Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng khung mô hình tích hợp đánh giá tài nguyên nước dựa trên mối liên kết nước – năng lượng – lương thực (WEF) và áp dụng thử nghiệm cho vùng hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai. Phương pháp mô hình hóa là phương pháp chính được thực hiện trong nghiên cứu này, bộ mô hình tích hợp được sử dụng để nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước trong mối liên kết WEF bao gồm mô hình thủy văn SWAT, mô hình cân bằng nước WEAP, và mô hình kinh tế thủy văn GAMS.
Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000161 BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG KHUNG MƠ HÌNH TÍCH HỢP ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN MỐI LIÊN KẾT NƯỚC – NĂNG LƯỢNG – LƯƠNG THỰC (WEF) Đào Nguyên Khôi1, Trương Thảo Sâm2, Phạm Thị Thảo Nhi2, Nguyễn Văn Thịnh3 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, Email: dnkhoi@hcmus.edu.vn Viện Khoa học Cơng nghệ Tính toán, Sở KH&CN TP.HCM Email: sam.tt@icst.org.vn, nhi.ptt@icst.org.vn Đại học Quốc gia Seoul, Email: vnguyen@snu.ac.kr TÓM TẮT Mục tiêu nghiên cứu xây dựng khung mơ hình tích hợp đánh giá tài nguyên nước dựa mối liên kết nước – lượng – lương thực (WEF) áp dụng thử nghiệm cho vùng hạ lưu sông Sài Gịn – Đồng Nai Phương pháp mơ hình hóa phương pháp thực nghiên cứu này, mơ hình tích hợp sử dụng để nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước mối liên kết WEF bao gồm mơ hình thủy văn SWAT, mơ hình cân nước WEAP, mơ hình kinh tế thủy văn GAMS Bộ mơ hình lựa chọn sử dụng dựa vào hiệu mơ chứng minh thông các nghiên cứu nước Kết đạt đề tài cho thấy hiệu sử dụng tài nguyên nước mối liên kết nước – lượng – lương thực Từ khóa: tài nguyên nước, SWAT, WEAP, GAMS, hạ lưu sơng Sài Gịn - Đồng Nai; GIỚI THIỆU Nước tài nguyên thiết yếu trì sống cung cấp dịch vụ quan trọng cho hệ sinh thái Nhìn chung, trạng nguồn cung cấp nước lớn nhiều so với nhu cầu sử dụng người, nhiên tài nguyên nước lại phân bố không theo quy mô không gian thời gian Đây thách thức quan trọng công tác quản lý tài nguyên nước Bên cạnh đó, gia tăng dân số, phát triển kinh tế, thay đổi mơi trường (biến đổi khí hậu thay đổi sử dụng đất) nguyên nhân trực tiếp làm gia tăng nhu cầu sử dụng tài nguyên nước người (Giupponi Gain, 2017) Trong quan điểm quản lý bền vững tài nguyên nước, vài phương pháp tiếp cận đề xuất quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM), quản lý thích ứng (AM), gần mối liên kết nước – lượng – lương thực (WEF) Trong đó, phương pháp quản lý tài nguyên nước IWRM AM khó vận dụng thực tế (Medema cộng sự, 2008) Các trở ngại việc áp dụng IWRM AM đề cập sau: chứng cụ thể việc áp dụng thành cơng hai phương pháp này; có mơ hồ định nghĩa; phức tạp phương pháp; rào cản thể chế; rủi ro chi phí cao Trong đó, mối liên kết Nước – Năng lượng – Lương thực (WEF) mô hình quản lý bền vững tài nguyên nước mới, tập trung vào vấn đề an ninh liên quan đến thành phần (nước, lượng, lương thực) mối liên kết Các thành phần đóng vai trò quan trọng tồn phát triển người Mối liên kết WEF cho thấy kết nối thành phần nước, lượng, lương thực cách hệ thống, cung cấp cơng cụ hỗ trợ sử dụng hiệu nguồn tài nguyên Mối liên kết WEF tập trung vào hiệu hệ thống hiệu suất thành phần riêng lẻ Các thách thức việc kết hợp thành phần nước, lượng, lương thực vào khung quản lý quy hoạch tích hợp địi hỏi phải có nghiên cứu phát triển khung tiếp cận phương pháp phù hợp Bên cạnh đó, nhà quản lý hoạch định sách thiếu cơng cụ cho phép tính tốn phân bổ tài ngun khác thiếu hiểu biết thỏa hiệp 382 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” hay đánh đổi nguồn lợi dạng tài nguyên khác Phương pháp tiếp cận mơ hình đánh giá cơng cụ hiệu việc hỗ trợ toán quy hoạch phân tích định lượng mối liên kết khơng thể tách rời dạng tài nguyên WEF (Zhang Vesselinov, 2017) Các công cụ tập trung vào phân tích khía cạnh mối liên kết Ví dụ mơ hình thủy văn (mơ hình SWAT, HSPF, HEC-HMS,…) tập trung vào đánh giá sẵn có tài ngun nước, mơ hình quy hoạch quản lý nguồn nước (mơ hình WEAP, MIKE BASIN,…) tập trung vào cân nước thành phần, mô hình phân tích sách lượng giảm thiểu tác động BĐKH (mơ hình LEAD), mơ hình kinh tế thủy văn (mơ hình GAMS, mơ hình tối ưu,…) tập trung vào tốn lợi ích kinh tế tài nguyên nước Do đó, cần thiết phải xây dựng mơ hình tích hợp để mơ mối liên kết WEF Nhìn chung, phương pháp đánh giá định lượng (phương pháp mơ hình hóa) nghiên cứu mối liên kết WEF thường sử dụng, phương pháp có khả định lượng tác động thuận tiện nghiên cứu kịch Bên cạnh đó, mối liên kết WEF phức tạp ý khoảng năm trở lại Do đó, cần phải có nghiên cứu cụ thể khu vực khác để đóng góp hoàn thiện khung đánh giá cho nghiên cứu WEF Thêm vào đó, tác động thay đổi mơi trường mối liên kết WEF thay đổi theo không gian, cần thiết có nghiên cứu cho khu vực cụ thể Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng khung mơ hình tích hợp đánh giá tài nguyên nước dựa mối liên kết nước – lượng – lương thực (WEF) Nghiên cứu đóng góp phần nâng cao hiểu biết q trình hoạt động mối liên kết Nước – Năng lượng – Lương thực Các hiểu biết góp phần phục vụ cho công tác quản lý quy hoạch bền vững tài nguyên nước, cân lợi ích phát triển kinh tế xã hội PHƯƠNG PHÁP Phương pháp mơ hình hóa phương pháp để thực nội dung Bộ mơ hình tích hợp sử dụng để nghiên cứu mối liên kết WEF (Hình 1) bao gồm mơ hình thủy văn SWAT – mơ hình cân nước WEAP – mơ hình kinh tế thủy văn GAMS Thuật ngữ ‘tích hợp’ hiểu liên kết mơ hình giải toán mối liên kết nước – lượng – lương thực với kết đầu mơ hình đầu vào cho mơ hình Các mơ hình lựa chọn dựa vào hiệu mô chúng thông qua nghiên cứu ngồi nước Bên cạnh phần mềm miễn phí, có mã nguồn mở, thuận tiện cho việc hiệu chỉnh cấu trúc mô hình cho phù hợp với khu vực nghiên cứu dễ dàng việc chuyển giao kết nghiên cứu Bộ mơ hình sử dụng bao gồm: - Mơ hình thủy văn SWAT (Công cụ đánh giá đất nước) sử dụng mơ dịng chảy lưu vực sông ảnh hưởng thay đổi môi trường (BĐKH thay đổi sử dụng đất) - Mơ hình tính tốn cân nước WEAP sử dụng tính tốn phân bổ nguồn nước mối liên kết WEF - Mơ hình kinh tế thủy văn GAMS sử dụng đánh giá lợi ích kinh tế thành phần sử dụng nước mối liên kết WEF tối ưu hóa lợi ích kinh tế Bằng việc kết hợp với chức tính tốn cân nước mơ hình WEAP, mơ hình GAMS tập trung vào khía cạnh kinh tế, với hàm mục tiêu tối ưu hóa lợi ích kinh tế từ việc sử dụng nước, nguồn nước cung cầu xác định dựa mục tiêu tối đa lợi ích kinh tế sử dụng nước, yêu cầu mặt mơi trường dịng chảy tối thiểu sau đập, lưu lượng tối thiểu để đẩy mặn hạ du xem điều kiện ràng buộc mơ hình 383 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 Hình Khung mơ hình phân tích mối liên kết WEF nghiên cứu KẾT LUẬN Nhìn chung, chưa có nhiều nghiên cứu mơ hình hóa tài nguyên nước phân tích hệ thống, cụ thể mối liên kết nước – lượng – lương thực giới Cần thiết có nghiên cứu khu vực khác để có nhìn tổng quát mối liên kết Bên cạnh đó, cung cấp trường hợp điển hình đánh giá tài nguyên nước mối liên kết nước – lượng – lương thực ví dụ hạ lưu sơng Sài Gịn – Đồng Nai ứng dụng khung phương pháp luận nghiên cứu nghiên cứu tương tự cho khu vực khác nước Kết bước đầu cho thấy tổng quan vấn đề nghiên cứu đề xuất khu mơ hình tiếp cận Kết chi tiết nghiên cứu ứng dụng khung nghiên cứu cho vùng hạ lưu sông Sài Gịn – Đồng Nai trình bày báo sau Lời cám ơn Nghiên cứu tài trợ Sở Khoa học Công nghệ TP.HCM thực Viện Khoa học Công nghệ Tính tốn (ICST) khn khổ Đề tài phê duyệt theo Quyết định số 312/QĐ-KHCNTT ngày 01 tháng 10 năm 2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giupponi C., Gain A.K., 2017 Integrated spatial assessment of the water, energy, and food dimensions of the Sustainable Development Goals Regional Environmental Change, 17(7), 1881-1893 [2] Hoff H., 2011 Understanding the Nexus Background Paper for the Bonn 2011 Conference: The Water, Energy and Food Security Nexus Stockholm Environment Institute, Stockholm [3] Medema W., McIntosh B.S., Jeffrey, P.J., 2008 From premise to practice: a critical assessment of integrated water resources management and adaptive management approaches in the water sector Ecological Society, 13(2), 29 [4] Zhang X., Vesselinov V., 2017 Integrated modeling approach for optimal management of water, energy and food security nexus Advances in Water Resources, 101, 1-10 384 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DEVELOPING AN INTEGRATED MODEL FRAMEWORK FOR ASSESSING WATER RESOURCES USING WATER-ENERGY-FOOD (WEF) NEXUS APPROACH Dao Nguyen Khoi 1, Truong Thao Sam 2, Pham Thi Thao Nhi 3, Nguyen Van Thinh University of Science, VNU-HCM, email: dnkhoi@hcmus.edu.vn Institute for Computational Science and Technology, DOST-HCM, email: sam.tt@icst.org.vn Institute for Computational Science and Technology, DOST-HCM, email: nhi.ptt@icst.org.vn Seoul National University, email: vnguyen@snu.ac.kr ABSTRACT The objective of this study is to develop an integrated model framework for assessing water resources based on the Water – Food – Energy (WEF) through a case study for the downstream of Sai Gon - Dong Nai Rivers Modelling is the major methodology employed in this study The integrated models applied in this study are the SWAT hydrological model, WEAP water balance model, and GAMS hydro-economic model These models were chosen based on their performance in water resources assessment from previous studies around the world The obtained results of this study will show the efficiency of using water resources in the WEF nexus Key words: water resources, SWAT, WEAP, GAMS, downstream of Sai Gon – Dong Nai Rivers 385 ... khung mơ hình tích hợp đánh giá tài nguyên nước dựa mối liên kết nước – lượng – lương thực (WEF) Nghiên cứu đóng góp phần nâng cao hiểu biết trình hoạt động mối liên kết Nước – Năng lượng – Lương. .. mối liên kết nước – lượng – lương thực giới Cần thiết có nghiên cứu khu vực khác để có nhìn tổng qt mối liên kết Bên cạnh đó, cung cấp trường hợp điển hình đánh giá tài nguyên nước mối liên kết. .. mơ hình tích hợp sử dụng để nghiên cứu mối liên kết WEF (Hình 1) bao gồm mơ hình thủy văn SWAT – mơ hình cân nước WEAP – mơ hình kinh tế thủy văn GAMS Thuật ngữ ? ?tích hợp? ?? hiểu liên kết mơ hình