3.2.1 Tổng quan
Hồ chứa, còn gọi là kho nước nhân tạo, hồ chứa nhân tạo, là những thuỷ vực chứa nước tương đối lớn, hình thành một cách nhân tạo hoặc bán nhân tạo, có chế độ nước bị điều tiết nhân tạo. Các hồ chứa lớn trên thế giới đều được xây dựng theo phương thức đắp đập ngăn
sông. Những con đập đầu tiên đã được xây dựng từ khoảng 5.000 năm trước trên sông Ti-gri
và Ơ-phra-tơ ở Me-zo-po-ta-mia, trên sông Nin ở Hi Lạp và trên sông In-du ở Pakistan. Tất cả các đập xa xưa được xây dựng chủ yếu để phục vụ cấp nước tưới cho nơng nghiệp và kiểm sốt lũ. Mục tiêu xây đập thủy điện được thực hiện từ 1890. Đập lớn được định nghĩa là loại
đập có chiều cao >15m hoặc cao từ 5 – 15m nhưng có dung tích >3 tỷ m3. Những năm giữa của thế kỷ 20 có 5.000 đập lớn đã được xây dựng. Tốc độ xây dựng đập tăng nhanh và đến cuối thế kỷ trước đã có 45.000 đập lớn đang hoạt động. Thêm vào đó, tồn thế giới cịn có khoảng 800.000 đập khác không thuộc loại lớn. Tổng chi phí của việc xây dựng đập trong thế kỷ 20 ước tính khoảng 2.000 tỷ USD.
Trong gần suốt thế kỷ trước, đập lớn được xem là biểu tượng của khả năng chế ngự tự nhiên và phát triển cơng nghiệp cũng như quyền lực chính trị, kinh tế xã hội và điện lực. Đối với nhiều chính phủ, việc xây dựng các đập lớn có ý nghĩa thể hiện sức mạnh của đất nước. Kết quả là hơn một nửa các con sơng chính trên thế giới đã bị ảnh hưởng của đập và gần 40 triệu người dân đã phải di dời. Trung Quốc là nước có nhiều đập lớn nhất, với khoảng hơn 20.000 đập (trên tổng số >90.000 đập), Mỹ có khoảng 6.400, Ấn Độ 4.000, Nhật và Tây Ban Nha có >1.000 đập. Năm 1992, Trung Quốc đã tiến hành cơng trình trên sơng Dương Tử trị giá 30 tỷ đô la, với đập nước cao 185m, có chức năng cấp nước, điều tiết lũ, cung cấp điện
(12% nhu cầu toàn quốc). Cơng trình làm 1,3 triệu người phải di dời và ngập 41.000ha đất nơng nghiệp.
Những hồ chứa có dung tích >1 triệu m3 hoặc dung tích <1 triệu m3 nhưng có vai trị đặc biệt quan trọng trong khu vực, như là nguồn cấp nước cho một đô thị lớn, được gọi là kho
nước lớn. Trên thế giới đã xây dựng hơn 10.000 hồ chứa, trong đó >30 hồ dung tích >10km3, 150 hồ dung tích >5km3, chiếm 80% tổng dung tích các hồ chứa. Tổng dung tích hữu ích của hồ chứa nhân tạo ước khoảng 5.000 km3, diện tích mặt nước >600.000 km2. Từ 1960 việc xây dựng kho nước trên thế giới phát triển mạnh. Trong khoảng 30 năm số kho nước tăng gấp đôi và dung tích chứa tăng cịn nhiều hơn. Trên 60% dung tích kho nước hiện phân bố tại các nước đang phát triển.
Kho nước được xây dựng phục vụ nhiều mục đích kinh tế xã hội và kỹ thuật như sau: Sản xuất điện cho tiêu thụ trong nước và xuất khẩu
Trữ và cấp nước tưới cho các vùng đất nông nghiệp để nâng cao năng suất sản lượng cây trồng, đảm bảo an ninh lương thực
Điều tiết chế độ dòng chảy, cắt lũ và tăng dịng chảy kiệt, cải thiện hệ sinh thái.
Ngồi ra việc xây dựng đập và hồ chứa còn tạo thêm những lợi ích xã hội khác như: phát triển điện khí hóa nơng thơn, tạo việc làm trong q trình xây dựng đập nói riêng và tăng
cường phát triển nói chung, phát triển ngư nghiệp và du lịch... Các lợi ích trên đã góp phần quan trọng cho sự phát triển con người ở nhiều nước. Nhưng cũng đã có những ví dụ về
những đập khơng đáp ứng được sự mong đợi về mặt tài chính, kỹ thuật và kinh tế như dự
kiến, đặc biệt là khi so sánh với các giải pháp thay thế khác có thể thực hiện được. Đồng thời những tác động bất lợi của việc xây dựng đập về mặt môi trường, sinh thái và xã hội vượt xa dự kiến ban đầu, dẫn đến gia tăng mức phản đối của cộng đồng đối với việc xây đập. Do đó xu thế phát triển nhanh các đập và kho nước lớn đã chững lại tại các quốc gia phát triển. Hơn thế nữa một số đập đã xây dựng cũng bị hủy bỏ. Mỹ đã loại bỏ >500 đập nhỏ trong những năm gần đây.
Bảng 3.2.
Một số kho nước lớn trên thế giới
Stt Tên hồ/sơng (châu lục hoặc quốc gia) Dung tích km3 Diện tích km2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Oden- Fols - Victoria /s. Nin (Phi) Bratxk /s. Angara (CHLB Nga)
Cariba/s. Zamberi (Dămbia & Rođedia Nam) Naser /s. Nin (Xuđăng & Ai Cập)
Volta /s. Volta (Ga Na)
Daniel – Djonson / s. Manikugan (Canađa) En Ninho – Mateco /s.Karoni (Vênêzuêla) Krasnoar /s. Enixây (CHLB Nga)
Vadi – Tactar /s. Tigre (Irăc)
Xamưnxa /s. Hoàng Hà (Trung Quốc) Quibưsep /s. Vonga (CHLB Nga) O – Mid /s. Kolorađô (Mỹ) 205 169 160 157 148 142 111 73 67 65 58 37 76.000 5.470 4.450 5.120 8.480 1.940 - 2.000 2.000 3.500 6.448 631
3.2.2 Các đặc trưng hình thái kho nước dạng đập
Mực nước chết (mực nước thấp nhất thiết kế): Giới hạn trên của dung tích chết (Phần dung tích để chứa bồi lắng trong suốt tuổi thọ cơng trình, đảm bảo vệ sinh môi trường và hệ sinh thái vùng thượng lưu và đảm bảo đầu nước tối thiểu cho phát điện hiệu quả).
Mực nước dâng bình thường: Mực nước cao nhất mà kho có thể duy trì trong một thời gian lâu dài, ngang với cao trình đỉnh đập tràn tự do; là giới hạn trên của dung tích kho nước và dung tích hiệu dụng (Phần nằm trên dung tích chết, có vai trị đáp ứng các nhiệm vụ thiết kế của cơng trình).
Mực nước siêu cao: Giới hạn trên của dung tích siêu cao (Phần nằm trên dung tích hiệu dụng, có thể chứa nước trong những thời đoạn ngắn đột xuất, bất thường).
Dung tích phịng lũ: Dung tích nằm giữa mức nước siêu cao và cao trình cửa xả lũ.
3.2.3 Những vấn đề đặc biệt của kho nước nhân tạo
Hơn một nửa số đập thuỷ điện trên toàn thế giới đã được quy hoạch và xây dựng bỏ qua việc đánh giá tác động môi trường một cách đầy đủ. Do đó, nhiều vấn đề mơi trường đã xảy
ra trong vùng thượng và hạ lưu đập, cả trên lưu vực và trong thuỷ vực, tác động xấu đến hệ sinh thái, điều kiện tự nhiên và con người.
Tương tác nước - bờ vùng trên đập gây xói lở
Do mực nước của các kho nước dâng rất cao so với tự nhiên nên vùng bờ cũ bị chìm sâu dưới nước và vùng đất vốn trước đây nằm rất cao trên mặt nước biến thành vùng bờ. Vùng bờ mới, bao gồm cả phần ngập nước thường xuyên và dải bán ngập, trước đây là sản phẩm của các quá trình tự nhiên trên sườn dốc nên có độ dốc, cấu trúc đặc điểm bề mặt hồn tồn khơng phù hợp với một vùng bờ thường xuyên chịu tác động của sóng và dịng chảy. Hệ quả tất yếu là sẽ diễn ra một quá trình tương tác mạnh giữa khối nước với vùng bờ, theo xu thế chính là tăng xói mịn vùng gần mép nước, tăng chuyển tải vật chất vào vùng nước sâu và bồi lắng. Chế độ mực nước bị điều tiết nhân tạo có biên độ mực nước năm rất lớn, tạo ra một dải bờ rộng trên sườn dốc, luân phiên bị ngập hoặc phơi trống trong một khoảng thời gian tuỳ theo chế độ điều tiết hồ. Tương tác nước bờ cũng dịch chuyển liên tục theo sự thay đổi mực nước.
Nhìn chung các quá trình trên diễn ra mạnh mẽ nhất trong những năm đầu hoạt động của kho nước và sẽ ổn định dần vào các năm sau. Tuy nhiên vấn đề có thể cịn phụ thuộc vào việc quản lý vùng bán ngập. Trên dải bán ngập hồ Hồ Bình, những cư dân khơng chấp nhận di dời vẫn tiếp tục canh tác, làm tăng khả năng xói mịn cấp phù sa từ sườn dốc.
Dao động mực nước gây trượt lở
Dao động mực nước trên sơng chính làm thay đổi mốc xâm thực của các phụ lưu, dẫn đến biến đổi chế độ thuỷ lực, thúc đẩy các quá trình tạo lịng sơng. Vấn đề đặc biệt nghiêm trọng xảy ra khi mực nước hạ lưu đập hạ thấp trong một số thời kỳ đặc biệt nào đó (ví dụ như tích nước…), dẫn tới hạ thấp mực nước, xói lở hạ thấp đáy sơng, từ đó gây trượt lở vùng bờ của các nhánh sơng đổ vào phần hạ lưu đó.
Dao động đột ngột và liên tục của mực nước vùng sát chân đập trong mùa lũ đe doạ gây
sạt lở nghiêm trọng vùng bờ.
Ngồi ra, dịng xả lũ mạnh có thể gây ra xói lở mạnh mẽ vùng sát chân đập, do động năng của nước lớn và dịng nước có rất ít phù sa.
Bồi lắng trong lòng hồ
Dòng chảy khi chuyển qua cửa hồ bị giảm vận tốc nhanh chóng, do mặt cắt ngang dịng chảy mở rộng, làm giảm động năng, giảm khả năng tải phù sa, dẫn đến tăng lắng đọng phù sa kích thước lớn bồi lấp đáy hồ. Vùng cửa hồ không cố định theo sự thay đổi mực nước, mà lùi dần về thượng nguồn khi mực nước lên và ngược lại, do đó vùng bồi lắng cũng trải dài trên
suốt vùng cửa hồ này, làm giảm dung tích hữu ích của hồ. Phần phù sa mịn có thể di chuyển về bồi lắng trong vùng dung tích chết. Trung bình mỗi năm các hồ chứa bị bồi mất 0,5% dung tích. Bồi lắng trong hồ làm thay đổi đáng kể sự lưu chuyển và chế độ phù sa sông. Sự tổn thất phù sa này gây thiệt hại cho việc bổ sung dinh dưỡng, tạo môi trường sống cho các loài thủy sinh, cũng như bồi đắp vùng cửa sơng ven biển.
Diện tích mặt nước lớn gây sóng lớn, tăng bốc hơi, thay đổi vi khí hậu vùng ven bờ và vấn đề tổn thất do di dời ra khỏi vùng ngập.
Những thay đổi vi khí hậu vùng bờ xảy ra theo xu thế tích cực, biên độ nhiệt độ khơng khí giảm, độ ẩm tăng, thích hợp cho các hoạt động du lịch, nghỉ dưỡng nói riêng và đời sống nói chung. Sóng do gió trên mặt hồ phụ thuộc chiều dài đà sóng, do vậy khi diện tích hồ càng lớn, khả năng sinh sóng lớn càng cao, tác động bất lợi tới vùng bờ, cơng trình xây dựng và hoạt động du lịch, khai thác thuỷ sản trong hồ.
Diện tích ngập càng lớn, số dân phải di dời càng lớn. Tuy nhiên, di dân không đơn thuần là sự di chuyển của những con người, mà là sự di dời và làm biến dạng những bản sắc văn hoá
địa phương vốn gắn liền với vùng đất sinh thành ra nó, vì diện tích bị ngập thường là đất đai
ven sơng, nơi có điều kiện hình thành và duy trì các điểm dân cư với các nền văn hố truyền thống đặc thù. Định cư dân vùng lòng hồ cũng là một vấn đề lớn, đi kèm với nó là việc thiết lập mới toàn bộ hạ tầng cơ sở cho điểm dân cư và tạo điều kiện cho bảo tồn, phát huy các giá trị văn hoá truyền thống.
Trong nhiều trường hợp xây đập, quá trình tái định cư của những người vốn sống trong và trên vùng đất bị ngập thường được xác định bởi chính phủ, khơng qua q trình tư vấn và có sự tham gia của người bị thiệt hại. Tầm quan trọng, phạm vi của việc di dời, tác động kinh tế xã hội khơng được đánh giá thích đáng trước. Quan điểm chi phối là một số người phải hy sinh cho lợi ích của đa số và sự hy sinh ấy sẽ được bù đắp bằng các lợi ích kinh tế và xã hội nào đó, cũng do chính chính phủ và các nhà đầu tư xác định. Hệ quả thường thấy là nảy sinh mâu thuẫn giữa người bị di dời, bị tước đoạt cơ hội định cư tại vùng đất truyền thống, với cư dân gốc vùng tái định cư, những người bị tước đoạt quyền lợi do phải san sẻ với người đến
định cư trong các lĩnh vực như: cạnh tranh về đất đai, việc làm, tài nguyên nhiên, bất đồng
văn hóa truyền thống....
Đối tượng thứ hai bị tổn hại là những người tuy không phải di dời, nhưng kế sinh nhai bị
thay đổi do sự thay đổi của chế độ thủy văn. Ví dụ như việc khai thác cá trong hồ chứa hồn tồn khác so với khai thác trong sơng tự nhiên trước đó. Do vậy những người từ nơi khác đến, có sẵn phương tiện và kinh nghiệm khai thác kinh tế mặt nước hồ sẽ thành đạt, còn cộng đồng ngư dân tại chỗ có thêm sự thiệt hại, có thể trở nên nghèo hơn... Việc tạo thêm chỗ làm mới thông qua một số dự án phát triển cũng không đem lại nhiều cơ hội cho dân địa phương, vì trên thực tế cơng việc địi hỏi kỹ năng cao, còn các chủ đầu tư thường đáp ứng nhu cầu bằng những người di cư có sẵn kinh nghiệm. Và thế là người dân tại chỗ bị tước đoạt cơ hội thành
đạt do các công việc này mang lại.
Khơng thể phán xét chính xác sự thành công của công việc tái định cư trong vòng một vài năm. Chỉ khi những đứa trẻ của dân định cư và dân tại chỗ cùng lớn lên có cuộc sống tốt đẹp, hịa nhập và thành đạt, trở thành thành viên của cùng một cộng đồng thống nhất và thịnh
vượng, thì tái định cư mới được xem là thành công.
Cột nước lớn tạo ra áp lực rất lớn lên vùng đáy, do vậy trong vùng kho nước lớn, thời kỳ
đầu, thường quan sát thấy sự tăng mạnh các trận động đất cấp thấp. Đây là vấn đề cần phải
tính tới trong thiết kế để đảm bảo độ an tồn của cơng trình.
Chế độ động lực thay đổi dẫn đến thay đổi hệ thuỷ sinh, thay đổi chất lượng nước, làm chậm tốc độ đổi mới nước của thuỷ vực
Các hồ chứa đã làm giảm tốc độ đổi mới nước sơng tồn cầu 3 - 4 lần. 80% hồ chứa có
hiện tượng phì dưỡng trong những năm đầu. Các hồ chứa dạng đập có chế độ thuỷ lực nước chảy chậm, cột nước cao, áp lực nước lớn, vùng đáy có chế độ nhiệt, chế độ thuỷ hoá phân hoá so với vùng mặt, do đó sẽ phát triển một hệ thuỷ sinh mới, không giống hệ thuỷ sinh trong nước sơng trước đó, hình thành hệ sinh vật vùng đáy phong phú. Cá trong hồ chứa sẽ khác so với cá trong sơng tự nhiên. Những lồi cịn tồn tại được có thể sẽ bị yếu hơn và số cá thể có thể bị thay đổi. Nói chung, lượng cá lúc đầu tăng rất nhanh, nhưng sau đó lại giảm, do năng suất tổng thể thấp hơn trong tự nhiên. Việc đưa các lồi du nhập có thể hủy diệt nốt
những gì cịn sót lại của các lồi nguyên sản. Đập chắn ngang sông ngăn cản sự di cư của thủy sinh. Giải pháp sử dụng các bậc thang cho cá vượt ngàn được sử dụng hiệu quả đối với cá hồi, nhưng khơng có hiệu quả đối với các loài cá nhiệt đới.
Ngoài ra, những hồ chứa nước khơng được làm sạch các lồi thực vật là nguồn thải khí nhà kính CO2 và CH4 do sự phân hủy yếm khí chất hữu cơ. Vùng nước tĩnh mép hồ cung cấp môi trường sống cho các loài ốc sên, chủ nhân của Schistosomiasis parasite và các lồi muỗi gây bệnh sốt rét. Do đó số lượng các loại bệnh lây truyền từ động vật có vịng đời liên quan với mơi trường nước có thể tăng mạnh sau khi xây đập.
Tác động gián tiếp của hồ chứa tới mơi trường
Kiểm sốt lũ, điều tiết dòng chảy, phát điện… tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển, hạn chế tai biến liên quan tới phân hố chế độ dịng chảy cực đoan, làm tăng tiêu thụ nước và các vấn đề môi trường liên quan.
Do có hồ chứa nước nên hệ sinh thái trên cạn gồm rừng, đầm lầy, các thung lũng và mơi trường sống của các lồi động vật hang dã thường bị xóa một phần, thậm chí tồn bộ mà khơng có cách nào để hạn chế.