Luận văn làm rõ cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước vàtải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước, đề xuất được công cụ hỗ trợ trong công tác quản lý tài nguyên nước theo định hướng phát triển bền vững trên lưu vực sông Công của tỉnh Thái Nguyên.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
-
NGUYỄN VĂN HIỂU
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƯỚC
LƯU VỰC SÔNG CÔNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
HÀ NỘI - NĂM 2019
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
-
NGUYỄN VĂN HIỂU
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƯỚC
LƯU VỰC SÔNG CÔNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƯỜNG TRONG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
MÃ SỐ: CHUYÊN NGÀNH ĐÀO TẠO THÍ ĐIỂM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1 TS Võ Thanh Sơn
2 PGS.TS Phạm Văn Cự
HÀ NỘI - NĂM 2019
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận án tại cơ sở đào tạo Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội, Nghiên cứu sinh (NCS) xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc của mình tới hai thầy hướng dẫn, TS Võ Thanh Sơn và PGS.TS Phạm Văn Cự đã tận tình chỉ bảo và định hướng giúp NCS có được những kết quả nghiên cứu để hoàn thành luận án
NCS xin được bày tỏ lòng cảm ơn đến lãnh đạo cơ sở đào tạo là Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội đã quan tâm, tạo điều kiện để NCS hoàn tất các chương trình học tập cũng như các thủ tục trong quá trình thực hiện luận án NCS xin được bày tỏ lòng cảm ơn đến Trường Đại học Nông lâm, Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian cho NCS trong suốt thời gian làm luận án
NCS cũng xin gửi lời cảm ơn đến Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên đã cung cấp cho NCS các số liệu và thông tin phục vụ luận án
Trong quá trình thực hiện luận án, NCS xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ và có nhiều ý kiến đóng góp quý báu cho luận án Đặc biệt, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân suốt thời gian qua đã luôn quan tâm, hỗ trợ, tạo điều kiện tốt nhất để NCS có nhiều thời gian tập trung hoàn thành luận án
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Văn Hiểu
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các
số liệu và kết quả đề cập trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong công trình nghiên cứu của người khác
Tác giả luận án
Nguyễn Văn Hiểu
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii
DANH MỤC CÁC BẢNG x
DANH MỤC CÁC HÌNH xi
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 2
3 Câu hỏi nghiên cứu và luận điểm bảo vệ 2
3.1 Câu hỏi nghiên cứu 2
3.2 Luận điểm bảo vệ 3
4 Các đóng góp mới của luận án 3
5 Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án 3
5.1 Giá trị khoa học 3
5.2 Giá trị thực tiễn 4
6 Kết cấu của luận án 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6
1.1 Một số khái niệm có liên quan đến sử dụng đất và tài nguyên nước 6
1.1.1 Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến sử dụng đất 6
1.1.2 Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến tài nguyên nước 7
1.1.3 Các khái niệm về quản lý tài nguyên nước 9
1.1.3.1 Quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước 9
1.1.3.2 Quản lý tổng hợp tài nguyên nước 10
1.1.3.3 Quản lý tổng hợp lưu vực sông 11
1.2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 12
1.2.1 Các nghiên cứu về sử dụng đất và biến đổi sử dụng đất 12
1.2.1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài 12
Trang 61.2.1.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 16
1.2.2 Các nghiên cứu về sử dụng đất có liên quan đến nhu cầu nước 18
1.2.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài 18
1.2.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 24
1.2.3 Các nghiên cứu về sử dụng đất liên quan tới tải lượng môi trường nước 26
1.2.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới 26
1.2.3.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 29
1.2.4 Tổng quan về quản lý tổng hợp tài nguyên nước ở lưu vực sông và công cụ quản lý 32
1.2.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới 34
1.2.4.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 36
1.2.5 Một số công trình nghiên cứu đã thực hiện trên lưu vực sông Công 38
1.3 Kết luận chương 1 39
CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40
2.1 Địa điểm, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 40
2.1.1 Khái quát chung về địa điểm nghiên cứu 40
2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 44
2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 44
2.2 Nội dung nghiên cứu 45
2.3 Cách tiếp cận nghiên cứu 46
2.3.1 Tiếp cận phát triển bền vững 46
2.3.2 Tiếp cận hệ thống 46
2.3.3 Tiếp cận liên ngành 47
2.3.4 Khung nghiên cứu 47
2.4 Phương pháp nghiên cứu 49
2.4.1 Phương pháp thu thập dữ liệu 49
2.4.1.1.Kế thừa dữ liệu 49
2.4.1.2 Khảo sát thực địa 50
Trang 72.4.2 Phương pháp hệ thống thông tin địa lý (GIS) 51
2.4.2.1 Xác định ranh giới lưu vực sông Công 51
2.4.2.2 Phân tích không gian đánh giá biến đổi sử dụng đất 51
2.4.2.3 Trình bày bản đồ nhu cầu nước và tải lượng ô nhiễm 54
2.4.3 Phương pháp tính nhu cầu sử dụng nước 55
2.4.4 Phương pháp tính tải lượng ô nhiễm môi trường 57
2.4.5 Phương pháp thống kê 60
2.4.6 Phương pháp xây dựng hệ thống thông tin quản lý tài nguyên đất và nước của lưu vực sông Công 60
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 61
3.1 Đánh giá thực trạng biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công 62
3.1.1 Hiện trạng và phân loại hệ thống sử dụng đất 62
3.1.2 Thực trạng biến đổi sử dụng đất theo các nhóm 63
3.1.2.1 Thực trạng biến đổi sử dụng đất trồng lúa 66
3.1.2.2 Thực trạng biến đổi sử dụng đất trồng cây hàng năm khác 68
3.1.2.3 Thực trạng biến đổi sử dụng đất trồng cây lâu năm 70
3.1.2.4 Thực trạng biến đổi sử dụng đất ở 72
3.1.2.5 Thực trạng biến đổi sử dụng đất dịch vụ, công cộng 74
3.1.2.6 Thực trạng biến đổi sử dụng đất sản xuất công nghiệp 76
3.1.3 Đặc điểm và xu thế biến đổi các loại hình sử dụng đất 78
3.2 Đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Công 79
3.2.1 Mối quan hệ giữa loại hình sử dụng đất và nhu cầu sử dụng nước 79
3.2.2 Đánh giá nhu cầu sử dụng nước theo các loại hình sử dụng đất 80
3.2.2.1 Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng lúa 80
3.2.2.2 Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng cây hàng năm khác 82
3.2.2.3 Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng cây lâu năm 83
3.2.2.4 Nhu cầu sử dụng nước cho đất ở 85
3.2.2.5 Nhu cầu sử dụng nước cho đất dịch vụ, công cộng 88
Trang 83.2.2.6 Nhu cầu sử dụng nước cho đất sản xuất công nghiệp 90
3.2.3 Đặc điểm và xu thế thay đổi nhu cầu sử dụng nước 92
3.3 Đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến tải lượng ô nhiễm môi trường nước trên lưu vực sông Công 93
3.3.1 Loại hình sử dụng đất và tải lượng môi trường 93
3.3.2 Đánh giá tải lượng ô nhiễm trên các loại hình sử dụng đất 94
3.3.2.1 Tải lượng ô nhiễm trên đất trồng lúa 94
3.3.2.2.Tải lượng ô nhiễm trên đất trồng cây hàng năm khác 95
3.3.2.3 Tải lượng ô nhiễm trên đất trồng cây lâu năm 97
3.3.2.4 Tải lượng ô nhiễm trên đất ở 99
3.3.2.5 Tải lượng ô nhiễm trên đất dịch vụ, công cộng 101
3.3.2.6 Tải lượng ô nhiễm trên đất sản xuất công nghiệp 103
3.3.3 Đặc điểm và xu thế thay đổi tải lượng môi trường trên lưu vực 104
3.4 Đánh giá thực trạng quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Công 107
3.4.1 Thực trạng tài nguyên nước lưu vực sông Công 107
3.4.1.1 Thực trạng số lượng nước 107
3.4.1.2 Thực trạng môi trường nước 108
3.4.2 Các công cụ quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Công 109
3.4.2.1 Công cụ thể chế 110
3.4.2.2 Công cụ kinh tế 113
3.4.2.3 Công cụ kỹ thuật 113
3.4.3 Thách thức trong quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công 115
3.4.3.1 Phân bổ sử dụng nước 115
3.4.3.2 Đảm bảo chất lượng môi trường nước 116
3.4.3.3 Tổ chức thực hiện 116
3.5 Đề xuất công cụ quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước lưu vực sông Công 117 3.5.1 Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước 118
3.5.2 Hệ thống phần mềm quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước 120
Trang 9KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128
1 Kết luận 128
2 Kiến nghị 129
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 130
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO 131
PHỤ LỤC 152
Trang 10DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BĐSDĐ Biến đổi sử dụng đất
Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
Bộ TN&MT Bộ Tài Nguyên và Môi trường
CHXHCN Cộng hòa xã hội chủ nghĩa
Trang 11PNN Nhóm đất phi nông nghiệp
PTBV Phát triển bền vững
PTNT Phát triển nông thôn
QHSDĐ Quy hoạch sử dụng đất
QLTHLVS Quản lý tổng hợp lưu vực sông
QLTHTNN Quản lý tổng hợp tài nguyên nước
TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam
Trang 12DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Ma trận biến đổi các nhóm đất ở hai lớp sử dụng đất 53
Bảng 2.2 Định mức cấp nước sinh hoạt theo khu vực nông thôn và đô thị 56
Bảng 2.3 Hệ số phát thải từ đất sản xuất nông nghiệp 58
Bảng 2.4 Các chất và hệ số tải lượng từ dân cư 58
Bảng 2.5 Nồng độ trung bình một số chất ô nhiễm trong nước thải 59
Bảng 3.1 Diện tích các nhóm đất phân theo các huyện trên lưu vực 63
Bảng 3.2 Ma trận biến đổi sử dụng đất ở lưu vực sông Công giai đoạn 2010 - 2015 64
Bảng 3.3 Ma trận dự tính biến đổi sử dụng đất ở lưu vực sông Công giai đoạn 2015 - 2020 65
Bảng 3.4 Diện tích đất trồng lúa của các địa phương trên lưu vực 66
Bảng 3.5 Diện tích đất trồng cây hàng năm khác của các địa phương trên lưu vực 69
Bảng 3.6 Diện tích đất trồng cây lâu năm của các địa phương trên lưu vực 71
Bảng 3.7 Diện tích đất ở của các địa phương trên lưu vực 72
Bảng 3.8 Diện tích đất dịch vụ, công cộng của các địa phương trên lưu vực 74
Bảng 3.9 Diện tích đất sản xuất công nghiệp của các địa phương trên lưu vực 77 Bảng 3.10 Tỷ lệ % diện tích các loại đất trên lưu vực 78
Bảng 3.11 Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng lúa 81
Bảng 3.12 Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng cây hàng năm khác 82
Bảng 3.13 Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng cây lâu năm 84
Bảng 3.14 Nhu cầu nước sinh hoạt 86
Bảng 3.15 Nhu cầu nước cho dịch vụ, công cộng 88
Bảng 3.16 Nhu cầu sử dụng nước cho đất dịch vụ, công cộng của các địa phương trên lưu vực 89
Bảng 3.17 Nhu cầu sử dụng nước cho đất sản xuất công nghiệp 90
Bảng 3.18 Nhu cầu sử dụng nước của các địa phương trên lưu vực 93
Bảng 3.19 Tải lượng ô nhiễm từ đất trồng lúa 94
Bảng 3.20 Tải lượng ô nhiễm từ đất trồng cây hàng năm khác 96
Bảng 3.21 Tải lượng ô nhiễm từ đất trồng cây lâu năm 98
Trang 13Bảng 3.22 Tải lượng ô nhiễm từ đất ở 99
Bảng 3.23 Tải lượng ô nhiễm từ đất ở nông thôn 100
Bảng 3.24 Tải lượng ô nhiễm từ đất ở đô thị 101
Bảng 3.25 Tải lượng ô nhiễm từ đất dịch vụ, công cộng 102
Bảng 3.26 Tải lượng ô nhiễm từ đất sản xuất công nghiệp 103
Bảng 3.27 Tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường trên lưu vực 105
Bảng 3.28 Tổng tải lượng ô nhiễm của các địa phương trên lưu vực 106
Bảng 3.29 Tổng tải lượng ô nhiễm theo nhóm đất 106
Bảng 3.30 Các đơn vị tham gia quản lý tài nguyên nước của tỉnh Thái Nguyên 112
Bảng 3.31 Các lớp dữ liệu được lưu trữ trong CSDL quản lý tổng hợp 118
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Bản đồ phân vùng thượng, hạ lưu vực sông Công 43
Hình 2.2 Khung phân tích nội dung nghiên cứu 49
Hình 2.3 Các bước xác định ranh giới lưu vực sông Công 51
Hình 2.4 Các bước đánh giá biến đổi sử dụng đất của lưu vực sông Công 52
Hình 2.6 Các bước xây dựng bản đồ tổng tải lượng các chất ô nhiễm của lưu vực theo cấp huyện 54
Hình 2.5 Các bước xây dựng bản đồ nhu cầu nước của lưu vực theo cấp huyện 54
Hình 2.7 Quy trình xây dựng HTTT quản lý tổng hợp lưu vực sông Công 61
Hình 3.1 Tỷ lệ % các loại đất ở lưu vực sông Công 62
Hình 3.2 Sơ đồ biến đổi sử dụng đất lúa 66
Hình 3.3 Đất trồng lúa chuyển đổi sang đất ở và đường giao thông 67
Hình 3.4 Sơ đồ biến đổi sử dụng đất trồng cây hàng năm khác 68
Hình 3.5 Đất trồng lúa chuyển sang đất trồng cây HNK 69
Hình 3.6 Sơ đồ biến đổi sử dụng đất trồng cây lâu năm 70
Hình 3.7 Đất trồng CLN đã được chuyển đổi mục đích sang đất ở 71
Trang 14Hình 3.8 Sơ đồ biến đổi sử dụng đất ở 72
Hình 3.9 Đất trồng lúa được chuyển sang đất ở 73
Hình 3.10 Sơ đồ biến đổi sử dụng đất dịch vụ, công cộng 74
Hình 3.11 Đất trồng lúa được chuyển đổi sang đất DVCC 75
Hình 3.12 Sơ đồ biến đổi sử dụng đất sản xuất công nghiệp 76
Hình 3.13 Đất trồng lúa chuyển đổi sang đất sản xuất công nghiệp 77
Hình 3.14 Nhu cầu nước cho đất trồng lúa 80
Hình 3.15 Diễn biến diện tích và nhu cầu nước cho đất trồng lúa 81
Hình 3.16 Nhu cầu nước cho đất trồng cây HNK 82
Hình 3.17 Diễn biến diện tích và nhu cầu nước cho đất trồng cây HNK 83
Hình 3.18 Nhu cầu nước cho đất trồng CLN 84
Hình 3.19 Diễn biến diện tích và nhu cầu nước cho đất trồng CLN 85
Hình 3.20 Nhà máy nước Sông Công cung cấp nước sinh hoạt trên lưu vực 86
Hình 3.21 Diễn biến diện tích và nhu cầu nước cho đất ở 87
Hình 3.22 Diễn biến diện tích và nhu cầu nước cho đất DVCC 89
Hình 3.23 Diễn biến diện tích và nhu cầu nước cho đất SXCN 91
Hình 3.24 Diễn biến diện tích và tải lượng ô nhiễm từ đất trồng lúa 95
Hình 3.25 Diễn biến diện tích và tải lượng ô nhiễm từ đất trồng cây HNK 97
Hình 3.26 Diễn biến diện tích và tải lượng ô nhiễm từ đất trồng CLN 98
Hình 3.27 Diễn biến diện tích và tải lượng ô nhiễm từ đất DVCC 102
Hình 3.28 Diễn biến diện tích và tải lượng ô nhiễm từ đất SXCN 104
Hình 3.29 Dữ liệu được quản lý trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostGres SQL 119
Hình 3.30 Giao diện chính của phần mềm 120
Hình 3.31 Giao diện chức năng thao tác với các lớp dữ liệu 121
Hình 3.32 Giao diện chức năng hiển thị thông tin đối tượng 121
Hình 3.33 Giao diện cập nhật thông tin của đối tượng 122
Hình 3.34 Giao diện thống kê sử dụng đất 122
Hình 3.35 Giao diện thống kê sử dụng nước 123
Hình 3.36 Giao diện đánh giá chất lượng môi trường nước mặt 123
Trang 15Hình 3.37 Mô hình dự báo – quy hoạch 124
Hình 3.38 Giao diện dự báo - quy hoạch sử dụng nước và tải lượng 125
Hình 3.39 Bản đồ tổng nhu cầu sử dụng nước phân theo huyện 125
Hình 3.40 Biểu thống kê tổng nhu cầu sử dụng nước 126
Hình 3.41 Biểu đồ so sánh tổng nhu cầu sử dụng nước theo huyện 126
Hình 3.42 Bản đồ tổng tải lượng ô nhiễm cấp huyện 126
Hình 3.43 Biểu thống kê tổng tải lượng ô nhiễm 127
Hình 3.44 Biểu đồ so sánh tổng tải lượng ô nhiễm 127
Hình 3.45 Giao diện gửi thông tin liên hệ 127
Trang 16MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai được khẳng định là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá xã hội, an ninh quốc phòng [31]
Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, con người ngày càng tăng cường khai thác nguồn tài nguyên đất đai cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau: Đất sản xuất nông lâm ngư nghiệp, đất ở, đất xây dựng cơ sở hạ tầng, đất sản xuất kinh doanh dịch vụ - du lịch Cũng chính vì thế mà các loại đất luôn có sự biến đổi mục đích sử dụng theo không gian và thời gian
Biến đổi sử dụng đất, một mặt đã đem lại những lợi ích kinh tế, lợi ích xã hội ngày một cao, nhưng mặt khác, biến đổi sử dụng đất đã và đang tác động tiêu cực đến tài nguyên và môi trường sống
Ở Việt Nam, giai đoạn từ năm 2010 trở lại đây, việc chuyển dịch cơ cấu kinh
tế theo định hướng giảm tỷ trọng các ngành nông lâm nghiệp và nuôi trồng thủy sản, tăng tỷ trọng các ngành công nghiệp, dịch vụ - thương mại, đã thúc đẩy quá trình biến đổi sử dụng đất diễn ra ở hầu khắp các địa phương trên cả nước trong đó
có tỉnh Thái Nguyên
Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 04 tháng 05 năm 2007 [40] đã định hướng tăng trưởng GDP bình quân với tỷ trọng ngành công nghiệp đạt 47 - 48%; xây dựng và dịch vụ đạt 42 - 43%; nông lâm thủy sản đạt 9 - 10% vào năm 2020
Để đạt được các mục tiêu phát triển kinh tế trên, tỉnh Thái Nguyên đã tiến hành triển khai đồng loạt nhiều quy hoạch ngành, quy hoạch lĩnh vực trong giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn đến năm 2030 Việc triển khai thực hiện các quy hoạch trong những năm qua, là nguyên nhân dẫn đến biến đổi sử dụng đất diễn ra rất mạnh ở hầu khắp các địa phương trong tỉnh, trong đó có các địa phương trên lưu vực sông Công, nơi tập trung nhiều hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp, công nghiệp, dịch
vụ và du lịch trọng điểm của tỉnh
Trang 17Sông Công và hồ Núi Cốc được biết đến như một nôi nước ngọt của tỉnh Thái Nguyên, có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, dịch vụ - du lịch không chỉ cho riêng các địa phương trên lưu vực mà còn cho các địa phương ngoài lưu vực Song hệ quả của quá trình chuyển đổi mục đích sử dụng đất trên lưu vực trong những năm qua đã phần nào tác động đến tài nguyên nước của sông Công và hồ Núi Cốc cả về số lượng và chất lượng
Trong những năm gần đây, chính quyền địa phương các cấp của tỉnh Thái Nguyên đã có nhiều chương trình liên quan đến công tác quy hoạch, kế hoạch phân
bổ sử dụng nước trên lưu vực sông Công Nhưng trước thực tế về nhu cầu sử dụng nước và những tác động tiêu cực đến chất lượng môi trường nước của các ngành, các lĩnh vực như hiện nay đã dẫn đến công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực gặp không ít khó khăn và trở ngại
Chính vì vậy, để quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước trên lưu vực sông Công ở giai đoạn hiện tại và tương lai, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu tác động của biến đổi sử dụng đất đến quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Công”
2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Làm rõ cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước và tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước, đề xuất được công cụ hỗ trợ trong công tác quản lý tài nguyên nước theo định hướng phát triển bền vững trên lưu vực sông Công của tỉnh Thái Nguyên
3 Câu hỏi nghiên cứu và luận điểm bảo vệ
3.1 Câu hỏi nghiên cứu
- Thực trạng và xu hướng biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công diễn ra như thế nào?
- Biến đổi sử dụng đất có tác động như thế nào đến nhu cầu sử dụng nước ở lưu vực sông Công?
- Biến đổi sử dụng đất có tác động như thế nào đến tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước ở lưu vực sông Công?
Trang 18- Thực trạng công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công đã và đang được tổ chức thực hiện như thế nào?
- Công cụ nào để có thể quản lý và sử dụng bền vững được tài nguyên đất và tài nguyên nước ở lưu vực sông Công?
3.2 Luận điểm bảo vệ
Biến đổi sử dụng đất sẽ làm thay đổi nhu cầu sử dụng nước và làm thay đổi tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước Chính vì thế, biến đổi sử dụng đất có tác động đến quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước trên lưu vực sông Công
Để quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước ở lưu vực sông Công, thì việc xây dựng một hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước là cần thiết
4 Các đóng góp mới của luận án
Luận án đã làm rõ được tác động của biến đổi sử dụng đất đến tài nguyên nước,
cụ thể là tác động đến nhu cầu sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm môi trường nước ở lưu vực sông Công, trên quy mô không gian và thời gian
Luận án đã đề xuất được hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước, là công cụ kỹ thuật cho các nhà quản lý, doanh nghiệp và người dân tham khảo trong công tác quy hoạch và sử dụng đất; quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước; bảo vệ môi trường nước trên địa bàn lưu vực sông Công
5 Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án
5.1 Giá trị khoa học
Sử dụng phương pháp phân tích không gian, luận án đã đưa ra được ma trận biến đổi sử dụng đất dạng tổng quát, giúp cho các nhà khoa học và nhà quản lý áp dụng trong việc đánh giá biến đổi sử dụng đất
Sử dụng các phương pháp tính toán nhanh về nhu cầu sử dụng nước, tải lượng
ô nhiễm môi trường trên đơn vị diện tích Luận án mong muốn làm phong phú thêm phương pháp đánh giá nhanh giữa sử dụng đất và sử dụng nước, sử dụng đất và tải lượng ô nhiễm, làm tài liệu tham khảo cho các nhà khoa học, nhà quản lý trong lĩnh vực đất đai và tài nguyên nước
Trang 19Luận án đã khai thác được thế mạnh của hệ thống thông tin địa lý (GIS mã nguồn mở) trong việc xây dựng hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước, làm tài liệu tham khảo cho các nhà khoa học, nhà quản lý áp dụng cho công tác quản lý tài nguyên đất và nước ở các lưu vực sông, trong thời kỳ công nghiệp 4.0
5.2 Giá trị thực tiễn
Luận án đã đánh giá được diễn biến và xu thế biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công trong giai đoạn hiện tại và dự tính đến năm 2030, kết quả đó là tài liệu cho các nhà quản lý đất đai trên địa bàn lưu vực sông Công tham khảo ứng dụng trong công tác quản lý và quy hoạch sử dụng đất
Luận án đã đánh giá nhanh được nhu cầu sử dụng nước, tải lượng ô nhiễm môi trường trên lưu vực sông Công, làm tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý về tài nguyên đất, tài nguyên nước trong việc xây dựng kế hoạch và chiến lược phân bổ sử dụng nước và bảo vệ môi trường nước trên lưu vực
Kết quả đánh giá thực trạng quản lý tài nguyên nước của luận án sẽ là tài liệu tham khảo cho các cơ quan quản lý và đơn vị sử dụng tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên nói chung và lưu vực sông Công nói riêng có định hướng quản lý
và sử dụng bền vững tài nguyên nước của lưu vực
Luận án đã xây dựng được hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất
và nước ở lưu vực sông Công, hệ thống này sẽ là công cụ tham khảo cho cơ quan quản lý sử dụng trong công tác quản lý và quy hoạch sử dụng đất, sử dụng nước và giám sát chất lượng môi trường nước trên lưu vực
6 Kết cấu của luận án
Ngoài phần danh mục công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án, phần danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án gồm các phần chính sau:
Phần mở đầu: Luận án làm rõ tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu cần giải
quyết giữa biển đổi sử dụng đất đến tài nguyên nước trên lưu vực sông Công
Chương 1: Luận án khái quát hóa cơ sở khoa học và cơ sở thực tiễn giữa sử
dụng đất và tài nguyên nước Tổng quan các kết quả nghiên cứu có liên quan đến quản lý bền vững tài nguyên nước và chỉ ra những vấn đề luận án cần phải giải quyết
Trang 20Chương 2: Luận án chỉ ra đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu, bên
cạnh đó luận án mô tả chi tiết các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện các nội dung nghiên cứu
Chương 3: Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu một cách trình tự từ việc
đánh giá thực trạng biến đổi sử dụng đất cho đến việc đề xuất công cụ quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước trên lưu vực sông Công
Kết luận và kiến nghị: Luận án đưa ra các kết luận có liên quan đến các nội
dung nghiên cứu và các kiến nghị có liên quan đến vấn đề khoa học cần giải quyết, cũng như đề xuất xem xét thử nghiệm ứng dụng kết quả nghiên cứu
Trang 21
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Một số khái niệm có liên quan đến sử dụng đất và tài nguyên nước
1.1.1 Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến sử dụng đất
Khái niệm tài nguyên đất: Đất đai là nguồn tài nguyên quý giá đối với mỗi
khu vực, mỗi quốc gia trên thế giới Các định nghĩa, khái niệm về đất đai đã được nhiều tổ chức trên thế giới đưa ra Trong đó đáng chú ý là định nghĩa của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAO) của Liên hợp quốc (UN): “Đất đai (land) là một khu vực có thể phân định được trên bề mặt trái đất, bao gồm tất cả các thuộc tính bên trên hoặc dưới bề mặt bầu khí quyển bao gồm cả bề mặt khí hậu, loại đất và địa hình, bề mặt thủy văn (bao gồm cả hồ nước nông, sông và đầm lầy), các lớp trầm tích gần bề mặt và trữ lượng nước ngầm liên quan, quần thể động vật và thực vật, phong tục tập quán định cư của con người và kết quả vật lý của các hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại” [199]
Sử dụng đất (LU): Là chuỗi các hoạt động được thực hiện với mục đích tạo ra
các sản phẩm hàng hóa và dịch vụ từ đất, được đặc trưng bởi hàng hóa và dịch vụ thực tế được tạo ra, hay các biện pháp quản lý cụ thể được người sử dụng đất áp dụng Nghiên cứu sử dụng đất để đánh giá hiệu quả sử dụng đất và theo dõi diễn biến quá trình chuyển đổi đất đai vào các mục đích sử dụng khác [64]
Biến đổi sử dụng đất (LUC): Là quá trình mà các hoạt động của con người tác
động làm biến đổi cảnh quan thiên nhiên, thường đề cập đến phương thức sử dụng đất
và nhấn mạnh vào vai trò, chức năng của đất đối với các hoạt động kinh tế [140] Quản lý đất đai bền vững (SLM): Là sử dụng tài nguyên đất, bao gồm đất
trồng trọt, nguồn nước, động vật và thực vật, để sản xuất hàng hóa nhằm đáp ứng những thay đổi về nhu cầu của con người, đồng thời đảm bảo tiềm năng sản xuất lâu dài và duy trì các chức năng môi trường [199] Quản lý đất đai bền vững còn là một hệ thống sử dụng đất thông qua các biện pháp quản lý phù hợp cho phép người
sử dụng đất tối đa hóa lợi ích kinh tế và xã hội từ đất đai, trong khi vẫn duy trì và tăng cường các chức năng hỗ trợ sinh thái của tài nguyên đất [71]
Đối với Việt Nam, phân loại sử dụng đất được trình bày rõ trong Luật đất đai
từ năm 1993 cho đến nay
Trang 22Trong luật Đất đai năm 2013, đất đai được phân loại theo mục đích sử dụng thành 3 nhóm như sau: Nhóm đất nông nghiệp bao gồm 8 loại đất; Nhóm đất phi nông nghiệp bao gồm 10 loại đất; Nhóm đất chưa sử dụng bao gồm các loại đất chưa xác định mục đích sử dụng [30]
Quy hoạch sử dụng đất: Theo FAO, quy hoạch sử dụng đất (QHSDĐ) là hệ
thống đánh giá tiềm năng đất, phương án sử dụng đất và các điều kiện kinh tế-xã hội để lựa chọn và áp dụng phương án sử dụng đất hợp lý nhất [85] Quy hoạch sử dụng đất có thể áp dụng ở 3 cấp: cấp quốc gia, cấp tỉnh/thành phố và cấp địa phương (bao gồm cấp huyện và xã)
QHSDĐ như là phương tiện giúp cho nhà quản lý quyết định cách sử dụng đất đai thông qua việc đánh giá có hệ thống cho việc chọn mẫu hình trong sử dụng đất bền vững, mà trong sự chọn lựa này sẽ đáp ứng với những mục tiêu riêng biệt và từ
đó hình thành nên chính sách và chương trình cho sử dụng đất đai
1.1.2 Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến tài nguyên nước
Khái niệm tài nguyên nước: Khái niệm về tài nguyên nước là đa chiều Nó
không chỉ được giới hạn ở đặc tính vật lý của nó (thủy văn và địa chất thủy văn) mà
còn bao gồm các khía cạnh chất lượng, môi trường và kinh tế xã hội khác Tài nguyên nước bao gồm toàn bộ diện tích các vùng nước tự nhiên trên bề mặt Trái đất, bất kể trạng thái hơi, chất lỏng hoặc chất rắn và có tiềm năng sử dụng cho những mục đích của con người Tài nguyên nước của một lãnh thổ là toàn bộ lượng nước có trong đó mà con người có thể khai thác sử dụng được, xét cả về mặt lượng
và chất, cho sinh hoạt, sản xuất, trong hiện tại và tương lai [172]
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới ẩm có lượng mưa tương đối lớn nhưng lại phân bố không đồng đều mà tập trung chủ yếu vào mùa mưa, dao động phức tạp theo thời gian Theo ước tính, lượng nước mưa hằng năm trên toàn lãnh thổ khoảng 700-5000 mm, phổ biến nằm trong khoảng 1.800-2.000 mm, tạo ra một lượng dòng chảy của các sông hồ khoảng 313 tỉ m3 So với nhiều nước, Việt Nam có nguồn nước ngọt khá dồi dào, lượng nước bình quân cho mỗi đầu người đạt tới 17.000
m3/người/năm [20]
Trang 23Nhu cầu sử dụng nước: Nhu cầu nước đối với các hoạt động của con người là
lượng nước mà con người sẽ sử dụng Sử dụng nước là lượng nước mà con người tiêu dùng thực tế, lượng nước này có thể thấp hơn nhiều so với nhu cầu nước trong trường hợp nước cấp bị hạn chế do hệ thống cấp nước bị quá tải và hoạt động kém [6] Nhu cầu nước được dự kiến cung cấp cho từng hạng mục sử dụng cho các hoạt động của con người bao gồm: Nông nghiệp, thương mại, công nghiệp, giải trí và môi trường Tại mỗi quốc gia khác nhau, nhu cầu sử dụng nước cho các hoạt động
sẽ khác nhau Nhu cầu nước thường do Chính phủ các nước quy định, thể hiện ý định và mong muốn phục vụ nhân dân ở một mức độ nhất định và căn cứ vào các kế hoạch và phương hướng đang thực hiện [199]
Chất lượng nước: Là một thuật ngữ được sử dụng để thể hiện mức độ phù
hợp của nước để duy trì các quá trình hay quy trình sử dụng nước khác nhau Bất kỳ hình thức sử dụng nước cụ thể nào cũng sẽ có những yêu cầu nhất định đối với các đặc tính vật lý, hóa học hoặc sinh học của nước; ví dụ giới hạn về nồng độ các chất độc hại khi sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt, ăn uống, hoặc giới hạn về nhiệt
độ và độ pH đối với nguồn nước cho cộng đồng động vật không xương sống [137]
Ô nhiễm nước: Là bất kỳ những thay đổi về mặt vật lý, hóa học hoặc sinh
học đối với chất lượng nước gây ảnh hưởng xấu đến bất kỳ sinh vật sống nào uống hay sử dụng hoặc sống trong nó Khi con người uống nước bị ô nhiễm, thường có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe Ô nhiễm nước cũng khiến cho nguồn nước không được sử dụng cho các mục đích mong muốn [169]
Khi xem xét đánh giá chất lượng nguồn nước, cần lưu ý một số khái niệm về
ô nhiễm nguồn nước, cụ thể như sau [6]:
Tải ô nhiễm: Những chất và vật thể gây ô nhiễm vùng nước Các tải ô nhiễm
được nói đến trong luận án chủ yếu như COD, nitơ và phốt pho Số lượng của tải ô
nhiễm được gọi là tải lượng ô nhiễm
Nguồn phát thải: Nguồn phát sinh tải ô nhiễm Nguồn ô nhiễm: Nguồn tải ô
nhiễm tương ứng
Tải lượng ô nhiễm: Khối lượng của tải ô nhiễm sinh ra
Trang 24Tải lượng phát thải: Tải lượng ô nhiễm thải vào vùng nước Đây là thuật
ngữ xuất phát từ quan điểm về nguồn ô nhiễm
Tải lượng tiếp nhận: Tải lượng ô nhiễm thải mà vùng nước tiếp nhận Đây
là thuật ngữ xuất phát từ quan điểm về vùng nước
Sự phú dưỡng: Một dạng ô nhiễm nước, khi có sự thâm nhập từ lưu vực của
một lượng quá mức các chất dinh dưỡng, chủ yếu là các hợp chất hóa học của nitơ
và phốt pho Tình trạng này dẫn tới sinh vật phù du và rong tảo sinh sôi mạnh mẽ khác thường và tiêu thụ oxy hòa tan trong nước khiến các sinh vật trong nước chết
và gây ra nhiều vấn đề trong sử dụng nước như môi trường sống suy thoái, ảnh hưởng đến ngư nghiệp, ô nhiễm nước uống, v.v
Ô nhiễm nước có thể được phân thành nhiều loại khác nhau theo ảnh hưởng
và cơ chế của ô nhiễm, bao gồm: (1) Ô nhiễm nước từ kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, (2) Từ vi khuẩn gây ra các vấn đề về sức khỏe cộng đồng, (3) Ô nhiễm hữu cơ do một phần các chất hữu cơ chảy vào từ tự nhiên do ăn mòn hay từ xác động vật, tuy nhiên các chất hữu cơ cũng được tìm thấy trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp từ các nhà máy thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau và (4) Hiện tượng phú dưỡng xuất hiện bởi các chất dinh dưỡng là hợp chất của nitơ và phốt pho trở nên dư thừa, chảy vào từ lưu vực
1.1.3 Các khái niệm về quản lý tài nguyên nước
Khái niệm quản lý tổng hợp tài nguyên nước (QLTHTNN) hay Integrated Water Resources Management (IWRM) đã được biết đến từ lâu, tuy nhiên cùng với thời gian, nội dung của nó ngày càng được bổ sung và hoàn thiện
1.1.3.1 Quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước
Phát triển bền vững không phải là một khái niệm mới mẻ mà thực ra đã được
sử dụng trong quản lý các tài nguyên có khả năng tái tạo Đối với tài nguyên nước, con người hoàn toàn có khả năng làm cho tài nguyên nước phát triển được bền vững, đảm bảo đáp ứng được những nhu cầu hiện tại của mình mà không gây phương hại đến việc đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai, đồng thời giảm thiểu tổn hại tới hệ thống kinh tế- xã hội và môi trường Như vậy quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước có thể được hiểu là một cách tiếp cận quản lý và phát triển
Trang 25nước nhằm tìm kiếm kết quả cân bằng giữa ba khía cạnh của phát triển bền vững: Hiệu quả kinh tế, công bằng xã hội và bền vững môi trường [99]
Ở Việt Nam, tầm quan trọng của tài nguyên nước đối với phát triển bền vững
đã có sự chuyển biến rõ rệt cả về nhận thức và hành động Theo đó, yêu cầu phải quản lý bền vững và hiệu quả hơn đã đặt ra cho các hoạt động khai thác, sử dụng, bảo vệ tài nguyên nước và phòng chống, khắc phục hậu quả tác hại do nước gây ra; quản lý tài nguyên nước phải theo phương thức tổng hợp, sử dụng đa mục tiêu và phải gắn với các tài nguyên thiên nhiên khác - một phương thức quản lý tài nguyên nước đã được áp dụng thành công ở một số nước trên thế giới và ngày càng chứng tỏ
là một phương thức quản lý hiệu quả đang được nhiều quốc gia nghiên cứu áp dụng
1.1.3.2 Quản lý tổng hợp tài nguyên nước
Quản lý tổng hợp tài nguyên nước đã được nêu lên như một khái niệm có ý nghĩa kể từ Hội nghị thượng đỉnh Trái đất năm 1992 và gần đây đã được Hiệp hội Đối tác nước toàn cầu GWP-2000 giới thiệu: “Quản lý tổng hợp tài nguyên nước là một quá trình mà trong đó con người phát triển và quản lý tài nguyên nước, đất và các dạng tài nguyên khác nhằm đạt được hiệu quả tối ưu của các thành quả kinh tế
xã hội một cách công bằng mà không đánh đổi sự bền vững của các hệ sinh thái then chốt” [99]
Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (QLTHTNN) ra đời thay thế cho khái niệm quản lý nguồn nước truyền thống Khái niệm này tiếp tục được bổ sung và phát
triển Trong Chương 18 của Chương trình nghị sự 21 định nghĩa: “Quản lý tổng hợp tài nguyên nước dựa trên nhận thức nước là một bộ phận nội tại của hệ sinh thái, là nguồn tài nguyên thiên nhiên và là một loại hàng hóa kinh tế và xã hội Vì mục đích này, tài nguyên nước cần phải được bảo vệ, có tính đến chức năng của các hệ sinh thái nước và sự tồn tại mãi mãi của tài nguyên, để có thể thỏa mãn và dung hòa các nhu cầu về nước cho các hoạt động của con người” [44]
Định nghĩa trên đã nhấn mạnh QLTHTNN là một quá trình và trong đó khái
niệm “quản lý” phải được hiểu theo nghĩa rộng bao gồm cả “phát triển và quản lý”
nhằm đạt tới 3 mục tiêu cơ bản về kinh tế, xã hội và môi trường
Trên cơ sở những vấn đề được nêu ở trên, khái niệm QLTHTNN khác với khái
Trang 26niệm Quản lý tài nguyên nước trước kia ở điểm phải xem xét tài nguyên nước trong mối quan hệ tương quan giữa con người và tài nguyên Theo Ủy ban Tư vấn kỹ thuật - Technical Advisory Committee [203], khái niệm này phải xem xét hai cấp độ: (1) Hệ tự nhiên: Có vai trò quan trọng sống còn đối với khả năng và chất lượng tài nguyên; (2) Hệ con người: Về cơ bản là xác định việc sử dụng tài nguyên nước, phát thải và ô nhiễm tài nguyên, đồng thời là động lực cho những ưu tiên phát triển Trước đây, các nhà quản lý nước có xu hướng trung lập, tức là họ có vai trò đáp ứng nhu cầu về nước mà thiếu sự tương tác qua lại Khái niệm mới đòi hỏi phải
có những nghiên cứu nghiêm túc về vấn đề QLTHTNN nhằm hướng tới phát triển kinh tế-xã hội bền vững không chỉ ở mỗi quốc gia mà trên toàn cầu Về mặt lý luận cũng như thực tiễn, phương thức quản lý tổng hợp tài nguyên nước đạt hiệu quả cao nhất khi thực hiện theo lưu vực sông [20]
1.1.3.3 Quản lý tổng hợp lưu vực sông
Khái niệm về lưu vực sông
Lưu vực sông là một vùng địa lý được giới hạn bởi đường chia nước mà trong phạm vi đó nước trên mặt và nước dưới đất chảy tự nhiên vào sông Trong lưu vực sông tồn tại các mối quan hệ chặt chẽ giữa nước mặt và nước ngầm, giữa
số lượng và chất lượng, giữa đất, nước và giữa vùng thượng lưu và hạ lưu [116] Theo Luật Tài nguyên nước sửa đổi của Việt Nam năm 2013, lưu vực sông là vùng đất mà trong phạm vi đó nước mặt, nước dưới đất chảy tự nhiên vào sông và thoát ra một cửa chung hoặc thoát ra biển [29]
Khái niệm quản lý lưu vực sông
Quản lý lưu vực sông là công tác nghiên cứu đặc tính của lưu vực nhằm mục đích phân loại mức độ bền vững và ảnh hưởng của các công trình, dự án đến chức năng của lưu vực tác động đến thảm thực vật, động vật và con người trong ranh giới lưu vực Các thông số đánh giá bao gồm nguồn nước cấp, chất lượng nước, tháo nước qua kênh dẫn, nước mưa, luật pháp và công tác quy hoạch và sử dụng lưu vực
Khái niệm quản lý tổng hợp lưu vực sông
Theo J.Buston “Quản lý tổng hợp lưu vực sông bao hàm việc các nhà hoạch định chính sách xem xét tất cả các khía cạnh về các nguồn tài nguyên có trên lưu
Trang 27vực, nhu cầu sử dụng các nguồn tài nguyên đó theo cách tiếp cận hệ sinh thái nhằm đảm bảo những sự lựa chọn phương án phát triển kinh tế xã hội có hiệu quả lâu dài thông qua sự phát triển các mối quan hệ hài hòa giữa các hộ sử dụng tài nguyên và cộng đồng cư dân sống trên lưu vực”
Quản lý tổng hợp lưu vực sông (QLTHLVS) khác với cách quản lý theo địa giới hành chính thông thường QLTHLVS cần phải chú ý các dạng khác nhau của nước, quản lý cả số lượng, chất lượng nước trên lưu vực sông, chú ý các mối liên quan giữa các nguồn tài nguyên, đặc biệt là giữa tài nguyên đất và tài nguyên nước, tổng hợp các giới hạn tự nhiên, các nhu cầu kinh tế xã hội và tổng hợp về luật pháp, chính sách và thể chế [20]
Khái niệm quản lý tổng hợp theo lưu vực sông lần đầu tiên đã được đề cập ở nước ta vào năm 1998, khi Luật Tài nguyên nước được ra đời Đây được coi là giải pháp đồng bộ cần thiết để quản lý và bảo vệ tài nguyên nước và các nguồn tài nguyên khác trên lưu vực sông một cách bền vững
1.2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
1.2.1 Các nghiên cứu về sử dụng đất và biến đổi sử dụng đất
1.2.1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài
Những nghiên cứu về biến đổi sử dụng đất (BĐSDĐ) ban đầu chỉ đơn giản là phát hiện những thay đổi sử dụng đất ở những khu vực cụ thể bằng kỹ thuật viễn thám và GIS Cùng với việc xác định được BĐSDĐ, các nhà khoa học đã nhận ra rằng, BĐSDĐ và lớp phủ là nhân tố quan trọng thúc đẩy sự biến đổi môi trường Do
đó, những nghiên cứu về BĐSDĐ về sau được chú ý phân tích những nguyên nhân, động lực thúc đẩy và những ảnh hưởng của BĐSDĐ tới môi trường sinh thái và mọi mặt của cuộc sống
Người ta nhận ra rằng biến đổi khí hậu là một quá trình phát triển chậm, phản ánh một loạt các sửa đổi rõ ràng trong dài hạn Nghiên cứu của Fu và Ye [93] cho rằng biến đổi khí hậu và các hoạt động của con người là những nguyên nhân chính gây ra biến động sử dụng đất trên toàn cầu Kết quả nghiên cứu của Ye và Feng cho thấy có một mối quan hệ chặt chẽ giữa độ cao và độ dốc với sự thay đổi sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu [186] Trong khi đó yếu tố địa hình mới thực sự là yếu tố
Trang 28chính gây chuyển đổi các loại hình sử dụng đất sang đất nông nghiệp hay mở rộng diện tích rừng trồng trong nghiên cứu của Kim [113]
Những biến đổi mục đích sử dụng đất cũng chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi các yếu tố kinh tế thị trường, trong đó có yếu tố giá trị kinh tế của từng loại cây công nghiệp, giá trị kinh tế của nuôi trồng thủy hải sản [135] Những tập quán canh tác, các nhận thức của tập thể và từng cá nhân của người quản lý đất đai ảnh hưởng trực tiếp đến quyết định sử dụng đất Tất cả những quyết định sử dụng đất được ra đời đều phụ thuộc vào kiến thức, thông tin và các kỹ năng quản lý đất đai sẵn có [117] Khi nghiên cứu về sự chuyển đổi sử dụng đất lại Lào [81], nhóm tác giả đã khẳng định có một sự tác động rất lớn đến quá trình chuyển đổi sử dụng đất nông nghiệp tại Bắc Lào do các chính sách từ chính phủ
Sự tăng và giảm nhân khẩu trong các quần thể địa phương đều có tác động rất lớn đến sử dụng đất đai Thay đổi các yếu tố nhân khẩu học không chỉ bao gồm những thay đổi trong khả năng sinh sản và tử vong [118] Sự phát triển của đô thị, phân bố dân cư đô thị - nông thôn và mở rộng đô thị nhanh chóng là những yếu tố ngày càng quan trọng trong việc thay đổi sử dụng đất ở các trung tâm đô thị lớn, ở các khu vực ven đô tại Ấn Độ trong nghiên cứu của Mohanty [101]
Những nghiên cứu về môi trường, sử dụng đất với các yếu tố nhân khẩu học nói chung đều nhấn mạnh đến yếu tố quy mô dân số làm ảnh hưởng đến tổng khối lượng tiêu thụ, như là một yếu tố quan trọng và quyết định các điều kiện môi trường [92] Kết quả nghiên cứu của Castella và Đặng Đình Quang trong [13] đã chỉ ra những nhân tố chính dẫn đến thay đổi sử dụng đất là chính sách, khả năng tiếp cận, tăng dân số Các nhân tố bên trong như sức ép dân số, các chiến lược sản xuất, các quy định về quản lý tài nguyên chắc chắn sẽ quyết định các động thái sử dụng đất trong tương lai
Các mô hình mô phỏng nghiên cứu biến đổi đất được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có khoa học biến đổi sử dụng đất, để giải thích được nguyên nhân cũng như đánh giá được ảnh hưởng của BĐSDĐ, phát triển các giả thuyết có thể kiểm nghiệm theo kinh nghiệm và để đưa ra dự đoán và/hoặc đánh giá BĐSDĐ với các kịch bản khác nhau hoặc các tai biến nếu có Nhiều phân tích không gian và mô
Trang 29hình thay đổi sử dụng đất không đồng nhất tồn tại trong nghiên cứu vì vậy đã thúc đẩy nhiều các nghiên cứu về vấn đề này ([105, 128, 175, 181])
Một vài nghiên cứu ứng dụng mô hình (autocell) để phân tích quá trình đô thị
hóa như nghiên cứu của Wu and Webster [185]; Clarke et al [76] Tuy nhiên, mô
hình được giả định trên cảnh quan đơn giản với tương tác của các yếu tố không đồng nhất khác như quy hoạch, trung tâm việc làm, các yếu tố môi trường Như vậy, mô hình chưa phân tích được phản ứng của người sử dụng đất với những thay đổi trong chế độ chính sách
Phương pháp phân tích thống kê không gian cho phép xác định mối tương quan giữa BĐSDĐ với các yếu tố địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội Tùy thuộc vào đối tượng địa lý và cơ sở dữ liệu mà ta có thể sử dụng các thuật toán và phương pháp thống kê không gian khác nhau: định lượng (xác định tuyệt đối bằng các chỉ số) hay bán định lượng (xác định tương đối thông qua phân cấp theo thứ bậc cao thấp) Phương pháp phân tích thống kê được sử dụng trong các nghiên cứu về BĐSDĐ trong thời gian gần đây như của Wang [177]; Quasim [143] và Nguyen [133]
Theo Muller và Munroe [131], ngoài việc sử dụng mô hình và các trường hợp nghiên cứu để kiểm chứng sự thay đổi sử dụng đất thì phân tích thống kê là công cụ mạnh do khả năng kiểm định giả thuyết, xếp hạng các yếu tố, kiểm tra tính nghiêm ngặt của giả thuyết Tuy nhiên, quá trình xử lý đòi hỏi kết hợp dữ liệu không gian, thời gian và cấp độ phân tích vì vậy nó vẫn còn những trở ngại và thách thức để đạt được kết quả tốt nhất
Mô hình đa tác tử do đã được ứng dụng nhiều trong thay đổi lớp phủ mặt đất
sử dụng đất [129, 139], mô hình hóa các vấn đề phức tạp [166] Có nhiều hệ nền mô phỏng đa tác tử phục vụ lập mô hình như Netlogo, Cormas, GAMA, mỗi hệ nền có một thế mạnh riêng, trong đó phần mềm GAMA cung cấp nhiều công cụ mạnh trong hỗ trợ lập mô hình đa tác tử trực quan [163] và đặc biệt là khả năng làm việc với các tác tử tạo ra từ dữ liệu GIS với nhiều công cụ xử lý, tính toán trên dữ liệu địa lý mà các phần mềm mô phỏng khác chưa hỗ trợ mạnh [98]
Trang 30Khi nghiên cứu về các phương pháp nghiên cứu biến đổi sử dụng đất, có ba phương pháp được sử dụng, đó là:
(1) Phương pháp so sánh thay đổi trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) được thành lập từ phương pháp đo đạc thực địa
Bản chất của phương pháp này là dựa vào kết quả đo đạc trực tiếp ngoài hiện trường Các bản đồ HTSDĐ được thành lập dựa trên các số liệu đo đạc trên thực địa sau đó người ta tiến hành so sánh sự thay đổi của các đối tượng trực tiếp trên các bản đồ ở các thời điểm khác nhau Ưu điểm nổi bật của phương pháp này đó là xác định được các thay đổi một cách chính xác cả về vị trí không gian và mục đích sử dụng của từng đối tượng đất cụ thể Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này
đó là sự tốn kém cả về thời gian, công sức lao động lẫn tài chính
(2) Phương pháp nghiên cứu BĐSDĐ dựa trên tư liệu viễn thám
Các dữ liệu viễn thám như Landsat, SPOT với những lợi thế về chu kỳ chụp lặp, về tính khái quát đã trở thành nguồn dữ liệu chính trong việc nghiên cứu biến động sử dụng đất [123] Đánh giá BĐSDĐ từ tư liệu viễn thám được chia thành hai nhóm phương pháp chính: đánh giá trước phân loại và sau phân loại [151]
Phân tích trước phân loại dựa trên việc so sánh giá trị phổ của từng pixel tương ứng trên các ảnh tại hai thời điểm khác nhau Các phương pháp phân tích trước phân loại được áp dụng phổ biến là phương xử lý dữ liệu số bán tự động tiếp cận phân tích gộp ảnh gốc [179], phân tích thành phần chính (PCA) [72, 150], tỷ số kênh phổ (band ratio), chỉ số thực vật (NDVI) và phân tích vector chuyển đổi (CVA) [108], Ưu điểm của phương pháp phân tích trước phân loại cho ra kết quả biến động lớp phủ bề mặt một cách nhanh chóng
Phương pháp phân tích sau phân loại với ưu điểm là cho ra ma trận chéo để tính toán tương quan biến động giữa các đối tượng, lập được các báo cáo số liệu thống kê và bản đồ biến động Phân tích sau phân loại cho thông tin chi tiết về sự chuyển đổi từ lớp sử dụng đất này sang lớp sử dụng đất khác Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc chặt chẽ vào độ chính xác của từng phép phân loại độc lập, các sai số xuất hiện ở mỗi lần phân loại ảnh sẽ bị lẫn trong quá trình điều tra biến động [87, 147]
Trang 31(3) Phương pháp so sánh số liệu thống kê các loại đất theo năm
Là việc sử dụng các số liệu thống kê về sử dụng đất hàng năm của các cấp quản lý địa phương để so sánh sự tăng giảm các loại hình sử dụng đất trong khoảng thời gian năm đầu và năm cuối Phương pháp này có ưu điểm là đánh giá một cách tổng thể sự biến động của các loại đất, nhóm đất Tuy nhiên, nó còn hạn chế là chỉ biết được số liệu các loại đất thay đổi, mà không chỉ ra được vị trí các loại đất bị chuyển đổi mục đích trong một giai đoạn
Nhận xét: Mặc dù phương pháp (1) có nhược điểm là sự tốn kém cả về thời
gian, công sức lao động lẫn tốn kém tài chính, nhưng ưu điểm nổi bật của phương pháp này đó là xác định được các thay đổi một cách chính xác cả số liệu diện tích, vị trí không gian và mục đích sử dụng của từng loại đất Đối với hệ thống quản lý đất đai của Việt Nam hiện nay, công tác thống kế đất đai được thực hiện hàng năm, công tác kiểm kê đất đai và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất được thực hiện 5 năm một lần Do đó, việc sử dụng phương pháp (1) là tối ưu hơn phương pháp (2) và (3)
1.2.1.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trong công tác quản lý Nhà nước về đất đai nói chung và lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất ở các cấp nói riêng, việc lập báo cáo kết quả kiểm kê đất đai và xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo kỳ quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất là một nội dung không thể thiếu Tuy nhiên, công trình nghiên cứu mang tính lý luận về BĐSDĐ dưới tác động của tự nhiên cũng như hoạt động kinh tế xã hội, để từ đó đưa ra các quan điểm, giải pháp để nâng cao hiệu quả việc khai thác sử dụng đất ở các địa phương vẫn còn hạn chế
Có thể kể đến là công trình của Nguyễn Đình Dương [202], trong đó, tác giả trình bày kết quả về lập bản đồ lớp phủ của Việt Nam và thuật toán GASC để phân tích số liệu viễn thám đa cực Báo cáo đã chỉ ra tính hữu ích của việc sử dụng các
dữ liệu viễn thám độ phân giải không gian và thời gian cao để kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường ở phạm vi toàn quốc, khu vực và toàn cầu Ứng dụng mô hình tác tố (Agent-based) được Ngô Thế Ân sử dụng nhằm mô phỏng tác động của chính sách đến BĐSDĐ [1] Các thuật toán về sự phản hồi chính sách của người dân trong mô hình dựa vào lợi ích mong đợi, trách nhiệm
Trang 32chấp hành và mức độ ảnh hưởng của cơ quan triển khai chính sách Mô hình có độ tin cậy cao và có khả năng dùng để dự báo BĐSDĐ
Một số nghiên cứu dự báo sử dụng mô hình hồi quy logistic hiện nay thường được áp dụng trong phân tích mối quan hệ tương quan giữa các yếu tố địa hình, độ dốc, khoảng cách, dân tộc đối với BĐSDĐ, phát hiện được mối quan hệ giữa các yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội với biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994-2013 [21]
Mô hình đa tác tử đã được ứng dụng nhiều trong thay đổi lớp phủ mặt đất sử dụng đất ở trên thế giới, ở Việt Nam, phương pháp này được ứng dụng xây dựng phương án quy hoạch ở vùng miền núi phía bắc Việt Nam [196], hoặc trong nghiên cứu [32], tác giả sử dụng nguồn dữ liệu cho mô hình là các bản đồ hiện trạng sử dụng đất của ngành Tài nguyên môi trường, đất lúa khác được gom từ nhiều loại đất canh tác bao gồm lúa màu và lúa thủy sản chưa được tách riêng ra để mô phỏng
Mô hình phân tích nhân tố và không gian hóa bằng GIS cũng đã được áp dụng với một số kết quả khá khả quan trong nghiên cứu các đối tượng và mối quan hệ về
tự nhiên cũng như kinh tế xã hội Trong đó, theo tác giả Nguyễn Cao Huần [23], các nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích nhân tố thường thiên về nghiên cứu các đối tượng kinh tế xã hội với một số kết quả đáng lưu ý tại Việt Nam khi nghiên cứu về nông thôn [19], về quy hoạch sử dụng nông nghiệp bền vững dựa trên sử dụng đất đai [51], hay sử dụng đất liên quan tới một số yếu tố nhân khẩu học [119] Dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu xác định được diện tích đất bị ảnh hưởng như ngập và mặn hóa tăng Để thích ứng với biến đổi khí hậu trong điều kiện này, trên
cơ sở đánh giá sự thích ứng của các mô hình sử dụng đất làm căn cứ cho Nam Định
có thể bố trí chuyển mục đích sử dụng [25]
Hội khoa học đất Việt Nam đã tích hợp các vấn đề về suy thoái đất, hoang mạc hóa và vấn đề sử dụng đất bền vững ở nước ta [26]; Tác giả Nguyễn Đình Bồng [3], Phạm Văn Cự [18] đã đề cập đến nguy cơ thoái hóa đất do BĐKH ở Việt Nam và chiến lược bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, một số giải pháp sử dụng đất bền vững ứng phó với BĐKH
Trang 33Trong công trình của Lê Quang Trí và cộng sự [50], các tác giả đã phân tích được cơ cấu sử dụng đất trồng lúa của địa phương thời gian qua có sự chuyển biến mạnh mẽ, diện tích giảm mạnh mà thay vào đó là mô hình nuôi tôm Tác giả đã chỉ ra những nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi loại hình sử dụng đất Đây cũng là hướng nghiên cứu mới ứng dụng ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, đặc biệt vùng ven biển chịu ảnh hưởng của sự xâm nhập mặn nhằm hỗ trợ công tác lập kế hoạch sử dụng đất phù hợp [32]
Như vậy, các công trình nghiên cứu ở Việt Nam cũng được phát triển theo những xu hướng nghiên cứu trên thế giới Đó là thường sử dụng kỹ thuật và dữ liệu bản đồ, trong rất nhiều trường hợp dữ liệu ảnh vệ tinh là nguồn thông tin chủ yếu Tuy nhiên, vấn đề tồn tại của các công trình nghiên cứu về BĐSDĐ này là sử dụng các giả định và các mô hình tùy thuộc vào loại hình sử dụng đất khác nhau ở từng địa phương, không thể áp dụng cho tất cả các loại hình sử dụng đất
Về phương pháp nghiên cứu biến đổi sử dụng đất, để xác định được các thay đổi một cách chính xác cả số liệu diện tích, vị trí không gian và mục đích sử dụng của từng loại đất, tác giả lựa chọn sử dụng bản đồ vector (bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch sử dụng đất và giả định biến động đều cho dự báo về sử dụng đất) Phương pháp nghiên cứu này nhằm đánh giá BĐSDĐ theo thời gian và kết hợp phân tích GIS để đánh giá BĐSDĐ theo không gian ở lưu vực sông Công
1.2.2 Các nghiên cứu về sử dụng đất có liên quan đến nhu cầu nước
1.2.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài
Thay đổi sử dụng đất là những khía cạnh quan trọng của sự thay đổi toàn cầu
và ảnh hưởng đến chu trình nước của khu vực, chất lượng môi trường, đa dạng sinh học và hệ sinh thái Hiện nay người ta nhận ra rằng những thay đổi sử dụng đất có tác động đáng kể đến các yếu tố khí quyển quan trọng của chu trình thủy văn, gồm
sự thoát hơi nước, lượng mưa và nhiệt độ bề mặt đất [88, 111, 112, 115] Trong trường hợp thay đổi sử dụng đất trên diện rộng có thể làm thay đổi mạnh mẽ các kiểu thời tiết khu vực, dự báo về những thay đổi trong tương lai của các lĩnh vực khí hậu và tài nguyên nước không thể tách rời và phải coi sử dụng đất là một yếu tố quan trọng [91, 134]
Trang 34Những thay đổi về sử dụng đất có tác động lớn đến tài nguyên nước [162] Phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng thúc đẩy thay đổi sử dụng đất, bao gồm các thay đổi của các lớp sử dụng đất, ví dụ, chuyển đổi đất canh tác thành đô thị do đô thị hóa, thay đổi trong các lớp cây trồng hoặc luân canh Các tác giả đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu tác động của thay đổi sử dụng đất đối với tài nguyên nước Đây là một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong những thập kỷ tới [78]
Mặc dù nhu cầu sử dụng nước cho mỗi hoạt động của con người là khác nhau [184] Các nhà hoạch định chính sách và các nhà nghiên cứu đều có chung hướng nghiên cứu là ước tính nhu cầu nước cho các hoạt động sinh hoạt [62, 77, 102] Nhu cầu về nước liên quan đến độ co giãn của nhu cầu theo giá tiền nước [149, 160], đến việc xem xét tài nguyên nước, cung cấp nước và cân bằng nước trong khu vực để từ
đó đề xuất các chính sách quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước
Theo Bộ Môi trường Nhật Bản [110] cũng như tác giả Andrew C Worthington [184], nhu cầu nước được dự kiến cung cấp cho từng hạng mục sử dụng cho các hoạt động của con người bao gồm: Nông nghiệp, thương mại, công nghiệp, giải trí và môi trường
Ở châu Âu, 42% tổng lượng nước sử dụng cho nông nghiệp, 23% cho công nghiệp, 18% cho mục đích đô thị (bao gồm cả sử dụng thương mại) và 18% cho sản xuất năng lượng [204] Tuy nhiên, việc tiêu thụ nước giữa các ngành thay đổi đáng
kể giữa các quốc gia Ví dụ, ở Pháp (64%), Đức (64%) và Hà Lan (55%) tương đối nhiều nước được sử dụng để sản xuất điện, trong khi ở Phần Lan (66%) và Thụy Điển (28%) nước chủ yếu được sử dụng cho các mục đích công nghiệp khác
Nông nghiệp tưới tiêu tiêu thụ tới 90% nguồn cung cấp nước ngọt của thế giới [158], với lượng ước tính rất nhạy cảm với việc sử dụng đất [183] Lượng nước này thay đổi từ vùng này sang vùng khác Ở vùng khí hậu khô cằn và bán khô cằn nhu cầu nước cho tưới tăng lên tới 85% [197]
Lý thuyết kinh tế sản xuất cung cấp một cơ sở hữu ích để kiểm tra việc sử dụng nước của công ty và độ nhạy cảm của việc sử dụng nước công nghiệp và thương mại với giá cả thị trường [127, 149, 160, 184] Theo Worthington, đây là
Trang 35công việc thiết yếu vì nó cho phép các nhà cung cấp nước hiểu rõ hơn và quản lý được nhu cầu của khách hàng
Ít nhất có hai nghiên cứu của Arbues [62] và Hoffmann cùng cộng sự [102]
đã khảo sát ước tính nhu cầu nước sinh hoạt Nhu cầu nước hàng ngày trong các hộ gia đình dao động trong khoảng từ 10 lít (ở các quốc gia thiếu nước) và lên tới 400 lít (ở các nước phát triển, Hoa Kỳ khoảng 380 lít, Đức khoảng 130 lít) tính trên đầu người Theo giống vật nuôi và điều kiện khí hậu, nhu cầu nước hàng ngày của động vật dao động trong khoảng 20-50 lít nước Để sản xuất 1 kg bánh mì hoặc 2 kg lúa
mì, cần xấp xỉ khoảng 1.000 lít nước (lượng mưa hoặc nước tưới) Vì vậy, khoảng 260.000 lít nước mỗi năm là cần thiết để nuôi dưỡng một người bằng thực phẩm chay (2.500 kcal mỗi ngày) [197]
Xem xét các hoạt động trên quan điểm sử dụng đất, khi các hoạt động đó thay đổi việc sử dụng đất cũng biến đổi theo, hiển nhiên sẽ làm thay đổi tới các nhu cầu
về nước
Sự phát triển của thành phố liên quan nhiều nhất đến sự gia tăng dân số có tác động làm tăng nhu cầu nước đô thị [125] Việc tăng dân số kích hoạt sự tăng trưởng xây dựng các tòa nhà mới và các hoạt động khác của đô thị [67] Mỗi hoạt động đô thị như hoạt động kinh tế, nông nghiệp, công nghiệp và khu định cư có các đặc điểm khác nhau liên quan đến sử dụng nước [107] Việc cung cấp nước sạch rất quan trọng đối với sự phát triển của thành phố, đô thị Sử dụng nước ngày càng tăng, điều đó có nghĩa là một cuộc khủng hoảng nước toàn cầu có thể trở thành một mối đe dọa [173] Cụ thể, các tác giả xác định tương lai nhu cầu nước ở thành phố Balikpapan liên quan đến các hoạt động đô thị, du lịch, gia tăng dân số, đặc biệt là quá trình đô thị hóa là bước đầu tiên để tối ưu hóa việc sử dụng đất [97]
Ở Mông Cổ, chuyển đổi sang nền kinh tế thị trường trong các ngành trồng trọt, chăn thả và lâm nghiệp [142] Việc mở rộng sử dụng nước nông nghiệp sẽ làm cạn kiệt nghiêm trọng tài nguyên nước với các tác động tiêu cực đối với người sử dụng khác và môi trường Vì vậy các nhà chức trách Mông Cổ yêu cầu thực hiện quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM)
Trang 36Theo các báo cáo của tổ chức Nông Lương thế giới FAO [199], tổ chức Ngân hàng thế giới WB [200], tổ chức Sức khỏe thế giới WHO [182], Bộ Môi trường Nhật Bản JICA [110], Chương trình môi trường liên hiệp quốc UNEP [204], Vallecitos Water District [176] , các phương pháp tính nhu cầu nước được tổng hợp thành 4 phương pháp như sau:
(1) Tính theo hệ số tưới, định mức sử dụng trong một đơn vị diện tích của FAO, JICA phụ thuộc vào thực tế trên một vùng rộng do điều kiện nhân lực, khí hậu, nguồn nước, chế độ ngập,… nên mùa vụ, xuống giống thu hoạch không đồng đều Vì vậy, vấn đề rải vụ là hết sức quan trọng Làm tốt vấn đề này sẽ cho kết quả
về nhu cầu nước chính xác hơn Các hoạt động sử dụng phương pháp này: Sản xuất nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp
(2) Tính theo mô hình dự báo hoặc chương trình tính nhu cầu nước cho cây nông nghiệp Trên cơ sở bố trí sử dụng đất, mùa vụ và phân bố mưa sẽ tính trực tiếp
ra nhu cầu nước
(3) Lấy theo chỉ tiêu mở rộng từ kết quả đúc kết từ thí nghiệm, kinh nghiệm thực tế tùy theo tính chất của đất Các hoạt động sử dụng phương pháp này: Nước cho cải tạo đất, cho các hoạt động công cộng
(4) Tính bình quân cho mỗi đầu vật nuôi, đầu người, hoặc chỉ tiêu dùng nước của một đơn vị sản phẩm rồi từ đó tổng hợp lại, tuỳ theo loại và phương thức mà có lượng dùng khác nhau Sau đó tính thêm cho toàn bộ các nhu cầu phụ đi kèm Các hoạt động sử dụng phương pháp này: Chăn nuôi, sản xuất công nghiệp, dân sinh Một vấn đề khá quan trọng trong tính toán nhu cầu nước dân sinh cho tương lai là phải dự báo được dân số, tình hình phát triển đô thị và tỷ lệ dân sống ở đô thị Để có được những vấn đề này phải dự báo được tỷ lệ tăng trưởng dân số (bao gồm tăng trưởng tự nhiên, tăng trưởng cơ học), quy hoạch phát triển đô thị và mức độ đô thị hoá Với 6 loại đất được đề xuất nghiên cứu trong luận án, phương pháp tính nhu cầu nước được tổng hợp như sau:
Đối với lúa: Tại mỗi khu vực, mỗi quốc gia nhu cầu nước tưới tiêu cho diện
tích đất canh tác lúa có sự khác biệt lớn, phụ thuộc vào đặc điểm đất đai, địa hình, khí hậu thời tiết và thực trạng quản lý nước tại các địa phương Theo một số nghiên
Trang 37cứu của tổ chức FAO cho thấy, nhu cầu nước tưới cho diện tích đất trồng lúa khu
vực châu Á dao động trung bình khoảng 17.000 m3/ha/năm bao gồm nước trong cả quá trình làm đất Ở Philippines và Malaysia, tính toán cả lượng nước thất thoát do bốc hơi và thẩm thấu xuống đất, lượng nước cần cho trồng lúa là từ 12.000 đến 15.000 m3/ha/năm Ở Nhật Bản, tổng nhu cầu nước cho diện tích lúa trong suốt thời gian trồng, chăm sóc và thu hoạch ước tính là từ 8.000 đến 14.000 m3/ha/năm, không bao gồm nước sử dụng trong giai đoạn gieo mạ Tại Trung Quốc, theo một số báo cáo đưa ra nhu cầu nước cho trồng lúa dao động từ 8.640 đến 12.800
m3/ha/năm Hay tại Hoa Kỳ, lượng nước cần cho 1 ha diện tích đất trồng lúa khu vực bang California dao động trong khoảng 9000 – 25.000 m3/ha/năm, trong khi tại bang Louisiana chỉ khoảng 4.500 đến 9.000 m3/ha/năm [86]
Tại Việt Nam, định mức tưới cho diện tích trồng lúa chủ yếu áp dụng theo tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam-TCVN 9168:2012 [8] và TCVN 8641:2011 [5] do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành, trong đó, phân định rõ định mức tưới cho từng vùng Bắc Bộ, Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ Cụ thể:
Theo TCVN 8641:2011 [4] - Công trình thủy lợi kỹ thuật tưới tiêu nước cho cây lương thực và thực phẩm, định mức tưới cho lúa tại các khu vực là:
- Khu vực Bắc Bộ: Tổng mức nước tưới dưỡng cho cả vụ: từ 6.000 m3/ha đến 7.000 m3/ha
- Khu vực Trung Bộ: Tổng mức nước tưới dưỡng cho cả vụ là từ 6.500 m3 – 7.500 m3/ha/vụ tương đương với 13.000 – 14000 m3/ha/năm
- Khu vực Tây Nguyên: Tổng lượng nước tưới dưỡng cho cả vụ từ 8.500
m3/ha đến 10.000 m3/ha với mức tưới mỗi lần từ 300 m3/ha đến 350 m3/ha
- Khu vực Nam Bộ: Tổng lượng nước tưới dưỡng cho cả vụ từ 5.000 m3/ha đến 6.000 m3/ha
Theo TCVN 9168:2012 [8] - Công trình thủy lợi - Hệ thống tưới tiêu - Phương pháp xác định hệ số tưới lúa định mức tưới cho lúa xác định mức tưới toàn vụ cho cây lúa là 6.515,6 m3/ha/vụ, đối với những diện tích trồng lúa 2 vụ/năm thì nhu cầu nước sẽ dao động trong khoảng 12.000-13.000 m3/năm
Trang 38Đối với cây hàng năm khác, cây lâu năm: Theo TCVN 8641:2011 [4] quy
định mức nước tưới cho một số cây trồng hàng năm như sau:
Cây lạc cần mức tưới 1 vụ trung bình 2.000 m3/ha; cây đậu tương trung bình 2.000 m3/ha/vụ; khoai tây, khoai lang trung bình từ 1.200 m3/ha đến 2.000
m3/ha/vụ; súp lơ 1 vụ từ 2.500 m3/ha đến 3.500 m3/ha; bắp cải từ 1.500 m3/ha đến 2.000 m3/ha/vụ; cà chua từ 1.500 m3/ha đến 2.000 m3/ha/vụ Cây ăn quả là khoảng 3.827 m3/ha/vụ
Đối với nhu cầu nước sinh hoạt: Nhu cầu nước sử dụng cho sinh hoạt được
biểu thị theo mức tiêu thụ trung bình hàng ngày trên đầu người (mỗi người) Theo WHO, lượng nước tối thiểu để đáp ứng yêu cầu cơ bản của một người trong các điều kiện là 7.5 lít/ngày Tuy nhiên, trong một số trường hợp khác, lượng nước cần tối thiểu là 15 lít/người/ngày Lượng nước đảm bảo để chăm sóc các nhu cầu vệ sinh cơ bản là 20 lít/người/ngày [205]
Trung bình trên thế giới, lượng nước tiêu thụ của một người khoảng 15 lít (4 gallon) mỗi ngày Tuy nhiên, với mỗi khu vực, mỗi quốc gia khác nhau, nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt cũng khác nhau Như tại Hoa Kỳ, trung bình lượng nước tiêu thụ bình quân đầu người mỗi ngày cho nhu cầu sinh hoạt và các hoạt động hàng ngày là khoảng 380 lít Hay tại một số nước đang phát triển, nhu cầu sử dụng nước ước tính khoảng 60 lít/người/ngày [198]
Tại Việt Nam, định mức cấp nước sinh hoạt được áp dụng theo TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế của Bộ Xây dựng [12], định mức cấp nước tại các thành phố lớn, thành phố du lịch là 300-
400 lít/người/ngày; thành phố, TX vừa và nhỏ, khu công nghiệp nhỏ từ 200-270 lít/người/ngày; thị trấn, trung tâm công nông nghiệp, công - ngư nghiệp, điểm dân
cư nông thôn là từ 80-150 lít/người/ngày; khu vực nông thôn là từ 40-60 lít/người/ngày
Đối với nhu cầu nước dịch vụ công cộng: Mỗi loại này có các yêu cầu về
nước khác nhau, ví dụ như đối với cơ quan, văn phòng trung bình nhu cầu nước là
65 lít/nhân viên/ngày; trường học từ 25-75 lít/học sinh/ngày; bệnh viện là 250 – 500 lít/giường bệnh/ngày; các cửa hàng bán lẻ là 25 lít/nhân viên/ngày [167] Tại Việt
Trang 39Nam, nhu cầu nước cho các dịch vụ công cộng được tính chung theo TCXDVN 33:2006 là 10% định mức cấp nước sinh hoạt tại khu vực [12]
Đối với du lịch: Tùy thuộc vào các loại hình và quy mô dịch vụ khác
nhau, nhu cầu nước sẽ khác nhau Ở khu vực Tây Nam nước Anh, tại một số khu du lịch nghỉ dưỡng cao cấp, nhu cầu sử dụng nước có thể lên tới 600l/người/ngày [167] Hay tại Trung Quốc trung bình là 900 lít/người/ngày, Philippines là 850 lít/người/ngày, Hàn Quốc là 580 lít/người/ngày, New Zealand là 300 lít/người/ngày, Singapore là 550 lít/người/ngày [161] Tại Việt Nam, định mức cấp nước cho các hoạt động du lịch được áp dụng là 200 lít/người/ngày [38]
Đối với nhu cầu nước cho sản xuất công nghiệp: Tại Hoa Kỳ, tổng lượng
nước ngọt và nước mặn được sử dụng mỗi ngày theo ngành là gần 1.500 tỷ m3 Tại Nhật Bản nhu cầu nước cho công nghiệp năm 2005 là gần 600 tỷ m3/năm [132] Tại Thái Lan hiện nay, nhu cầu nước cho công nghiệp trung bình khoảng hơn 3 tỷ
m3/năm, dự tính đến năm 2024, nhu cầu sẽ tăng lên hơn 5 tỷ m3/năm Năm 2013, tại thành phố Santa Rosa, bang California, Mỹ, thống kê trung bình mỗi ngày các hoạt động sản xuất công nghiệp tiêu thụ khoảng 350 m3 nước [75] Tại thành phố Winnipeg, bang Manitoba, Canada, định mức cấp nước cho ngành công nghiệp nhẹ
là 225 m3/ha/ngày, công nghiệp nặng là 336 m3/ha/ngày [207] Tại Việt Nam, theo TCXDVN 33:2006 của Bộ Xây dựng định mức cấp cho khu công nghiệp là từ 22 –
45 m3/ha/ngày [12]
1.2.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam
Mọi loại hình sử dụng đất, để duy trì và phát triển đều có quan hệ mật thiết đến nhu cầu sử dụng nước Hay nói một cách khác, quá trình sử dụng đất có bền vững hay không phụ thuộc rất lớn vào khả năng cung cấp nước về cả chất và lượng của tài nguyên nước đối với từng khu vực Bên cạnh đó, quá trình sử dụng đất cũng
có tác động trở lại đối với nguồn nước trên địa bàn đó Dựa vào mức độ che phủ, mức độ bón phân, hay các hoạt động sử dụng đất tạo ra các nguồn thải… đều tác động trở lại nguồn nước về chất lượng, lưu lượng và số lượng [59]
Để tính toán nhu cầu sử dụng nước hiện tại của các ngành kinh tế trên lưu vực cũng như đưa ra dự báo về khả năng thiếu thừa nước trong tương lai, nhiều tác giả
Trang 40đã ứng dụng các mô hình khác nhau Trong đó có thể kể đến nghiên cứu do tác giả
Lê Đức Thường và Huỳnh Thị Lan Hương thực hiện sử dụng các mô hình tính toán NAM, CROPWAT, MIKE BASIN Kết quả nghiên cứu cho thấy, áp lực gia tăng dân số, áp lực phát triển kinh tế xã hội, cùng với tác động của biến đổi khí hậu làm gia tăng đáng kể nhu cầu sử dụng nước của các ngành kinh tế, trong đó tăng nhiều nhất là tưới, vì vậy khả năng thiếu nước ở một số vùng trên lưu vực sông Ba xảy ra ngày càng trầm trọng hơn, đặc biệt vào mùa khô [46]
Nghiên cứu của các tác giả khi áp dụng mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cái Phan Rang đã xác định được các vùng thiếu và thừa nước đến năm 2020 [14, 35] Để tính toán cân bằng nước lưu vực sông Đồng Nai trong điều kiện biến đổi khí hậu, các tác giả đã áp dụng mô hình toán NAM (mưa – dòng chảy, MIKE BASIN (cân bằng nước lưu vực sông) và MIKE - 11 (thủy lực/ xâm nhập mặn) kết hợp với mô hình khí hậu toàn cầu được lựa chọn đại diện 3 xu thế chung là khô hạn, trung bình và ẩm ướt, với các kịch bản khác nhau để giải bài toán [2] Kết quả thu được cho thấy sự thiếu nước nghiêm trọng đến rất nghiêm trọng của lưu vực sông và đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình
để đảm bảo nguồn nước lưu vực [190], Việc nghiên cứu, đánh giá và tính toán tiềm năng nguồn nước, nhu cầu và cân bằng nước cho các tiểu vùng sinh thái là rất quan trọng và cần thiết nhằm xây dựng các luận cứ khoa học giúp đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý và bền vững tài nguyên nước trong lưu vực [24] Xác định nhu cầu nước là một trong những vấn đề quan trọng của cân bằng nước Hiện tại nhu cầu nước được ước tính dựa trên các tiêu chuẩn của:
- Các tổ chức quốc tế WHO, FAO, JICA, UNEP;
- Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam đã ra nghị định về giải pháp cấp bách trong công tác quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường [17], về quản lý lưu vực sông [16];
- Các quyết định của Thủ tướng chính phủ về chiến lược quốc gia cấp nước sạch và vệ sinh môi trường xung quanh [38], về phê duyệt tổng thể phát triển kinh
tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020 [40] và tầm nhìn đến 2030 [42], về việc định hướng cấp nước đô thị và khu công nghiệp Việt Nam đến năm 2025-2050 [41],