GIÁO TRÌNH TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA part 2 docx

Chương I Tài nguyên nước Chúng ta nhận thấy có khác biệt rõ ràng thơng tin nguồn số liệu tham khảo Các số liệu thiếu xác khơng đáng tin cậy lượng nước tiêu thụ, nguồn nước ngọt, khả cấp nước gây nhiều vấn đề nghiêm trọng cho việc quản lý tài nguyên nước Thủy điện nguồn lượng tái tạo lớn nhất, đồng thời nguồn phát điện lớn thứ hai giới Khai thác thủy điện có nhiều thuận lợi: hiệu suất vận hành cao (có thể đạt đến 80 ÷ 90%), khởi động kết thúc nhanh chóng phù hợp với nguyên tắc nhà máy xung, điện tích trữ, hồ chứa kết hợp với mục đích sử dụng nước khác tưới tiêu, cấp nước, giao thơng thủy, giải trí Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, gây ảnh hưởng đến mơi trường Những lợi ích cho thấy thủy điện nguồn cung cấp lượng có lợi ích cao Theo ước lượng Water Vision (2000), khoảng 33% tiềm kinh tế thủy điện giới phát triển Vẫn cịn nhiều tiềm thủy điện chưa khai thác, chẳng hạn lưu vực sông Zaire (châu Phi) chiếm đến 20% tiềm thủy điện giới hầu hết chúng không khai thác Tương tự, khu vực sông Brahmputra vùng phụ cận (vùng Đơng Bắc Ấn Độ) có khả khai thác khoảng 30% lượng thủy điện cho Ấn Độ phần nhỏ khai thác Về góc độ phát triển cơng nghệ, tương lai gần chi phí cho việc phát điện từ thủy điện vào khoảng 0,03 đến 0,06 USD/kWh Bên cạnh đó, phát triển cơng nghệ tua-bin với công suất vận hành ổn định điều kiện cột áp thấp khai thác để phát điện nhiều khu đập nước chưa khai thác Nước nguồn nguyên liệu quan trọng nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp Phát điện từ lượng hóa thạch lượng hạt nhân cần nước cho công đoạn tạo nước, làm lạnh dịch vụ công cộng Theo Herschy and Fairbridge (1998), lượng nước cần cho làm lạnh phương pháp ngưng tụ vào khoảng 0,032 ÷ 0,044 m3/giây cho MW điện Đối với nhà máy điện chạy than, nước lại cần thiết để định hướng dòng tro sau công đoạn đốt Ngành công nghiệp giấy tùy thuộc loại nguyên liệu đầu vào cần từ 40 ÷ 400m3 nước để sản xuất giấy Đối với ngành công nghiệp khai thác than đá, áp dụng phương pháp thủy lực cần từ 0,08 ÷ 0,14m3 để sản xuất than thành phẩm Để tinh chế barel dầu thô (0,159m3) cần 0,163m3 nước Hoặc để luyện thép cần 12 m3 nước, sản xuất đường cần 20 m3 nước, vỏ xe cần 37 m3 nước… Vận chuyển hàng hóa giao thơng thủy có hiệu suất nhiên liệu cao đồng thời gây nhiễm khơng khí Định mức tiêu tốn nhiên liệu cho loại hình giao thơng đường bộ, đường ray đường thủy 0,04 - 0,011 - 0,0056 L/km tương ứng Loại hình giao thơng thủy khơng phải dịch vụ tiêu thụ nước, khai thác hồ chứa hạ lưu trục giao thơng thủy trữ nước lại sử dụng cho mục đích khác Nước cần để trì hoạt động sơng khu đất ngập nước Tại quốc gia phát triển việc phục hồi sơng có ý nghĩa to lớn có nhiều dự án phát triển bền vững cho lưu vực sông Mục tiêu công tác phục hồi sông nhằm tạo đa dạng hệ sinh thái rộng lớn cải thiện đa dạng sinh học thơng qua việc giữ gìn dịng chảy tự nhiên sông Trong sông cần trì dịng chảy tối thiểu để pha lỗng ô nhiễm; nước đẩy lùi xâm nhập mặn hạn chế việc tàn phá nơng trại Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 21 Chương I Tài nguyên nước Bảng 1.3 Nước sử dụng cho công nghiệp Việt Nam 1980 1985 1990 2000 Nước cho công nghiệp (109 m3) 1,50 2,86 5,33 16,00 Tỷ lệ so với tổng lượng nước (%) 4,0 6,3 9,8 20,2 Năm Tỉ m3/năm [Nguồn: Nguyễn Khắc Cường] Công nghiệp Sinh hoạt Nông nghiệp Hình 1.1 Xu hướng tiêu thụ nước Việt Nam [Nguồn: State of the Environment in Vietnam 2001 (2002)] I.1.3 Nhu cầu nước tương lai Có phân tích cho thấy tỉ lệ gia tăng lượng nước sử dụng cao gấp lần so với tỉ lệ gia tăng dân số giới (Jain S K Singh V P., 2003) Trong trường hợp đó, dân số giới tăng gấp đơi lượng nước cần sử dụng tăng gấp lần, kết hợp với việc gia tăng nhu cầu nước cho sản xuất nông nghiệp cơng nghiệp, viễn cảnh khó chấp nhận Ngay thời điểm tại, nước xử lý nhiều quốc gia, tình trạng khan nước diễn hàng ngày, hàng nhiều nơi giới Ngồi ra, nhiều lý trị mà nhiều quốc gia việc cung cấp nước diễn miễn phí với chi phí thấp cách có chủ ý Và mối quan hệ cầu cung trở nên xấu đi, chắn chi phí cho việc sử dụng nước phải gia tăng, kèm theo nhu cầu kiểm sốt nguồn nước Khi mà chi phí cho việc Giáo trình TÀI NGUN NƯỚC LỤC ĐỊA 22 Chương I Tài nguyên nước sử dụng nước trở nên đắt hơn, người nông dân buộc phải lựa chọn loại mùa vụ canh tác tiêu thụ nước chấp nhận kỹ thuật tưới luân phiên Các quy trình sản xuất cơng nghiệp sử dụng nước hiệu triển khai diện rộng Theo Seckler CSV (1998), châu Á châu lục tiêu thụ nhiều nước giới nơi có dân số cao có nơng nghiệp phát triển mạnh - loại hình sản xuất tiêu thụ nhiều nước Thật vậy, đồ thị bên cho thấy tỉ lệ khai thác nước cho sản xuất nơng nghiệp cao nhóm nước phát triển có thu nhập thấp ngược lại 100% 80% 60% Sinh hoạt 40% Công nghiệp 20% Nông nghiệp 0% thu nhập thấp thu nhập trung bình thu nhập cao Hình 1.2 Ước tính lượng nước khai thác năm 1999 [Nguồn: Jain S K Singh V P (2003)] Một xã hội phát triển đòi hỏi mức tiêu thụ nước cao, nói nhu cầu sử dụng nước thước đo cho tiêu chuẩn sống khu vực Mặc dù có nhiều tiến đáng kể cơng nghệ, cịn lượng lớn cư dân hành tinh xanh chưa có điều kiện tiếp cận với nguồn nước uống Theo dự báo Liên hiệp quốc, dân số trái đất tiếp tục gia tăng ổn định vào năm 2050 Và từ thời điểm đó, phủ phải tiếp tục đối mặt với toán nan giải nhằm cung cấp đủ lượng nước uống cho toàn cư dân quốc gia Tuy nhiên để thỏa mãn tất nhu cầu cấp nước cần phải có đầu tư thật hiệu Hiện chi phí đầu tư cho dự án nước gia tăng đáng kể so với trước tương ứng với tăng vọt chi phí xây dựng, trang bị máy móc thí nghiệm chi phí đền bù cho người bị ảnh hưởng cơng tác tái định cư, tái hịa nhập… Các luật định lĩnh vực bảo vệ môi trường tiêu chuẩn chất lượng nước ngày trở nên khắt khe góp phần làm tăng chi phí đầu tư vào dự án khai thác cấp nước Tương ứng với gia tăng dân số, nhiều diện tích đất lớn cần phục vụ cho nhu cầu nhà ở, kéo theo tình trạng tàn phá rừng, môi trường sống tự nhiên hủy diệt đa dạng sinh học ngày lan rộng Đồng thời khối lượng nước lớn cần cung Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 23 Chương I Tài nguyên nước cấp phục vụ cho phát triển công nghiệp đô thị phục vụ cho dân cư Tất thay đổi gây thiệt hại định cho môi trường Những dự báo gần biến đổi khí hậu cho thấy tài nguyên nước nhiều khu vực giới bị thay đổi tương lai Một lượng nước cung cấp nhiều khu vực giới bị thiết hụt, xung đột nước diễn ngày thường xuyên Những xung đột diễn quốc gia láng giềng (việc triển khai xây dựng đập thủy điện lớn sông Mêkông), tiểu bang kề cận quốc gia (các tiểu bang sử dụng nguồn nước từ lưu vực sông Murray-Darling) chí cộng đồng khác thành phố I.2 TÀI NGUYÊN NƯỚC - LƯỢNG NƯỚC CÓ THỂ KHAI THÁC Nhằm phục vụ mục tiêu kinh tế, tối ưu hóa việc sử dụng nước, lập kế hoạch, thiết kế, vận hành khai thác… cơng tác xác định quy mô trữ lượng nguồn nước (cả nước mặt nước ngầm) yêu cầu tiên Sự phân bố trữ lượng nguồn nước châu lục thay đổi lớn theo không gian thời gian Nước dồi vùng rừng mưa nhiệt đới lại cực khu vực sa mạc Phân bố dân cư có khác biệt, chẳng hạn khu vực có nguồn nước phong phú đơi lại có cư dân sinh sống (lưu vực sông Amazon), hay tập trung nhiều dân cư (vùng Nam Á) Cũng có khu vực người dân khơng định cư vùng sa mạc hai cực trái đất Mức độ tiêu thụ nước phụ thuộc vào tình trạng nguồn nước (lũ lụt hạn hán, chu kỳ mức độ xảy ra) Và bối cảnh thay đổi khí hậu nay, nạn lũ lụt hạn hán trở nên khốc liệt Theo Cole (1998), số nguồn nước liệt kê sau: - Sơng ngịi tự nhiên: Nguồn nước sơng cung cấp từ nước mưa, hoặc/và tuyết tan, băng tan Dịng chảy chúng biến đổi theo mùa khơng ổn định đặc biệt khu vực thượng lưu Dòng chảy sông nhận lượng bổ sung từ nước ngầm ổn định Những sông khu vực hạ lưu cịn có thêm lượng bổ sung từ nước qua sử dụng, chẳng hạn nước từ hệ thống cống thoát nước từ lượng nước tưới tiêu - Ao hồ tự nhiên: Các ao hồ tự nhiên thường cho khai thác lượng nước giới hạn trừ chúng có vài nguồn bổ sung nước riêng biệt - Hồ chứa: Nước trữ hồ chứa có đập ngăn phục vụ nhiều mục đích sử dụng khác Ở vùng có hai loại hình khí hậu khơ mưa khác rõ rệt, nước trữ lại vào mùa mưa sau khai thác sử dụng vào mùa khô Tại nhiều vùng giới, hồ chứa cấp nước cho nhiều năm khơ hạn liên tiếp - Các giếng ngầm: Nước từ lòng đất bơm lên mặt đất thông qua bơm tay bơm chìm chạy điện Cơng suất cấp nước giếng phụ thuộc vào đặc điểm tầng ngậm nước, công suất bơm trữ lượng nước ngầm Các giếng khơi giếng đào tầng nông nguồn cấp nước quy mơ nhỏ khu vực nơng thơn Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 24 Chương I Tài nguyên nước - Suối: Các suối thường xuất khu vực tầng ngậm nước trồi lên phía tầng đá không thấm nước Chúng phụ thuộc vào điều kiện địa chất vùng Các suối có dịng chảy quanh năm cung cấp lượng nước sinh hoạt định chảy theo mùa - Nước mặn: Nước xem mặn có hàm lượng muối > 0,1% Nếu muốn sử dụng loại nước cần phải khử muối, biện pháp khử muối phương pháp lọc thẩm thấu ngược Mặc dù phương pháp đắc tiền ứng dụng rộng vùng khơ hạn (khu vực Ả rập, vùng vịnh Persian), nơi có nguồn nhiên liệu rẻ tiền I.2.1 Chu trình thủy văn a) Định nghĩa Được mặt trời cung cấp lượng, chu trình thủy văn vịng tuần hồn liên tục nước, nước từ khí đến trái đất ngược lại thông qua trình ngưng tụ, mưa, bốc Bức xạ mặt trời cung cấp lượng làm bốc nước từ bề mặt thủy (phần lớn từ đại dương), sau phân phối lại lưu thơng nước khắp địa cầu Phần lớn lượng nước rơi trở lại bề mặt trái đất thông qua trình ngưng tụ tạo mưa Trong mưa, đa số nước mưa rơi xuống mặt biển, phần lại rơi mặt đất bổ sung nước cho nguồn nước có vai trị quan trọng chu trình sống Chu trình thủy văn hệ thống động nước di chuyển trao đổi từ trạng thái chu trình sang trạng thái khác Mặc dù tỉ lệ quay vòng nước chu kỳ riêng biệt biến động, tổng lượng nước chu trình hồn tồn khơng đổi Chu trình thủy văn chìa khóa hình thành loại khí hậu trái đất Khơng có chu trình thủy văn, với ảnh hưởng hiệu ứng nhà kính nay, nhiều khu vực rộng lớn trái đất khơng thể cư trú Chu trình thủy văn thiên nhiên chia làm hai loại: - Chu trình lớn: nước bốc từ đại dương biển gió vận chuyển vào lục địa tạo mưa Nước mưa rơi xuống đất tạo thành dòng chảy theo sơng đổ biển, trì cân nước biển lục địa - Chu trình nhỏ: nước mặt biển mặt lục địa bốc vào khí thành mây sinh mưa rơi xuống mặt biển lục địa Đề nghị tham khảo thêm: Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (2008) Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 25 Chương I Tài nguyên nước Hình 1.3 Sơ đồ cân nước [Nguồn: Chow V T., David R Madment Larry W Mays (1988)] Ghi chú: Tương ứng với 100 đơn vị mưa lục địa có 38 đơn vị dòng chảy mặt biển; 01 đơn vị chảy ngầm biển; 61 đơn vị bốc từ lục địa; tương ứng có 385 đơn vị mưa xuống đại dương 424 đơn vị bốc từ đại dương Có thể viết phương trình cân nước cho chu trình thủy văn sau: biển: (1.1) lục địa: X1 + Y – Z1 = X2 – Y – Z2 = (1.2) Z1, Z2: lượng bốc từ biển lục địa X1, X2: lượng mưa rơi xuống biển lục địa Y: lượng dòng chảy từ lục địa biển Xét cân nước tồn cầu thời gian dài lượng bốc lượng mưa: Z1 + Z2 = X1 + X2 (1.3) Giữa biển lục địa cịn có q trình trao đổi nước Giả định dịng khơng khí thổi từ biển vào lục địa chứa lượng nước A1, dịng khơng khí thổi từ lục địa biển chứa Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 26 Chương I Tài nguyên nước lượng nước A2, Trường hợp A1 > A2 lục địa lượng mưa lớn lượng bốc hơi, ngược lại biển lượng bốc lớn lượng mưa biển: Y + A2 - A1 = (1.4) lục địa: -Y - A2 + A1 = (1.5) Ở biển lượng nước bốc nhiều lượng nước mưa Sự thiếu hụt bù lại dòng chảy từ lục địa biển Vì lượng nước biển khơng có thay đổi rõ rệt Trong chu trình thủy văn, thời gian tuần hoàn nguồn nước mặt thường ngắn (hàng ngày đến hàng năm) nguồn nước ngầm thời gian tuần hồn kéo dài đến hàng ngàn năm Bảng 1.4 Thời gian tuần hoàn nước Nguồn Thời gian tuần hồn Hơi ẩm khơng khí ngày Sông suối 16 ngày Hơi ẩm đất năm Nước đầm lầy năm Hồ nước ngầm 17 năm Đại dương Băng vĩnh cửu 1.400 năm 2.500 ÷ 9.700 năm [Nguồn: Nguyễn Khắc Cường] b) Đặc điểm Chu trình thủy văn ln diễn biến bất thường trữ lượng nước biến động Nếu chu trình thủy văn ổn định dự đốn trước, việc định cư sử dụng tài nguyên thời đoạn ngắn hạn dài hạn điều chỉnh tương ứng với nguồn cung cấp nước toàn cầu Các hoạt động người thay đổi tập quán Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 27 Chương I Tài nguyên nước canh tác, thay đổi mùa vụ gây ảnh hưởng gián tiếp đến q trình tự nhiên, có chu trình thủy văn Kết làm cho chu trình thủy văn thay đổi, ảnh hưởng đến chất lượng nước sử dụng Bên cạnh đó, hoạt động định cư, tập quán sống góp phần làm thay đổi bầu khí quyển, phạm vi nhỏ hẹp; cuối ảnh hưởng đến tỉ lệ đặc điểm lượng nước lưu thơng hệ thống Thậm chí hoạt động người gây ảnh hưởng, vận hành bất thường chu trình tự nhiên theo khơng gian thời gian gây trận lũ lụt nạn hạn hán diện rộng Ở ĐBSCL thời gian gần đây, trận lũ lớn bất thường vào mùa mưa đợt xâm nhập mặn vào mùa khô minh họa cho thấy rõ “sự trở chứng” chu trình thủy văn Để đối phó làm giảm nhẹ phản ứng bất thường này, người nỗ lực tiếp cận cách hiểu biết với thiên nhiên, cụ thể chương trình quản lý tổng hợp nguồn nước Một vài nỗ lực nghiên cứu nhằm vào mục tiêu trì dịng chảy mặt nước chu trình thủy văn sau chúng rơi xuống bề mặt đất trước chúng chảy biển, thấm vào nước ngầm bốc trở lại vào bầu khí Các nghiên cứu chu trình thủy văn cho thấy mục tiêu khả thi, dịng chảy mặt trì nhằm bổ sung nhu cầu nước cho người Nói cách đơn giản, giai đoạn dịng chảy mặt trì lâu thơng qua việc định hướng dịng chảy vào vị trí trữ nước khu vực nhằm cấp nước cho mục tiêu sử dụng nước xác định Chẳng hạn xây dựng đập ngăn nước, hồ điều hòa, kênh ống chuyển nước, lắp đặt hệ thống bơm… để đưa nước đến tay người sử dụng Con người cố gắng can thiệp vào chu kỳ khác chu trình thủy văn thơng qua nhiều hình thức khác Các nghiên cứu cấp nước sinh hoạt từ việc khử mặn nước biển có bước tiến đáng kể chi phí (tiêu tốn lượng cao, ảnh hưởng đến môi trường…) để thực lớn Các nghiên cứu làm mưa nhân tạo tiến hành có nhiều kết ứng dụng thành công vùng thiếu nước Ngồi ra, điều kiện cho phép cịn nhiều nghiên cứu khác thực bổ sung nước ngầm phương pháp bơm nước nhân tạo, tận dụng khu đất ngập nước để xử lý nước thải… Hơn 30 năm trước, Powell (1975) ước lượng khoảng 10% giá trị tài sản quốc gia Hoa Kỳ có nhờ vào cơng việc có liên quan đến chu trình thủy văn thu gom, vận chuyển, tích trữ phân phối nước, xử lý nước đưa chúng trở lại mơi trường tự nhiên Các cơng trình xây dựng bao gồm kết cấu ngăn dòng đơn giản, cơng trình trữ nước lớn, cống dẫn nước, kênh dẫn, cơng trình xử lý nước thải thị, dự án cải tạo đất, thiết bị làm lạnh cơng trình thủy điện Một cách nhanh chóng, hoạt động ảnh hưởng đến chu trình thủy văn người trở thành hệ thống đa tác nhân với mặt kỹ thuật, xã hội, kinh tế trị Đã có nhiều định thực thi nhiều cấp độ khác bao gồm việc tích trữ, phân phối sử dụng nước cá nhân, nhóm, tổ chức quan công quyền phạm vi địa phương, vùng lãnh thổ, quốc gia quốc tế Một đánh giá toàn diện trữ lượng nước lượng nước cần sử dụng cần thiết để lý giải cân phân bố tài nguyên nước tồn cầu Nó cung cấp kiến thức ứng dụng để bù đắp vào cân điều chỉnh dòng chảy diện rộng… nhằm mang lại lợi ích cho người Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 28 Chương I Tài nguyên nước Chúng ta thấy hậu việc người tác động vào chu trình thủy văn khơng cịn nằm phạm vi nhỏ hẹp Hiện nước mối quan tâm toàn cầu hệ thống thủy văn xác định khơng biên giới Những nhóm người khác nhau, chí quốc gia khác khai thác chung nguồn nước tưới tiêu kết nối nội thông qua nguồn tài nguyên nước Những thay đổi bên khai thác sử dụng nguồn nước dẫn đế kết không lường quy luật tự nhiên, kinh tế, xã hội trị xảy nhiều nơi giới I.2.2 Đánh giá tài nguyên nước Muốn đánh giá xác nguồn tài nguyên nước cần có kiến thức khoa học tổng hợp thủy văn, khí tượng, địa chất, đới bờ nhằm cung cấp tranh định lượng đặc tính vật lý biến đổi xảy nguồn tài nguyên Một phương pháp đề nghị đánh giá toàn lưu vực với thơng số khí tượng thủy văn đầu vào cho yếu tố khác nhau: đất, sơng ngịi, hồ chứa lớp bề mặt Số liệu bảng thống kê bên cho thấy đại dương chiếm 96,5% lượng nước trái đất, có 3,5% trữ lượng nước định vị đất liền Tuy nhiên tổng số 3,5% lại có 1% nước mặn chứa tầng ngầm hồ nhiễm mặn Nước chiếm 2,5%, 68,7% tồn dạng băng hai vùng cực, 30,1% nằm tầng nước ngầm, khoảng 1,3% nước nằm bề mặt đất tham gia vào chu trình thủy văn Trữ lượng nước khí quyển, đất ẩm ao hồ không khác nhiều; lượng nước sơng thấp hơn, cịn lượng nước băng tuyết lại nhiều Một lượng nhỏ nước sinh học tồn mô sống thực vật động vật Như ước tính có khoảng 12.900 km3 nước tồn khí quyển, chiếm chưa đến 1/100.000 tổng lượng nước giới Lượng nước đem bốc tạo thành lớp dày 25mm bao phủ xung quanh bề mặt trái đất (Maidment D R., 1993) Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 29 Chương I Tài nguyên nước Bảng 1.5 Ước tính lượng nước phân bố Trái đất Nguồn nước Đại dương, biển vịnh Thể tích nước (km3) % nước % tổng lượng nước 1.338.000.000 - 96,5000 24.064.000 68,700 1,7400 300.000 0,860 0,0220 Nước 10.530.000 30,100 0,7600 Nước nhiễm mặn 12.870.000 - 0,9400 16.500 0,050 0,0010 Hồ nước 91.000 0,260 0,0070 Hồ nước mặn 85.400 - 0,0060 Đầm lầy 11.470 0,030 0,0008 Khí 12.900 0,040 0,0010 Sơng ngịi 2.120 0,006 0,0002 Nước sinh học 1.120 0,003 0,0001 1.385.984.510 - 100,0000 Băng tuyết Đỉnh núi băng, sông băng vùng tuyết phủ vĩnh cửu Các loại băng khác Nước ngầm Lượng ẩm đất Các hồ Tổng số [Nguồn: Gleick P H (1996)] Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 30 Chương I Tài nguyên nước Bảng 1.6 Lưu lượng dòng chảy cực đại đo số sông lớn Quốc gia Sông Trạm Diện tích lưu Thời điểm đo vực (km2) Lưu lượng (m3/s) Austria Danube Vienna 10.700 18/09/1899 10.500 Brazil Amazon Obidos 4.640.300 1953 370.000 Burma Irrawaddy - 360.000 1877 63.700 Cambodia Mekong Kratie 646.000 1939 75.700 China Changjiang Yichang 1.010.000 20/7/1870 110.000 Egypt Nile Aswan 3.000.000 - 13.500 France Rhine Beaucaine 96.500 31/5/1856 11.640 India Brahmputra Pandu 404.000 08/8/1973 51.100 Ganga Farakka 935.340 22/8/1971 70.500 Godavari Dolaishwaram 307.800 17/9/1959 78.700 Krishna Vijaywada 251.360 02/11/1916 33.500 Narmada Garudeshwar 87.900 06/9/1970 69.400 Netherlands Rhine Lobith 160.000 04/01/1926 12.280 Pakistan Indus Attock 264.000 1929 23.200 USA Mississippi Columbus 2.387.950 27/02/1937 70.792 Ohio Cairo 528.300 04/02/1937 55.218 Lena Kusur 2.430.000 11/6/1944 194.000 Volga Volgograd 1.350.000 29/5/1926 51.900 Zambia Zambezi Kariba 633.040 05/3/1958 16.990 Zaire Zaire Kinshasa 3.747.300 02/12/1970 67.930 USSR [Nguồn: Jain S K Singh V P (2003)] Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 31 Chương I Tài nguyên nước Khoảng nửa diện tích đất giới có lưu vực sông (trên 200 lưu vực sông) chảy qua lãnh thổ hai hay nhiều quốc gia Một số lưu vực sông lớn chảy qua lãnh thổ nhiều quốc gia Amazon, Congo, Danube, Ganga-Brahmputra, Indus, Mekong, Niger, Nile, Rhine Zambezi Trong trường hợp này, việc phát triển quản lý dự án tài nguyên nước địi hỏi đồng thuận quốc gia có liên quan, tốt đồng thuận nên thể thông qua văn ký kết Đã có trường hợp việc chia sẻ nguồn nước dẫn đến tranh cãi chí tranh chấp quốc gia vùng lãnh thổ ven sơng Đơ thị Nơng thơn Hình 1.4 Mức độ cấp nước vùng đô thị nông thôn giới năm 2006 [Nguồn: WHO (2008)] Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 32 Chương I Tài nguyên nước Đô thị Nơng thơn Hình 1.5 Tỉ lệ sử dụng nước máy vùng đô thị nông thôn giới năm 2006 [Nguồn: WHO (2008)] Hình 1.6 Số dân chưa tiếp cận nguồn nước uống hợp vệ sinh năm 2006 [Nguồn: WHO (2008)] Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 33 Chương I Tài nguyên nước Bảng 1.7 Số liệu cân nước châu lục Các yếu tố cân nước Mưa Tổng dòng chảy mặt Dòng chảy ngầm Bốc Châu lục Châu Âu 7.162 3.110 1.065 4.055 Châu Á 32.590 14.190 3.410 18.500 Châu Phi 20.780 4.295 1.465 16.455 Bắc Mỹ 13.810 5.960 1.740 7.850 Nam Mỹ 29.855 10.480 3.740 18.800 Châu Úc 6.405 1.965 465 4.340 110.000 40.000 11.885 70.000 Tổng [Nguồn: Herschy R W Fairbridge R W (1998)] Hiện giới có nhiều dự án đánh giá nguồn tài nguyên nước thực Chương trình Đánh giá Nước Thế giới (WWAP - http://www.unesco.org/water/wwap) dự án lớn Liên hiệp quốc với mục tiêu đánh giá tình trạng nguồn nước hệ sinh thái giới, nhận biết vấn đề hậu diễn ra, phát triển công cụ thị phục vụ cho việc sử dụng hợp lý tài nguyên nước, hỗ trợ quốc gia tự phát triển khả đánh giá Dự án có đại diện UNESCO (Tổ chức Giáo dục, Khoa học Văn hóa Liên hiệp quốc) định kỳ xuất Báo cáo Phát triển Nước Thế giới Ngồi UNEP (Chương trình Mơi trường Liên hiệp quốc) chủ trì Chương trình Đánh giá Nước Quốc tế (GIWA http://www.giwa.net) Dự án cung cấp đánh giá có tính tổng hợp vấn đề nước quốc tế, tình trạng sinh thái nguyên nhân vấn đề môi trường 66 khu vực nước khắp giới Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 34 Chương I Tài nguyên nước I.3 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC I.3.1 Nguyên tắc Để quản lý lưu vực kiến thức hiểu biết trữ lượng nước cần phải nắm vững Việc xác định lượng nước hữu hiệu lưu vực đòi hỏi đánh giá thành phần phương trình cân nước Vịng tuần hồn nước cho lưu vực ngầm phải tồn cân lượng cung cấp cho lưu vực lượng khỏi lưu vực Phương trình cân biểu diễn: Dịng chảy mặt đến + Dòng chảy đất đến + Mưa + Lượng nhập lưu vào lưu vực + Giảm lượng trữ mặt = + Giảm lượng trữ ngầm Dòng chảy mặt + Dòng chảy ngầm + Lượng nước sử dụng + Nước thoát lưu + Lượng tăng lượng trữ mặt + Tăng lượng trữ ngầm Trong phương trình tất thành phần nước đến nước đi, mặt đất biểu diễn Tuy nhiên tùy theo trường hợp cụ thể mà bỏ qua số thành phần giá trị q nhỏ khơng ảnh hưởng đến kết tính tốn Chẳng hạn tầng ngậm nước có áp có cân nước độc lập với dịng chảy mặt, thành phần dịng chảy mặt, mưa, nước dùng, nước nhập lưu lưu, thay đổi lượng trữ bỏ qua phương trình Phương trình áp dụng cho lưu vực có diện tích Tuy nhiên kết với ý nghĩa đầy đủ lưu vực nước ngầm, tầng ngậm nước lưu vực sông đơn vị tốt Q trình hình thành dịng chảy yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy phức tạp, lưu vực thời gian định, thay đổi yếu tố thủy văn (mưa, bốc hơi, dòng chảy) tuân theo quy luật “lượng nước đến phải lượng nước cộng với (hoặc trừ lượng nước lớn lượng nước đến) lượng nước trữ lại lưu vực” Đó nguyên lý cân nước Dựa vào nguyên lý ta lập phương trình cân nước - sở chủ yếu để phân tích ngun nhân hình thành dịng chảy mặt định tính định lượng Lấy lưu vực bất kỳ, xét lượng nước đến thời gian định ta lập phương trình cân nước sau: X + Z1 + Y1 + W1 + U1 = Z2 + Y2 + W2 + U2 Với (1.6) X: lượng mưa bình quân rơi lưu vực Z1, Z2: lượng nước ngưng tụ bốc lưu vực Y1, Y2: lượng dòng chảy mặt chảy đến chảy W1, W2: lượng dịng chảy ngầm chảy đến chảy Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 35 Chương I Tài nguyên nước U1, U2: lượng nước trữ lưu vực đầu cuối thời đoạn Δt Y1 Z2 X Z1 W U Y2 W Hình 1.7 Lưu vực sơng thành phần cân nước I.3.2 Phương trình cân nước thông dụng Trong lưu vực bất kỳ, giả sử có mặt trụ thẳng đứng bao quanh khu vực tới tầng khơng thấm nước Chọn thời đoạn Δt bất kỳ, dựa vào nguyên lý cân nước ta có biểu thức: (X + Z1 + Y1 + W1) – (Z2 + Y2 + W2) = ⎜U2 – U1⎜ = ± ΔU (nước đến) với (nước đi) (1.7) (thay đổi nước trữ) ΔU mang dấu (+) U1 > U2 mang dấu (–) U1 < U2 I.3.3 Phương trình cân nước lưu vực thời đoạn a) Lưu vực kín Lưu vực kín lưu vực mà đường phân chia nước mặt nước ngầm trùng khơng có nước mặt nước ngầm từ lưu vực khác chảy đến, tức Y1 = W1 = Gọi Y = Y2 + W2 tổng lượng nước mặt nước ngầm chảy khỏi lưu vực Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 36 Chương I Tài nguyên nước Z = Z2 – Z1 lượng bốc trừ lượng ngưng tụ ta có X = Y + Z ± ΔU (1.8) b) Lưu vực hở Đối với lưu vực hở có lượng nước ngầm từ lưu vực khác chảy vào ngược lại, phương trình có dạng: X = Y + Z ± ΔW ± ΔU với (1.9) ± ΔW = W2 – W1 ΔW mang dấu (+) W1 > W2 ΔW mang dấu (–) W1 < W2 I.3.4 Phương trình cân nước nhiều năm Phương trình (1.8) (1.9) viết cho thời đoạn bất kỳ, tức ΔT năm, tháng, ngày nhỏ Để viết phương trình cân nước thời đoạn nhiều năm, người ta lấy bình quân nhiều năm thành phần phương trình cân nước Xét lưu vực kín n năm: (1.10) có xen kẽ năm nhiều nước Có thể xem tổng nước, kết hợp phương trình (a) (c), ta có: X0 = Y0 + Z0 (1.11) Nếu n đủ lớn X0 gọi chuẩn mưa năm, Y0 gọi chuẩn dòng chảy năm Z0 gọi chuẩn bốc năm Đối với lưu vực hở, kết hợp phương trình (1.9) (1.10) tương tự ta có: X0 = Y0 + Z0 ± ΔW (1.12) Trong trường hợp lưu vực hở, giá trị bình quân nhiều năm ± ΔW không tiến đến trao đổi nước ngầm lưu vực không cân thường diễn chiều Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 37 Chương I Tài nguyên nước Bảng 1.8 Cân nước trung bình nhiều năm giới Việt Nam Vùng lãnh thổ Diện tích (103 km2) Mưa Chảy mặt Bốc (mm) (108 km3) (mm) (108 km3) (mm) (108 km3) Toàn giới 510.000 1.130 577,000 - - 1.130 577,000 Toàn lục địa 149.000 800 119,000 315 47,000 485 72,000 Đại dương 361.000 1.270 458,000 130 47,000 1.400 505,000 365 1.850 0,675 857 0,312 993 0,362 ĐB sông Hồng 27 1.800 0,048 837 0,022 963 0,025 ĐBSCL 39 1.556 0,060 700 0,027 856 0,033 Việt Nam [Nguồn: Nguyễn Khắc Cường] I.4 QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC I.4.1 Khoa học quản lý môi trường Quản lý môi trường tác động liên tục, có tổ chức, có phương hướng mục đích xác định chủ thể đối tượng nhằm khơi phục, trì cải thiện tốt môi trường sống người khoảng thời gian dự định Bản chất việc quản lý môi trường hạn chế hành vi vô ý thức có ý thức người hoạt động để mơi trường ổn định, ln trạng thái cân Các đặc thù quản lý môi trường gồm: - Hoạt động quản lý môi trường mang tính trách nhiệm có ý thức người, trách nhiệm người mối quan hệ ràng buộc lẫn - Hoạt động quản lý môi trường phải nhằm đạt mục đích bảo vệ mơi trường phát triển bền vững Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 38 Chương I Tài nguyên nước - Hoạt động quản lý mơi trường có tính liên tục theo không gian thời gian - Hoạt động quản lý mơi trường cơng việc địi hỏi phải có nỗ lực chung quốc gia tồn giới Hoạt động quản lý mơi trường dựa nguyên tắc sau: - Bảo đảm trì trạng thái cân hệ sinh thái việc tổ hợp biện pháp kinh tế, kỹ thuật, xã hội - Mối liên hệ cho - nhận - Mang lại hiệu có khả thực thi - Ða dạng hóa - Phân cấp chun mơn hóa - Gắn hiệu với tương lai - Thử - sai - sửa Cơ sở triết học quản lý mơi trường dựa tính thống vật chất giới tự nhiên, người xã hội thành hệ thống rộng lớn Ðể bảo vệ mơi trường sống cần giữ gìn hài hòa quan hệ người - tự nhiên người - xã hội cách đưa thêm vào sản xuất vật chất người chức tái sản xuất tài nguyên thiên nhiên Cơ sở khoa học, kỹ thuật, công nghệ quản lý môi trường việc thực tổng hợp biện pháp khoa học, kỹ thuật, kinh tế, luật pháp xã hội nhằm bảo vệ môi trường sống phát triển kinh tế - xã hội cách bền vững Các công cụ kỹ thuật gồm đánh giá mơi trường, xử lý chất thải, tái chế Trong kinh tế thị trường, hoạt động phát triển sản xuất cải vật chất diễn sức ép trao đổi hàng hóa theo giá trị Vì vậy, sử dụng phương pháp công cụ kinh tế để đánh giá định hướng hoạt động phát triển sản xuất có lợi cho cơng tác bảo vệ mơi trường Các cơng cụ kinh tế loại thuế, phí mơi trường, quy chế đóng góp bồi hồn, hệ thống tiêu chuẩn ISO… Hoạt động xã hội đa dạng phức tạp, nên sở luật pháp quản lý môi trường văn luật quốc tế quốc gia môi trường I.4.2 Quản lý tài nguyên nước Yêu cầu quản lý Khi lập kế hoạch khai thác, đánh giá môi trường nước cho vùng lưu vực cần phải đánh giá đầy đủ ba loại đặc trưng tài nguyên nước: Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 39 Chương I Tài nguyên nước - Số lượng nước: biểu thị độ phong phú tài nguyên nước vùng lãnh thổ - Chất lượng nước: hàm lượng chất hịa tan khơng hịa tan nước (có lợi gây hại theo tiêu chuẩn đối tượng sử dụng nước) - Động thái nước: đánh giá thay đổi đặc trưng dòng chảy theo thời gian Sự trao đổi nước khu vực chứa nước, vận chuyển quy luật chuyển động nước sông, chuyển động nước ngầm, q trình trao đổi chất hịa tan, truyền mặn… Kiểm tra, giám sát chất lượng nguồn nước, việc khai thác hợp lý tài nguyên nước, phòng chống khắc phục tình trạng nhiễm mơi trường nước Giáo dục cộng đồng Cần giáo dục cho người dân biết nhân loại đứng trước nguy khủng hoảng môi trường ngày trầm trọng Ðây hậu tất yếu khủng hoảng dân số, lương thực, lượng, tài nguyên sinh thái Trong bùng nổ dân số đóng vai trị chủ chốt Một người dân biết rõ mối nguy đe dọa đến môi trường, họ chung tay giải vấn đề Giáo dục ý thức tự giác giữ gìn vệ sinh mơi trường, cải thiện điều kiện vệ sinh hộ gia đình nơi cơng cộng Ðồng thời phổ biến điều luật bảo vệ môi trường để người dân nắm vững chấp hành Tăng cường khả tự làm nguồn nước Tự làm nguồn nước phục hồi trạng thái nước ban đầu nhờ trình thủy động học, lý học, hóa học, sinh hóa… diễn nguồn nước, Bản chất tự làm nguồn nước xáo trộn pha loãng nước thải với nguồn nước, phân hủy chuyển hóa chất bẩn nguồn nước Khả tự làm nguồn nước phụ thuộc nhiều yếu tố loại nước thải, chế độ thủy động học nguồn nước, đặc điểm khí hậu I.4.3.Các sách liên quan đến tài nguyên nước Việt Nam Có thể nói Việt Nam vấn đề quản lý tài nguyên nước bền vững bắt đầu đề cập đến vào thập kỷ 80 Và cuối kỷ 20 phủ có nhiều mối quan tâm vấn đề thông qua luật định, sách… có liên quan đến bảo vệ tài nguyên nước a) Các sách chiến lược cấp quốc gia Trong thập niên gần đây, việc quản lý tài nguyên nước Việt Nam cải thiện đáng kể mặt pháp lý, cấu trúc thể chế chế, góp phần vào phát triển kinh tế xã hội đất nước Luật Tài nguyên nước Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa X, kỳ họp thứ thông qua ngày 20 tháng năm 1998 Luật Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 40 ... biển lục địa cịn có q trình trao đổi nước Giả định dịng khơng khí thổi từ biển vào lục địa chứa lượng nước A1, dịng khơng khí thổi từ lục địa biển chứa Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 26 Chương... 1993) Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 29 Chương I Tài nguyên nước Bảng 1.5 Ước tính lượng nước phân bố Trái đất Nguồn nước Đại dương, biển vịnh Thể tích nước (km3) % nước % tổng lượng nước. .. phí cho việc sử dụng nước phải gia tăng, kèm theo nhu cầu kiểm sốt nguồn nước Khi mà chi phí cho việc Giáo trình TÀI NGUYÊN NƯỚC LỤC ĐỊA 22 Chương I Tài nguyên nước sử dụng nước trở nên đắt hơn,