Nghiên cứu phương pháp xác định yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu trên sông chính, áp dụng thí điểm cho hạ du sông Srêpôk

- Trang i - LỜI CẢM ƠN Sau thời gian, dƣới hƣớng dẫn tận tình PGS.TS.Nguyễn Văn Thắng, đƣợc ủng hộ động viên gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, với nỗ lực thân, tác giả hoàn thành Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Khoa học môi trƣờng với đề tài: “Nghiên cứu phƣơng pháp xác định yêu cầu trì dịng chảy tối thiểu sơng chính, áp dụng thí điểm cho hạ du sơng Srêpơk” Trong q trình thực hiện, tác giả có hội học hỏi tích lũy thêm đƣợc nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc Tuy nhiên thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế, số liệu công tác xử lý số liệu với khối lƣợng lớn nên thiếu sót Luận văn khơng thể tránh khỏi Do đó, tác giả mong tiếp tục nhận đƣợc bảo giúp đỡ thầy cô giáo nhƣ ý kiến đóng góp bạn bè đồng nghiệp Qua tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Thắng tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ cho tác giả hồn thành Luận văn Đồng thời, tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Môi trƣờng truyền đạt kiến thức chuyên môn suốt trình học tập Tác giả xin trân trọng cảm ơn quan, đơn vị nhiệt tình giúp đỡ trình điều tra thu thập tài liệu cho Luận văn Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, quan, bạn bè đồng nghiệp động viên, khích lệ tác giả suốt trình học tập hoàn thành Luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 08 năm 2014 Tác giả Nguyễn Anh Tú Luận văn Thạc sỹ - Trang ii - LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Anh Tú Mã số học viên: 118604490015 Lớp: 19MT Khóa: 19 Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60-85-02 Tôi xin cam đoan luận văn đƣợc tơi thực dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Thắng với đề tài nghiên cứu luận văn “Nghiên cứu phƣơng pháp xác định u cầu trì dịng chảy tối thiểu sơng chính, áp dụng thí điểm cho hạ du sơng Srêpôk” Đây đề tài nghiên cứu mới, không giống với đề tài luận văn trƣớc đây, khơng có chép luận văn Nội dung luận văn đƣợc thể theo quy định, nguồn tài liệu, tƣ liệu nghiên cứu sử dụng luận văn đƣợc trích dẫn nguồn Nếu xảy vấn đề với nơi dung luận văn này, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm theo quy định./ Ngƣời viết cam đoan Nguyễn Anh Tú Luận văn Thạc sỹ - Trang iii - CHỮ VIẾT TẮT DCTT : Dòng chảy tối thiểu DCMT : Dịng chảy mơi trƣờng ĐKS : Điểm kiểm sốt NMTĐ : Nhà máy Thủy Điện QTVH : Qui trình vận hành TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam Luận văn Thạc sỹ - Trang iv - MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU III ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU V BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 KHÁI NIỆM VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚÌ 1.2.1 Những nghiên cứu Mỹ 1.2.2 Những nghiên cứu Úc 1.2.3 Những nghiên cứu Nam Phi 1.2.4 Những nghiên cứu Mêxico Tây Ban Nha 1.2.5 Những nghiên cứu khu vực Châu Á 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 11 1.3.1 Nghiên cứu Ủy hội sông Mê Công 11 1.3.2 Nghiên cứu IUCN Viện quản lý nguồn nƣớc quốc tế (IWMI) lƣu vực sông Hƣơng 12 1.3.3 Nghiên cứu Viện Khoa học thủy lợi Miền Nam 13 1.3.4 Nghiên cứu Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn Môi trƣờng 13 1.3.5 Nghiên cứu Trƣờng Đại học Thủy lợi 13 1.3.6 Nghiên cứu Cục Quản lý tài nguyên nƣớc 15 1.3.7 Nghiên cứu chuyên gia Quốc tế 15 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN XÁC ĐỊNH DỊNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN SƠNG 17 2.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊNG CHẢY MƠI TRƢỜNG VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 17 2.1.1 Các phƣơng pháp xác định dòng chảy môi trƣờng 17 2.1.2 Đánh giá khả áp dụng số phƣơng pháp Việt Nam 26 Luận văn Thạc sỹ - Trang v - 2.2 CÁC QUY ĐỊNH VÀ QUAN ĐIỂM CỦA LUẬN VĂN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU 31 2.2.1 Quy định dòng chảy tối thiểu 31 2.2.2 Quan điểm tiếp cận 32 2.3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT TIÊU CHÍ XÁC ĐỊNH ĐIỂM KIỂM SỐT DỊNG CHẢY TỐI THIỂU 33 2.3.1 Điểm kiểm sốt dịng chảy tối thiểu sơng 33 2.3.2 Cơ sở khoa học đề xuất tiêu chí lựa chọn điểm kiểm sốt dịng chảy tối thiểu 34 2.3.3 Khung trình tự xác định điểm kiểm sốt dịng chảy tối thiểu sơng 36 2.4 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN SƠNG 38 2.4.1 Các thành phần tạo nên dòng chảy tối thiểu 38 2.4.2 Phƣơng pháp xác định thành phần dịng chảy trì mơi trƣờng hệ sinh thái thủy sinh 39 2.4.3 Phƣơng pháp xác định thành phần dòng chảy đảm bảo nhu cầu nƣớc cho ngành khai thác sử dụng nƣớc dƣới hạ du 47 2.4.4 Các cho việc đề xuất chế độ dịng chảy tối thiểu sơng 50 2.4.5 Khung trình tự xác định dịng chảy tối thiểu sông 52 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG THÍ ĐIỂM TÍNH TỐN DỊNG CHẢY TỐI THIỂU CHO HẠ LƢU DỊNG CHÍNH SƠNG SRÊPƠK 53 3.1 TỔNG QUAN VỀ LƢU VỰC SÔNG SRÊPÔK 53 3.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 53 3.1.2 Mạng lƣới sông suối 57 3.1.3 Mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn 60 3.1.4 Đặc điểm khí hậu 64 3.1.5 Đặc điểm chế độ thủy văn 70 3.2 HIỆN TRẠNG VƢỜN QUỐC GIA, KHU VỰC BẢO TỒN THIÊN NHIÊN VÀ HỆ SINH THÁI DƢỚI NƢỚC 75 3.2.1 Các vƣờn quốc gia lƣu vực 75 3.2.2 Khu bảo tồn thiên nhiên 77 3.2.3 Các hệ sinh thái dƣới nƣớc ven bờ quan trọng 77 Luận văn Thạc sỹ - Trang vi - 3.3 HIỆN TRẠNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC MẶT 78 3.4 HIỆN TRẠNG CÁC CƠNG TRÌNH KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƢỚC TRÊN DỊNG CHÍNH SƠNG SRÊPƠK 79 3.4.1 Hiện trạng cơng trình cấp nƣớc tƣới cho nông nghiệp 79 3.4.2 Hiện trạng cơng trình thủy điện lƣu vực sơng Srêpôk 81 3.4.3 Hiện trạng nhu cầu sử dụng nƣớc cho công nghiệp 83 3.4.4 Hiện trạng nhu cầu sử dụng nƣớc cho ngành khác 84 3.5 NHẬN ĐỊNH CÁC HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƢỚC CHÍNH TÁC ĐỘNG ĐẾN CHẾ ĐỘ DỊNG CHẢY TRÊN SƠNG SRÊPƠK 85 3.6 PHẠM VI TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH DỊNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN SƠNG SRÊPƠK 87 3.7 LỰA CHỌN ĐIỂM KIỂM SOÁT DỊNG CHẢY TỐI THIỂU CHO HẠ LƢU DỊNG CHÍNH SƠNG SRÊPÔK 87 3.8 XÁC ĐỊNH U CẦU DUY TRÌ DỊNG CHẢY TỐI THIỂU CHO HẠ LƢU DỊNG CHÍNH SƠNG SRÊPƠK 91 3.8.1 Xác định chuỗi dòng chảy điểm kiểm soát nhập lƣu khu 91 3.8.2 Xác định thành phần dòng chảy đảm bảo cho trì mơi trƣờng hệ sinh thái thủy sinh 96 3.8.3 Xác định thành phần dòng chảy đảm bảo yêu cầu nƣớc cho ngành khai thác, sử dụng nƣớc dƣới hạ du 98 3.8.4 Tổng hợp, phân tích đề xuất chế độ dịng chảy tối thiểu dịng sơng Srêpơk 100 3.9 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM DUY TRÌ DỊNG CHẢY TỐI THIỂU CHO HẠ LƢU DỊNG CHÍNH SÔNG SRÊPÔK 102 3.9.1 Tăng cƣờng hợp tác quốc tế 102 3.9.2 Giải pháp quản lý, vận hành hệ thống liên hồ chứa 103 3.9.3 Giải pháp thể chế sách 103 3.9.4 Giải pháp tuyên truyền, giáo dục, nâng cao lực quản lý nhận thức cộng đồng 104 3.9.5 Giải pháp trồng, bảo vệ rừng đầu nguồn 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 PHỤ LỤC 110 Luận văn Thạc sỹ - Trang vii - DANH MỤC HÌNH Hình 1: Quan hệ chu vi mặt cắt ƣớt lƣu lƣợng nƣớc 28 Hình 2: Khung trình tự xác định ĐKS dịng chảy tối thiểu sơng 37 Hình 3: Sơ đồ minh họa tuyến sơng nghiên cứu .47 Hình 4: Khung trình tự xác định dịng chảy tối thiểu sơng 52 Hình 5: Vị trí lƣu vực sông Srêpôk 54 Hình 6: Bản đồ mạng lƣới sông suối lƣu vực sông Srêpôk 60 Hình 7: Bản đồ mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sơng Srêpơk .63 Hình 8: Vị trí Vƣờn Quốc gia lƣu vực sơng Srêpơk 76 Hình 9: Sơ đồ cơng trình khai thác, sử dụng nƣớc dịng vùng hạ du sơng Srêpơk .85 Hình 10: Sơ đồ vị trí điểm kiểm sốt DCTT thuộc phạm vi nghiên cứu 90 Hình 11: Sơ đồ mơ cấu trúc mơ hình NAM 92 Luận văn Thạc sỹ - Trang viii - DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Phần trăm dịng chảy bình qn năm (AAF- Percentage of Average Annual Flow) theo phƣơng pháp Tennant .19 Bảng 2: Mối liên hệ vai trị dịng chảy mơi trƣờng chức hệ sinh thái .41 Bảng 3: Diện tích lƣu vực sơng Srêpơk phân theo địa giới hành 53 Bảng 4: Nhóm đất lƣu vực sông Srêpôk 56 Bảng 5: Đặc trƣng hình thái lƣu vực sơng Srêpôk 59 Bảng 6: Danh sách trạm khí tƣợng, trạm đo mƣa lân cân lƣu vực sông Srêpôk 61 Bảng 7: Danh sách trạm thủy văn lƣu vực sông Srêpôk .62 Bảng 8: Nhiệt độ trung bình nhiều năm trạm khí tƣợng (Đơn vị: 0C) 65 Bảng 9: Lƣợng mƣa trung bình tháng nhiều năm trạm (Đơn vị: mm) 66 Bảng 10: Tỷ lệ lƣợng mƣa mùa mƣa, mùa khô so với lƣợng mƣa năm trạm68 Bảng 11: Độ ẩm trung bình tháng nhiều năm trạm (Đơn vị: %) 69 Bảng 12: Lƣợng bốc trung bình tháng nhiều năm trạm (Đơn vị: mm) 70 Bảng 13: Đặc trƣng dịng chảy trung bình nhiều năm trạm 71 Bảng 14: Đặc trƣng dòng chảy phân theo mùa 72 Bảng 15: Đặc trƣng dòng chảy kiệt tháng số trạm thủy văn .74 Bảng 16: Nhu cầu sử dụng nƣớc cho nơng nghiệp dịng sơng Srêpơk 80 Bảng 17: Thơng số kỹ thuật cơng trình thủy điện lớn dịng Srêpơk 83 Bảng 18: Các thơng số hiệu chỉnh mơ hình NAM .93 Bảng 19: Kết hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình mƣa - dịng chảy 95 Bảng 20: Lƣu lƣợng trung bình tháng nhỏ lƣu vực khu 96 Bảng 21: Lƣu lƣợng đảm bảo cho trì mơi trƣờng hệ sinh thái thủy sinh ĐKS (theo PP Tennant) 96 Bảng 22: Lƣu lƣợng đảm bảo cho trì mơi trƣờng hệ sinh thái thủy sinh ĐKS (theo PP sử dụng số tần suất P% dòng chảy tb tháng min) 97 Bảng 23: Đề xuất DCTT đảm bảo cho trì môi trƣờng hệ sinh thái thủy sinh ĐKS 98 Bảng 24: Nhu cầu nƣớc dƣới hạ du điểm kiểm soát (m3/s) 98 Bảng 25: Kết tính tốn DCTT ĐKS 100 Bảng 26: Đề xuất lƣu lƣợng tối thiểu ĐKS 102 Bảng 27: Mực nƣớc tối thiểu điểm kiểm soát (m) .102 Luận văn Thạc sỹ - Trang - MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nƣớc ta nƣớc có nguồn tài nguyên nƣớc đƣợc xếp vào loại trung bình giới tồn nhiều yếu tố không bền vững nhƣ: (i) tổng lƣợng nƣớc sản sinh lãnh thổ nƣớc ta chiếm khoảng 1/3 tổng lƣợng nƣớc có đƣợc khoảng 2/3 sản sinh ngồi lãnh thổ nên khó chủ động việc khai thác sử dụng; (ii) phân bố tài nguyên nƣớc mặt nƣớc dƣới đất không theo không gian lẫn thời gian; (iii) tài ngun nƣớc có nguy suy thối, cạn kiệt Một ngun nhân việc suy thối, cạn kiệt nguồn nƣớc việc khai thác, sử dụng nƣớc ngƣời phát triển nhanh nhƣng lại chƣa quan tâm mức đến nhu cầu nƣớc cho hệ sinh thái, cho mơi trƣờng Bên cạnh đó, việc khai thác sử dụng nƣớc ngƣời thể bất cập, thiếu hợp lý gây cân đối Việc cân đối khai thác sử dụng nƣớc nhƣ coi nhẹ bảo vệ môi trƣờng lƣu vực khiến cho nguồn nƣớc nhiều lƣu vực sông giới bị suy thối nghiêm trọng khơng đảm bảo dịng chảy phía hạ du, khơng loại trừ số sơng nƣớc ta Tình trạng dẫn đến hiểm hoạ nhƣ: cạn kiệt dòng chảy mùa cạn, dẫn đến tình trạng đứt dịng sơng vùng hạ du; gia tăng hiểm hoạ nƣớc gây nhƣ lũ lụt sa bồi thuỷ phá; bồi lấp cửa sông; suy giảm chất lƣợng nƣớc khiến cho nƣớc sơng khơng cịn sử dụng đƣợc; gia tăng xâm nhập mặn vùng cửa sông Những bất cập thể việc qui hoạch, thiết kế đập dâng, hồ chứa nƣớc thời gian dài không quan tâm đến quan tâm không đầy đủ đến dịng chảy tối thiểu phía hạ du đập gây mâu thuẫn việc khai thác sử dụng nƣớc thƣợng hạ lƣu Do phần lớn đập dâng, hồ chứa sử dụng hết lƣợng nƣớc nên tạo khúc sông “khô” dƣới đập khúc sông “chết” đoạn hạ lƣu đập nhà máy cơng trình thủy điện Hệ việc cân đối khai thác, sử dụng nƣớc nhƣ coi nhẹ bảo vệ mơi trƣờng lƣu vực gây suy thối nghiêm trọng khơng đảm bảo dịng Luận văn Thạc sỹ - Trang - chảy phía hạ du kéo theo làm suy giảm giá trị mơi trƣờng dịng sơng, ảnh hƣởng khơng nhỏ tới kinh tế xã hội Điều đặt u cầu phải tính tốn xác định dịng chảy tối thiểu cần trì dịng sơng đoạn sông đƣa vào áp dụng thực tế phục vụ cho quy hoạch quản lý khai thác sử dụng nƣớc lƣu vực sông cần thiết Lƣu vực sông Srêpôk số lƣu vực sông thuộc khu vực miền Trung Tây Nguyên có tiềm lớn phát triển thủy điện với cơng trình thủy điện lớn nhƣ Bn Tua Srah, Buôn Kuốp, Srêpôk 3, Srêpôk Việc phát triển cơng trình thủy điện tồn tác động tích cực tiêu cực đến chế độ dịng chảy dƣới hạ du Một số tác động tích cực hồ chứa thủy điện khả làm tăng dịng chảy trung bình mùa kiệt sông hạ lƣu Với đặc điểm bật việc sử dụng nƣớc hồ chứa thuỷ điện nƣớc đƣợc trữ hồ sử dụng dịng sơng, sau phát điện nƣớc lại đƣợc trả cho sông hồ thuỷ điện có dung tích chứa nƣớc khả điều tiết lớn nên nói chung hồ chứa thuỷ điện hoạt động có khả làm tăng dịng chảy trung bình mùa kiệt sơng hạ lƣu Thí dụ nhƣ hồ Thác Bà có dung tích hiệu dụng 2,16 tỷ m3 làm tăng lƣu lƣợng tháng mùa kiệt từ 150-200 m3/s; hồ Hồ Bình làm tăng dòng chảy tháng kiệt từ 400-600 m3/s cho sơng Hồng hạ lƣu; hệ thống cơng trình thuỷ điện bậc thang sông Sê San (Pleykrong, Yaly, Sê San 3, Sê San 3A, Sê San ) hoạt động làm tăng lƣợng dịng chảy trung bình tháng mùa cạn sau điểm nhập lƣu sông Sê San với sông Sa thầy từ 1,3 đến 1,4 lần Ngồi tác động có tính tích cực hồ chứa thuỷ điện làm tăng dòng chảy trung bình tháng trung bình mùa cạn nhƣ trên, hồ thuỷ điện cịn có tác động tiêu cực đáng kể biến đổi dòng chảy sông khu vực hạ lƣu chế độ vận hành điều tiết ngày đêm để phát điện hồ Hiện nay, hồ chứa thuỷ điện Việt Nam vận hành điều tiết ngày đêm theo chế độ phủ đỉnh biểu đồ phụ tải điện hệ thống điện quốc gia Vì cao điểm ban ngày hồ phát điện với công suất tối đa thấp điểm ban đêm phát điện với Luận văn Thạc sỹ - Trang 110 - PHỤ LỤC Luận văn Thạc sỹ PHỤ LỤC I KẾT QUẢ TÍNH TỐN DỊNG CHẢY THEO MƠ HÌNH NAM HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH Hình PL1.1: Kết hiệu chỉnh mơ hình trạm Giang Sơn (1979 – 1989) Hình PL1.2: Kết kiểm định mơ hình trạm Giang Sơn (1990 – 1998) Hình PL1.3: Kết hiệu chỉnh mơ hình trạm Đức Xun (1979 – 1989) Hình PL 1.4: Kết kiểm định mơ hình trạm Đức Xun (1990 – 1998) TÍNH TỐN MƠ PHỎNG Hình PL 1.5: Phân chia lưu vực khu [m^3/s] Discharge RunOff, KG1, 789.000 RunOff Time Series Discharge 550.0 500.0 450.0 400.0 350.0 300.0 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 27-9-1981 23-6-1984 20-3-1987 14-12-1989 9-9-1992 6-6-1995 2-3-1998 26-11-2000 23-8-2003 19-5-2006 Hình PL 1.6: Kết tính lưu lượng dịng chảy ngày ĐKS (Đrây Hlinh) (từ năm 1979-2008) [m^3/s] Discharge RunOff, KG2, 749.000 RunOff Time Series Discharge 150.0 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 27-9-1981 23-6-1984 20-3-1987 14-12-1989 9-9-1992 6-6-1995 2-3-1998 26-11-2000 23-8-2003 19-5-2006 Hình PL1.7: Kết tính lưu lượng dịng chảy ngày ĐKS (Srêpơk 3) (từ năm 1979-2008) PHỤ LỤC II ĐƯỜNG TẦN SUẤT LÝ LUẬN DỊNG CHẢY TRUNG BÌNH THÁNG NHỎ NHẤT VÀ QUAN HỆ Q ~ H TẠI CÁC ĐIỂM KIỂM SOÁT ĐKS1 ĐKS2 ĐKS ĐKS4 ĐKS5 PL II.6: QUAN HỆ Q ~ H TRUNG BÌNH THÁNG TẠI CÁC ĐKS ... ? ?Nghiên cứu phƣơng pháp xác định yêu cầu trì dịng chảy tối thiểu sơng chính, áp dụng thí điểm cho hạ du sông Srêpôk? ??, luận văn đƣa phƣơng pháp luận xác định dòng chảy tối thiểu sơng áp dụng thí. .. Văn Thắng với đề tài nghiên cứu luận văn ? ?Nghiên cứu phƣơng pháp xác định u cầu trì dịng chảy tối thiểu sơng chính, áp dụng thí điểm cho hạ du sông Srêpôk? ?? Đây đề tài nghiên cứu mới, không giống... quan nghiên cứu dòng chảy tối thiểu giới Việt Nam - Chƣơng 2: Nghiên cứu sở khoa học phƣơng pháp luận xác định dịng chảy tối thiểu sơng - Chƣơng 3: Áp dụng thí điểm tính tốn xác định dịng chảy tối