Bài viết này nghiên cứu áp dụng mô hình cân bằng nước MIKE HYDRO BASIN (MHB) để đánh giá khả năng đáp ứng của nguồn nước cho các nhu cầu sử dụng nước khác nhau trên lưu vực sông (LVS) Cửu Long. Toàn bộ LVS được phân thành 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước.
Bài báo khoa học Thiết lập mơ hình cân nước phục vụ lập quy hoạch tổng hợp lưu vực sơng Cửu Long Nguyễn Ngọc Hà1*, Hồng Thị Nguyệt Minh2, Đinh Tiến Dũng1 Trung tâm Quy hoạch Điều tra Tài nguyên Nước Quốc gia, Bộ Tài Nguyên Môi trường, 93/95 Vũ Xuân Thiều, Sài Đồng, Long Biên, Hà Nội; ha_tnn@yahoo.com; dungdt812@gmail.com Khoa Tài nguyên nước, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội; htnminh.tnn@hunre.edu.vn *Tác giả liên hệ: ha_tnn@yahoo.com; Tel.: +84–989668363 Ban Biên tập nhận bài: 8/7/2021; Ngày phản biện xong: 27/8/2021; Ngày đăng bài: 25/11/2021 Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu áp dụng mơ hình cân nước MIKE HYDRO BASIN (MHB) để đánh giá khả đáp ứng nguồn nước cho nhu cầu sử dụng nước khác lưu vực sơng (LVS) Cửu Long Tồn LVS phân thành 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước Nhu cầu sử dụng nước tính tốn cho mục đích sử dụng gồm sinh hoạt, cơng nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, nhu cầu khác giới hạn nước Mơ hình MHB tính tốn cân nước theo thời đoạn ngày cho năm trạng 2020, nhằm xác định chi tiết tổng lượng nước thiếu năm, thời gian thiếu nước năm, tháng thiếu nước toàn LVS 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước Kết tính tốn cho thấy, tổng lượng nước thiếu năm toàn LVS chiếm khoảng 11,4% tổng nhu cầu sử dụng nước, thời gian thiếu nhiều vào tháng 2–4 (19,1-19,6%), khu vực thiếu nhiều vùng bán đảo Cà Mau Mơ hình MHB áp dụng với LVSCL sử dụng cơng cụ đánh giá nhanh thuận tiện để đánh giá khả đáp ứng nguồn nước ứng với kịch quy hoạch khác nhau, từ làm sở cho việc lựa chọn phương án phân bổ nguồn nước phù hợp Từ khóa: Cân nước; Cửu Long; Mê Kông; Mike Hydro Basin; Tài nguyên nước Mở đầu LVSCL có vị trí quan trọng phát triển kinh tế–xã hội nước Với tiềm nông nghiệp lớn, nhiều năm qua, LVSCL ln đóng góp khoảng 50% tổng sản lượng lương thực nước, bên cạnh vai trò chủ đạo xuất gạo, LVSCL cung cấp 70% lượng trái cây, 65% sản lượng thuỷ sản nước [1] Nguồn nước LVSCL đánh giá dồi dào, nhiên năm trở lại tài nguyên nước LVS đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng nước biển dâng, hạn hán, thiếu nước, gia tăng xâm nhập mặn, xói lở bờ sơng, bờ biển, sụt lún đất… Nguyên nhân thực trạng khai thác sử dụng tài nguyên nước mức, không hợp lý hiệu LVS, đặc biệt thượng lưu Mê Cơng Đồng thời ảnh hưởng biến đổi khí hậu cách phối hợp quản lý tài nguyên nước góp phần quan trọng dẫn đến vấn đề Như vậy, quy hoạch tổng hợp LVSCL công cụ hiệu hỗ trợ quản lý tổng hợp tài nguyên nước, đồng thời làm sở cho việc điều chỉnh định hướng khai thác, sử dụng nước, bảo vệ tài nguyên nước ngành định hướng hợp tác với quốc gia thượng lưu Để hỗ trợ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 http://tapchikttv.vn/ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 83 xây dựng quy hoạch, việc đánh giá mức độ đáp ứng nguồn nước nhu cầu sử dụng nước khác cho dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường thơng quan tính tốn cân nước vơ quan trọng Do đặc điểm dòng chảy LVSCL ảnh hưởng sâu sắc thủy triều biển Đông biển Tây, với hệ thống kênh rạch phức tạp, khơng có lưu vực rõ ràng Vì vậy, từ trước tới nay, việc tính tốn cân nước LVSCL thường thực đơn giản qua so sánh lượng nước đến nhu cầu phạm vi toàn vùng, tiểu vùng lớn (vùng tả sông Tiền, sông Tiền–sông Hậu, Tứ giác Long Xuyên, bán đảo Cà Mau), đánh giá chi tiết thơng qua mơ hình thủy lực, nhiên tính phức tạp mạng lưới sơng chế độ dịng chảy, kết tính tốn chưa đủ linh hoạt để áp dụng đánh giá phương án khai thác–sử dụng nước đưa định hướng phân bổ tài ngun nước lưu vực Các mơ hình cân nước thông thường WEAP, MIKE HYDRO BASIN (MHB) khơng thực phù hợp với dịng chảy chiều mạnh việc tính toán cân nước với nhiều kịch linh hoạt nước đến, nhu cầu sử dụng nước, có xét đến cơng trình khai thác lưu vực [2–3] Bài báo nghiên cứu thiết lập mơ hình MHB để đánh giá mức độ đáp ứng nguồn nước nhu cầu sử dụng nước khác ứng với kịch khác Các kết tính toán làm sở cho việc lựa chọn phương án phân bổ nguồn nước phù hợp phục vụ lập quy hoạch tổng hợp LVSCL Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu LVS Cửu Long (LVSCL) thuộc châu thổ sông Mê Công, nằm Tây Nam bộ, có vị trí liền kề với LVS Đồng Nai, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây–Nam vịnh Thái Lan phía Đơng–Nam biển Đơng LVS bao gồm 13 tỉnh với tổng diện tích 39.945 km2, dân số 17,738 triệu người (2017), chiếm 20,53% dân số nước [4] Hệ thống sông, kênh LVSCL phát triển chủ yếu vòng kỷ nay, với mục đích phát triển nơng nghiệp giao thông thủy Đến nay, hệ thống kênh đào đan dày cấp kênh trục/ kênh cấp 1, kênh cấp kênh cấp nội đồng, hợp thành hệ thống kênh mương dày, với mật độ 8–10 m/ha Điểm đặc biệt hệ thống kênh mở bán mở nên tác động vào vị trí hệ thống kênh lan truyền ảnh hưởng đến vùng lân cận Bên cạnh mặt lợi, hệ thống kênh đào làm dịng chảy sơng tự nhiên tính độc lập ảnh hưởng đến dịng chảy sông Mê Công, đồng thời tác động gián tiếp làm thủy triều mặn xâm nhập sâu vào đồng, dẫn đến chế độ dòng chảy nội đồng trở nên phức tạp [5–6] Tổng lượng dịng chảy sơng Mê Công hàng năm biển khoảng 500 tỷ m3, chảy vào LVSCL 475 tỷ m3 [5] Với lượng mưa trung bình vào khoảng 1.600–1.800 mm, lượng nước nội sinh lưu vực khoảng 25 tỷ m3 (chiếm 5% tổng lượng dòng chảy) Lưu lượng trung bình năm lưu vực giai đoạn 2000–2020 theo số liệu thực đo Tân Châu Châu Đốc 12.572 m3/s (Tân Châu 10.142 m3/s, Châu Đốc 2.430 m3/s) Tỷ lệ phân phối lưu lượng trung bình năm từ Phnơmpênh vào sơng Tiền sơng Hậu qua Tân Châu Châu Đốc 83%/17% ổn định, có xu thấp mùa lũ (80%/20%) cao mùa kiệt (84–86%/14–16%) Tuy nhiên, vào sâu đồng bằng, với điều tiết Vàm Nao, dịng chảy sơng lập lại cân với 51% cho sông Tiền 49% cho sông Hậu [7] Chế độ nước LVSCL chia làm mùa rõ rệt: mùa lũ mùa kiệt Mùa lũ từ tháng đến tháng 11 (90% tổng lượng nước hàng năm) mùa kiệt từ tháng 12 năm trước đến tháng năm sau (chiếm 10% tổng lượng nước), dòng chảy kiệt xuất vào tháng 3, Dòng chảy mùa kiệt chịu ảnh hưởng lớn thủy triều, thuận lợi tiêu cấp nước, việc hình thành giáp nước cạn kiệt dòng chảy triều rút, kỳ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 84 triều gây trở ngại cho phát triển Trong chu kỳ 15 ngày, ngày triều cường thời kỳ tích nước tạm thời kênh rạch nội đồng làm tăng mực nước trung bình ngược lại Vào cuối mùa lũ, nguồn nước từ thượng lưu sông giảm dần, mặn từ biển bắt đầu lấn dần vào vùng cửa sông theo triều xâm nhập sâu nội đồng [6] Đối với tài nguyên nước đất (NDĐ), LVSCL có tầng chứa nước có khả khai thác với quy mô lớn với trữ lượng khai thác NDĐ nhạt (M < 1,0 g/l) 22.513.000 m3/ngày trữ lượng khai thác NDĐ mặn (M > 1,0 g/l) 39.124.000 m3/ngày [5, 8] Tình hình cấp nước thị LVSCL cải thiện đáng kể 10 năm trở lại Tỷ lệ người dân dùng nước đạt 70%, xấp xỉ mức bình quân nước Định mức tiêu thụ nước sạch/đầu người nâng lên 80–100 l/người/ngày Tổng công suất cấp nước vùng khoảng 700.000 m3/ngày, có 50% nguồn nước ngầm Các hình thức cấp nước nông thôn gồm cấp nước tập trung (19% dân số), từ giếng khoan (26,4% dân số), giếng đào (22% dân số) nước mưa (32,6% dân số) [5] 2.2 Số liệu phương pháp 2.2.1 Số liệu đầu vào Hệ thống sông gồm: sông Mê Cơng với dịng sơng Tiền, sơng Hậu, phân lưu biển sông nối Vàm Nao, sông quốc tế sông Vàm Cỏ Tây–Vàm Cỏ Đơng sơng Giang Thành, ngồi cịn có sông nội địa Cái Lớn, Cái Bé, Mỹ Thanh, Gành Hào, Ông Đốc, Bảy Háp số rạch nhỏ tự nhiên khác [9] Số liệu khí tượng, thủy văn giai đoạn 1980-2019 thu thập, tổng hợp, phân tích từ nhiều nguồn [10–11] làm đầu vào cho mơ hình mưa–dịng chảy MIKE NAM mơ hình thủy lực MIKE 11 để tính tốn dịng chảy nội sinh ngoại sinh vào vùng nghiên cứu, bao gồm dòng chảy từ Campuchia qua sông Mê Kông nhánh sông dọc biên giới, thượng lưu sông Vàm Cỏ LVS Đồng Nai Mơ hình MIKE NAM sử dụng để tính dịng chảy sản sinh từ mưa lưu vực sơng Mê Kơng tính từ Kratie đến hết vùng LVSCL LVS Đồng Nai, với phương pháp tương tự [12–13] Số liệu trữ lượng khai thác nước đất kế thừa từ kết tính toán nhiệm vụ lập quy hoạch tổng hợp LVSCL [5, 8] Nhu cầu sử dụng nước cho loại mục đích (sinh hoạt, cơng nghiệp, trồng trọt, chăn ni, thủy sản, khác) tính tốn từ số liệu niên giám thống kê 13 tỉnh vùng LVSCL năm 2020, đồ sử dụng đất nông nghiệp Đại học Cần Thơ năm 2017, đồ sử dụng đất Bộ Tài nguyên Môi trường năm 2015 Việc tính tốn nhu cầu nước cho trồng trọt thủy sản có sử dụng lịch thời vụ loại trồng mơ hình thủy sản kết hợp từ quy hoạch thủy lợi [6, 14] Nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt, cơng nghiệp có tham khảo từ quy hoạch cấp nước vùng đồng sông Cửu Long [15–16] 2.2.2 Phân vùng tính tốn Tương đồng với Quy hoạch vùng ĐBSCL [16], quy hoạch tổng hợp LVSCL phân chia toàn vùng thành 12 tiểu vùng quy hoạch ứng với vùng sinh thái theo độ mặn: vùng ngọt, vùng lợ vùng mặn Để đảm bảo mức độ chi tiết đánh giá tài nguyên nước cho tiểu vùng quy hoạch này, nghiên cứu phân chia LVSCL thành 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước (Hình 1) Việc phân chia tạo thuận lợi đảm bảo linh hoạt cho công việc tổng hợp kết tính tốn sau Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 85 Hình Phân vùng tính tốn cân nước theo (A) quy hoạch thủy lợi (B) vùng sinh thái: vùng (N1–N4), vùng lợ (L1–L5), vùng mặn (M1–M3) 2.2.3 Thiết lập sơ đồ tính tốn Mạng sơng thiết lập mơ hình MHB gồm 130 sơng, kênh, đó, 43 sơng thuộc quy hoạch tổng hợp LVSCL sông liên tỉnh, nguồn nước liên tỉnh Các sông, kênh chọn kênh trục lớn biên khu sử dụng nước (Hình 2a) Do đặc điểm chịu ảnh hưởng mạnh thủy triều biển Đông biển Tây, dịng chảy hệ thống sơng, kênh vùng LVSCL, bao gồm dòng chảy Tân Châu Châu Đốc, chiều (lưu lượng âm dương) phụ thuộc vào lúc triều lên hay triều rút Chế độ thủy triều bán nhật triều bán nhật triều khơng nên ngày thường có lần triều lên lần triều rút Mơ hình MHB cho phép thiết lập dòng chảy cố định chiều, chiều lựa chọn mạng sơng thiết lập chiều lưu lượng trung bình thời đoạn dài (tháng) Cách thiết lập không mơ xác chế độ dịng chảy thực tế, phù hợp với xu hướng chung dòng chảy mục đích đánh giá khả đáp ứng nhu cầu nước thời đoạn dài, đồng thời đảm bảo đơn giản linh hoạt cần thiết việc đánh giá phương án, kịch phân bổ nguồn nước khác Mặt khác, từ trước tới nay, việc tính tốn tài ngun nước đến vùng LVSCL sử dụng cách tính lưu lượng trung bình trạm Tân Châu Châu Đốc (mặc dù lưu lượng theo có giá trị âm dương ngày) Việc sử dụng mơ hình MIKE BASIN (phiên cũ MIKE HYDRO BASIN–MHB) tính tốn cân nước LVS Mê Kơng thực dự án Nghiên cứu đánh giá tác động cơng trình thủy điện dịng Mê Kơng, sử dụng kết hợp mơ hình SWAT–MIKE 11–MIKE 21– MIKE BASIN [17] Mặc dù vậy, áp dụng mơ hình vùng đồng LVSCL dừng lại cân nước vùng lớn Việc ứng dụng mơ hình MHB LVSCL để cân nước chi tiết đến 120 vùng gặp nhiều thách thức hạn chế mơ hình, nhiên khả áp dụng hồn tồn xem xét số giả định mục đích tốn Chiều dịng chảy lựa chọn mơ hình phù hợp với chiều lấy nước quy ước thủy lợi (xem Hình 2b), cụ thể: - Vùng tả sơng Tiền: lấy nước từ sơng Tiền qua hướng Tây–Đông Tây Bắc– Đông Nam - Vùng sông: lấy nước từ sông Tiền sang sông Hậu Tây Bắc–Đơng Nam biển Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 86 - Vùng tứ giác Long Xuyên: lấy nước từ sông Hậu đổ biển Tây chuyển xống vùng bán đảo Cà Mau - Vùng bán đảo Cà Mau: lấy nước từ sông Hậu từ vùng tứ giác Long Xuyên chảy xuống Hình (A) hệ thống sơng, kênh trục cấp 1, LVSCL (B) sơ đồ mạng sông thiết lập mơ hình MHB 2.2.4 Thiết lập số liệu đầu vào Dòng chảy ngoại sinh vùng LVSCL đưa vào mơ hình thơng qua nút lưu vực (catchment) sông Tiền, sông Hậu biên giới Việt Nam–Campuchia, số nhánh chảy qua biên giới, thượng lưu sơng Vàm Cỏ Đơng Dịng chảy nội sinh từ mưa đưa vào mơ hình thông qua 120 nút ứng với 120 khu sử dụng nước Các nút phân bổ dòng chảy đến điểm lấy nước sông, kênh biên khu sử dụng nước với hệ số phân bổ xác định Đối với nguồn nước đất, tương tự có 120 nút mô cho 120 khu sử dụng nước Nhu cầu sử dụng nước ứng với mục đích mô đối tượng sử dụng nước (user) cho khu sử dụng nước Tổng cộng có 720 user thiết lập (Hình 3) 2.2.5 Thiết lập quy tắc Khác với toán cân nước cho lưu vực thông thường, LVSCL hay vùng tương tự khơng có lưu vực rõ ràng, kết cân nước phụ thuộc nhiều vào việc xác định quy tắc phân bổ nhằm mô gần với điều kiện sử dụng thực tế kịch Các quy tắc thể thông số Tỉ lệ phân bổ lượng nước nội sinh vào kênh: khu sử dụng nước bao sông, kênh Mỗi sông, kênh coi nguồn cấp nước mặt cho đối tượng sử dụng nước khu Lượng nước mặt nội sinh từ mưa rơi khu sử dụng nước xét phân bổ cho sông, kênh với tỉ lệ xác định dựa mật độ sông, kênh kết nối với sông, kênh xét, với ý nghĩa mật độ dày nhận nhiều nước Để đơn giản hóa, lấy tỉ lệ phân bổ đều: Qi = Qns/nk (1) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 87 Trong Qi lưu lượng dịng chảy nội sinh khu xét phân bổ tới kênh biên i; Qns tổng dòng chảy nội sinh khu xét; nk số kênh biên Hình Mơ hình hóa đối tượng thiết lập số liệu đầu vào: (1) Dòng chảy đến ngoại sinh, (2) Nước mặt nội sinh, (3) Nước đất, (4) Đối tượng sử dụng nước Tỉ lệ phân lưu (bifurcation): đặc điểm hệ thống sông, kênh dày đặc, mạng sơng tính tốn bao gồm 92 nút phân lưu Tỉ lệ phân lưu nút xác định tỉ lệ lưu lượng dịng chảy sơng nhánh tổng lưu lượng dòng chảy đến nút Sự phân chia dịng chảy mạng sơng LVSCL tương đối ổn định [18] Trong nghiên cứu này, tỉ lệ phân chia xác định từ kết tính tốn mơ hình thủy lực nhập vào mơ hình MHB dạng đường quan hệ lưu lượng sơng nhánh/sơng (Hình 4-7) 100.000 y = 0.0037x2 + 0.1993x + 0.135 R² = 0.961 Cái Cỏ - Long Khốt 90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 Tân Thành - Lò Gạch Hình Đường quan hệ lưu lượng nút phân lưu kênh Tân Thành–Lò Gạch kênh Cái Cỏ–Long Khốt Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 88 12000.000 y = -9E-11x3 + 3E-06x2 + 0.4124x + 16.4 R² = 0.9912 Sông Vàm Nao 10000.000 8000.000 6000.000 4000.000 2000.000 0.000 0.000 5000.000 10000.000 15000.000 20000.000 25000.000 Sơng Tiền Hình Đường quan hệ lưu lượng nút phân lưu sông Tiền sông Vàm Nao 16000.000 14000.000 y = -1E-09x3 + 3E-05x2 + 0.2823x + 0.3138 R² = 0.9893 Sông Cổ Chiên 12000.000 10000.000 8000.000 6000.000 4000.000 2000.000 0.000 0.000 5000.000 10000.000 15000.000 20000.000 25000.000 Sơng Tiền Hình Đường quan hệ lưu lượng nút phân lưu sông Tiền sông Cổ Chiên 140.000 y = -1E-04x3 + 0.0231x2 - 0.5439x + 2.7751 R² = 0.9703 120.000 Kênh Trà Sư 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000 Kênh Vĩnh Tế Hình Đường quan hệ lưu lượng nút phân lưu kênh Vĩnh Tế kênh Trà Sư Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 89 Quy tắc lấy nước từ nhiều nút cấp (supply connections): đối tượng sử dụng nước lấy nước từ nhiều nguồn/nút cấp Để mô điều kiện thực tế, tỉ lệ nhu cầu nước lấy từ nút khác xác định khả cấp nước nút (với nguồn sông, kênh khả tải mật độ sông, kênh kết nối với sông, kênh biên; với nguồn nước đất trữ lượng khai thác lấy theo trạng, tiêu chuẩn, quy định thực tế) Trong nghiên cứu này, tỉ lệ nhu cầu nước đối tượng lấy từ nút cụ thể xác định tỉ lệ lượng nước đến nút với tổng lượng nước đến tất nút cấp cho đối tượng xét Tỉ lệ không cố định mà thay đổi theo ngày tương ứng với thay đổi lượng nước đến nút: Fraction (ji) = Qi/Qi (2) Trong Fraction (ji) tỉ lệ nhu cầu nước đối tượng j lấy từ nút i; n số nút cấp; Qi lưu lượng nước đến nút i; Qi tổng lưu lượng nước đến tất nút cấp cho đối tượng j Khi nhu cầu nước đối tượng j lấy từ nút i là: Dji = Fraction (ji) x Dj (3) Trong Dji nhu cầu nước đối tượng j lấy từ nút i; Dj tổng nhu cầu nước đối tượng j (từ tất nút) Quy tắc phân bổ nước nút ưu tiên (priority node): mơ hình thiết lập với 321 nút ưu tiên (hay nút cấp nước), nút nước cấp cho nhiều đối tượng sử dụng Các nút mô nguồn cấp sông, kênh biên khu sử dụng nước nguồn nước đất Để mô trạng sử dụng nước thực tế, đối tượng thiết lập mức ưu tiên (sử dụng nước đồng thời) với tỉ lệ phân bổ khác Trong nghiên cứu này, tỉ lệ phân bổ nước cho đối tượng từ nút tính tỉ lệ nhu cầu nước đối tượng lấy từ nút (1 đối tượng lấy nước từ nhiều nút) tổng nhu cầu nước tất đối tượng lấy nước từ nút đó: Fraction (ij) = Dji/Di (4) Trong Fraction (ij) tỉ lệ cấp nước nút i cho đối tượng j; Dji nhu cầu nước đối tượng j lấy từ nút i; Di tổng nhu cầu nước tất đối tượng lấy nước từ nút i Khi lượng nước (tối đa) cấp từ nút i cho đối tượng j là: Qij = Fraction (ij) x Qi (5) Trong Qij lưu lượng nước tối đa cấp từ nút i cho đối tượng j; Qi tổng lưu lượng nước đến tới nút i Quy tắc cho dòng chảy hồi quy (return flow connections): dòng chảy hồi quy từ đối tượng sử dụng nước chảy vào nhiều nguồn sơng, kênh khác Tỉ lệ hồi quy đối tượng tới sông, kênh biên khu sử dụng nước phụ thuộc vào mật độ sông, kênh kết nối tới sơng, kênh biên đó, phụ thuộc vào loại hình sử dụng nước đối tượng (sinh hoạt, cơng nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản, khác) Để đơn giản hóa, lấy tỉ lệ hồi quy đều: Fraction (Rji) = Fraction (Rj) x (1/nk) (6) Trong Fraction (Rji) tỉ lệ hồi quy đối tượng j tới kênh biên i; Fraction (Rj) tỉ lệ hồi quy loại hình sử dụng nước đối tượng j; nk số kênh biên Khi đó, lượng nước hồi quy từ đối tượng j tới kênh biên i là: Rji = Fraction (Rji) x Uj (7) Trong Rji lưu lượng nước hồi quy từ đối tượng j tới kênh biên i; Uj lưu lượng nước sử dụng đối tượng j Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 90 Hình Các thành phần mơ hình khu sử dụng nước điển hình gồm nút phân lưu, nút cấp nước (3 nút từ kênh, nút từ nguồn nước đất), đối tượng sử dụng nước, nút nước mặt nội sinh từ mưa (032.NM) phân bổ vào kênh, nút nhận dòng chảy hồi quy Kết thảo luận 3.1 Kết tính tốn cân nước mơ hình MHB Mơ hình MHB thiết lập cho tồn vùng LVSCL chạy với thời đoạn ngày cho năm 2020 để đánh giá trạng mức độ đáp ứng nguồn nước nhu cầu sử dụng nước khác Sử dụng phương pháp thiết lập quy tắc phân bổ trình bày mục 2, trình phân bổ lượng nước từ nguồn khác (gồm nước mặt nội sinh từ mưa, nước mặt ngoại sinh chảy vào vùng qua sông Tiền, sông Hậu, sông Vàm Cỏ, nhánh sông dọc theo biên giới Việt Nam–Campuchia, nước đất) cho đối tượng sử dụng khác thực đồng thời, tỉ lệ với nhu cầu đối tượng khả nguồn nước, không phân theo mức độ ưu tiên để phản ánh với thực tế khai thác sử dụng Kết tính tốn từ mơ hình cho thấy, tổng lượng nước thiếu năm toàn vùng chiếm khoảng 11,4% (6,52 tỷ m3) so với tổng nhu cầu sử dụng nước (57,42 tỷ m3), thời gian thiếu nhiều vào tháng 2–4 (19,1–19,6%), khu vực thiếu nhiều vùng bán đảo Cà Mau, đặc biệt vùng Nam bán đảo Cà Mau, với tỉ lệ thiếu trung bình 25,5%, vùng cịn lại gồm Tứ giác Long Xuyên, sông Tiền–sông Hậu, tả sông Tiền lượng thiếu không lớn kể vào mùa khô ngoại trừ số khu vực giáp biển Đông biển Tây thuộc vùng mặn (Hình 9–12) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 Vùng Tứ giác Long Xuyên Tháng 1… 10 11 12 Cả năm Bán đảo Cà Mau Giữa sông Tiền - sông Hậu …15 16… …66 67… 91 Tả sơng Tiền …95 96… …120 Chú thích: 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Hình Tỉ lệ lượng nước thiếu (%) tháng năm so với nhu cầu 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước Lượng nước thiếu so với nhu cầu (%) 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 103 106 109 112 115 118 0% Tứ giác Long Xuyên Bán đảo Cà Mau (16-66) Giữa sông Tiền - sông Hậu (67-95) Tả sông Tiền (95-120) Lượng nước thiếu so với nhu cầu (%) Hình 10 Tỉ lệ lượng nước thiếu (%) so với nhu cầu năm 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước 25% 19.2% 19.1% 19.6% 20% 15% 15.4% 15.0% 14.8% 10% 6.2% 4.7% 4.1% 5% 1.9% 1.5% 0.9% 10 0% 11 Tháng Hình 11 Tỉ lệ lượng nước thiếu (%) so với nhu cầu toàn vùng tháng 12 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 92 Hình 12 Bản đồ tỉ lệ lượng nước thiếu (%) năm so với nhu cầu 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước 3.2 Thảo luận Kết tính tốn cân nước mơ hình MHB cho năm trạng mặt tổng thể phản ánh tương đối xác thực tế khả đáp ứng nguồn nước nhu cầu sử dụng nước khác LVSCL Tuy nhiên cần lưu ý trình phân bổ nguồn nước nghiên cứu hoàn toàn dựa số lượng, chưa đề cập tới chất lượng nước, đặc biệt độ mặn mơ hình MHB chưa xem xét yếu tố mặn vận hành cống ngăn mặn Việc đặc biệt cần thiết bối cảnh mặn dự báo thay đổi bất thường theo chế độ vận hành thủy điện thượng lưu [19] Tại khu sử dụng nước thuộc vùng mặn lợ thuộc vùng bán đảo Cà Mau, đặc biệt vùng Nam bán đảo Cà Mau dọc theo kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp, kết tính tốn cần xem xét cẩn trọng kết hợp với đánh giá mặn từ mơ hình thủy lực Kết cân số lượng nước vùng cho thấy thiết hụt, thực tế xâm nhập mặn gây thiết hụt nghiêm trọng hơn, điển hình đợt hạn–mặn năm 2015-2016 với tỉnh Kiên Giang, Cà Mau Bạc Liêu địa phương bị thiệt hại lớn [20] Khu vực huyện Ngã Năm đầu kênh Phụng Hiệp (khu 27, 28, 29, 36) từ kết tính tốn cân nước cho thấy khơng có thiếu hụt đáng kể xét lượng nước chuyển về, thực tế khu vực nhiều thời điểm nước mặn thâm nhập sâu vào nội đồng cản trở việc lấy nước vào ruộng [21] Vấn đề chất lượng nước cần kết hợp nghiên cứu đánh giá thực tế có mâu thuẫn khai thác sử dụng tài nguyên nước mặt cho hình thức sản xuất nơng nghiệp khác canh tác lúa, hoa màu nuôi trồng thủy sản bắt nguồn từ ô nhiễm nước thải [22] Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 93 Trong phạm vi xem xét số lượng nước, kết tính tốn mơ hình MHB cho LVSCL nghiên cứu phụ thuộc lớn vào quy tắc thiết lập để phân bổ dòng chảy, bao gồm quy tắc phân bổ lượng nước nội sinh từ mưa vào sông/kênh, tỉ lệ phân lưu nhánh sông/kênh, phân bổ nhu cầu nước nguồn cấp, phân bổ nguồn cấp cho đối tượng sử dụng nước, phân bổ dòng chảy hồi quy trở lại nguồn cấp Tất quy tắc cần tinh chỉnh để phản ánh sát với điều kiện khai thác thực tế Điều thực thơng qua phân tích trạng hệ thống sơng, kênh kết từ mơ hình thủy lực Hai trở ngại ảnh hưởng đến tính hợp lý kết cân nước mơ hình MHB LVSCL (và vùng tương tự với mạng sông/kênh phức tạp) gồm: xác định tỷ lệ phân lưu nhánh sông/kênh, tỉ lệ phân bổ nhiều nguồn nước cho nhiều đối tượng khác Tỷ lệ phân lưu nhập vào mơ hình dạng đường quan hệ lưu lượng dịng dịng nhánh, xác định từ kết tính tốn mơ hình thủy lực, bao gồm ảnh hưởng triều Tuy nhiên vị trí chịu ảnh hưởng triều lớn, quan hệ lưu lượng lưu lượng trung bình ngày dịng dịng nhánh thường khơng chặt, đặc biệt sơng sơng nhánh chịu ảnh hưởng triều từ hai hướng khác (biển Đông biển Tây) Ngoài ra, ảnh hưởng lũ tràn biên giới làm cho quan hệ lưu lượng dịng dịng nhánh trở nên phức tạp, khó chặt chẽ, có thời điểm ngày từ vị trí điểm phân lưu biến thành nhập lưu ngược lại dịng chảy trung bình đổi chiều Do đó, việc chia mơ hình chạy riêng rẽ cho mùa lũ mùa kiệt đảm bảo mô tốt, độ tin cậy cao chiều dịng chảy trung bình ngày thời đoạn lớn ổn định theo mùa Đối với việc xác định tỷ lệ phân bổ nguồn nước, sông/ kênh nối với theo mạng lưới phức tạp, đối tượng sử dụng từ nhiều nguồn cấp (các nhánh sơng/kênh khác nhau) nguồn cấp phân phối cho nhiều đối tượng, nên việc xác định tỷ lệ phân phối nguồn cấp đối tượng sử dụng sát với thực tế toán thử dần tuân theo nguyên tắc nguồn lớn cấp nhiều đối tượng sử dụng nhiều cấp nhiều, nhằm mục đích cuối xác định khả đáp ứng tối đa nguồn nước cho mục đích sử dụng Ngồi ra, khu vực có cống điều tiết, tốn trở nên phức tạp phải mô tối ưu hóa vận hành cống để đảm bảo đủ nước, nghiên cứu [23–24] Trong nghiên cứu này, tỷ lệ phân phối không cố định tính tốn thay đổi theo ngày, tương ứng với thay đổi lượng nước đến nguồn cấp nhu cầu đối tượng Tuy nhiên đơn giản hóa để giảm khối lượng tính tốn cách sử dụng tỷ lệ trung bình hợp lý, cố định tùy thuộc vào yêu cầu độ xác tốn Kết luận Nghiên cứu áp dụng mơ hình cân nước MIKE HYDRO BASIN để tính tốn khả đáp ứng nguồn nước với nhu cầu sử dụng nước khác lưu vực sông Cửu Long Mơ hình thiết lập với liệu đầu vào lượng nước mặt nội sinh từ mưa, lượng nước mặt ngoại sinh chảy vào vùng từ sông Mê Kông, sông Vàm Cỏ, sông nhánh biên giới Việt Nam–Campuchia, lượng nước đất khai thác, nhu cầu sử dụng nước 06 đối tượng gồm sinh hoạt, công nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản, ngành khác Kết tính tốn cân nước 120 vùng quản lý tổng hợp nguồn nước lưu vực phản ánh tương đối sát với trạng khả đáp ứng nguồn nước thực tế Tổng lượng nước thiếu năm toàn vùng chiếm khoảng 11,4% so với tổng nhu cầu sử dụng nước, thời gian thiếu nhiều vào tháng 2–4, khu vực thiếu nhiều vùng bán đảo Cà Mau, đặc biệt vùng Nam bán đảo Cà Mau, với tỉ lệ thiếu trung bình 25,5%, vùng cịn lại gồm Tứ giác Long Xuyên, sông Tiền–sông Hậu, tả sơng Tiền lượng Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 94 thiếu không lớn kể vào mùa khô ngoại trừ số khu vực giáp biển Đông biển Tây thuộc vùng mặn Bằng cách sử dụng số giả định chiều dòng chảy theo lưu lượng trung bình kết tính tốn từ mơ hình thủy lực MIKE 11HD, mơ hình MIKE HYDRO BASIN hồn tồn sử dụng để tính tốn cân nước lựa chọn phương án phân bổ nguồn nước lưu vực sông Cửu Long phục vụ mục đích quy hoạch Với đặc thù mạng lưới sơng kênh phức tạp, khơng có lưu vực rõ ràng, để đảm bảo tính hợp lý kết tính tốn, việc xác định quy tắc phân bổ mơ hình theo khả nguồn nước nhu cầu sử dụng nước quan trọng Ngoài ra, phạm vi ứng dụng mơ hình xem xét đến số lượng nước, kết tính tốn từ mơ hình MIKE HYDRO BASIN nên kết hợp với đánh giá độ mặn chất lượng nước từ mơ hình khác để đưa kết luận đầy đủ khả đáp ứng nguồn nước mục đích sử dụng khác Đóng góp tác giả: Xây dựng ý tưởng nghiên cứu: N.N.H., Đ.T.D.; Lựa chọn phương pháp nghiên cứu: Đ.T.D., N.N.H., H.T.N.M.; Xử lý số liệu: Đ.T.D.; H.T.N.M.; Chạy mơ hình: Đ.T.D.; N.N.H.; Xử lý GIS đồ: Đ.T.D.; Phân tích kết N.N.H.; H.T.N.M.; Đ.T.D.; Viết thảo báo: N.N.H.; Đ.T.D., H.T.N.M.; Chỉnh sửa báo: N.N.H., H.T.N.M; Đ.T.D Lời cảm ơn: Nghiên cứu thực khuôn khổ Đề tài “Nghiên cứu xây dựng công cụ tích hợp đánh giá tài nguyên nước đất phục vụ quy hoạch tổng thể đồng sông Cửu Long” mã số ĐTĐL.CN–44/18 Nhóm tác giả xin trân trọng cám ơn hỗ trợ quý báu Lời cam đoan: Tập thể tác giả cam đoan báo cơng trình nghiên cứu tập thể tác giả, chưa công bố đâu, không chép từ nghiên cứu trước đây; khơng có tranh chấp lợi ích nhóm tác giả Tài liệu tham khảo Thái, T.H.; Tuyển, H.M.; Dũng, L.H.; Tiến, N.X.; Anh, T.Đ Diễn biến dịng chảy Đồng sơng Cửu Long Tạp chí Khí tượng thủy văn, 2014, 643, 19–23 DHI Mike Hydro Basin User Guide, 2011 Stockholm Environment Institute WEAP User Guide, 2015 Tổng cục Thống kê Niên giám thống kê 13 tỉnh vùng Đồng sông Cửu Long NXB Thống kê, 2019 Trung tâm Quy hoạch Điều tra tài nguyên nước quốc gia Lập nhiệm vụ Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Cửu Long Báo cáo thuyết minh, Hà Nội, 2020, tr 119 Viện Quy hoạch thủy lợi miền nam Quy hoạch tổng thể thuỷ lợi đồng sông Cửu Long điều kiện biến đổi khí hậu–nước biển dâng Báo cáo thuyết minh, TPHCM, 2009, tr 411 Văn, C.T.; Sơn, N.T Nghiên cứu mô thủy văn, thủy lực vùng đồng sông Cửu Long để đánh giá ảnh hưởng hệ thống đê bao đến thay đổi dòng chảy mặt vùng Đồng Tháp Mười VNU J Sci.: Earth Environ Sci 2016, 32 (3S), 256-263 Trung tâm Quy hoạch điều tra tài nguyên nước quốc gia Bảo vệ nước đất đô thị lớn Đề cương nhiệm vụ, 2015, tr 205 Xuân, T.T.; Tuyển, H.M.; Thục, T.; Thái, T.H.; Dũng, N.K Tài ngun nước hệ thống sơng Việt Nam Sách chun khảo NXB KH&KT, Hà Nội, 2012, tr 268 10 Tổng cục Khí tượng Thủy văn (VNMHA) http://kttvqg.gov.vn/ 11 https://portal.mrcmekong.org/ 12 Hà, N.N.; Giang, N.T Tài nguyên nước mặt lưu vực sơng Vệ Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ 2015, 31(3S), 104–115 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 95 13 WUP–JICA Part III: Hydro–Hydraulic modelling Vol I: Main report, Mekong delta flood warning and monitoring system project 2004, p 125 14 Viện Khoa học thủy lợi miền Nam Quy hoạch thuỷ lợi vùng nam bán đảo Cà Mau Báo cáo thuyết minh, 2009 15 Bộ Xây Dựng Quy hoạch cấp nước vùng Đồng sông Cửu long đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 Báo cáo chính, Hà Nội, 2016, tr 205 16 Bộ Kế hoạch Đầu tư Quy hoạch vùng Đồng sông Cửu Long thời kỳ 2021– 2030, định hướng đến năm 2050 Báo cáo chính, Hà Nội, 2021, tr 599 17 Ủy Hội sông Mê Công (MRC) Nghiên cứu tác động cơng trình thủy điện dịng sơng Mê Cơng, Tập 1–Mơ hình–thiết kế mơ hình mơ Báo cáo chính, MRC-Viêng Chăn (Lao PDR), 2016, tr 204 18 Eslami, S.; Hoekstra, P.; Kernkamp, H.; Trung, N.N.; Duc, D.D.; Quang, T.T.; Februarianto, M.; Dam, A.V.; van der Vegt, M Flow Division Dynamics in the Mekong Delta: Application of a 1D–2D Coupled Model Water 2019, 11(4), 837 19 Thắng, T.Đ.; Hoằng, T.B.; Vượng, N.Đ.; Toản, T.Q.; Tuấn, T.M.; Thịnh, L.V Một số vấn đề dòng chảy xu mặn xâm nhập vùng đồng sơng Cửu Long Tạp chí Khoa học công nghệ thủy lợi 2020, 58, 1–9 20 Thuấn, N.Q.; Ngọc, H.H.; An, P.S Giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu đồng sơng Cửu Long bối cảnh Tạp chí Khoa học xã hội Việt Nam 2019, https://www.vass.gov.vn/tap-chi-vien-han-lam/giai-phap-thich-ung-voi-bien-doikhi-hau-o-dong-bang-song-cuu-long-trong-boi-canh-moi-16#tab_01 21 Hồng, H.M.; Trí, P.V.Đ.; Trung, N.H Quản lý nguồn nước mặt cho hệ thống canh tác lúa vùng ven biển đồng sông cửu long Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 2014, 35, 90–103 22 Khánh, N.T.; Trí, V.P.Đ.; Diễm, N.T.K.; Hằng, T.T.L Công tác quản lý nguồn tài nguyên nước mặt sản xuất nông nghiệp vùng ven biển đồng sông Cửu Long tác động biến đổi khí hậu Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 2015, 159–166 23 Shyam, R.; Chauhan, H.S.; Sharma, J.S Optimal operation scheduling model for a canal system Agric Water Manage 1994, 26(3), 213–225 24 Mathur, Y.P.; Sharma, G Optimal Operation Scheduling of Irrigation Canals Using Genetic Algorithm Int J Recent Trends Eng 2009, 1(6), 11–15 Water balance model development for integrated water resources planning on the Cuu Long River basin Nguyen Ngoc Ha1*, Hoang Thi Nguyet Minh2, Dinh Tien Dung 1 National Center for Water Resource Planning and Investigation, Ministry of Natural Resources and Environment, 93/95 Vu Xuan Thieu, Sai Dong, Long Bien, Ha Noi; ha_tnn@yahoo.com; dungdt812@gmail.com Hanoi University of Natural resources and Environment (HUNRE), 41 Phu Dien, Bac Tu Liem, Ha Noi; htnminh.tnn@hunre.edu.vn Abstract: This paper studies the application of the MIKE HYDRO BASIN (MHB) water balance model to assess the responsiveness of water sources for different water needs in the Cuu Long River basin The entire river basin is divided into 120 integrated water resources management zones Water demand is calculated for uses including domestic, industrial, farming, livestock, aquaculture, other needs, and is limited to freshwater The MHB model calculates the water balance on a daily basis for the current status year 2020, in order to determine in detail the total amount of water shortage for the whole year, the time of water shortage in the year, the months of water shortage in the whole river basin and over 120 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 731, 82-96; doi:10.36335/VNJHM.2021(731).82-96 96 management zones Calculation results show that the total amount of water shortage for the whole year in the entire river basin accounts for about 11.4% of the total water demand, the most shortage time is in February-April (19.1–19.6%) The area with the most water deficit is the Ca Mau Peninsula The MHB model applied to the Cuu Long River basin can be used as a quick and convenient assessment tool to assess the responsiveness of water resources to different planning scenarios, thereby serving as a basis for the selection of appropriate water resource allocation options Keywords: Mekong; Cuu Long River; Water resources; Water balance; Mike Hydro Basin model ... thống kê 13 tỉnh vùng Đồng sông Cửu Long NXB Thống kê, 2019 Trung tâm Quy hoạch Điều tra tài nguyên nước quốc gia Lập nhiệm vụ Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Cửu Long Báo cáo thuyết minh,... bổ nguồn nước lưu vực sơng Cửu Long phục vụ mục đích quy hoạch Với đặc thù mạng lưới sông kênh phức tạp, khơng có lưu vực rõ ràng, để đảm bảo tính hợp lý kết tính tốn, việc xác định quy tắc phân... 2.2.5 Thiết lập quy tắc Khác với tốn cân nước cho lưu vực thơng thường, LVSCL hay vùng tương tự khơng có lưu vực rõ ràng, kết cân nước phụ thuộc nhiều vào việc xác định quy tắc phân bổ nhằm mô gần