2) Kết quả tính toán kiểm định mô hình cho kết quả khá phù hợp với thực tế khảo sát, như vậy bộ thông số sử dụng trong mô hình thuỷ lực đã phản ánh khá chính xác chế độ thủy lực trong mùa cạn của mạng sông Mã, đủ độ tin cậy để tiến hành các tính toán thuỷ lực kiệt - mặn cho các trường hợp khác trong nghiên cứu này. 2.4. Thiết lập các mô hình sinh thái vùng hạ lƣu sông Mã 2.4.1 Số liệu đầu vào, các biên tính toán Các số liệu đầu vào cho thực hiện mô phỏng mô hình bao gồm hai nhóm số liệu: Nhóm số liệu khảo sát thực địa và chuỗi số liệu ghi chép nhiều năm về dòng chảy trên sông. Khi thực hiện khảo sát, các thông số đại diện cho mỗi mặt cắt trên các đoạn sông về thủy lực và môi trường sống của các loài chỉ thị được thu thập. - Số liệu thủy văn - thủy lực, địa hình, bao gồm số liệu khảo sát tại 03 đoạn sông trên dòng chính sông Mã như số liệu về thủy văn, địa hình và thể nền. - Số liệu môi trường sinh thái gồm 5 loài cá được xác định là chỉ thị sinh thái để đánh giá về hệ sinh thái thủy sinh trên sông Mã. 18