8. Cấu trúc luận án
2.2.3. Hiện trạng tài nguyên nước mặt lưu vực sông Gâm
2.2.3.1. Lưu lượng dòng chảy mặt
Tính đến tuyến đập Tuyên Quang tổng lượng nước trong năm đạt 10,0 tỷ m3, ứng
với Q0 = 319m3/s. Ở các phụ lưu, giá trị Q0 trung bình năm khá nhỏ (bảng 2.11).
Bảng 2.11. Phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm một số trạm trên sông Gâm (Q0 : m3/s)
Lưu lượng nước trung bình tháng, m3/s TB
Trạm Sông
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 m3/s
Bảo Lạc Gâm 16.3 13.3 13.8 15.2 40.1 120 161 188 104 58.4 39.7 22.5 66.0
Chiêm Hoá Gâm 118 105 111 141 303 623 902 901 568 342 236 147 375
Đầu Đẳng Năng 15.6 13.6 13.4 16.0 30.2 65.2 83.9 102 67.8 39.5 29.0 19.9 41.3
Thác Hốc Ngòi Quảng 9.03 8.36 8.60 12.9 23.6 45.8 48.7 53.4 34.0 23.5 17.0 10.5 24.6 Na Hang Gâm 95,5 84,8 90,2 111 247 523 790 782 494 288 199 123 319
Nguồn: Viện Khí tượng - Thủy văn, Bộ Tài nguyên và Môi trường
Do sự tác động của cấu trúc địa hình và khí hậu nên dòng chảy sông Gâm có
sự phân hóa mạnh theo không gian. Từ thượng lưu đến hạ lưu, lượng dòng chảy sông Gâm có xu hướng tăng dần với trị số modun trung bình nhiều năm tại Bảo Lạc
là 17l/s.km2 và tại Chiêm Hoá là 22,4l/s.km2 [7]. Trong đó, khu vực hữu ngạn dòng chính có modul dòng chảy trung bình lớn hơn cả (37,7l/s.km2).
Do chịu chi phối của sự phân mùa khí hậu nên chế độ dòng chảy của sông
Gâm chia làm hai mùa rõ rệt (bảng 2.12):
Bảng 2.12. Các đặc trưng dòng chảy mùa lũ - mùa kiệt trên sông Gâm
Mùa lũ Ba tháng lớn nhất Tháng lớn nhất Q m3/s M l/s.km2 % so với năm Tháng XH Q m3/s M l/s.km2 % so với năm Tháng XH Q m3/s M l/s.km2 % so với năm Tháng XH 647 43.2 67.6 6-9 698 46.6 54.7 6-9 782 52.2 20.4 8 Mùa kiệt Ba tháng nhỏ nhất Tháng nhỏ nhất Q m3/s M l/s.km2 % so với năm Tháng XH Q m3/s M l/s.km2 % so với năm Tháng XH Q m3/s M l/s.km2 % so với năm Tháng XH 129 8.63 32.4 10-5 90.2 6.02 7.07 1-3 84.8 5.66 2.22 3 Nguồn: [7]
Mùa lũ kéo dài từ tháng 5-10 với lượng dòng chảy chiếm trên 70% lượng
dòng chảy năm. Trong mùa lũ, do tác động tổng hợp của những hình thái gây mưa
lũ, cấu trúc địa hình và mạng lưới sông nên lũ trên sông Gâm thường lên nhanh và rút chậm, gây ngập lụt nghiêm trọng trên diện rộng ở vùng hạ lưu, đặc biệt là TP. Tuyên Quang. Từ năm 1960 đến năm 2005, đã có tới trên 40 trận lũ cấp trung bình
82
trở lên xảy ra trên LVS Gâm. Lưu lượng Qmax trung bình giai đoạn này lên tới
3.090m3/s. Trong đó số trận lũ ở cấp trung bình chiếm 37,5% tần xuất xuất hiện, cấp
lớn và rất lớn là 20%.
Mùa cạn kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Trong các tháng mùa cạn, do lượng mưa tương đối lớn và khả năng điều tiết dòng chảy của mặt đệm (diện tích
che phủ rừng khá cao và hệ thống dòng chảy karst ngầm phát triển) nên lưu lượng
dòng chảy vẫn đạt khoảng 130m3/s tương ứng với modul dòng chảy là 8,63l/s/km2. Trong suốt mùa kiệt lượng nước trên sông khá ổn định với dao động mực nước thường đạt 0,5-1m.
Nhìn chung, tiềm năng nước mặt LVS Gâm không lớn so với LVS Hồng
(chiếm 10,4% lượng nước sông Hồng tại Sơn Tây trong khi diện tích lưu vực chiếm
9,56% diện tích LVS Hồng). Tuy nhiên, do sự tương phản lớn về lưu lượng dòng chảy giữa mùa lũ và mùa cạn trên LVS Gâm nên biên độ dao động mực nước sông
và tỷ lệ giữa lưu lượng dòng chảy lũ cực đại với lưu lượng dòng chảy kiệt nhất đạt
giá trị rất lớn. Dòng chảy lớn vào mùa lũ trên sông Gâm thường gây ngập lụt cho hạ lưu (TP. Tuyên Quang và đồng bằng sông Hồng). Việc khống chế lũ trên sông Gâm sẽ làm giảm các áp lực về dòng chảy lũ trên sông Hồng tại đồng bằng Bắc Bộ.
2.2.3.2.Chất lượng nước sông và hồ chứa
Chất lượng nguồn nước sông Gâm và hồ Tuyên Quang được tổng hợp, phân tích
dựa trên các nguồn số liệu và tài liệu từ [7], [92], [94], [111], [146], tài liệu phân tích
chất lượng nước sông Gâm của Công ty Tư vấn xây dựng Điện I năm 2003.
Việc so sánh các số liệu quan trắc và kết quả phân tích chất lượng nước giữa 2
thời kì trước và sau khi có hồ Tuyên Quang là cơ sở để có những nhận định đầy đủ
nhất về chất lượng nguồn nước sông Gâm. Theo đó, chất lượng nước được đánh giá
qua các chỉ tiêu chủ yếu, gồm độ khoáng hóa, hàm lượng các chất dinh dưỡng, các ion vi lượng, các hợp chất hữu cơ, độ pH, lượng vi khuẩn Coliforms.
- Độ khoáng hóa: độ khoáng hóa trung bình năm của nước sông Gâm dao động
từ 150 - 300mg/l, mùa cạn thường lớn hơn 200mh/l và nhỏ hơn 200ml vào mùa lũ.
Nhìn chung, độ khoáng hóa ít dao động theo hướng dòng chảy nhưng có tăng lên
không nhiều ở những khu vực có nhiều đá vôi. Trong tổng số các cation có mặt trong nước, chỉ có Ca++ có giá trị lớn nhất còn các cation khác có giá trị nhỏ và nằm trong
83
Từ kết quả quan trắc và so sánh với độ khoáng hóa của các hồ chứa đã đi vào
hoạt động nhiều năm của Việt Nam, các nghiên cứu đã nhận định, độ khoáng hóa
sông Gâm đoạn hồ Tuyên Quang có xu hướng tăng lên sau khi hồ tích nước. Mức độ tăng trung bình khoảng 10-15% so với độ khoáng hoá nước sông tự nhiên nhưng
vẫn nằm trong ngưỡng nước sông trung bình (M < 500mg/l) [7], [111].
Trong nhiều năm, mức độ tăng nhỏ khi năm nước lớn và tăng lớn hơn trong năm nước nhỏ. Diễn biến trong năm của độ khoáng hóa cũng có sự thay đổi so với ĐKTN. Vào mùa lũ là thời kì hồ tích nước, cũng đồng thời là mùa tích muối nên độ khoáng hóa tăng mạnh hơn so với mùa kiệt là thời kì hồ xả lũ, lượng nước đến hồ
nhỏ hơn so với lượng nước xả từ hồ.
- Các chất dinh dưỡng: trong nguồn nước sông tự nhiên nói chung, nguồn nước sông Gâm nói riêng luôn có mặt của các nguyên tố Si, N, P, Fe dưới dạng các ion vô cơ. Đây là những nguyên tố có ý nghĩa quyết định cho sự phát triển cũng như
phân huỷ của các sinh vật trong nước. Hầu hết các ion vô cơ các nguyên tố này có
hàm lượng nhỏ và được coi như sự có mặt tự nhiên trong nước mặt, không chịu ảnh hưởng của các hoạt động nhân tác và hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về nguồn nước
mặt cho sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản (bảng 2.13).
Bảng 2.13. Một số đặc trưng chất dinh dưỡng trong nước sông Gâm và hồ Tuyên Quang trước và sau khi có hồ Tuyên Quang
Chỉ tiêu Hàm lượng trước khi có
hồ chứa (2003) (mg/l)
Hàm lượng sau khi có hồ
chứa (2009) (mg/l) Silic (Si) 10-15 10-15 NO3- 0.5-1.0 0.4-1.2 NO2- <0.01 0.006-1.18 NH4+ 0.01-0.14 0.01-0.14 PO4-3 0.2-0.5 0.2-0.5 Fe+2 và Fe+3 <0.1 <0.1 Nguồn: Tổng hợp từ: [7], [111], [147]
So sánh các đặc trưng về chất dinh dưỡng trong nước thời kì trước và sau khi có hồ Tuyên Quang có thể thấy nhìn chung các chất dinh dưỡng trong nước sông và hồ đều ở mức thấp và ít có sự thay đổi. Riêng hàm lượng Si luôn ở mức cao do sự phân
bố rộng khắp của đá vôi trong lưu vực. Tuy nhiên một số hợp chất của nitơ như NO3 - và NO2- đã có dấu hiệu tăng lên ở thời điểm năm 2009. Nếu hàm lượng các hợp chất
84
Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước mặt QCVN 08:2008 B1 (nước dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi, nuôi trồng thủy sản và các mục đích khác tương tự),
giá trị giới hạn của chỉ số ôxy hòa tan (DO) (được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm
chất hữu cơ trong nước) là lớn hơn hoặc bằng 4.0mg/l. Kết quả quan trắc của Viện Địa
lý ở vùng lòng hồ Tuyên Quang sau 3 năm tích nước (9/2009) cho thấy, chỉ số DO mặc dù đã giảm mạnh so với trước khi có hồ chứa nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép
của QCVN với mức dao động từ 4.5-5.3 (bảng 2.14).
Trước khi tích nước, hầu hết diện tích rừng trong khu vực lòng hồ đã được các đơn vị thi công công trình và các địa phương tận thu nên lượng sinh khối còn nằm
lại trong lòng hồ không lớn. Chỉ số DO chỉ giảm mạnh trong vài năm đầu tích nước do lượng vật chất hữu cơ tồn đọng phân hủy mạnh. Trong những năm tới, khi khối lượng các chất hữu cơ trong vùng chìm ngập lòng hồ phân hủy hết, hàm lượng DO trong nước hồ Tuyên Quang và hạ lưu sông Gâm sẽ tăng mạnh.
-Các ion vi lượng: nguồn nước sông Gâm có mặt đầy đủ các các nguyên tố vi lượng với hàm lượng rất nhỏ, chủ yếu tồn tại ở dạng ion hoà tan như Al+3, Pb+2, Zn+2, Cu+2, Mn+2, Hg+2, As+3, Br-, I-,... Ngoài Al+3 có hàm lượng lớn hơn cả với trị
số từ 0,4-4,45mg/l còn lại các ion khác chỉ dao động từ vài phần vạn tới dưới
0,01mg/l. Sau khi có hồ Tuyên Quang, các ion này hầu như không thay đổi về hàm
lượng và đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08: 2008 (B1).
- Các hợp chất hữu cơ: các hợp chất hữu cơ trong nguồn nước sông Gâm có
nguồn gốc đa dạng. Đây là nhân tố làm giảm lượng oxy hoà tan trong nước ảnh hưởng trực tiếp đến các sinh vật sống trong nước và tạo điều kiện cho nhiều loại vi
khuẩn có hại phát triển. Sự có mặt của các hợp chất hữu cơ trong nước được đánh
giá qua nhu cầu oxy sinh hoá (BOD5) và nhu cầu oxy hoá học (COD) (bảng 2.14). Sau khi hình thành hồ chứa, các chỉ số BOD5, COD của sông Gâm và hồ Tuyên Quang tăng mạnh. Chỉ số BOD5 dao động phổ biến trong khoảng 10-20mg/l
cao hơn so với kết quả khảo sát thời kì 2002 - 2003. Mặc dù chỉ số BOD5, COD có những thay đổi so với trước khi hình thành hồ Tuyên Quang nhưng vẫn đáp ứng
QCVN 08: 2008 (B1). Tuy nhiên ở một số điểm thuộc vùng lòng hồ gần tuyến đập Tuyên Quang, hàm lượng BOD5 đã cận ngưỡng và vượt QCVN (15mg/l) nhưng với
85
Bảng 2.14. Một số chỉ tiêu chất lượng nguồn nước sông Gâm trước và sau khi có hồ Tuyên Quang
Chỉ số Hàm lượng trước khi có hồ
chứa (2002-2003)
Hàm lượng sau khi có hồ
chứa (2008-2009) BOD5 2.0-4.5 mg/l 8.0-22 mg/l COD 5.0-10 mg/l 15-30 mg/l DO 7.0-9.0 mg/l 4.5-5.3 mg/l pH 7-8 6.5-7.5 Coliform 10-60 MPN/100ml 1.500-7.100 MPN/100ml Tổng hợp từ: [7], [94],[111], [146] - Độ pH: độ pH phụ thuộc khá chặt chẽ vào hàm lượng HCO3
-
và các chất
hữu cơ trong nước và có vai trò quan trọng đối với quá trình hoạt động của các
vi sinh vật trong nước. Nước sông Gâm có phản ứng trung tính, với độ pH dao động trong khoảng từ 7-8 (trước khi có hồ chứa) và từ 6,5-7,5 (sau khi có hồ
chứa). Nhìn chung, trước và sau khi có hồ Tuyên Quang, độ pH ít biến động theo
cả không gian và thời gian, thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loài thủy sinh nước ngọt (bảng 2.14).
- Lượng vi khuẩn Coliforms chỉ số E.Coliform là một trong những chỉ tiêu sinh vật quan trọng để đánh giá chất lượng nước. Sau khi hình thành hồ chứa, chỉ
số Coliforms tăng từ 100 đến 150 lần so với trước khi có hồ với hàm lượng phổ
biến dao động từ 200 đến 7.100 NPM/100ml tùy vị trí, trung bình là 3.275,8 NPM/100ml. Mặc dù tăng mạnh nhưng hàm lượng Coliform vẫn thấp hơn quy
chuẩn cho phép và được coi là mức tồn tại của các vi khuẩn trong nước tự nhiên.
Điều này cũng khẳng định nguồn nước hồ Tuyên Quang hiện tại còn ít bị ô
nhiễm bởi chất thải động vật, con người và sản xuất nông nghiệp (bảng 2.14).
Tóm lại, hầu hết các chỉ tiêu hóa học và sinh học của nguồn nước sông Gâm
nói chung, hồ Tuyên Quang nói riêng có sự thay đổi rõ rệt sau khi hồ Tuyên Quang
được hình thành nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08: 2008 (B1). Tuy nhiên, một số chỉ tiêu về chất dinh dưỡng, các hợp chất hữu cơ vùng lòng hồ đã tiến đến ngưỡng và vượt ngưỡng giới hạn cho phép. Đây là những dấu hiệu khẳng định diễn biến theo chiều hướng xấu của nguồn nước, do có liên quan đến các hoạt động nhân sinh trên lưu vực nói chung, tác động của việc tích nước hình thành hồ
86
2.2.3.3. Biến đổi dòng chảy nước mặt lưu vực sông Gâm trong điều kiện có hồ Tuyên Quang
Sông Gâm đóng vai trò quan trọng trong việc sinh lũ ở hạ du sông Lô. Chính
vì thế, việc hình thành hồ Tuyên Quang trên sông Gâm đã làm thay đổi lớn tình hình lũ lụt ở hạ du, đặc biệt là giảm mức độ ngập lũ cho TP. Tuyên Quang so với trước khi có đập. Sau khi có hồ Tuyên Quang, lưu lượng dòng chảy mặt sông Gâm
có sự khác biệt lớn giữa phần thượng lưu và phần hạ lưu thân đập.
Ở thượng lưu đập, một đoạn sông dài khoảng 75km (theo cả 2 nhánh sông Gâm và sông Năng) được mở rộng trung bình gấp 3 lần so với mực nước sông thời
kì cao nhất trước khi tích nước để tạo thành hồ chứa. Khi chưa có đập chắn, sự dao động mực nước chỉ phụ thuộc vào diễn biến của mưa và các yếu tố mặt đệm lưu
vực. Mức nước dao động theo mùa trung bình từ 2,5-3,2m. Mực nước mùa kiệt ổn định ở khoảng 0,5-1,0m. Khi đập chắn hình thành, mực nước hồ dâng bình thường ở cao trình 120m, cao hơn 25m so với mực nước sông trước đó.
Ngoài diễn biến lượng mưa và các yếu tố mặt đệm lưu vực, hoạt động điều tiết
và vận hành của nhà máy là nguyên nhân quyết định sự dao động mực nước hồ
chứa trong phạm vi dao động mực nước từ 95m đến 120m.
Trong các tháng đầu mùa lũ (5-8), đập sẽ xả lũ và tăng công suất phát điện để
duy trì mực nước hồ ở mức thấp (khoảng 104-105m) nhằm dành dung tích chứa
phòng lũ từ 1,0-1,5 tỷ m3. Từ tháng 9, hồ tích nước để phòng lũ và đạt mực nước
dâng bình thường 120m vào tháng 10 và duy trì ở mức này trong khoảng 2-3 tháng.
Tuy nhiên, do tham gia điều tiết nhiều năm nên mực nước hồ không thể duy trì ở
120m ở tất cả các năm. Trong mùa kiệt, mực nước hồ giảm dần xuống mực nước
chết do duy trì hoạt động của nhà máy và cung cấp nước tưới cho hạ lưu.
Như vậy, hồ Tuyên Quang hình thành đã làm cho mực nước dâng cao và mức độ dao động mực nước phần thượng lưu đập lớn hơn nhiều so với trước đó. Biên độ dao động năm đạt từ 25-30m. Các tháng mùa kiệt mực nước hồ lớn hơn khoảng 25m so với mực nước sông tự nhiên cùng thời kì (bảng 2.15).
Ở hạ lưu thân đập, chế độ và lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào sự điều tiết
cắt - xả lũ của đập chắn nhằm giải quyết nhiệm vụ chính của công trình là phòng lũ đối với hạ du của sông Gâm và đồng bằng sông Hồng. Ở tất cả các tháng trong năm, lượng dòng chảy được điều tiết đáng kể so với trước khi có hồ chứa. Điều này góp
87
phần giảm thiểu sự hình thành lũ trong các tháng mùa lũ (5-10) và hạn chế mức độ
cạn kiệt trong các tháng mùa cạn (11-4) (bảng 2.16).
Bảng 2.15. Biến động mực nước trước và sau khi có hồ Tuyên Quang
Thời gian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 TB 19,70 19,62 19,57 19,74 20,53 21,73 22,53 22,79 21,79 20,80 20,44 19,90