ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu vực sông cả

Theo các Nghị định này thì "Dòng chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông ho ặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh

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 của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc

sỹ kỹ thuật chuyên ngành Thủy văn với đề tài: “Ứng dụng mô hình toán nghiên

c ứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu vực sông Cả”

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 chế, 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 thầy, 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 trân trọng cảm 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 tháng 08 năm 2013

Tác giả

Ng ô Thu Hằng

BẢN CAM KẾT

Tên tác giả: Ngô Thu Hằng

Học viên cao học CH19V

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

Tên đề tài Luận văn: “Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu vực sông Cả”

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 bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó

Tác giả

Ngô Thu Hằng

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

V BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU 4

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.2 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 4

1.2.1 Dòng chảy môi trường (DCMT) 4

1.2.2 Dòng chảy tối thiểu (DCTT) 4

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 5

1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới 5

1.3.2 Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam 11

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY MÔI TRƯỜNG NỀN 15

1.4.1 Phương pháp thủy văn (Hydrological methods) 15

1.4.2 Phương pháp thủy lực (Hydraulic rating methods) 17

1.4.3 Phương pháp mô phỏng môi trường sống (Habitat simulation of microhabitat modelling methods) 19

1.4.4 Phương pháp tổng thể 22

1.4.5 Phương pháp chuyên gia 24

1.4.6 Phương pháp kết hợp 25

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

LƯU VỰC SÔNG CẢ 26

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 26

2.1.1 Vị trí địa lý 26

2.1.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Cả 27

2.1.4 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng lưu vực sông Cả 30

2.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN 31

2.2.1 Mạng lưới các trạm khí tượng, thủy văn 31

2.2.2 Chế độ khí hậu, khí tượng lưu vực sông Cả 35

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

2.3 ĐẶC ĐIỂM DÂN SINH KINH TẾ 50

2.3.1 Dân số 50

2.3.2 Phát triển kinh tế 50

2.3.3 Mục tiêu phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010 và 2020: 52

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 53

3.1 PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ 53

3.1.1 Hiện trạng khai thác sử dụng nước cho nông nghiệp 53

3.1.2 Hiện trạng, khai thác sử dụng nước cho sinh hoạt 63

3.1.3 Hiện trạng khai thác sử dụng nước cho công nghiệp 64

3.1.4 Hiện trạng giao thông thủy 66

3.2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY MÙA CẠN TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 66

3.2.1 Phân tích lựa chọn công cụ mô hình mô phỏng 66

3.2.2 Giới thiệu khái quát bộ mô hình MIKE – NAM, MIKE 11 68

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

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ 87

KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC 87

TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ 87

4.1 HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 87

4.2 XÁC ĐỊNH ĐIỂM KIỂM SOÁT VÀ TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC TRÊN VÙNG NGHIÊN CỨU 90

4.2.1 Đề xuất điểm kiểm soát 90

4.2.2 Tính toán nhu cầu nước trên các khu tưới 91

4.3 XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TẠI CÁC ĐIỂM KIỂM SOÁT 103

4.3.1 Lượng nước khai thác cho nông nghiệp vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng chảy tối thiểu 104

4.3.2 Lượng nước khai thác cho sinh hoạt vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng chảy tối thiểu 108

4.3.3 Lượng nước khai thác cho công nghiệp vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng chảy tối thiểu 108

4.3.4 Xác định dòng chảy môi trường sinh thái cho vùng hạ du các điểm kiểm soát dòng chảy tối thiểu 108

4.3.5 Xác định dòng chảy tối thiểu tại các điểm kiểm soát 110

4.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ 116

4.4.1 Xây dựng kịch bản 116

4.4.2 Đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu dung nước tối thiểu trên dòng chính sông Cả 117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

DANH M ỤC HÌNH

Hình 2 1 Bản đồ lưu vực sông Cả [luận án TS Hoàng Thanh Tùng] 27

Hình 2 2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Cả 27

Hình 2 3 Bản đồ mạng lưới các trạm khí tượng lưu vực sông Cả 32

Hình 2 4 Bản đồ mạng lưới các trạm thủy văn lưu vực sông Cả 34

Hình 2 5 Biểu đồ độ ẩm trung bình năm tại một số trạm đo lưu vực sông Cả 38

Hình 2 6 Bản đồ mô duyn dòng chảy trung bình năm lưu vực sông Cả 47

Hình 3 1 Vị trí đập Đô Lương 54

Hình 3 2 Sơ đồ thẳng trục kênh chính hệ thống thủy lợi Đô Lương 54

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

Hình 3 4 Một số trạm bơm từ đập Đô Lương đến huyện Thanh Chương 59

Hình 3 5 Cống Nam Đàn cũ 60

Hình 3 6 Sơ đồ hệ thống cống Nam Đàn- Bến Thủy- Nghi Quang 61

Hình 3 7 Một số trạm bơm vùng hạ lưu sông Cả 62

Hình 3 8 Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM 69

Hình 3 9 Đa giác Thiessen lưu vực thượng lưu Thác Muối 72

Hình 3 10 Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo – tính toán 73

Hình 3 11 Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo – tính toán 74

Hình 3 12 Mạng lưới tính toán trong MIKE 11 76

Hình 3 13 Giao diện thiết lập biên thủy lực trong MIKE 11 77

Hình 3 14 Đường quá trình lưu lượng và mực nước biên tính toán trong 77

Hình 3 15 Đường quá trình lưu lượng gia nhập khu giữa tính toán bằng NAM 78

Hình 3 16 Nhu cầu sử dụng nước tại các vị trí trên lưu vực sông Cả 79

Hình 3 17 Mô phỏng vận hành đập Đô Lương theo mực nước 80

Hình 3 18 Mô phỏng cống Nam Đàn theo thời gian lấy nước 81

Hình 3 19 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo lưu lượng 82

Hình 3 20 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước 83

Hình 3 21 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước 83

Hình 3 22 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước 84

Hình 3 23 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước 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 85

Hình 3 26 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước 85

Hình 4 1 Biến thiên của M0 tại Dừa theo thời gian 88

Hình 4 2 Biến thiên của M0 tại Hòa Duyệt theo thời gian 89

Hình 4 3 Biến thiên của M0 tại Sơn Diệm theo thời gian 89

Hình 4 4 Đường quá trình nhu cầu nước tính toán và lưu lượng thiết kế 102

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

Hình 4 8 Đường tần suất dòng chảy trung bình mùa kiệt (XII-VI) trạm Dừa 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 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 cống Nam Đàn 118

Hình 4 11 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 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 cống Nam Đàn 120

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phần trăm dòng chảy bình quân năm (AAF- Percentage of Average

Annual Flow) được yêu cầu để đạt các mục tiêu khai thác khác nhau 16

Bảng 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 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 bằng ống Piche) 39

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

Bảng 2.6 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả 45

Bảng 2.7 Đặc trưng dòng chảy năm trên lưu vực sông Cả 46

Bảng 3 1 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 đập dâng Đô Lương 57

Bảng 3 3 Thống kê các trạm bơm vùng hạ lưu sông Cả 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

Bảng 4 1 Chuẩn dòng chảy năm của một số trạm trên dòng chính lưu vực 87

Bảng 4 2 Diện tích trồng lúa vụ đông xuân trên lưu vực sông Cả 91

Bảng 4 3 Hệ số tương ứng với các thời kỳ sinh trựởng của cây lúa 92

Bảng 4 4Nhu cầu nước của lúa trong vụ Đông Xuân vùng Bắc Nghệ An 93

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

Bảng 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 8 Lượng nước tưới lúa trên các khu tưới trong các tháng mùa kiệt thời kỳ 10 ngày trên khu vực Bắc Nghệ An 96

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 97

Bảng 4 10 Nhu cầu dùng nước sinh hoạt tại vùng nghiên cứu hàng tháng 98

Bảng 4 11 Số gia súc, gia cầm có trên vùng nghiên cứu tính đến năm 2010 99

Bảng 4 12 Tiêu chuẩn cấp nước cho chăn nuôi (l/ngày đêm) 99

Bảng 4 13 Nhu cầu nước cho chăn nuôi (m3/s) 99

Bảng 4 14Nhu cầu nước cho công nghiệp (m3/s) 100

Bảng 4 15 Tổng hợp nhu cầu nước vùng Bắc Nghệ An (m3/s) 100

Bảng 4 16 Tổng hợp nhu cầu nước vùng Nam Nghệ An (m3/s) 101

Bảng 4 17 Lượng nước mặt khai thác bởi các trạm bơm ở vùng hạ du 104

Bảng 4 18 Lượng nước mặt khai thác cho nông nghiệp ở vùng hạ du 105

Bảng 4 19 Lượng nước mặt bơm khai thác ở vùng hạ du cống Nam Đàn 106

Bảng 4 20 Lượng nước mặt khai thác cho nông nghiệp ở vùng hạ du cống Nam Đàn 107

Bảng 4 21 Dòng chảy tối thiểu tại tuyến đập Đô Lương theo phương án 110

Bảng 4 22 Dòng chảy tối thiểu tại tuyến đập Đô Lương theo phương án 112

Bảng 4 23 Dòng chảy tối thiểu tại cống Nam Đàn theo phương án 113

Bảng 4 24 Dòng chảy tối thiểu tại cống Nam Đàn theo phương án 115

Bảng 4 25 Kết quả tính toán tần suất lý luận và chọn năm điển hình 116

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Dưới tác động của biến đổi 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 chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông ho ặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và b ảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước

c ủa các đối tượng sử dụng nước theo thứ tự ưu tiên đã được xác định trong quy

ho ạch 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 để 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

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

II 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

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- V ề không gian nghiên cứu: Tài nguyên nước mặt trên dòng chính sông Cả

đi qua địa phận tỉnh Nghệ An, Việt Nam

- V ề 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

Để 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:

 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Điều tra khảo sát thực địa để có

tầm nhìn tổng thể về lưu vực nghiên cứu nhằm 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

mô phỏng, tính toán

 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này 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 nguồn nước trên lưu vực

V BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần 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 tối 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 cầu sử dụng nước trên dòng chính sông Cả

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Khái niệm về dòng chảy tối thiểu cũng mới chỉ được đưa ra ở Việt Nam và được nêu rõ trong Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/12/2008 của Chính phủ

về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa

thủy điện, thủy lợi và Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính

phủ về việc quản lý lưu vực sông Tuy nhiên, các nghiên cứu để đưa ra phương pháp luận xác định giá trị dòng chảy tối thiểu này mới đang ở bước ban đầu và còn nhiều hạn chế Trong khi đó, những nghiên cứu về phương pháp luận xác định dòng

chảy môi trường lại được nghiên cứu khá nhiều ở trên Thế giới và ở cả Việt Nam

1.2 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

1.2.1 Dòng ch ảy 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 ch ảy môi trường là chế độ dòng chảy cần duy trì trong sông, trong đầm phá hay trong các khu vực cửa sông ven biển nhằm duy trì các hệ sinh thái nước và các giá trị của hệ sinh thái nhất là khi nguồn nước của dòng sông chịu ảnh hưởng của các hoạt động điều tiết và có sự cạnh tranh trong sử dụng nước”

Hệ thống sông ngòi cần đủ nước để duy trì dòng chảy và được quản lý để đảm bảo lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường cho hạ lưu, đảm bảo duy trì một hệ sinh thái cân bằng và khoẻ mạnh Điều đó cũng có nghĩa là đảm bảo cho dòng sông

khỏe mạnh cả về lượng và chất theo thoả thuận giữa những người dùng nước trong lưu vực Chế độ dòng chảy của một dòng sông như vậy được coi là chế độ dòng

chảy môi trường

1.2.2 Dòng ch ảy 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 hồ chứa

thủy điện, thủy lợi và Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính

phủ về việc quản lý lưu vực sông Theo các Nghị định này thì "Dòng chảy tối thiểu

là dòng ch ảy 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 ho ạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước theo th ứ tự ưu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông”

1.3 T ỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.3.1 T ổng 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) Nghiên cứu của 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 tố Những điểm chính của phương pháp luận đánh giá dòng chảy môi trường có thể chia thành 4 nhóm chính: đánh giá thuỷ văn, thuỷ lực, đánh giá/mô phỏng môi trường sống, và tổng hợp (Loar et al., 1986; Gordon et al., 1992; Swales and Harris, 1995; Tharme, 1996; Jowett, 1997; Dunbar et al., 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

giới, bao gồm Đông Âu, Châu Mỹ La tinh, Châu Phi và châu Á, có rất ít các sách được xuất bản về lĩnh vực này Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nghiên

cứu về dòng chảy môi trường đã bắt đầu được chú ý đến ở châu Á nói chung và

Việt Nam nói riêng Một số tổ chức Quốc tế đã đầu tư vào việc nâng cao nhận thức

và đánh giá dòng chảy môi trường (như IUCN với các dự án được tiến hành ở Thụy Điển, SriLanka, Ấn Độ, Việt Nam, v.v)

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

1.3.1.1 Nh ững nghiên cứu ở Mỹ

Từ năm 1940, một cuộc cách mạng về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường được tiến hành ở miền Tây nước Mỹ với bước nhảy vọt vào những năm

1970 Đây là hệ quả của thể chế về môi trường và tài nguyên nước cũng như nhu

cầu của các cộng đồng trong việc cần các tài liệu về dòng chảy môi trường phục vụ cho việc kế hoạch hóa tài nguyên nước, có liên quan đến việc xây dựng các đập nước (Stalnaker, 1982; Trihey and Stalnaker, 1985; WCD, 2000)

Các phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường áp dụng ở Mỹ bao gồm các nhóm phương pháp sau: các phương pháp thủy văn, thủy lực, mô phỏng môi trường

sống và tiếp cận tổng thể Phổ biến và điển hình cho các nhóm phương pháp đó có khoảng 17 phương pháp: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (IFIM – Instream Flow Incremental Methdology); phương pháp Tennant với các hiệu chỉnh khác nhau theo khu vực tính cho từng cơ chế thủy văn và những biến đổi xa hơn, ví dụ biến đổi Bayha và biến đổi Tessman; phương pháp 7Q10; phương pháp chuyên gia; phương pháp thủy văn dựa vào chế độ dòng FDCA; phương pháp chất lượng nước; Trong các phương pháp này, phương pháp IFIM và phương pháp Tennal là được sử dụng rộng rãi nhất

1.3.1.2 Nh ững nghiên cứu ở Australia

Những nghiên cứu về dòng chảy môi trường được thực hiện khá nhiều ở Australia, tuy nhiên tùy thuộc vào từng bang sẽ có những lựa chọn khác nhau về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường (Growns & Kotlash 1994; Tharme

1996; Stewardson & Gippel 1997; Dunbar et al.1998; Arthington 1998; and Arthington & Zalucki 1998)

Một loạt các phương pháp đang được sử dụng ở Australia như: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (IFIM – Instream Flow Incremental Methodology); Chương trình mô phỏng động lực sông và môi trường sống (RHYHABSIM –River Hydraulic and Habitat Simulation Program); Tiếp cận tổng thể; Phương pháp Tennanl; FDCA (Flow Duration Curve Analysis) và một loạt các chỉ số thủy văn khác; phân tích môi trường sống và lập kế hoạch quản lý và phan phối nước (WAMP – Water Allocation and Management Planning); BBM,…

Phương pháp tiếp cận tổng hợp (Arthington et al 1992; Davies et al 1996; Arthington 1998; Petit et al 2001) được xây dựng để đánh giá yêu cầu dòng chảy

của toàn bộ hệ sinh thái sông với những khái niệm cơ bản như của phương pháp BBM, Benchmarking và phương pháp bảo tồn dòng chảy (Flow Restoration methodology) Các tiếp cận dựa trên khái niệm và lý thuyết về sự xây dựng cơ chế dòng chảy môi trường cho toàn bộ hệ sinh thái ven sông từ đầu nguồn đến đồng

bằng, gồm nước ngầm và cửa sông hoặc nước ven biển; mô tả cấu trúc hệ sinh thái

của cơ chế dòng chảy bị biến đổi theo từng tháng (hoặc quy mô thời gian ngắn hơn),

từng thành phần dòng chảy và dựa vào số liệu khoa học có giá trị nhất để đạt được

những mục tiêu được định trước cho dòng sông trong tương lai; trình bày chủ yếu khung khái niệm linh hoạt, trong đó các thành phần được điều chỉnh theo các cách

tiếp cận tổng thể khác nhau và cho các nghiên cứu độc lập

1.3.1.3 Nh ững nghiên cứu ở Nam Phi

Nam phi là một trong những nước đầu tiên ở Châu Phi thực hiện những nghiên cứu về đánh giá dòng chảy môi trường Giai đoạn phát triển mạnh của các nghiên cứu này là vào thập kỷ trước (King & O’Keeffe 1989; Gore & King 1989; O’Keeffe & Davies 1991; Gore et al 1991; King & Tharme 1994; King et al 1995) Trong một vài năm gần đây, các nghiên cứu tập trung vào phát triển phương pháp BBM (Building Block Methodology-phương pháp phân tích chức năng) và DRIFT (Downstream response to imposed flow tranformation-sự phản ứng của hạ lưu đối

với sự thay đổi dòng chảy bắt buộc) cũng như các cách tiếp cận phát sinh khác để xác định sự bảo tồn đa dạng sinh học Các phương pháp này được xem là phù hợp

nhất với điều kiện của Nam Phi, nơi có những giới hạn về nguồn số liệu thủy văn, sinh thái và địa mạo của hệ thống sông; nguồn tài chính cũng như nhân lực hạn chế;

áp lực về thời gian do những dự án khai thác tài nguyên nước trong tương lai

Therm (1996, 1997) đã đề nghị một cách tiếp cận đa quy mô cho đánh giá dòng chảy môi trường ở Nam Phi, gồm 3 bậc với ý kiến chuyên gia được sử dụng ở

tất cả các bậc Mặc dù, tất cả các bậc nên được áp dụng ở các ngưỡng khác nhau trong chiến lược phát triển tài nguyên nước chính nhưng rất có thể bậc 3 sẽ chỉ áp

dụng cho trường hợp dự án gây nhiều tranh cãi hoặc nơi có hệ sinh thái ven sông

cần được bảo tồn

Phương pháp tổng thể sẽ là phù hợp nhất cho ứng dụng tại bậc trung gian, tại

bậc này phần lớn các đánh giá thô về dòng chảy môi trường được thực hiện.Therm (1997) đã đề nghị phương pháp BBM là phương pháp hiệu quả nhất Với những con sông ưu tiên cho bảo tồn sinh học, phương pháp mô phỏng môi trường sống kết hợp

với phương pháp tổng thể như BBM hay DRIFT

Đối với con sông có nguồn nước dồi dào chưa bị khai thác và chưa có kế

hoạch cụ thể cho việc khai thác thì phương pháp đơn giản nhất, phương pháp Phân tích bàn giấy (Desktop Estimate), có thể đáp ứng được 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 thể phù hợp Những con sông quan trọng và nhạy cảm, một phương pháp xác định toàn

diện sử dụng BBM hay phuơng pháp tương tự khác có thể được sử dụng

1.3.1.4 Nh ững nghiên cứu ở Mêxico

Ở Mexico, Cơ quan bảo tồn tự nhiên đã đề xuất việc xây dựng quan hệ sinh thái và sự biến 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

- Thành 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 dữ 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 đổi dòng chảy;

- Tính toán sự thay đổi 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 lấy ý kiến về mức dòng chảy duy trì hệ sinh thái thủy sinh;

1.3.1.5 Nh ững 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 này được sử dụng

rộng rãi trên thế giới với nhiều loại mô hình hỗ trợ tính toán như mô hình Rhabsim

của Mỹ, Rhyahabsim của New Zealand, River-2D của Canada và SIMUL

CAUDAL-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 cấu 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 cầu sinh thái Có hai giá trị dòng chảy cần phải được xem xét trong quá trình tính đó là:

- 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 Nh ững 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 GWP, 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 Ấn Độ: đầu những năm 70, một đạo luật về kiểm soát ô nhiễm đã được thông qua và gần đây là Kế hoạch bảo tồn 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.Nguồn nước trong sông suy giảm, hệ sinh thái ven sông

bị mất tính đa dạng.Cuộc sống của hàng triệu người dân ven sông bị ảnh hưởng nghiêm trọng.Tuy nhiên, bất chấp mọi cố gắng, 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 thiếu những nghiên cứu về mối 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 10m3

/s ở sông Yamuna Sau đó, dòng chảy môi trường đã được thảo luận tại nhiều cuộc hội thảo 5/2001, Chính phủ Ấn Độ đã thông qua Quyền đánh giá chất lượng nước (WQAA) trong đó có đề cập đến “dòng chảy tối thiểu trong các sông để

bảo tồn hệ sinh thái”

Tại Bangladesh: Trường Đại học Kỹ thuật và Công nghệ Bangladesh kết hợp

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 và 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 và đề nghị phuơng pháp tốt nhất trong điều kiện

của Bangladesh

1.3.2 T ổng 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 rằng,

những yếu tố 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 vấn đề môi trường có liên quan đến hệ sinh thái nói chung

chứ không đơn thuần chỉ bảo vệ một số loài sinh vật cụ thể;

- 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

phồn 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

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 tiến hành ở Việt Nam trong thời gian qua được trình bày ở dưới đây

1.3.2.1 Nghiên c ứu 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 1 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 c ứu của Viện Khoa học thủy lợi Miền Nam

Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam đã tiến hành đề tài: “Xây dựng phương pháp lu ận nghiên cứu dòng chảy môi trường sông Mê Công phục vụ lập quy hoạch duy trì dòng ch ảy 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

thể

1.3.2.3 Nghiên c ứu của Trường đại 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 chi 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 ch ảy môi trường, ứng dụng cho lưu vực sông Ba và sông Trà Khúc" 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 c ứu của IUCN và Viện quản lý nguồn nước quốc tế (IWMI) đối

v ới 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 giá dòng chảy 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 đuợc 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 đổi đáng kể 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 về các tác động sinh thái và xã hội do chế độ dòng chảy bị

biến đổi gây ra

- Các quy hoạch cụ thể và chi 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

- 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 c ứu của Viện Khoa học Khí tượng Thủy 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 trường” 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 môi 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 môi trường nêu trên thì hiện tại Trung tâm Thẩm định - Tư vấn tài nguyên nước thuộc Cục Quản lý tài

nguyên nước đang thực hiện Dự án “Xác định dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu 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 ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY MÔI TRƯỜNG NỀN

Từ những nghiên cứu trên Thế giới và Việt Nam có thể tổng quát các phương pháp xác định dòng chảy môi 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 về 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 Các 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 số mà phương pháp này sử dụng

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

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 dã, 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 Q0 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

Dòng chảy lớn nhất hay xói mạnh 200 200

Trung bình hay đang bị suy giảm 10 30

Ví dụ, nếu trị số dòng chảy bình quân năm (AAF) trong sông là 100 m3/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 40m3/s Phương pháp có thể áp dụng với nhiều

loại sông và kích thước sông khác nhau Khi mối quan hệ ban đầu giữa điều 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 hồi 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 quần 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 đổi giữa các vùng và vì thế 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 chắn 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

thoả mãn một hay nhiều mục tiêu thuỷ lực, Phương pháp Wetted Perimeter và 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 rằng 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 1 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 bị 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 đổi 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 lấy làm giá trị dòng chảy môi trường cần duy trì trong sông

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

cứu đã chỉ ra các vấn đề trong việc cố gắng xác định các gia trị lưu lượng ngưỡng

mà dưới các giá trị này, chu vi ướt giảm rất nhanh Do hạn chế này, 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 cấu 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 đề 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 sống và chất lượng nước Các chỉ 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

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 đổi 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 tố 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

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 nhằm vào loài cụ thể, và chỉ

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

để 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 đổi 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 đổi dòng chảy dự báo trong quá khứ hay tương lai do sự lấy nước hay xây dựng đập Phương pháp này được xây dựng từ kết

quả phân tích trạng thái chảy ổn 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 sống 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, kể 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 tiến 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 sổ tay hướng

dẫn rõ ràng để xác định chu trình từng bước một Điều này cho phép việc phát triển

kết quả nghiên cứu của các cá nhân hay nhóm nghiên cứu khác nhau

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 chi tiết về mặt sinh thái nên cần có rất nhiều số liệu khảo sát và quan trắc 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 đổi

1.4.4 Phương pháp tổng thể

Trong suốt thập kỷ qua, các nhà sinh thái học về sông đã đưa ra ngày càng nhiều cách tiếp cận tổng thể hơn để xác định DCMT, duy trì và bảo tồn 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 đề 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 tố khác đang cân bằng, quần 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 tổng 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 về “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 ngầm, các vùng đồng bằng lũ

và các khu nhận nước hạ lưu (như các hồ cuối hạ lưu hay các vùng đất ngập nước,

hệ sinh thái khu vực cửa sông và ven biển)

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

tổng thể bao gồm địa mạo, môi trường sống thủy lực, chất 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 phần này

có thể được đánh giá bằng nhiều kỹ thuật phân tích chuyên ngành và sau đó lồng ghép các nhu cầu dòng chảy vào các đề 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 tổng 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 đề 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 vấn đề khoa học Khi nào các phương pháp mang tính chất tổng

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 vấn đề của sông để đưa 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 lấy 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

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 tổng thể được mô tả ở trên đang được xây dựng trong suốt 10 năm qua (theo Tharme, 2003)

Có hai cách tiếp cận theo phương pháp này là tiếp cận từ dưới lên (xây dựng

một chế độ dòng chảy biến đổi 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 đổi đáng kể hoặc bị suy thoái nghiêm trọng?”) Phương pháp tiếp cận “dưới lên” thường bắt đầu xây

dựng với chế độ dòng chảy bằng cách thêm các thành phần của dòng chảy mong

muốn vào dòng chảy bằng 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 đổi 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) và phương pháp phục hồi dòng chảy FSRM (Flow Stress Respond Method) ,… Các phương pháp tiếp cận từ trên xuống gồm có phương pháp Benchmarking và phương pháp 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 thể

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

Yêu cầu 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 chuyên 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 nhằm 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 chuyên gia,

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

LƯU VỰC SÔNG CẢ 2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN

2.1.1 V ị trí địa lý

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 nằm ở vị trí từ 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 Biển Đông Sông Cả là con Sông liên quốc gia có diện tích lưu

vực là: 27.200 km2

Trên lãnh thổ Việt Nam sông Cả nằm trên địa phận 3 tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và Thanh Hoá với diện tích là 17.730km2 chiếm 65,2% diện tích toàn lưu vực,phần diện tích còn lại 9.470 km2 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 361km sông chảy qua hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh rồi đổ ra biển Đông tại Cửa Hội

Hình 2 1B ản đồ lưu vực sông Cả [luận án TS Hoàng Thanh Tùng]

2.1.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Cả

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

Hình 2 2B ản đồ địa hình lưu vực sông Cả

2.1.2.1 Địa hình đồng bằng và đồng bằng ven biển

Đồng bằng sông Cả nằm dọc hai bên bờ sông tính từ phần 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 đấ t đã được khai th ác 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 bằng sông Cả theo dạng lòng máng trũng và sau đó sát với sườn đồi, điển hình của dạng địa hình này là vùng hữu Thanh Chương Cao độ đồng bằng ven sông

Cả biến đổi dần từ +10m ÷ +15m khu Đô Lương, +7m ÷ +8m vùng Thanh Chương

và +2.5m ÷ +1m vùng Nam Đàn , Hưng Nguyên Vùng đồng bằng hưởn g lợi từ nguồn nước sông Cả thực chất là đồng bằng của các lưu vực sông nhỏ như:

Đồng bằng Diễn -Yên-Quỳnh có dạng lòng chảo , phía đồi và phía biển 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 Nghi Lộc cao độ từ +2m ÷ +4.5m tương đối bằng phẳng, dốc về hai phía sông Cấm 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 đổ vào lòng trũng sông Nghèn Cao độ phổ biến ở +1.5m ÷ +2.0m Có nơi trũng ven sông Nghèn cao độ từ 0m ÷ +0.5m

Đồng bằng sông Cả thuộc loạ i nhỏ hẹp và nằm sát với dòng chính Toàn bộ đồng bằng 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, chống lũ để thâm canh Tổng diện tích mặt bằng vùng đồng bằng khoảng 350,000 ha chiếm 10% diện tích lưu vực sông Cả và khu hưởng lợi

2.1.2.2 Vùng đồi 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 đồi bát úp và đồi 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 nê n Ven các sông Hiếu, sông Dinh, sông Cả, sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố địa hình tương đối bằng phẳng 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 đ e dọa song lại thường xuyên thiếu nước cho cây trồng Tổng diện tích mặt bằng dạng địa hình này 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 bằng phẳng những thế dốc theo một chiều nên dễ sinh lũ quét, lũ sườn dốc

Tuy nhiên dạng địa hình đồi 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 núi 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 ( Quế Phong) men theo biên giới Việt Lào đến tậ n 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, Quế

Phong, Qùy Châu và một phần đất đai của Qùy Hợp , Nghĩa Đàn, Như Xuân, 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 đượ c 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 Giăng, sông Ngàn Sâu và 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 như Bản Lả , Huổi 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 rốn 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 trồng 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 Bắc -Đông Nam đây là một đứt gãy trượt bằng phải có yếu tố thuận, góc dốc mặt trượt 65º cắm về Đông Bắc có biên độ dịch chuyển ngang tới hơn 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 Bắc -Đông Nam góc dốc từ 80º đổ về Tây Nam sâu đến 32 m với cự ly dịch chuyển móng 1.5 km;