Giáo trình QUY HOẠCH QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC

Các tác giả đã biên soạn giáo trình này dựa trên đề c−ơng môn học, các tài liệu giảng dạy với sự hỗ trợ của các chuyên gia t− vấn quốc tế. Giáo trình do GS. TS. Ngô Đình Tuấn và PGS. TS. Nguyễn Văn Tuần phản biện. Hội đồng Khoa học và Đào tạo Tr−ờng Đại học Thủy lợi đã phê chuẩn cho xuất bản giáo trình này theo Quyết định số 1456/QĐ-ĐHTLH ĐKH&ĐT ngày 18/4/2005. Tiểu hợp phần "Hỗ trợ tăng c−ờng năng lực cho Tr−ờng Đại học Thủy lợi" thuộc Ch−ơng trình Hỗ trợ ngành n−ớc của DANIDA đã tài trợ kinh phí cho t− vấn quốc tế, trong n−ớc và in ấn giáo trình.

Tr−êng §¹i häc Thñy lîi GS. TS. Hµ V¨n Khèi Gi¸o tr×nh Quy ho¹ch vµ qu¶n lý nguån n−íc Nhµ xuÊt b¶n N«ng nghiÖp Hµ Néi - 2005 2 Quy hoạch và quản lý nguồn nớc Các tác giả đã biên soạn giáo trình này dựa trên đề cơng môn học, các tài liệu giảng dạy với sự hỗ trợ của các chuyên gia t vấn quốc tế. Giáo trình do GS. TS. N gô Đình Tuấn và PGS. TS. Nguyễn Văn Tuần phản biện. Hội đồn g Khoa học và Đào tạo Trờng Đại học Thủy lợi đã phê chuẩn cho xuất bản giáo trình này theo Quyết định số 1456/QĐ-ĐHTL- HĐKH&ĐT ngày 18/4/2005. Tiểu hợp phần "Hỗ trợ tăn g cờng năng lực cho Trờn g Đại học Thủy lợi" thuộc Chơng trình Hỗ trợ ngành nớc của DANIDA đã tài trợ kinh phí cho t vấn quốc tế, tron g nớc và in ấn giáo trình. mục lục 3 Mục Lục Trang Lời nói đầu 5 Chơng 1 Tài nguyên nớc và vấn đề sử dụng tài nguyên nớc 7 1.1. Tài nguyên nớc và vấn đề khai thác tài nguyên nớc 7 1.2. Khái niệm về hệ thống nguồn nớc và đặc điểm của nó 10 1.3. Nhu cầu nớc dùng và nhu cầu nớc sinh thái 12 1.4. Đặc điểm chung về tài nguyên nớc của Việt Nam 14 Chơng 2 Quy hoạch và quản lý nguồn nớc 22 2.1. Nhiệm vụ của quy hoạch và quản lý nguồn nớc 22 2.2. Các bài toán cơ bản về quy hoạch và quản lý nguồn nớc 23 2.3. Chơng trình nớc quốc gia các dạng quy hoạch nguồn nớc 25 2.4. Nội dung và các bớc cơ bản lập quy hoạch nguồn nớc 29 2.5. Khung luật pháp và thể chế trong quản lý tài nguyên nớc 32 2.6. Yêu cầu phát triển bền vững tài nguyên nớc 34 2.7. Phơng pháp tiếp cận hệ thống trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc 36 2.8. Vai trò của mô hình hoá, những u điểm và hạn chế của nó 37 Chơng 3 Phân tích kinh tế trong quy hoạch phát triển nguồn nớc 41 3.1. Nhiệm vụ và nội dung phân tích kinh tế trong phát triển nguồn nớc 41 3.2. Một số khái niệm cơ bản 41 3.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án 49 3.4. Phân tích chi phí và lợi ích trong quy hoạch nguồn nớc 52 3.5. Ví dụ về đánh giá hiệu quả kinh tế dự án 53 3.6. Giá nớc và định giá nớc 63 4 Quy hoạch và quản lý nguồn nớc Chơng 4 Mô hình hoá trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc 64 4.1. Quá trình lựa chọn phơng án quy hoạch nguồn nớc 64 4.2. Mô hình mô phỏng hệ thống 65 4.3. Mô hình tối u hoá trong quy hoạch nguồn nớc 68 4.4. Thiết lập bài toán tối u hệ thống nguồn nớc và phân loại 71 4.5. Tối u hóa đối với bài toán phát triển hệ thống nguồn nớc 77 4.6. Bài toán tối u đa mục tiêu 79 Chơng 5 Kỹ thuật phân tích hệ thống ứng dụng trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc 85 5.1. Lý thuyết phân tích hệ thống 85 5.2. Hệ thống phơng pháp luận của lý thuyết phân tích hệ thống 90 5.3. Phân loại tổng quát các mô hình tối u 92 5.4. Phơng pháp giải các bài toán quy hoạch tuyến tính 94 5.5. Quy hoạch phi tuyến 107 5.6. Quy hoạch động 134 5.7. áp dụng phơng pháp tối u hóa trong quy hoạch quản lý nguồn nớc 150 5.8. áp dụng mô hình mô phỏng trong quy hoạch nguồn nớc 174 Chơng 6 Hệ thống hỗ trợ ra quyết định 177 6.1. Khái niệm về hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) 177 6.2. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc 180 Tài liệu tham khảo 187 môc lôc 5 Lời nói đầu 5 Lời nói đầu Giáo trình Quy hoạch và quản lý nguồn nớc đợc biên soạn theo khuôn khổ Chơng trình Hỗ trợ ngành nớc của Danida (WAterSPS), thuộc tiểu hợp phần Hỗ trợ nâng cao năng lực Trờng Đại học Thuỷ lợi do Chính phủ Đan Mạch tài trợ. Giáo trình này phục vụ giảng dạy môn học Quy hoạch nguồn nớc chơng trình đại học và có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc lĩnh vực phát triển nguồn nớc. Mục tiêu của Giáo trình là giới thiệu những khái niệm cơ bản về quy hoạch và quản lý nguồn nớc, các phơng pháp phân tích kinh tế kỹ thuật, phơng pháp phân tích hệ thống trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc. Nội dung của giáo trình đợc trình bày theo hớng tiếp cận những phơng pháp nghiên cứu hiện đại trên thế giới về quy hoạch và quản lý nguồn nớc. Phụ lục kèm theo giáo trình này là các ví dụ và nghiên cứu điển hình về các bài toán quy hoạch hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp, quy hoạch phòng lũ, các bài toán quản lý khai thác hệ thống nguồn nớc. Giáo trình gồm 6 chơng với những nội dung chính nh sau: 1. Các khái niệm và nội dung cơ bản về quy hoạch và quản lý nguồn nớc 2. Đặc điểm Tài nguyên nớc và vấn đề quy hoạch quản lý nguồn nớc của Việt Nam 3. Phân tích kinh tế trong quy hoạch và phát triển nguồn nớc 4. Kỹ thuật phân tích hệ thống ứng dụng trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc 5. á p dụng phơng pháp tối u hoá trong quy hoạch và quản lý nguồn nớc 6. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch quản lý nguồn nớc 6 Quy hoạch và quản lý nguồn nớc Các nghiên cứu điển hình sẽ đợc xuất bản riêng trong tập tài liệu hớng dẫn thực hành. Trong quá trình chuẩn bị bản thảo của giáo trình này, tác giả đã nhận đợc sự hỗ trợ thờng xuyên về mặt tài liệu và t vấn chuyên môn của Chơng trình hỗ trợ ngành nớc của Danida (WAterSPS). Tác giả xin chân thành cảm ơn vì sự giúp đỡ này. Tác giả xin chân thành cảm ơn GS. TS. Ngô Đình Tuấn, GS. TS. Lê Thạc Cán đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn tất bản thảo lần cuối. Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, đặc biệt là PGS. TS. Nguyễn Văn Tuần, PGS. TS. Đỗ Tất Túc, TS. Nguyễn Văn Thắng về những nhận xét và những ý kiến góp ý cho bản thảo của chúng tôi. Đây là giáo trình đợc xuất bản lần đầu nên khó tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết. Rất mong sự góp ý của độc giả để nâng cao chất lợng của giáo trình trong những lần xuất bản sau. GS. TS. Hà Văn Khối Lêi nãi ®Çu 7 Chơng 1- Tài nguyên nớc . 7 Chơng 1 Tài nguyên nớc và vấn đề sử dụng tài nguyên nớc 1.1. Tài nguyên nớc và vấn đề khai thác tài nguyên nớc Nớc là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trờng sống. Nớc là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con ngời. Nớc đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản v.v . Bởi vậy, tài nguyên nớc có giá trị kinh tế và đợc coi là một loại hàng hoá. Nớc là loại tài nguyên có thể tái tạo đợc và cần phải sử dụng một cách hợp lý để duy trì khả năng tái tạo của nó. Trên hành tinh chúng ta nớc tồn tại dới những dạng khác nhau: Nớc trên trái đất, ngoài đại dơng, ở các sông suối, hồ ao, các hồ chứa nhân tạo, nớc ngầm, trong không khí, băng tuyết và các dạng liên kết khác. Theo V. I. Verônatske, khối lợng nớc trên trái đất vào khoảng 1,46 tỷ km 3 , trong đó nớc trong đại dơng chiếm khoảng 1,37 tỷ km 3 . Sự phân bố nớc trên hành tinh chúng ta theo số liệu ớc tính của UNESCO năm 1978 (bảng 1-1) nh sau: Tổng lợng nớc trên trái đất vào khoảng 1.385.984.610 km 3 trong đó nớc trong đại dơng vào khoảng 1.338.000.000 km 3 chiếm 96,5%. Nớc ngọt trên trái đất chiếm tỷ lệ rất nhỏ chỉ vào khoảng 2,5%. Nớc ngọt phân bố ở nớc ngầm, nớc mặt, dạng băng tuyết và các dạng khác, trong đó lợng nớc ở dạng băng tuyết chiếm tỷ lệ cao nhất (xấp xỉ 70%), nớc ngọt ở các tầng ngầm dới đất chiếm tỷ lệ vào khoảng 30,1%, trong khi đó nớc trong hệ thống sông suối chỉ chiếm khoảng 0,006% tổng lợng nớc ngọt trên trái đất, một tỷ lệ rất nhỏ. Hệ thống tuần hoàn nớc có thể mô tả trên hình (1-1). Nớc trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thuỷ quyển. Nớc vận động trong thuỷ quyển qua những con đờng vô cùng phức tạp cấu tạo thành tuần hoàn nớc còn gọi là chu trình thuỷ văn . Nớc bốc hơi từ các đại dơng và lục địa trở thành một bộ phận của khí quyển. Hơi nớc đợc vận chuyển vào bầu không khí, bốc lên cao cho đến khi chúng ngng kết và rơi trở lại mặt đất hoặc mặt biển. Lợng nớc rơi xuống mặt đất một phần bị giữ 8 Quy hoạch và quản lý nguồn nớc lại bởi cây cối, chảy tràn trên mặt đất thành dòng chảy trên sờn dốc, thấm xuống đất, chảy trong đất thành dòng chảy sát mặt đất và chảy vào các dòng sông thành dòng chảy mặt. Phần lớn lợng nớc bị giữ lại bởi thảm phủ thực vật và dòng chảy mặt sẽ quay trở lại bầu khí quyển qua con đờng bốc hơi và bốc thoát hơi. Lợng nớc ngấm trong đất có thể thấm sâu hơn xuống những lớp đất bên dới để cấp nớc cho các tầng nớc ngầm và sau đó xuất lộ thành các dòng suối hoặc chảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt và cuối cùng đổ ra biển hoặc bốc hơi vào khí quyển. Có thể coi quá trình tuần hoàn nớc là một hệ thống thuỷ văn, thực chất là quá trình chuyển từ ma sang dòng chảy với các thành phần là nớc rơi, bốc hơi, dòng chảy và các pha khác nhau của chu trình. Các thành phần này có thể đợc tập hợp thành các hệ thống con của chu trình lớn. Chu trình vòng tuần hoàn toàn cầu đợc mô tả trên hình (1-1). Theo sơ đồ tuần hoàn nớc trên hình (1-1) có nhận xét nh sau: - Tơng ứng với 100 đơn vị ma trên lục địa có 38 đơn vị chảy dòng chảy mặt ra biển; 1 đơn vị chảy ngầm ra biển; 61 đơn vị bốc hơi từ lục địa. Rõ ràng lợng bốc hơi từ mặt đất là rất lớn so với lợng nớc mặt và lợng nớc ngầm chảy ra biển. - Trên đại dơng, tơng ứng với 385 đơn vị ma xuống đại dơng có 424 đơn vị bốc hơi từ đại dơng. Bảng 1-1 : Ước lợng nớc trên trái đất Hạng mục Diện tích (10 6 km 2 ) Thể tích (km 3 ) Phần trăm của tổng lợng nớc Phần trăm của nớc ngọt 1. Đại dơng 361,3 1.338.000.000 96,5 2. Nớc ngầm - Nuớc ngọt 134,8 10.530.000 0,76 30,1 - Nớc nhiễm mặn 134,8 12.870.000 0,93 - Lợng ẩm trong đất 82,0 16.500 0,0012 0,05 3. Băng tuyết - Băng ở các cực 16,0 24.023.500 1.7 68,6 - Các loại băng tuyết khác 0,3 340.600 0,025 1,0 4. Hồ, đầm - Nớc ngọt 1,2 91.000 0,007 0,26 - Nhiễm mặn 0,8 85.400 0,006 - Đầm lầy 2,7 11.470 0,0008 0,03 5. Sông ngòi 148,8 2.120 0,0002 0,006 6. Nớc sinh học 510,0 1.120 0,0001 0,003 7. Nớc trong khí quyển 510,0 12.900 0,001 0,04 Tổng cộng 510,0 1.385.984.610 100 Nớc ngọt 148,8 35.029.210 2,5 100