(Luận Văn Thạc Sĩ) Ứng Dụng Mô Hình Toán Nghiên Cứu Tính Toán Dòng Chảy Tối Thiểu Trên Dòng Chính Lưu Vực Sông Cả.pdf

Trang i LỜI CẢM ƠN Sau hơn 6 tháng thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Ngô Lê Long, TS Huỳnh Thị Lan Hương được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực c[.]

Trong quá trình thực hiện, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm được

nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc của mình Tuy

nhiên do thời gian có hạn, trình độ còn hạn ché, số liệu và công tác xử lý số liệu với

khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là không thể tránh khỏi Do đó,

tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp

Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới

PGS.TS.Ngô Lê Long, TS Huỳnh Thị Lan Hương đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ cho tác giả hoàn thành Luận văn này

Đồng thời, tác giả xin chân thành cảm ơn các thây, cô giáo khoa Thủy văn Tài nguyên nước đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình

học tập

Tác giả cũng xin tran trong cam ơn các cơ quan, đơn vị đã nhiệt tình giúp đỡ

trong quá trình điều tra thu thập tài liệu cho Luận văn này

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, cơ quan, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn

thành Luận văn

Xin chân thành cảm ơn./

Hà Nội, ngày 30 thủng 08 năm 2013 Tác giả

Ngô Thu Hằng

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

BAN CAM KET

Tên tác giả: Ngô Thu Hăng

Học viên cao học CHI19V

Người hướng dẫn: PGS.TS.Ngô Lê Long; TS Huỳnh Thị Lan Hương;

Tên để tài Luận văn: “Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiêu trên dòng chính lưu vực sông Ca”

Tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan nhà

nước để tính toán ra các kết quả, từ đó đánh giá và đưa ra một số nhận xét Tác giả

không sao chép bât kỳ một Luận văn hoặc một đê tài nghiên cứu nào trước đó

Tác giả

Ngô Thu Hằng

MUC LUC

MO DAU waececcccccccssscsscsssccscscsscsescsssscscsssscscssscscsssscstssscsssucacsssscscsnsecscsnsscscsvsecsssnsseassvees 1 I TINH CAP THIET CUA DE TAL u eccccscccccsecsscsscscsesscscssscssesssssscssssssessssssessenees 1

II MUC DICH NGHIÊN CỨU ¿2-5252 2 E+EEE£E2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrred 2

IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -. - 2

V BO CUC CỦA LUẬN VĂN . 5+ 5< 2E 111 121513112113111111 1111111 xe 3

CHUONG 1: TONG QUAN VE DONG CHAY TOI THIEU VA CAC PHUONG

1.1 GIỚI THIỆU CHỮNG - ¿552 E SE SE£EEE£EEEEEEEEE 1212521712511 4

1.2.1 Dòng chảy môi trường (DCMT) - -G 1 22222 111 111191 1111 ng kg 4

1.2.2 Dòng chảy tối thiểu (DCTTT) - 5 - - - + SE SE SE EEEEEEEEEEEEEEErErrerkrkd 4 1.3 TONG QUAN VE TINH HINH NGHIEN CUU DONG CHAY TOI THIEU TREN THE GIOI VA VIET NAM u.ecccccccccssecssesccssscsscsesessesesessessssssesssessesseeseeee 5

1.3.1 Tông quan các nghiên cứu trên thế giới . + 2 2s s+E+Ee£E+k+E+Esrerered 5 1.3.2 Tông quan các nghiên cứu ở Việt Nam ¿- - + 2 s+x+xeE+EsErxrersee II

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIA DONG CHAY MOI TRUONG NEN 15

1.4.1 Phương pháp thủy văn (Hydrologtical methods) . -+ 15 1.4.2 Phuong phap thuy luc (Hydraulic rating method$) -+ 17 1.43 Phương pháp mô phỏng môi trudng séng (Habitat simulation of microhabitat modelling metho(ÌS) - 5 2 2222232 55 111111111 19

1.4.4 Phuong phap tong thé ccscsceesesesscscsestscsscscststsesssscsvstsesseasavacens 22

1.4.5 Phương pháp chuyÊn 218.0 cccccccsssssssssccceeeeeeceeeeeeessssssseeeeeeeeeceeeeees 24

1.4.6 Phương pháp kết hợp ¿+ - + Ss+E+k+k#E9EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrree 25

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIÊM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI 26

LƯU VỰC SÔNG CÁ - C213 1 131111511 111111 117111110111 111111 1111111111 cxe 26

2.1.1 Vị trí địa lý - 5c se Tà SH T1 11 111111111 110111101111 1111111111111 11 111111 1xe 26 2.1.2 Đặc điểm địa hình lưu vực 10000 .41 27 2.1.4 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng lưu vực sông Cả -5s++<<<<<+ 30

2.2.1 Mạng lưới các trạm khí tượng, thủy văn 5+5 ssssssssseses 31

2.2.2 Chế độ khí hậu khí tượng lưu vực sông Cả 2 22s+<+csrerxzxrx2 35

2.2.3 Đặc điểm thủy văn trên các sông chính của lưu vực sông Cả 43

2.3.1 Dân SỐ - - - 5S 12121 1511 11111111511 11115 1111111511 1115 111111111101 T111 0111 Le 50 2.3.2 Phát triỀn kinh tẾ ¿+ - + %+E 9EESE# 5 1k9 EEEE9E11171251511 1515171211 2 50 2.3.3 Mục tiêu phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010 và 2020: 52

CHUONG 3: PHAN TICH HIEN TRANG KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC VA THIET LAP MO HINH MO PHONG DONG CHAY TREN DONG CHINH SONG CA ceccccccccccescescescescessescessesseseesesessessessessessessesssssesssssesssssssssssessessasssssssecsessassees 53 3.1 PHAN TICH HIEN TRANG KHAI THAC SU DUNG NUOC TREN DONG

99I00/189)619.01101 53

3.1.1 Hiện trạng khai thác sử dụng nước cho nông nghiIiỆp 5555: 53

3.1.2 Hiện trạng, khai thác sử dụng nước cho sinh hoạt . -« «5555: 63

3.1.3 Hiện trạng khai thác sử dụng nước cho công nghi1Ệp ‹ 5s: 64 3.1.4 Hiện trạng g1ao thông thỦy ng ven 66

3.2 THIET LAP MO HINH MO PHONG DONG CHAY MUA CAN TREN LƯU VỰC SONG CA cicccccceccccscsscscsessesesesscscscsscscsescsesscecsesscscsesscscsestscsenstscsetstseaes 66

3.2.1 Phan tich lwa chon cong cu m6 hình mô phỏng . «« «55s: 66

3.2.2 Giới thiệu khái quát bộ mô hình MIKE — NAM, MIKE II 68

3.2.3 Thiết lập mô hình NAM tính toán dòng chảy khu giữa -. - 70

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH DONG CHAY TÔI THIẾU VA DANH GIÁ 87 KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CÂU SỬ DỰNG NƯỚC -5-5-cscscs¿ 87

4.1 HIEN TRANG TAI NGUYEN NUOC TREN LƯU VỰC SÔNG CẢ 87

42 XÁC ĐỊNH ĐIÊM KIÊM SOÁT VÀ TÍNH TOÁN NHU CÂU NƯỚC TREN VUNG NGHIEN CUU coccccccccsccsscssssscsscescesscescescescescescessescsscssssscsscssssecsassees 90 4.2.1 Đề xuất điểm kiểm SOAt .eccccccccccccccccccsssscccssecsecescescescessescescescescsscsscesssecsees 90 4.2.2 Tính toán nhu cầu nước trên các khu tưới - «tt E12 k tt sex: 91 4.3 XÁC DINH DONG CHAY TOI THIEU TAI CAC DIEM KIEM SOAT 103

4.3.1 Lượng nước khai thác cho nông nghiệp vùng hạ du các tuyến kiểm soát

dòng chảy tối thiỀU - - 55s SE EEEESEEEEEE1E1E1E11311111115111 11x ck 104

4.3.2 Lượng nước khai thác cho sinh hoạt vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng

chảy tối thiỀU 5-52 S2 SEE9 5 ESE2EEE5E311 111111511 11111511 1111151111111 Tre 108

4.3.3 Lượng nước khai thác cho công nghiệp vùng hạ du các tuyến kiểm soát

dòng chảy tối thiỀU - +52 SE E333 SEEEE 1111111311 111115111 111k ck 108 4.3.4 Xác định dòng chảy môi trường sinh thái cho vùng hạ du các điểm kiểm soát dòng chảy tối thiỀU - + 2k S E131 19E5E51121151313111111311 11111 E.0 108 4.3.5 Xác định dòng chảy tối thiểu tại các điểm kiểm soát -. 5- 110 4.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CÂU KHAI THÁC, SỬ DỤNG

4.A.1 XAy dung kich ban .cescsceccsssescsssescssesesseescssecessecessucesssecessueesssesesseesesseeesee 116

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

4.4.2 Đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu dung nước tối thiểu trên dòng chính

KET LUAN VA KIEN NGH].u cccccccccscsescsceccscscecescsceccsceccscseescscseescscseescscseacsescesees 121 TAI LIEU THAM KHAO ) cccccccccccccssescscscesecesesescsccscsesscscsesscscsescscsesscscsesscscseececsesees 1

Hinh 2 Hinh 2 Hinh 2 Hinh 2 Hinh 2 Hinh 2 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3 Hinh 3

DANH MUC HINH

1 Bản đồ lưu vực sông Cả [luận án TS Hoàng Thanh Tùng] 27

2 Ban đồ địa hình lưu vực 100i 000 3-4-3 27

3 Bản đồ mạng lưới các trạm khí tượng lưu vực sông Cả 32

4 Bản đồ mạng lưới các trạm thủy văn lưu vực sông Cả 34

5 Biểu đồ độ âm trung bình năm tại một số trạm đo lưu vực sông Cả 38

6 Bản đồ mô duyn dòng chảy trung bình năm lưu vực sông Cả 47

I VỊ trí đập Đô Lương - 100001113111 11 1111111118802 1 111k re 54 2 Sơ đồ thăng trục kênh chính hệ thống thủy lợi Đô Lương 54

3 Một số trạm bơm từ huyện Anh Sơn tới đập dâng Đô Lương 56

4 Một số trạm bơm từ đập Đô Lương đến huyện Thanh Chương 59

5 Cống Nam Đàn cữ - (+ ST E1 1111111111111 11x ckrkd 60 6 Sơ đồ hệ thống cống Nam Đàn- Bến Thủy- Nghi Quang - 61

7 Một số trạm bơm vùng hạ lưu sông Cả << << ssseseesss 62 8 So đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM - - 5 +c+c+EsE£x£eeerreei 69 9 Đa giác Thiessen lưu vực thượng lưu Thác Muối . - s55: 72 10 Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo — tính toán 73

II Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo — tính toán 74

12 Mạng lưới tính toán trong MIKE Ï Ï 55525 ssssssssesesss 76 13 Giao diện thiết lập biên thủy lực trong MIKE II 5- - 2 se: 77 14 Đường quá trình lưu lượng và mực nước biên tính toán trong 77

15 Đường quá trình lưu lượng gia nhập khu giữa tinh ton bang NAM .78

16 Nhu cầu sử dụng nước tại các vị trí trên lưu vực sông Cả 79

17 Mô phỏng vận hành đập Đô Lương theo mực nước . -‹- S0 1§ Mô phỏng công Nam Đàn theo thời gian lẫy nước - - 81

19 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo lưu lượng . - 82

20 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước - s55: 83 21 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước -s- 83 22 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước s5 +: 84

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

Hình 3 23 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước -s-‹- 84

Hình 3 24 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước -‹- 85

Hình 3 25 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước - - s- 85 Hình 3 26 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước - - +: 85

Hinh 4 1 Bién thién cla Mo tai Dita theo thoi giant - 2 2 s+s+s+x+x+zsrerezed 88 Hình 4 2 Biến thiên của Mụ tại Hòa Duyệt theo thời gian 25-5 ss se 89 Hình 4 3 Biến thiên của Mụ tại Sơn Diệm theo thời gian . 22s s2 se 89 Hình 4 4 Đường quá trình nhu cầu nước tính toán và lưu lượng thiết kễ 102

Hình 4 5 Đường quá trình nhu cầu nước tính toán và lưu lượng thiết kễ 103

Hình 4 6 Đường tần suất dòng chảy trung bình tháng kiệt nhất trạm Dừa 109

Hình 4 7 Đường tần suất dòng chảy trung bình tháng kiệt nhất - 110

Hinh 4 8 Duong tan suat dong chay trung binh mia kiét (XTI-VI) tram Dwa 116

Hình 4 9 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 79-80 và các đường quá trình dòng

chảy tối thiểu tính toán tại tuyến đập Đô Lương . 2 2 s+s+csrrezkeesreee 117

Hình 4 10 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 79-80 và các đường quá trình dòng

chảy tối thiểu tính toán tại công Nam Đàn 2-5 + S2 SE+E+x‡ESESEEEEErErkerererered 118

Hình 4 II Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 77-78 và các đường quá trình dòng

chảy tối thiểu tính toán tại tuyến đập Đô Lương . 2 2 s+s+csrrezkeesreee 119

Hình 4 12 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 77-78 và các đường quá trình dòng

chảy tối thiểu tính toán tại công Nam Đàn 2-5 + S2 SE+E+x‡ESESEEEEErErkerererered 120

DANH MUC BANG

Bang 1.1 Phan tram dong chay binh quan nam (AAF- Percentage of Average

Annual Flow) dugc yéu cầu để đạt các mục tiêu khai thác khác nhau 16

Bang 2.1 Thống kê một số trạm đo mưa và khí tượng trên lưu vực sông Cả 32

Bảng 2.2 Thống kê lưới trạm đo thuỷ văn và thời kỳ đo đạc 5-5-5 2 se 34 Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí trung bình tháng, năm tại các trạm đo (t°C) 37

Bảng 2.4 Bốc hơi trung bình tháng tại các trạm (đo băng ống Piche) 39

Bảng 2.5 Lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm đo (mm) . - 41

Bang 2.6 Dac trung hinh thai luu vu SONG Ca cceessssceeceessessneeeeeceseesneeeeeees 45 Bang 2.7 Đặc trưng dòng chảy năm trên lưu vực sông Cả «5c css++<<ss 46 Bảng 3 I Thống kê các trạm bơm trên đoạn sông Cả từ huyện Anh Sơn tới 55

Bảng 3 2 Thống kê các trạm bơm trên đoạn sông Cả từ huyện Thanh Chương tới 20989105156 901988): Š a .ằằs 57

Bảng 3 3 Thống kê các trạm bơm vùng hạ lưu sông Cả - + 2 2+s+s+sscze 61 Bảng 3 4 Điểm cấp nước đô thị và sinh hoạt tập trung trên dòng chính sông Cả 64

Bảng 3 5 Thống kê các khu công nghiệp trên địa bàn tỉnh Nghệ An 65

Bảng 3 6 Các tuyến giao thông thủy trên dòng chính sông Cả - 66

Bảng 3 7 Kết quả tính toán trọng số các trạm mưa theo phương pháp Thiessen 72

Bang 4 1 Chuẩn dong chay nam cua một số trạm trên dòng chính lưu vực S7 Bảng 4 2 Diện tích trồng lúa vụ đông xuân trên lưu vực sông Cả - 9Ị Bảng 4 3 Hệ số tương ứng với các thời kỳ sinh trưởng của cây lúa - 92

Bảng 4 4Nhu câu nước của lúa trong vụ Đông Xuân vung Bac Nghệ An 93

Bảng 4 5Nhu câu nước của lúa trong vụ Hè Thu vùng Bắc Nghệ An 93

Bang 4 6 Nhu cầu nước của lúa trong vụ Đông Xuân vùng Nam Nghệ An 94

Bảng 4 7 Nhu cầu nước của lúa trong vụ Hè Thu vùng Nam Nghệ An 95 Bảng 4 § Lượng nước tưới lúa trên các khu tưới trong các tháng mùa kiệt thời kỳ

Bảng 4 9 Lượng nước tưới lúa trên các khu tưới trong các tháng mùa kiệt thời kỳ 10 ngày trên khu vực Nam Nghệ An Q0 vờ 97

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

10 Nhu cầu dùng nước sinh hoạt tại vùng nghiên cứu hàng tháng 98

I1 Số gia súc, gia cầm có trên vùng nghiên cứu tính đến năm 2010 99

12 Tiêu chuẩn cấp nước cho chăn nuôi (I/ngay dém) cece 99 13 Nhu cầu nước cho chăn nuôi (m3//S) -¿- - - +s+E+E+EsEeEeExEererererees 99 14Nhu cầu nước cho công nghiệp (3/$) +22 +s+Es£E+E+E+Esrerered 100 15 Tổng hợp nhu cầu nước vùng Bắc Nghệ An (m3/§) -. - 100

l6 Tổng hợp nhu cầu nước vùng Nam Nghệ An (m3/S) - - 101

L7 Lượng nước mặt khai thác bởi các trạm bơm ở vùng hạ du 104

l1§ Lượng nước mặt khai thác cho nông nghiệp ở vùng hạ du 105

19 Lượng nước mặt bơm khai thác ở vùng hạ du công Nam Đản 106

20 Lượng nước mặt khai thác cho nông nghiệp ở vùng hạ du công Nam ¬ 107 21 Dòng chảy tối thiểu tại tuyến đập Đô Lương theo phương án 110

22 Dòng chảy tối thiểu tại tuyến đập Đô Lương theo phương án 112

23 Dòng chảy tối thiểu tại cống Nam Đàn theo phương án 113

24 Dòng chảy tối thiểu tại cống Nam Đàn theo phương án 115

25 Kết quả tính toán tần suất lý luận và chọn năm điền hình 116

MO DAU I TINH CAP THIET CUA DE TAI

Dưới tác động của biến đối khí hậu và các hoạt động phát triển kinh tế xã hội

đã có những tác động không nhỏ đến dòng chảy trên các lưu vực sông ở Việt Nam nói chung và lưu vực sông Cả nói riêng Hàng loạt các công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên lưu vực nhằm cung cấp nước cho các mục đích khác nhau đã gây ra tình trạng thiếu nước, cạn kiệt trong mùa khô ở khu vực hạ lưu và gia tăng xâm nhập mặn vùng cửa sông Việc tranh chấp trong khai thác sử dụng tài nguyên nước giữa các hộ sử dụng nước ngày càng gay gắt, đặc biệt giữa các công trình thủy

điện thượng nguồn với các nhu cầu khai thác sử dụng nước ở hạ lưu Để có thể giải

quyết tốt các mâu thuẫn, đồng thời hài hòa được việc khai thác sử dụng nước việc xác định dòng chảy tối thiểu tại các vị trí kiểm soát ở hạ lưu là rất cần thiết Chính vì thế mà 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 đã đưa ra khai niệm dòng chảy tối thiểu Theo các Nghị định này thì "Dòng cháy tối thiếu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết đề duy trì dòng sông hoặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tôi thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước theo thứ tự tu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông” Hiện nay, trên lưu vực sông Cả hiện nay chưa có các quy định về điểm kiểm soát và giá trị dòng chảy tối thiểu, gây khó khăn trong công tác Quản lý tài nguyên nước, lập Quy hoạch tài nguyên nước và xây dựng Quy trình vận hành

liên hồ chứa trên lưu vực sông Cả Do đó, cần thiết phải tiến hành xác định dòng

chảy tối thiểu trên sông, làm cơ sở cho các ngành dùng nước xây dựng quy trình

vận hành, điều chỉnh kế hoạch khai thác sử dụng nước, phục vụ cho công tác quản

lý, giám sát, và cấp phép cho các đối tượng khai thác, sử dụng nước trên lưu vực dé đảm bảo hài hòa về nhu cầu nước cho con người và nước cho môi trường Luận

văn: Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

chính lưu vực sông Ca nhằm xây dựng cơ sở cho việc tính toán dòng chảy tối thiểu trên lưu vực sông Cả

IL MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp tính toán dòng chảy tối thiểu hạ lưu lưu vực sông Cả

- Ứng dụng tính toán dòng chảy tối thiểu tại một số điểm kiểm soát trên dòng chính lưu vực sông Cả

II ĐÔI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Về không gian nghiên cứu: Tài nguyên nước mặt trên dòng chính sông Cả đi qua địa phận tỉnh Nghệ An, Việt Nam

- Về đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung xây dựng, tính toán dòng

chảy tối thiểu và đánh giá khả đáp ứng của dòng chảy tại các tuyến kiếm soát trên

lưu vực sông

IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề thực hiện các nội dung của Đề tài, sẽ dùng phương pháp thống kê, tính toán thủy văn, phương pháp mô hình toán như sau:

» Phuong pháp điều tra khảo sát thực địa: Điều tra khảo sát thực địa để có

tam nhìn tông thể về lưu vực nghiên cứu nhăm đánh giá đặc điểm dòng chảy sông ngòi, nhu cầu sử dụng nước và kết quả điều tra cũng là cơ sở để hiệu chỉnh các thông số đặc trưng lưu vực khi dùng các mô hình toán để mồ phỏng, tính toán

= Phuong phap thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp nay được sử dụng

trong việc xử lý các tài liệu khí tượng, thủy văn, thuỷ lực phục vụ cho các

phân tích, tính toán của luận văn

“ Phương pháp mô hình toán: Mô hình được dùng để tính toán lưu lượng gia nhập khu giữa, mô phỏng dòng chảy trên sông, qua các công trình nhằm đánh giá khả năng đáp ứng nguôn nước trên lưu vực

V BO CUC CUA LUAN VAN

Ngoai phan mở đầu, kết luận kiến nghị, luận văn được trình bày trong 4

chương

- - Chương 1: Tổng quan về dòng chảy tối thiểu và các phương pháp đánh giá

dòng chảy tôi thiểu

- _ Chương 2: Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội lưu vực sông Cả

- Chương 3: Phân tích hiện trạng khai thác sử dụng nước và thiết lập mô hình mô phỏng dòng chảy trên dòng chính sông Cả

- Chương 4: Xác định dòng chảy tối thiểu và đánh giá khả năng đáp ứng nhu

câu sử dụng nước trên dòng chính sông Cả

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

CHUONG 1: TONG QUAN VE DONG CHAY TOI THIEU VA CAC PHUONG PHAP DANH GIA DONG CHAY TOI THIEU

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 hỗ 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

1.2 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

1.2.1 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 đâm phá hay trong các khu vực cửa sông ven biến 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 tiẾ! và có sự cạnh tranh trong sử dụng nước”

Hệ thống sông ngòi cần đủ nước để duy trì dòng chảy và được quan ly dé

đảm bảo lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường cho hạ lưu, đảm bảo duy trì một hệ

sinh thái cân băng 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 dong

chảy môi trường

1.2.2 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

về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hỗ 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 tru tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông”

13 TÔNG QUAN VE TINH HÌNH NGHIEN CUU DONG CHAY TOI

THIEU TREN THE GIOI VA VIET NAM

1.3.1 Tong 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 (1999) Nghién ctu cua Tharme R.E.,

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 tô 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 phong mdi trudng song, va tong hop (Loar et al., 1986; Gordon et al., 1992:

Swales and Harris, 1995; Tharme, 1996; Jowett, 1997; Dunbar et al., 1998)

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 chinh LVS Ca

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 tô 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 tiễn hành ở Thụy

Điền, SriLanka, Ân Độ, Việt Nam, v.v)

Tóm tắt các kết quả nghiên cứu của một vài nước trên thế giới như sau: 1.3.1.1 Những nghiên cứu ở Mỹ

Từ năm 1940, một cuộc cách mạng về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường được tiễn 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 cân 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)

Cac 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 tông thể Phố biến và điển hình cho các nhóm phương pháp đó có khoảng l7 phương pháp: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (TFIM — 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 đối Bayha và biến đối Tessman; phương pháp 7Q10; phương pháp chuyên gia; phương pháp thủy văn dựa vào chế độ dòng FDCA; phương pháp chất lượng nước; [rong các phương pháp này, phương pháp IFIM và phương pháp Temnal là

được sử dụng rộng rãi nhất

1.3.1.2 Những nghiên cứu ở Austraha

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

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 Duratlon 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 nguỗn đến đồng bang, gdm nước ngầm và cửa sông hoặc nước ven biến; mô tả câu trúc hệ sinh thái của cơ chế dòng chảy bị biến đối theo từng tháng (hoặc quy mô thời gian ngăn hơn),

từng thành phân 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 bảy chủ yếu

khung khái niệm linh hoạt, trong đó các thành phần được điều chỉnh theo các cách

tiếp cận tông thể khác nhau và cho các nghiên cứu độc lập 1.3.1.3 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 ký trước (King & O’ Keeffe 1989; Gore & King 1989;

O’ Keeffe & Davies 1991; Gore et al 1991; King & Tharme 1994; King et al 1995)

Trong một vải 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-su phan tng cua ha luu d6i

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

với sự thay đôi dòng chảy bắt buộc) cũng như các cách tiếp cận phát sinh khác để xác định sự bảo tôn đa dạng sinh học Các phương pháp nay duoc 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 tôn

Phương pháp tổng thể sẽ là phù hợp nhất cho ứng dụng tại bậc trung gian, tại bậc này phân 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 nhu BBM hay DRIFT

Đối với con sông có nguồn nước dôi 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 Trong trường hợp dòng

sông đã bắt đầu thác và có kế hoạch thì phiên bản mở rộng của Phương pháp Phân

tích bàn giấy, phương pháp Xác định nhanh có thể được sử dụng.Những nơi có khả năng cạnh tranh giữa bảo tồn và sử dụng phương pháp Xác định trung gian có thê phù hợp Những con sông quan trọng và nhạy cảm, một phương pháp xác định toàn diện str dung BBM hay phuong pháp tương tự khác có thê được sử dụng

1.3.1.4 Những nghiên cứu ở Mêxico

Ở Mexico, Cơ quan bảo tồn tự nhiên đã đề xuất việc xây dựng quan hệ sinh thái và sự biễn đổi dòng chảy cho 2 lưu vực sông này từ đó xây dựng yêu cầu dòng

chảy cần duy trì để bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh Phương pháp này bao gồm các

bước sau

- Thanh lập một nhóm chuyên gia về tài nguyên nước và sinh thái để xây

dựng kế hoạch nghiên cứu cụ thể;

- Xây dựng cơ sở đữ liệu về dòng chảy;

Thu thập thông tin về dòng chảy tại các điểm kiểm soát và các vị trí điều tra

sinh thái để xây dựng quan hệ lưu lượng và mực nước và từ đó xác định các mực

nước để duy trì hoặc đáp ứng cho môi trường sinh thủy sinh

Phân tích thủy văn tại các vị trí có đủ số liệu và xây dựng các điều kiện nền

và điều kiện phát triển

- Xây dựng cơ sở dữ liệu về sinh thái

Thu thập và xây dựng cơ sở dữ liệu về sinh thái tại các đoạn sông để hỗ trợ

việc xây dựng quan hệ giữa sự phản ứng của sinh thái với sự biến đối dòng chảy:

- Tính toán sự thay đôi dòng chảy

Tính toán và phân tích sự thay đổi dòng chảy tại các điểm kiểm soát theo điều kiện nền và điều kiện phát triển;

- Hội thảo để lẫy ý kiến về mức dòng chảy duy trì hệ sinh thái thủy sinh;

1.3.1.5 Những nghiên cứu ở Tây Ban Nha

Ở Tây Ban Nha, phương pháp IFIM-PHABSIM đã được áp dụng ở nhiều con sông để tính toán ra chế độ dòng chảy sinh thái Phương pháp nay được sử dụng rộng rãi trên thế giới với nhiều loại mô hình hỗ trợ tính toán như mô hình Rhabsim

của My, Rhyahabsim cua New Zealand, River-2D cua Canada va CAUDAL-

SIMUL

Yêu cầu duy trì hệ sinh thái thủy sinh có để được đánh giá theo các loài sinh

vật chỉ thị Sinh vật chỉ thị được lựa chọn trong số các loài sinh vật thủy sinh là loại sinh vật ưu tiên cho vùng, khu vực nghiên cứu Có hai nội dung cần được phân biệt

trong quá trình đánh giá đó là câu trúc sông (đáy sông và chất lượng vùng, khu sinh

sống, bãi đẻ) và điều kiện thủy lực (độ sâu và vận tốc dòng chảy)

Tiêu chí để xác định dòng chảy sinh thái là việc xem xét quan hệ giữa dòng

chảy và nhu cau sinh thái Có hai giá trị dòng chảy cần phải được xem xét trong quá

trình tính đó là:

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

- Dòng chảy cơ bản: là dòng chảy tối thiểu cần có để duy trì hệ sinh thái Với

mức dòng chảy thấp hơn dòng chảy cơ bản hệ sinh thái có nguy cơ bị suy giảm Các giá trị mực nước khác nhau để đáp ứng các yêu cầu duy trì hệ sinh thái sẽ dẫn đến sự khác nhau về dòng chảy cơ bản trong cả năm;

- Dòng chảy tối ưu: dòng chảy trong sông có để đáp ứng sự phát triển tối ưu

cho hệ sinh thái

1.3.1.6 Những nghiên cứu ở Châu Á

Tại Trung Quốc: Từ năm 1998, có nhiều nghiên cứu về dòng chảy môi trường đã được thực hiện Bắt đầu là từ Dự án Nghiên cứu về Hệ sinh thái cửa sông

Vàng và được xuất phát từ nhu cầu cấp thiết bảo vệ dòng sông Vàng, con sông lớn nhất của Trung Quốc và sau này là các con sông khác ở phía Bắc Phương pháp quốc tế để đánh giá dòng chảy môi trường cũng được giới thiệu ở Trung Quốc Dự án Nghiên cứu về Hệ sinh thái cửa sông Vàng và nhu cầu nước môi trường sử dụng

số liệu viễn thám và mô hình hóa môi trường sống để xem xét và lý giải một cách khoa học các đánh giá dòng chảy môi trường Tại cuộc hội thảo về Bảo vệ Môi trường, được tài trợ bởi GŒWP, Trung Quốc đã đưa ra một chương trình kiểm soát

trầm tích và sông có tên lý thuyết khoa học và hệ thống chỉ thị sức khỏe sông Hệ thống này xác định các chỉ thị sinh thái, kinh tế xã hội của sông để xác định nhu cầu

nước môi trường

Tại Án Độ: đầu những năm 70, một đạo luật về kiểm soát ô nhiễm đã được

thông qua va gan đây là Kế hoạch bảo tổn sông quốc gia nhằm giảm ô nhiễm trong sông Bởi vì các con sông luôn giữ một vai trò quan trọng trong đặc điểm kinh tế xã

hội ở Ấn Độ Sự gia tăng dân số nhanh chóng và nhu cầu về nước trong nông nghiệp, đô thị và phát triển công nghiệp tăng mạnh dẫn đến điều tiết mở rộng và

phân phối dòng chảy sông.Nguôn nước trong sông suy giảm, hệ sinh thái ven sông

bị mất tính da dang.Cudc song của hàng triệu người dân ven sông bị ảnh hưởng

nghiêm trọng.Tuy nhiên, bất chấp mọi cố găng, chất lượng nước vẫn tiếp tục suy giảm Rào cản chính trong sự nhận thức về tầm quan trọng của duy trì dòng chảy trong sông là thiêu những nghiên cứu về môi quan hệ giữa dòng chảy và chức năng

của hệ sinh thái sông ở Ấn Độ Vấn đề dòng chảy môi trường được đặc biệt quan

tâm từ phán quyết của Tòa án Tôi cao Ấn Độ tháng 5/1999 về duy trì dòng chảy tối

thiểu 10m°/s 6 song Yamuna Sau đó, dòng chảy môi trường đã được thảo luận tại

nhiều cuộc hội thảo 5/2001, Chính phủ An Độ đã thông qua Quyên đánh giá chất

lượng nước (WQAA) trong đó có đề cập đến “dòng chảy tối thiểu trong các sông dé

bảo tôn hệ sinh thái”

Tai Bangladesh: Truong Đại học Kỹ thuật và Công nghệ Bangladesh két hop với Dutch Delft Cluster đã thực hiện nghiên cứu sự phù hợp của các phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường ở Bangladesh; các khía cạnh kinh tế, xã hội trong đánh giá dòng chảy môi trường Nghiên cứu cũng đã tiến hành các thu thập và phân tích số liệu thủy văn và sử dụng một số phương pháp thủy văn khác như phương pháp Tennant, Constant Yield, Flow Duration Curve va Range of Variability Approach Tất cả các số liệu sẽ được sử dụng để so sánh các phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường khác nhau va đề nghị phuơng pháp tốt nhất trong điều kiện của Bangladesh

1.3.2 Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam dòng chảy môi trường mới được chú ý đến trong khoảng 10 năm gần đây Trong một nghiên cứu của mình, Fitzgerald (2005) đã cho rang, những yếu tổ được xem là quan trọng nhất trong việc xác định những phương pháp phù hợp trong điều kiện của những con sông có điều tiết ở Việt Nam là:

- Cần xem xét các vẫn đề môi trường có liên quan đến hệ sinh thái nói chung

chứ không đơn thuần chỉ bảo vệ một số loài sinh vat cu thé;

- Biến động của các thông tin có sẵn về môi trường sinh thái và những hạn chế của nó;

- Số lượng rất lớn các phát triển mới được đề xuất;

- Tầm quan trọng của vấn đề bảo vệ sự lành mạnh của dòng sông đối với sự

phôn vinh lâu dài của cộng đồng dân cư xung quanh và bản chất của các sinh vật khác nhau sống phụ thuộc vào những con sông này

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

Ông cho rằng với các con sông có điều tiết ở Việt Nam các phương pháp đưa ra dòng chảy môi trường đơn lẻ không có giá trị Fitzgerald khuyến cáo nên sử dụng phương pháp tiếp cận RVA (Range of Variable) và các phương pháp tiếp cận tổng thể trong việc đánh giá dòng chảy môi trường ở các con sông có điều tiết Tuy nhiên, việc đánh giá dòng chảy môi trường bằng phương pháp tổng hợp thường là

rất tốn kém, khó khăn trong điều kiện Việt Nam Tóm tắt một số nghiên cứu đã

được tiễn hành ở Việt Nam trong thời gian qua được trình bày ở dưới đây 1.3.2.1 Nghiên cứu của Ủy ban sông Mê Công

Ủy hội sông Mê Công quốc tế từ năm 2003 bắt đầu thực hiện một dự án

nghiên cứu dòng chảy môi trường để lập quy hoạch về duy trì dòng chảy trên dòng chính của sông Mê Công thuộc chương trình sử dụng nước (WUP) của Uỷ ban sông

Mê Công, theo 3 giai đoạn :

- Theo phương pháp thuỷ văn (đã kết thúc 2004);

- Theo kiến thức sẵn có (song song với giai đoạn l và kết thúc vào năm 2004);

- Theo nghiên cứu trực tiếp, trong đó có các điều tra về hệ sinh thái (2004 -

2008);

1.3.2.2 Nghiên cứu của Viện Khoa học thủy lợi Miền Nam

Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam đã tiến hành đề tài: “Xây dựng phương pháp luận nghiên cứu dòng chảy môi trưởng sông Mê Công phục vụ lập quy hoạch duy trì dòng chảy trên sông chính” Tuy nhiên, Đề tài này mới chỉ tiếp cận về mặt phương pháp luận và đề xuất các ý kiến về ứng dụng dòng chảy môi trường đối với vùng hạ lưu sông Mê Công tại Việt Nam mà chưa đi vào phương pháp đánh giá cụ

thé

1.3.2.3 Nghiên cứu cua Trường đạt học Thủy lợi

Trường đại học Thủy lợi trong một số năm qua đã tiếp cận khái niệm nhu

cầu nước sinh thái và phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường để giảng dạy trong nhà trường Một số phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường như phương pháp Tennant, phương pháp chỉ vi ướt đã được áp dùng thử nghiệm để tính toán

dòng chảy môi trường cho một số sông như sông Sê san, hạ lưu sông Ba, sông Trà Khúc Một trong những đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ là Đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp tính toán ngưỡng khai thác sử dụng nguồn nước và dòng chảy môi trường, ứng dụng cho lưu vực sông Ba và sông Trà Khác" thực hiện năm 2006 Kết quả nghiên cứu của Đề tài đưa ra phương pháp tính toán ngưỡng giới hạn khai thác, sử dụng nước và xây dựng phương pháp tính toán dòng chảy môi trường cho lưu vực sông Ba và lưu vực sông Trà Khúc

1.3.2.4 Nghiên cứu của IUCN và Viện quản lý nguồn nước quốc tế (IWMI) đối với lưu vực sông Hương

Trong năm 2003 — 2004, IUCN phối hợp với IWMI và Ban Quản lý lưu vực sông Hương thực hiện Dự án “Đánh giả dòng cháy môi trường cho lưu vực sông Hương” với mục tiêu là đưa ra một phương pháp phù hợp cho lưu vực Phương pháp DRIFT sửa đổi đã được sử dụng trong nghiên cứu này Tuy nhiên, kết quả

nghiên cứu của dự án này còn rất hạn chế, không có độ tin cậy cao do hạn chế về thời gian và kiến thức như sinh thái học, kinh tế xã hội và một số kiến thức khác

Kiến nghị của dự án sau khi tổng kết những thành công và hạn chế, bao gồm các

điểm chính sau:

- Do các điều kiện sinh thái, thuỷ văn và kinh tế xã hội thay đối đáng kế dọc

theo con sông nên môi trường sống và tính tổng thể của dòng sông cần được đánh giá cho từng đoạn sông, nhất là những đoạn sát ngay với vị trí nghiên cứu

- Việc thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng, mực nước tại các vị trí nghiên

cứu sẽ giúp hiểu thêm vẻ các tác động sinh thái và xã hội do chế độ dòng chảy bị

biến đối gây ra

- Các quy hoạch cụ thể và chỉ tiết về các thông số kỹ thuật và quy trình vận

hành các công trình cơ sở hạ tầng cũng cần cung cấp cho nhóm công tác đánh giá

dòng chảy môi trường để đảm bảo rằng các kịch bản thảo luận là phù hợp và mang

tính thực tiễn

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

- Dựa vào các đề cương và tham chiếu nhiệm vụ đã được xây dựng, các khảo sát sinh thái và kinh tế xã hội cần được hoàn thiện tập trung vào các vị trí nghiên

cứu

- Cần quan tâm nhiều hơn đến hợp phần kinh tế xã hội để hiểu biết rõ hơn về

nhu cầu và cách thức sử dụng nguồn nước của các bên liên quan

1.3.2.5 Nghiên cứu của Viện Khoa học Khi tượng Thúy văn và Môi trường

Trong những năm qua, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường — Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng đã thực hiện một số Đề tài nghiên cứu khoa học

về dòng chảy môi trường Cụ thể là:

- Đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học trong việc đánh giá dòng chảy môi frường” thực hiện năm 2007 do TS Trần Hồng Thái là chủ nhiệm Trong đề tài này đã áp dụng được một số phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường cho đoạn sông sau đập Hòa Bình Trong đề tài này chưa kiến nghị đưa ra phương pháp phù

hợp với các lưu vực sông ở Việt Nam

- Đề tài “Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn đánh giá dòng chảy môi

trường, ứng dụng cho hạ lưu sông Cầu” thực hiện năm 2006-2007 Đề tài đưa ra

các cơ sở xác định phương pháp đánh giá dòng chảy mỗi trường phù hợp với đặc điểm chế độ dòng chảy lưu vực sông ở Việt Nam và ứng dụng thí điểm cho hạ lưu của lưu vực sông Cầu

Bên cạnh những Dự án, Đề tài nghiên cứu về dòng chảy mỗi trường nêu trên

thì hiện tại Trung tâm Tham định - Tư vẫn tài nguyên nước thuộc Cục Quản lý tài nguyên nước đang thực hiện Dự án “Xác định dòng chảy tối thiểu trên dòng chính hưu vực sông Hồng — Thái Bình” và dự kiến kết thúc vào năm 2011

Như vậy, nhìn chung các nghiên cứu trong nước mới tiếp cận khái niệm hoặc một số phương pháp đánh giá nhanh theo các chỉ số, đơn giản nhưng thông dụng trên thế giới Các nghiên cứu cũng bước đầu tìm hiểu để tiến tới xây dựng phương

pháp đánh giá dòng chảy môi trường phù hợp với tình hình số liệu, năng lực và điều

kiện của các lưu vực sông ở Việt Nam

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BDANH GIA DONG CHAY MOI TRUONG NEN

Từ những nghiên cứu trên Thế giới và Việt Nam có thể tổng quát các phương pháp xác định dòng chảy mỗi trường như sau:

1.4.1 Phương pháp thủy văn (Hydrological methods)

Phương pháp thuỷ văn là phương pháp đánh giá đơn giản nhất, nó dựa vào việc phân tích các số liệu thống kê dòng chảy tự nhiên Thông thường phương pháp này sử dụng các số liệu dòng chảy lịch sử hiện có và điều chỉnh khi có những ảnh hưởng do các đập và việc khai thác nước gây ra Số liệu dòng chảy tự nhiên sẽ được phân tích để tìm tốc độ dòng chảy tương ứng với số liệu thống kê mà phương pháp này lấy làm căn cứ Thông thường các số liệu thống kê được sử dụng là những số

liệu về tốc độ dòng chảy nhỏ nhất để sông có thể đạt được mức độ lành mạnh nhất

định, cho phép các loài sinh vật tiêu biểu tồn tại và cho phép các quá trình khai thác

tiếp tục diễn ra Số liệu này có thể là số liệu vẻ tần suất dòng chảy Các phương

pháp khác nhau lại sử dụng các số liệu thống kê dòng chảy khác nhau Một số

phương pháp thông dụng đánh giá dòng chảy môi trường theo phương pháp thuỷ văn bao gồm các phương pháp như phương pháp dòng chảy tối thiểu (Phương pháp Tennant), các chỉ số dòng chảy tự nhiên, phương pháp thuỷ văn toàn diện (ví dụ như phương pháp khoảng biến động), phương pháp Texas Consensus Three Zone Concept Cac phương pháp này, ngoài số liệu về dòng chảy, không cần có những

thông tin về sinh thái hay các số liệu về thực địa khác có liên quan Đối với mỗi

phương pháp cụ thể, sẽ có thể cho những kết quả khác nhau Ví dụ, đối với phương

pháp Tennant, kết quả dự kiến sẽ là một giới hạn, điểm dòng chảy tối thiểu Còn

phương pháp Texas Consensus Three Zone Concept đưa ra các quy luật dòng chảy dựa trên các yếu tố rủi ro trong việc cung cấp nước, các điều kiện của dòng chảy hiện tại và thời gian trong năm Trong khi đó, phương pháp khoảng biến động đưa

ra một độ lệch chuẩn mặc định cho giá trị trung bình của mỗi thông SỐ trong 32

thông s6 ma phương pháp này sử dụng

Một trong số những phương pháp thủy văn đơn giản này có phương pháp

Tennant

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

Phương pháp Tennant là một phương pháp tiếp cận tương đối rẻ, nhanh và dễ áp dụng.Các kết quả so với kết quả từ các phương pháp phức tạp là tương đối phù hợp Phương pháp này dựa trên sự tổng hợp các khảo sát thực địa ở Mỹ về mối quan hệ giữa điều kiện sông, lượng dòng chảy trong sông với môi trường sống của cá Các phương pháp này được sử dụng để đưa ra các giá trị DCMT nhằm duy trì

các loài cá, các sinh vật hoang đã, các hoạt động vui chơi giải trí và các nguồn tài

nguyên khác liên quan DCMT tính cho hai mùa khác nhau trong năm ở Mỹ là Xuân Hạ và Thu Đông (tương ứng với mùa cạn và mùa lũ) theo phần trăm của chuẩn dòng chảy Q¿ tại tuyến tính toán tùy theo yêu cầu bảo vệ môi trường sông duy trì ở mức tốt, trung bình hay kém Ở nước ta, vận dụng tính toán cho mùa cạn và mùa lũ

Bang 1.1 Phan tram dong chảy bình quân năm (AAF- Percenfage oƒ Average Annual Flow) dwoc yéu cau để đạt các mục tiêu khai thác khác nhau

Mục tiêu bảo vệ môi trường và hệ sinh thái của | Phần trăm AAF đề nghị

Phần trăm dòng chảy yêu cầu để duy trì một điều kiện sông theo yêu cầu

Ví dụ, nếu trị số dòng chảy bình quân năm (AAE) trong sông là 100 m⁄s, thì đối với môi trường sông là hoàn hảo thì dòng chảy trong sông trong mùa cạn sẽ cần

40% trị số dòng chảy bình quân, hay 40m”⁄s Phương pháp có thể áp dụng với nhiều

loại sông và kích thước sông khác nhau Khi mỗi quan hệ ban đâu giữa điêu kiện

sông và dòng chảy được thiết lập cho một khu vực thì yêu cầu dữ liệu của phương

pháp ở mức độ trung bình (tài liệu thủy văn tháng tính toán hoặc thực đo)

Trong các phương pháp đánh giá nhanh, phương pháp Tennant là phù hợp nhất với khu vực, trong trường hợp này, vùng phía Tây nước Mỹ - là nơi phương pháp đã được xây dựng, các đặc trưng thủy văn và sinh thái của sông được nghiên

cứu và tìm hiểu kỹ Phương pháp này đã được xây dựng nhằm mục tiêu bảo vệ môi

trường sống cho loài cá hỗồi có giá trị thương mại ở đây Do vậy, mức độ ứng dụng

có thể hạn chế đối với các khu vực khác trên thế giới

Ở một số khu vực mà thời gian là một yếu tố ràng buộc chính thì, phương

pháp Tennant sẽ đặc biệt phù hợp Trên cơ sở các cuộc khảo sát thực địa về phản

ứng môi trường của quân thể sinh vật trong khu vực đó sẽ có thể xây dựng được một phương pháp xác định DCMT khá tốt Phương pháp này có thể sử dụng ở mọi

nơi, tuy nhiên các chỉ số chính xác cần được tính toán lại cho từng khu vực, trên cơ

sở những đo đạc thực nghiệm phù hợp với nơi mà chúng được áp dụng

Ưu điểm của phương pháp là khi quy trình chung được xây dựng, việc ứng dụng yêu cầu tương đối ít các nguồn tài nguyên Tuy nhiên, thực tế chưa có cơ sở nào chứng tỏ các chỉ số thủy văn đơn giản có thể chuyển đối giữa các vùng và vì thé các phương pháp này chỉ trở thành “nhanh” khi được hiệu chỉnh lại cho khu vực

mới Các chỉ số này chỉ dựa trên các số liệu thủy văn, nên chúng rất dễ hiệu chỉnh

lại cho một khu vực mới, nhưng không có giá trỊ sinh thái, do đó không chắc chan

đạt được kết quả tốt Những chỉ số mà dựa trên tài liệu về sinh thái sẽ mang ý nghĩa về sinh thái hơn, tuy nhiên việc thu thập các tài liệu này rất tốn nhiều thời gian và

kinh phí Kết quả của phương pháp Tennant sẽ là một bảng tương tự như bảng 2, tuy nhiên số phần trăm xác định trong bảng là ứng với sự phát triển của cá hồi, còn vận dụng vào DCMT nói chung thì chưa có cách xác định

1.4.2 Phương pháp thủy lực (Hydraulic rating methods)

Phương pháp thuỷ lực là phương pháp dùng các kết quả tính toán dựa trên

mặt cắt ướt, độ sâu, tốc độ dòng chảy hoặc các biến số khác như là các chỉ thị môi

trường Các phương pháp tiếp cận và sử dụng như Phương pháp dòng chảy tối thiểu

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

thoả mãn một hay nhiều mục tiéu thuy luc, Phuong phap Wetted Perimeter va Phương pháp R-2Cross Đối với hầu hết các phương pháp thuỷ lực đã được sử

dụng, mục tiêu của nó là duy trì môi trường sống cho các loài cá, đặc biệt là có sự

liên hệ với các hồ nuôi Phương pháp này dựa trên cơ sở giả thiết răng các điều kiện

thuỷ lực tại các điểm dẫn nước đều có những thông số môi trường tốt và do vậy, chỉ

cần duy trì dòng chảy ở mức thấp (hoặc cao hơn Ï chút) cũng duy trì được mật độ

phân bố của các loài sinh vật tiêu biểu Tuy nhiên, các phương pháp này thường

được ứng dụng với các con sông cạn, ít bi tác động của con người.Lợi thế của

phương pháp này là không đòi hỏi nhiều các số liệu lịch sử

Nhìn chung, phương pháp thuỷ văn, thuỷ lực ít tốn kém được sử dụng khi

những biến đối lớn của cơ chế dòng chảy chỉ xảy ra khi dòng chảy tự nhiên thấp

hoặc khi mục tiêu giới hạn ở những tác động xuất hiện vào thời gian dòng chảy tự

nhiên thấp

Các phương pháp thủy lực sử dụng sự thay đổi về các đặc trưng thủy lực như chu vi ướt hay độ sâu dòng chảy lớn nhất, diện tích lòng sông có nước thường xuyên để xác định DCMT Chúng đưa ra các chỉ số đơn giản về môi trường trong sông ứng với một giá trị lưu lượng cho trước Theo kinh nghiệm, các sông nông và rộng thì chu vi ướt nhạy cảm đối với sự thay đổi của dòng chảy hơn các sông hẹp và sâu

Tại vị trí mà quan hệ chu vi ướt và lượng nước trong sông xuất hiện điểm uốn sẽ có chu vi ướt mặt cắt lớn nhất và đó cũng là giá trị lưu lượng làm ngập bãi và vùng đất ngập nước ven sông Giá trị lưu lượng tại vị trí này có thể phân tích xem

xét và có thể lây làm giá trị dòng chảy môi trường cân duy trì trong sông

Phương pháp này được sử dụng khá phố biến ở Mỹ và Úc và một nhà nghiên

cứu đã chỉ ra các vẫn để trong việc cô gắng xác định các gia trị lưu lượng ngưỡng mà dưới các giá trị này, chu vi ướt giảm rất nhanh Do hạn chế nảy, phương pháp sẽ

phù hợp trong việc hỗ trợ ra quyết định theo các kịch bản và các cuộc đàm phán

phân bổ nước hơn là để xác định một giá trị ngưỡng sinh thái

Các phương pháp phân tích sử dụng các tài liệu về sinh thái có xu hướng dựa trên các kỹ thuật thống kê liên quan đến các thông số độc lập như dòng chảy và các

thông sỐ phụ thuộc như số lượng các chỉ số về cầu trúc cộng đồng được tính toán từ

danh sách các loài.Ưu điểm của loại phương pháp này là nó trực tiếp đề cập đến hai vấn để là dòng chảy và sinh thái, đồng thời cũng trực tiếp xét đến bản chất của sông nghiên cứu Tuy nhiên, phương pháp cũng có một số hạn chế sau:

- Rất khó hoặc thậm chí không thể có được các chỉ số sinh học chỉ nhạy cảm

với dòng chảy mà không bị ảnh hưởng bởi các nhân tố khác như cấu trúc môi

trường song va chat lượng nước Cac chi số sinh học đã xây dựng cho việc giám sát chất lượng nước nên được sử dụng một cách thận trọng

- Thiếu cả số liệu thủy văn và số liệu sinh học thường là một khó khăn và đôi

khi các số liệu đã thu thập lại được phục vụ cho các mục đích khác và không phù

hợp

- Chuỗi dòng chảy và các chỉ số sinh thái có thể độc lâp nhau Điều này ảnh hưởng đến các giả thiết của các kỹ thuật thống kê cổ điển và cần phải lưu ý

Cac gid tri DCMT duoc xác định từ một đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa

các đặc trưng thủy lực với lưu lượng, thông thường băng cách xác định các điểm gián đoạn của đường cong, tại đó xảy ra sự giảm đáng kế về chất lượng môi trường sống cùng với sự giảm về lưu lượng Người ta cho rằng việc đảm bảo giá trị ngưỡng

nào đó của thông sỐ thủy lực đã chọn ở một mức độ của dòng chảy đã bị biến đối sẽ

duy trì các sinh vật thủy sinh và tính nguyên vẹn của hệ sinh thái

1.4.3 Phương pháp mô phỏng môi trường sống (Habitat simulation of microhabitat modelling methods)

Phương pháp mô phỏng môi trường sống là đánh giá cách thức giảm bớt tác

động của đập ngăn nước, vận hành đập hoặc của việc quản lý khai thác

nước.Phương này yêu cầu phải xác lập mối quan hệ giữa các yếu tô thuỷ lực (độ sâu, vận tốc dòng chảy) và mức độ phù hợp của môi trường đối với các loài sinh vật

cụ thể Mối quan hệ này sẽ được sử dụng để tính toán xem môi trường sinh cảnh

biến động như thế nào khi chế độ dòng chảy thay đổi theo các bối cảnh phát triển và

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

quản lý khác nhau Phương pháp này bắt buộc phải khảo sát chi tiết các dạng kênh

rạch, điều kiện của từng con sông trong hệ thống sông nghiên cứu, tập trung vào các

mối quan hệ giữa các điều kiện thuỷ lục, kiểu môi trường sống và sự hiện diện của

các loài sinh vật Phương pháp này sẽ đưa ra những thông tin xác thực về phương diện sinh thái chứ không như các phương pháp trên, chỉ dừng lại ở việc cung cấp

khuyến nghị về “dòng chảy tối thiểu”.Phương pháp này nhăm vào loài cụ thể, và chỉ

có giá trị như một phần của phương pháp tổng thể.Phương pháp này thường đòi hỏi chi phi cao

Do sự thay đổi của chế độ dòng chảy có liên quan trực tiếp đến phản ứng của các loài và của cộng đồng sinh vật Vì thế, các phương pháp mô phỏng môi trường sống đã được xây dựng sử dụng dữ liệu về môi trường sống của các loài để xác định nhu cầu dòng chảy sinh thái.Trong các điều kiện môi trường đảm bảo cho một số

loài sinh vật nước ngọt, chính các yếu tố vật lý bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi các

thay đôi của chế độ dòng chảy Mối quan hệ giữa dòng chảy, môi trường sống và các loài sinh vật có thể được mô tả bằng sự liên kết giữa các đặc trưng của sông như độ sâu và lưu tốc dòng chảy ứng với các giá trị dòng chảy đo đạc hay mô phỏng khác nhau Khi mối quan hệ giữa môi trường vật lý và dòng chảy được thiết lập, chúng có thế được liên kết với các kịch bản dòng chảy trong sông

Năm 1976, lần đầu tiên phương pháp được áp dụng cho sông.Sau đó, nó nhanh chóng được Cơ quan nghiên cứu cá và động vật hoang dã Mỹ, mô phỏng chính thức bằng máy tính với mô hình PHABSIM (Physical Habitat Simulation).Cũng như các phần mềm khác, mô hình PHABSIM truyền thống sử dụng các mô hình thủy lực một chiều, phù hợp với các điều kiện dòng chảy nhỏ và dé mô hình hóa lưu tốc mặt cắt ngang Các mô hình này giúp xác định xem môi trường sống thay đổi như thế nào theo chế độ dòng chảy Mức độ thay đối sẽ khác nhau đối với các loài nghiên cứu và đối với những giai đoạn phát triển khác nhau

của các loài

Hiện nay, các phương pháp mô phỏng môi trường sống đang được sử dụng

phù hợp ở nhiều nước trên thế giới như Pháp, Na Uy, New Zealand, trong khi ở một

số nước khác cũng đã xây dựng các phương pháp tương tự

Phương pháp mô phỏng môi trường sống được sử dụng để dự đoán các ảnh

hưởng về môi trường vật lý và những thay đối dòng chảy dự báo trong quá khứ hay

tương lai do sự lẫy nước hay xây dựng đập Phương pháp này được xây dựng từ kết quả phân tích trạng thái chảy ôn định đối với các mức độ môi trường sống đã biết và phân tích khoảng thời gian cho toàn bộ chế độ chảy trong sông Các kỹ thuật phân tích được xây dựng từ việc phân tích các đường quan hệ dòng chảy~ môi trường sống đơn giản, đến những phân tích sâu sắc hơn về sự suy giảm điều kiện

môi trường song theo các kịch bản khác nhau Việc này xét đến một loạt các kịch bản vượt giá trị tới hạn, (thường là dòng chảy tự nhiên) và cho phép các kịch bản có thể so sánh một cách định lượng với nhau

Tính đơn giản của các phương pháp loại này, kế cả việc mô hình hóa chế độ

thủy lực và môi trường sống được đưa ra từ những năm 1980 Sự biểu diễn về mặt

sinh học dựa trên các kết quả thực nghiệm của môi trường sống không mô phỏng được tính chất phức tạp của các quá trình đang diễn ra trong hệ sinh thái sông Việc mô phỏng các quá trình thủy lực sử dụng các mô hình động lực học chất lỏng tính toán 2 chiều và 3 chiều và các phương pháp mới.Tương tự như vậy, các mô hình mới mô phỏng môi trường sống bao gồm các thông số khác đã được mở rộng cho cộng đồng.Tuy nhiên, tất cả các nỗ lực này chưa thể mang đến một sự phát triển gói

phần mềm có thể thay thế được mô hình PHABSIM.Hiện nay, việc cải tiến mô hình

làm tăng tính phức tạp của nó.Người ta hy vọng rằng các mô hình mới có thể đưa ra các quy tắc mới cho các phương pháp tra bảng đã được cải tiễn và sẽ xác định được ảnh hưởng của các quy luật dòng chảy trong sông tới số lượng các loài và đến môi trường sống

Ưu điểm của các phương pháp mô phỏng môi trường sống là có số tay hướng dẫn rõ ràng để xác định chu trình từng bước một Điều này cho phép việc phát triển kêt quả nghiên cứu của các cá nhân hay nhóm nghiên cứu khác nhau

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

Nhược điểm của phương pháp này là sự áp dụng đơn giản do thiếu kinh

nghiệm Để có được kết quả tốt, cần xây dựng một nhóm làm việc với các kỹ sư

thủy lực, các nhà thủy văn và các nhà sinh thái

Do phương pháp mô phỏng môi trường sống đi sâu chỉ tiết về mặt sinh thái

nên cần có rất nhiều số liệu khảo sát và quan trac chi tiết về đặc điểm sinh thái của

các và các loài sinh vật thủy sinh của hệ sinh thái nước trong sông trong các điều kiện chế độ nước trong sông thay đối

1.4.4 Phương pháp tổng thể

Trong suốt thập ký qua, các nhà sinh thái học về sông đã đưa ra ngày cảng

nhiều cách tiếp cận tổng thể hơn để xác định DCMT, duy trì và bảo tôn hệ sinh thái

sông, chứ không chỉ tập trung vào một số loài Từ phương pháp tiếp cận tổng thể hệ sinh thái do Arthington dé xuất năm 1992, các phương pháp tiếp cận tổng thể đã

được xây dựng và áp dụng, đầu tiên ở Úc và Nam Phi và gần đây là ở Anh Loại

phương pháp này cho rằng nếu các đặc trưng nào đó của chế độ thủy văn tự nhiên của sông được xác định và lồng ghép vào chế độ dòng chảy đã biến đổi, thì cần phải duy trì tất cả các yếu tô khác đang cân bằng, quân thể sinh vật hiện tại và sự toàn

vẹn của các chức năng hệ sinh thái Tương tự như vậy, Spark (1992, 1995) đã chỉ ra

rằng thay vì việc tối ưu hóa chế độ dòng chảy cho một hay một số loài, cách tiếp

cận tốt hơn là xác lập chế độ dòng chảy tự nhiên duy trì tất cả các loài

Các phương pháp tiếp cận tông thể nhằm giải quyết nhu cầu nước của toàn bộ hệ sinh thái sông, chứ không chỉ của chỉ một số loài (thường là cá hay các loài không xương sống).Các phương pháp này tuân thủ khái niệm vẻ “sơ đồ dòng chảy tự nhiên” và các nguyên tắc cơ bản hướng dẫn việc trả lại nước sông Chúng có mục

tiêu chung là duy trì hay hoàn trả lại chế độ dòng chảy liên quan đến các thành phần

sinh học và các quá trình sinh thái trong sông và nước ngâm, các vùng đồng băng lũ và các khu nhận nước hạ lưu (như các hỗ cuối hạ lưu hay các vùng đất ngập nước,

hệ sinh thái khu vực cửa sông và ven biển)

Các thành phân hệ sinh thái thường được xem xét trong phương pháp tiếp cận

tong thé bao gồm địa mạo, môi trường song thuy luc, chat lượng nước, các loài thực

vật sống ven sông và sống trong nước, các loài không xương sống, cá và các động

vật có xương sống khác và một số loài sống phụ thuộc vào hệ sinh thái sông và ven

sông (tức là động vật lưỡng cư, bò sát, chim, động vật có vú) Mỗi thành phan nay

có thể được đánh giá băng nhiều kỹ thuật phân tích chuyên ngành và sau đó lồng chép các nhu cầu dòng chảy vào các để xuất đánh giá DCMT theo các cách tiếp cận

hệ thống

Đánh giá DCMT tổng thể có thể bao gồm sự đánh giá các phương pháp giảm

thiểu khác, ví dụ như, làm thế nào để hoàn trả lại sự liên tục theo chiều dọc và chiều

ngang sông bằng cách tạo đường đi cho cá hay thay đổi hình dạng bờ bao của vùng đồng bằng lũ Một số phương pháp tiếp cận tông thể cũng xem xét đến ảnh hưởng của các quá trình và các nhiễu loạn không hoặc ít liên quan trực tiếp đến dòng chảy

và để xuất các phương pháp giảm thiểu để khôi phục lại môi trường sông và khu

vực ven sông hay việc quản lý các loài thực vật và cá bị ảnh hưởng

Nhìn chung, các phương pháp tiếp cận tổng thể có sự tham gia của nhóm chuyên gia và các bên liên quan để đảm bảo quy trình là tổng thể về các bên tham gia cũng như các van dé khoa học Khi nào các phương pháp mang tinh chat tong

thể, thì chúng sẽ bao quát được toàn bộ hệ thống thủy văn — sinh thái — các bên

tham gia Nhược điểm của phương pháp là tốn nhiều chi phí cho việc thu thập tài liệu

Mục đích của phương pháp là tiếp cận tất cả các vẫn đề của sông dé dua ra

một chế độ dòng chảy không phải là chế độ dòng chảy tự nhiên nhưng có khả năng

duy trì được hệ sinh thái tiêu biểu và các chức năng tự nhiên của dòng sông Chế độ

nước của dòng sông được điều chỉnh theo thời gian để lượng nước lẫy đi không làm biến đổi hệ sinh thái từ trạng thái đang phát triển sang trạng thái không mong muốn Phương pháp này được áp dụng nhiều ở Nam Phi và Úc vì hai quốc gia này không

có các loài cá nước ngọt được sử dụng cho mục đích thương mại và giải trí như ở

Mĩ và Canada Tuy nhiên, gần đây các phương pháp đang thu hút sự quan tâm ngày càng lớn của cả các khu vực phát triển và dang phát triển trên thế giới, với sự quan

tâm lớn của trên 12 nước ở châu Âu, châu Mỹ La tinh, châu Á và châu Phi

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

Hiện nay, các phương pháp tiếp cận tổng thể chiếm khoảng 8% với ít nhất 16 phương pháp hiện có dựa trên các nguyên tắc tong thé duoc mô tả ở trên đang được xây dựng trong suốt 10 năm qua (theo Tharme, 2003)

Có hai cách tiếp cận theo phương pháp nảy là tiếp cận từ dưới lên (xây dựng một chế độ dòng chảy biến đối bằng cách tăng các thành phần dòng chảy đến giá trị

ngưỡng) và cách tiếp cận từ trên xuống (trả lời câu hỏi “chúng ta có thể biến đổi chế độ dòng chảy đến mức nào trước khi hệ thủy sinh bắt đầu thay đối đáng kế hoặc bị

suy thoái nghiêm trọng?”) Phương pháp tiếp cận “dưới lên” thường bắt đầu xây dựng với chế độ dòng chảy bang cách thêm các thành phan của dòng chảy mong muốn vào dòng chảy băng 0.Còn phương pháp tiếp cận “trên xuống” thì thường bắt đầu với dòng chảy tự nhiên Sau đó cố gắng xác định mức độ thay đối dòng chảy tới hạn mà những tác động đến sự lành mạnh của dòng chảy không vượt quá ngưỡng cho phép, hay xác định mối quan hệ giữa sự thay đổi của chế độ dòng chảy đối với các loại ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng

Một số phương pháp tiếp cận từ dưới lên như phương pháp BBM (Building

Block Methodology) va phuong phap phục hồi dòng chảy ESRM (Flow Stress Respond Method) , Cac phuong phap tiép cAn tir trén xuéng gdm cé phuong pháp Benchmarking và phương phap DRIFT (Downstream Response to Imposed Flow Transformation ), Việc ứng dụng các phương pháp này phụ thuộc vào mục tiêu dòng chảy của những đoạn sông trong các lưu vực và trong những điều kiện cụ thê

về kinh phí, thời gian tiễn hành và đòi hỏi của các nhà quản lý, những người ra

chính sách

Yêu câu về số liệu khi ứng dụng phương pháp này là rất lớn, nhất là số liệu

sinh thái cho nên chỉ có thể ứng dụng đối với những dự án nghiên cứu có quy mô và

quan trọng

1.4.5 Phương pháp chuyền gia

Phương pháp chuyên gia là một phương pháp có nhiều khả năng ứng dụng trong thực tế trên thế giới và ở nước ta cũng không phải là ngoại lệ.Đặc điểm của phương pháp này là dựa vào ý kiến phân tích và kinh nghiệm của nhóm chuyên gia

liên ngành để quyết định về dòng chảy môi trường cho duy trì hệ sinh thái nước khác nhau Điểm chủ yếu quyết định sự thành công của phương pháp chuyên gia là tổ chức nhóm chuyên gia và các hoạt động của nhóm qua điều tra khảo sát tại hiện trường cũng như thảo luận trao đổi trong phòng để đi đến quyết định cuối cùng về phương án đánh giá dòng chảy môi trường cho khu vực nghiên cứu

1.4.6 Phương pháp kết hợp

Đây là một hướng nghiên cứu áp dụng ngày càng phổ biến trên thế giới nhăm tìm ra một phương pháp phù hợp cho nghiên cứu đánh giá dòng chảy môi

trường cho một lưu vực sông cụ thể, có các đặc điểm riêng mang tính đặc thù của

mỗi nước Các sự kết hợp có thể là kết hợp giữa thủy văn - thủy lực, sinh thái và

chuyén gia

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

CHUONG 2: DAC DIEM DIA LY TU NHIEN, KINH TE XA HOI

LUU VUC SONG CA 2.1 DAC DIEM DIA LY TU NHIEN

2.1.1 Vi tri dia ly

Sông Cả là một trong những hệ thống sông lớn thuộc vùng Bắc Trung Bộ Việt Nam Sông bắt nguồn từ dãy núi cao thuộc tỉnh Xiêng —- Khoang (Lào) với độ

cao trên 2000 m Lưu vực sông Cả nam 6 vi tri tir 18°15'05" đến 20°10'30" vĩ độ

Bắc và 103°14'10" đến 105°15'20" kinh độ Đông (hình 2.1) Phía Bắc giáp với lưu

vực Sông Chu; Sông Bạng, phía Tây giáp lưu vực sông Mê Kông và dãy Trường Sơn, phía Nam giáp với lưu vực Sông Gianh, phía Đông giáp với lưu vực Sông Bùng: Sông Cấm và Biến Đông Sông Cả là con Sông liên quốc gia có diện tích lưu vực là: 27.200 km” Trên lãnh thổ Việt Nam sông Cả nằm trên địa phận 3 tỉnh

Nghệ An, Hà Tĩnh và Thanh Hoá với diện tích là 17.730km” chiếm 65,2% diện tích toàn lưu vực,phân diện tích còn lại 9.470 km” thuộc đất Xiêng Khoảng của Lào

chiếm 34,8% diện tích toàn lưu vực Dòng chính sông Cả có chiều dài là 531km; đoạn sông chảy qua lãnh thổ Lào là 170km, còn lại 36lkm sông chảy qua hai tỉnh

Nghệ An và Hà Tĩnh rồi đồ ra biển Đông tại Cửa Hội

i loo Ranh giới huyện

Ranh giới tính Ha Tinh

Nghe An

Hình 2 1 Ban đô lưu vực sông Cả [luận án TS Hoàng Thanh Tùng]

2.1.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Cá

Địa hình trên lưu vực sông Cả gồm có các dạng địa hình chính như sau:

2.1.2.1 Địa hình đồng bằng và đồng bằng ven biển

Đồng băng sông Ca nam dọc hai bên bờ sông tính từ phân trung lưu của sông trở xuống bao gồm: Đô Lương, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng Nguyên và chủ yếu là vùng đồng bằng hưởng lợi từ nguồn nước của lưu vực sông Cả như vùng đồng bằng Diễn-Yên-Quỳnh, Nam-Hưng-Nghi, sông Nghèn và Nghi Xuân Đây là vùng đất đã được khai thác lâu đời đưa vào sản xuất nông nghiệp Cho đến nay vùng đồng bằng này cũng là nơi tập trung phát triển kinh tế xã hội của lưu vực Địa hình đồng băng sông Cả theo dạng lòng máng trũng và sau đó sát với sườn đôi, điển hình của dạng địa hình này là vùng hữu Thanh Chương Cao độ đồng bằng ven sông

Cả biến đối dần từ +10m + +15m khu Đô Lương, +7m + +§m vùng Thanh Chương

và +2.5m + +lm vùng Nam Đàn, Hưng Nguyên Vùng đồng băng hưởng lợi từ nguồn nước sông Cả thực chất là đồng bằng của các lưu vực sông nhỏ như:

Đồng băng Diễn-Yên-Quỳnh có dang lòng chảo, phía đổi và phía biến cao giữa đồng bằng thấp trũng cao độ biến đổi từ +4m + +1m Đồng bằng Nam-Hưng-

Nghi có tính cục bộ về địa hình, vùng cát Nghĩ Lộc cao độ từ +2m ~ +4.5m tương

đối bằng phăng, dốc về hai phía sông Câm và nhánh suối Rào Đừng Khu trũng nhất là dọc kênh Hoàng Cần phía Tây kênh Vinh cao độ chỉ từ +0.8m + +1.5m Đồng bằng sông Nghèn lại có dạng lòng máng dốc từ hai phía Tây và Đông đồ vào lòng trũng sông Nghèn Cao độ phố biến ở +1.Šm + +2.0m Có nơi trũng ven sông Nghèn cao độ từ Ôm ~ +0.5m

Đồng bằng sông Cả thuộc loại nhỏ hẹp và nằm sát với dòng chính Toàn bộ

đồng băng được bảo về bằng đê hai bên bờ sông trừ vùng hữu Thanh Chương và vùng hữu Nam Đàn chỉ bảo vệ bằng đê bối và đây được xác định là vùng chứa lũ khi mực nước sông Cả vượt báo động III Đây là vùng cần chủ động về thủy lợi tưới, tiêu, chồng lũ để thâm canh.Tổng diện tích mặt bằng vùng đồng băng khoảng

350,000 ha chiếm 10% diện tích lưu vực sông Cả và khu hưởng lợi

2.1.2.2 Vùng đôi trung du

Vùng trung du sông Cả nằm ở các huyện Nghĩa Đàn, Qùy Hợp, Tân Kỳ, Anh Sơn, Thanh Chương, Vũ Quang, Hương Sơn và Hương Khê Đây là dạng địa hình phức tạp, dạng đôi bát úp và đổi cao xen kẽ có các thung lũng thấp như khu Bãi Tập-Qùy Hợp, vùng sông Sào-Nghĩa Đàn, vùng trung tâm huyện Hương Khê, Vũ Quang, vùng Sơn Hà của Hương Sơn cao độ biến đổi từ +20m ~ +200m Dạng địa

hình này bị chia cắt mạnh có thế dốc nhiều chiều do các sông nhỏ tạo nên Ven các

sông Hiếu, sông Dinh, sông Cả, sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố địa hình tương đối bằng phăng và có thế dốc chính vào các lòng sông, càng xa sông địa hình càng phức tạp Dạng địa hình này ít khi bị ngập úng, ít bị lũ đe dọa song lại thường xuyên thiếu nước cho cây trồng Tổng diện tích mặt băng dạng địa hình nảy khoảng 680,000ha Tiềm năng đất đai trên dạng địa hình này còn rất lớn cần có kế hoạch khai thác gieo trồng hợp lý Với dạng địa hình dốc theo nhiều kiểu như phía sông Hiếu sông Cả ít khi xảy ra lũ quét Nhưng dạng địa hình hữu Thanh Chương trên sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu tương đối không băng phăng những thế dốc theo một chiều nên dễ sinh lũ quét, lũ sườn dốc

Tuy nhiên dạng địa hình đổi núi thấp ở đây do có nhiều sông suối nên rất

nhiều vị trí cho phép xây dựng các hồ chứa vừa và nhỏ Điều này rất thuận lợi cho công tác phát triển nguồn nước tưới và cấp nước cho các mục tiêu phát triển kinh tế

trên lưu vực

2.1.2.3 Vùng nút cao

Địa hình vùng núi cao chủ yếu tập trung ở phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam lưu vực Chạy suốt từ Đồng Văn Thông Thụ( Quê Phong) men theo biên giới Việt Lào đến tận Hương Liên ( Hương Khê-Hà Tĩnh) các dãy núi liền đỉnh như dãy

Giăng Màn ở Hà Tĩnh và dãy núi biên giới từ Nậm Mô ( Làng Nhãn) đến cửa khẩu

Cầu Treo ( Hương Sơn) Dạng địa hình này có cao độ từ +12,000 + 15,000m như

một bức tường ngăn giữa lưu vực sông Mê Kông và lưu vực sông Cả Các huyện miền núi cao thuộc lưu vực sông Cả là: Kỳ Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Qué

Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chinh LVS Ca

Phong, Qùy Châu và một phan dat dai cua Quy Hop, Nghia Dan, Nhu Xuan, Anh

Sơn, Thanh Chương, Nam Đàn, Hương Khê, Vũ Quang, dạng địa hình này có độ

dốc lớn, thung lũng hẹp Dạng địa hình này chiếm tới 60% diện tích lưu vực nhưng

diện tích canh tác chỉ chiếm 1.5-2% tổng diện tích mặt bằng Đây là vùng đất được

xác định chủ yếu là vùng lâm nghiệp phòng hộ đầu nguồn Đây là vùng dự trữ cung cấp nước chủ yếu cho sông Cả về mùa kiệt và là vùng cắt lũ cho hạ du Do thung lũng tạo ra dọc dòng chính sông Cả, sông Hiếu, sông Giang, song Ngan Sau va sông Ngàn Phố lại nằm trong vùng địa chất tốt nên trên dạng địa hình này có thể tìm được những vị trí để xây dựng kho nước lớn nhu Ban La, Huồi Nguyên để điều

tiết lũ và kiệt cho hạ du

Vậy địa hình sông Cả là một dạng địa hình tổng hợp nhiều dạng có thế dốc chung theo hướng Tây-Đông, Tây Bắc-Đông Nam, Tây Nam-Đông Bắc và rỗn trũng nhất là cửa sông Cả Độ dốc bình quân lưu vực lớn, phần đồng bằng hẹp Địa hình ở lưu vực đa dạng thích hợp cho phát triển kinh tế tổng hợp đồng thời rất thuận lợi cho nền nông nghiệp đa dạng hóa cây trông vật nuôi và có khả năng tạo ra các vùng chuyên canh cây hàng hóa, cây công nghiệp

2.1.4 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng lưu vực sông Cả

Đặc điểm địa chất trong vùng khá phức tạp.Đới Trường Sơn bắc, đới Phu

Hoạt trên lưu vực sông Hiếu, đới Sầm Nứa thượng nguồn sông Cả Do sự nâng lên

và hạ xuống đã tạo nên những nếp đứt gãy phân tầng chạy dọc theo hướng Tây Bắc

- Đông Nam Tạo nên sự phân cách riêng biệt giữa hệ thống sông chính và các sông

nhánh lớn cấp I Trong lưu vực các đứt gãy lớn bao gồm:

Đứt gãy sâu sông Cả kéo dài theo hướng Tây Băc-Đông Nam đây là một đứt gãy trượt băng phải có yếu tô thuận, góc dốc mặt trượt 65° căm về Đông Bắc có

biên độ dịch chuyển ngang tới hon 100m và biên độ dịch chuyển đứng hơn 100m

Đứt gãy này được đánh giá hình thành đồng thời với địa hào Neogen;

Đứt gãy sâu Rào Nậy kéo dài hơn 100 km theo hướng Tây Băc-Đông Nam góc dốc từ 80° đồ về Tây Nam sâu đến 32 m với cự ly dịch chuyển móng 1.5 km: