TT Số hiệu vùng Tên vùng Lƣu lƣợng có thể khai thác, m3
/ngày
1 Vùng 1
Thượng sông vệ - bao gồm
Sông Nước lếch 2,441
2 Vùng 2
Sông Trà Nô - bao gồm Sông
Tô và Phụ lưu số 2 1,046
3 Vùng 3 Sông Nề (sông Nô) 697
4 Vùng 4 Khu giữa Sông Vệ 6,974
5 Vùng 5 Sông Vực Hồng 6,276
6 Vùng 6 Hạ Sông Vệ 17,434
Tổng 34,868
1.5. Nhận xét
- Áp dụng cơng cụ mơ hình tốn để tính tốn cân bằng nước trên các lưu vực sơng là xu thế tất yếu của thế giới nói chung và của ngành nước Việt Nam nói riêng.
- Cơng cụ mơ hình tốn nói chung và mơ hình cân bằng nước nói riêng ngồi việc liên tục được cập nhật, cải tiến khả năng mơ phỏng, khả năng mơ hình hóa, xây dựng kịch bản tính tốn của mơ hình cịn chú trọng tới khả năng tương tác với người dùng, khả năng phân tích, xử lý và trình bày kết quả. Điều đó trợ giúp tăng cơ sở thông tin, luận chứng cho các nhà chuyên môn, các nhà quản lý, hoạch định chính sách trong việc đốn định và trả lời các câu hỏi “nếu… thì” liên quan đến nguồn nước.
sinh và sản xuất hàng hóa. Các cộng đồng xã hội đã xây dựng cơ sở hạ tầng và các cơng trình để duy trì việc chia sẻ này. Tuy nhiên, sự phát triển của xã hội cùng với sự hiểu biết về phân phối hàng hóa đã nảy sinh các vấn đề mới về chia sẻ phân bổ nước. Dân số phát triển đã dẫn đến vấn đề lớn về khan hiếm và ô nhiễm nước ở nhiều quốc gia. Trong bối cảnh đó, nước dần dần được coi như một thứ hàng hóa và người ta đã đưa ra những nguyên tắc có thể giúp việc quản lý chia sẻ phân bổ nguồn nước trên cơ sở coi nước là hàng hóa. Đồng thời, cũng có những nguyên tắc kinh tế áp dụng trong tình huống thiếu nước. Bên cạnh đó, cũng có các cơng cụ và giải pháp thực tế hỗ trợ cho việc phân bổ nước trên cơ sở nhu cầu người sử dụng, tính chí phí thực của nước, kế hoạch phát triển kinh tế-xã hội, và thị trường về nước.
- Ở Việt Nam, tài nguyên nước thuộc sở hữu toàn dân do Nhà nước thống nhất quản lý nên tránh được tình trạng cá nhân chiếm hữu nguồn nước như một số quốc gia trên thế giới. Quyền ưu tiên cấp nước cho sinh hoạt và chính sách cơng bằng cho các vùng khó khăn đã được quy định trong Luật Tài nguyên nước năm 1998. Chính sách này của Nhà nước ta đã được cụ thể hóa bằng Chương trình
mục tiêu quốc gia về cấp nước và vệ sinh nông thôn đã đem lại sự công bằng về
quyền dùng nước cho nhân dân ở các vùng nơng thơn, vùng sâu, vùng xa; góp phần xóa đói, giảm nghèo. Tuy nhiên, để xác định được thứ tự ưu tiên và tỷ lệ phân bổ tài nguyên nước cho từng mục đích sử dụng nước cần phải có cơ sở lý luận và thực tiễn xác đáng về các các nguyên tắc ưu tiên cấp nước; phương pháp, cơ chế phân bổ, chia sẻ nguồn nước…trong trường hợp hạn hán, thiếu nước. Các vấn đề này vẫn chưa có nghiên cứu và hướng dẫn cách thực hiện. Do vậy, các cán bộ làm công tác quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sơng rất lúng túng và gặp khó khăn khi xây dựng các quy hoạch phân bổ tài nguyên nước. Đồng thời, các cơ quan quản lý Nhà nước cũng gặp khó khăn và thiếu cơ sở trong việc đánh giá, phê duyệt các phương án quy hoạch phân bổ nguồn nước.
- Sông Vệ là một trong hai con sông lớn nhất của tỉnh Quảng Ngãi (sau sông Trà Khúc). Lưu vực sông Vệ nằm trọn vẹn trong địa giới hành chính của
tỉnh Quảng Ngãi bao gồm phần lớn diện tích của các huyện Ba Tơ, Minh Long, Mộ Đức, Nghĩa Hành và một phần diện tích của huyện Tư Nghĩa. Tài nguyên nước mặt trên lưu vực, tính đến trạm An Chỉ tổng lượng dịng chảy năm trung bình nhiều năm là 2,05 tỷ m3
nước. Tài nguyên nước dưới đất đặc trưng bởi lưu lượng nước trong các tầng chứa nước có thể khai thác là gần 35 nghìn m3
/ngày. Hiện tại, khai thác sử dụng nước cho các ngành kinh tế trên lưu vực chủ yếu từ nguồn nước mặt trong khi đó, nguồn nước dưới đất chủ yếu phục vụ mục đích ăn uống và tập chung ở khu vực miền núi. Các vấn đề liên quan đến khai thác sử dụng, bảo vệ và phát triển nguồn nước, phòng chống khắc phục tác hại do nước gây ra trên tồn lưu vực chưa thực sự nóng bỏng nếu so sánh với các lưu vực khác, tuy nhiên khu vực hạ du, nơi tập trung đông dân cư và tốc độ phát triển công nghiệp nhanh đã kéo theo các vấn đề cạnh tranh, mâu thuẫn liên quan đến nguồn nước mà đang phải đối mặt như: khả năng đáp ứng nguồn nước, mục đích và mục tiêu sử dụng nước, chất lượng nước …
- Việc lựa chọn tài nguyên nước (nước mặt và nước dưới đất) trên lưu vực sông Vệ là đối tượng nghiên cứu trong luận văn này xuất phát từ: tính sẵn có thơng tin, số liệu về khí tượng, thủy văn và tài nguyên nước trên lưu vực; tính phù hợp lựa chọn lưu vực nghiên cứu cùng với khả năng tiếp cận triển khai ứng dụng mơ hình WEAP; tính khả thi khi xây dựng các kịch bản phát triển nguồn nước trên lưu vực bằng mơ hình WEAP và sau cùng là khả năng thử nghiệm áp dụng nguyên tắc, tỷ lệ phân bổ chia sẻ nguồn nước được đề xuất đối với bài tốn cân bằng nước trên lưu vực sơng Vệ trong tương lai.
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN BÀI TỐN CÂN BẰNG NƢỚC LƢU VỰC SƠNG VỆ
Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng mơ hình WEAP tính tốn cân bằng nước cho lưu vực sông Vệ - tỉnh Quảng Ngãi (giai đoạn hiện trạng 2010 và đến năm 2015 và 2020). Đồng thời, qua kết quả tính tốn cân bằng nước bằng mơ hình WEAP đề xuất nguyên tắc và tỷ lệ phân bổ nguồn nước trên lưu vực sông Vệ, đặc biệt là trong tình huống thiếu nước.
Với mục tiêu đã được xác định gồm: (1) xây dựng được cơng cụ ứng dụng mơ hình WEAP tính cân bằng nước lưu vực sông Vệ giai đoạn hiện trạng 2010 và giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến sử dụng thành phần nước ngầm; (2) đề xuất phương pháp luận phân bổ chia sẻ nguồn nước áp dụng đối với lưu vực sơng Vệ. Trên cơ sở đó, hướng giải quyết bài tốn cân bằng nước trên lưu vực sông Vệ thông qua việc ứng dụng cơng cụ mơ hình WEAP được nghiên cứu sử dụng trong luận văn này như sau:
2.1. Giới thiệu mơ hình WEAP
2.1.1. Tổng quan v ph n E
WEAP (The Water Evaluation and Planning System) – Hệ thống đánh giá và quản lý nguồn nước. Là sản phẩm của Viện Nghiên Cứu Mơi trường Stockholm có trụ sở ở Boston (Mỹ) (SEL – Boston: Stockholm Environment Institute – Boston) nghiên cứu và phát triển. Phần mềm WEAP cho phép tải miễn phí sử dụng và gia hạn khóa phần mềm trong vịng 1 năm đối với mục đích sử dụng cho nghiên cứu và học tập. Cập nhật phiên bản mới nhất sử dụng trong luận văn này là Version: 3.22, October 31, 2011.
Phần mềm WEAP tính tốn nhu cầu dùng nước dựa trên nguyên lý cơ bản của tính tốn cân bằng nước. Thành phần cung cấp nước có thể là các dịng chảy mặt, kho nước ngầm, các hồ chứa nước hay từ các lưu vực khác. Thành phần sử dụng nước là các khu đô thị, khu cơng nghiệp, các khu tưới cho nơng nghiệp… có tính đến các điều kiện thực tế như việc tái sử dụng nước, dòng chảy mơi trường, năng suất máy móc, chi phí và việc phân phối ưu tiên và sử dụng tài nguyên nước.
Với khả năng lập kịch bản và tính tốn nhu cầu nước WEAP là một công cụ rất mạnh trong việc lựa chọn hướng phát triển và đề xuất các chiến lược quản lý tài nguyên nước trong lưu vực. Sử dụng WEAP có thể quản lý tài nguyên nước ở đô thị cũng như nông thôn, cho một lưu vực nhỏ hay cả một hệ thống
hoạt động của các nguồn cung cấp nước (dòng chảy mặt, kho nước ngầm, hồ chứa …), theo dõi ô nhiễm và nhu cầu sinh thái của từng vùng. Ngồi ra, phần mềm này cịn có thể phân tích và tính tốn kinh tế các dự án quản lý tài nguyên nước.
Cấu trúc của Weap: WEAP bao gồm 5 thành phần (khung làm việc)
chính gồm: Schematic, Data, Results, Scenario Explorer và Notes.
Schematic: đây là bước đầu tiên
khi thiết lập ứng dụng mơ hình WEAP, khung này chứa đựng các cơng cụ GIS cơ bản cho phép xây dựng hệ thống các đối tượng một cách dễ dàng. Ví dụ như các nút nhu cầu (Demand nodes), các
hồ chứa (reservoirs) có thể được tạo và định vị bên trong hệ thống bằng việc kéo và thả các đối tượng từ menu. Chương trình có thể kết nối với ArcView hay các dạng file GIS tiêu chuẩn vector hay raster làm lớp nền.
Data: Khung dữ liệu cho phép
đưa các dữ liệu đầu vào cho mơ hình bao gồm nhu cầu nước, thơng số cơng trình, nước dưới đất ….tạo các biến và các mối quan hệ thông qua một loạt các hàm cho trước hoặc nhập tay các thuộc tính dữ liệu đầu vào cho mơ hình một cách linh động.
Results: Khung kết quả cho phép
trình bày chi tiết và linh hoạt tất cả các dạng kết quả, ở dạng biểu đồ và bảng, và trên sơ đồ.
Scenario Explorer: Khung Scenario Explorer cho phép phân tích lựa chọn xây dựng các kịch bản tính tốn cân bằng nước dựa trên kịch bản nền hay phân tích đánh giá kết quả tính tốn cân bằng nước với việc thay đổi các dữ liệu đầu vào một cách nhanh chóng và trực quan.
Notes: Khung ghi chú cung cấp một không gian để người sử dụng đưa vào toàn bộ các chú thích, dẫn giải về quá trình xây dựng và tính tốn với mơ hình WEAP.
2.1.2. Ti p c n h nh E
WEAP là công cụ tổng hợp các vấn đề tài nguyên nước trong lĩnh vực thành một thể thống nhất. Đó là sự kết hợp giữa nhu cầu sử dụng nước với việc cung cấp nước, số lượng nước với chất lượng nước, phát triển kinh tế bảo vệ mơi
Phân tích kịch bản là một trong những tính năng rất mạnh của WEAP. Đầu tiên, người sử dụng phải tạo được hiện trạng của lưu vực nghiên cứu. Sau đó dựa trên sự thay đối cơ cấu kinh tế, thủy văn, công nghệ của khu vực mà lập ra một kịch bản cho tương lai của khu vực đó, được gọi là kịch bản tham khảo (Reeference Scenario). Người sử dụng có thể phát triển theo một hay nhiều hướng kịch bản khác nhau về sự phát triển trong tương lai.
Kịch bản trong mơ hình có thể đề cập tới nhiều vấn đề bằng việc đặt ra các câu hỏi nghi vấn. Ví dụ như: Việc gì sẽ xảy ra nếu dân số tăng nhanh và kinh tế thay đổi? Việc gì xảy ra nếu quy trình vận hành của hồ chứa thay đổi, nguồn nước ngầm bị khai thác mạnh, nhu cầu sinh thái nước đang trở nên cấp bách? Việc phát hiện ra một nguồn ô nhiễm nước mới. Nếu chương trình tái sử dụng nước được thực hiện thì sao? Nếu cơ cấu cây trồng thay đổi thì nhu cầu dùng nước sẽ thay đổi như thế nào? Có đảm bảo cấp nước hay khơng?....
Các kịch bản trên có thể được phân tích, tính tốn cùng nhau và cho ra kết quả rất tường minh, dễ dàng cho việc so sánh, đánh giá hệ thống tài nguyên nước của khu vực nghiên cứu.
WEAP là cơng cụ có khả năng thể hiện những hiệu quả của việc quản lý nhu cầu sử dụng nước của hệ thống tài nguyên nước. Nhu cầu sử dụng nước tùy thuộc vào những mục đích sử dụng khác nhau hoặc cung cấp nước cho những ngành kinh tế khác nhau. Ví dụ, việc cung cấp nước cho ngành nơng nghiệp phụ thuộc vào loại cây trồng, điều kiện tưới, kỹ thuật tưới … việc cung cấp nước cho sinh hoạt đô thị phụ thuộc vào mỗi quốc gia, thành phố hoặc tùy thuộc vào từng khu sử dụng nhỏ lẻ. Việc cung cấp nước cho sản xuất công nghiệp phụ thuộc vào chính vào các ngành cơng nghiệp. Ngồi ra, việc ưu tiên phân phối nước cho các thành phần sử dụng nước cũng được đề cập tới trong mơ hình.
2.1.3. Kh n ng c a h nh E
- WEAP là công cụ mô phỏng hệ thống tài nguyên nước mặt và nước ngầm, dựa trên nguyên lý cân bằng cơ bản của việc tính tốn cân bằng nước, có thể tính tốn cho cả nguồn cung cấp lẫn sử dụng. Người sử dụng có thể thay đổi
kịch bản sử dụng, cung cấp, ô nhiễm, đưa ra một chiến lược quản lý. WEAP được thiết kế nhờ một công cụ so sánh. Trường hợp cơ bản được phát triển, lựa chọn kịch bản đã tạo ra và so sánh với kịch bản đó.
- Tính tốn cân bằng nước cho lưu vực trong đó có xét đến hiện trạng lưu vực và xây dựng các kịch bản trong tương lai, trợ giúp đắc lực cho công việc qui hoạch và quản lý tài nguyên nước.
- Tính tốn các q trình lan truyền ơ nhiễm nước trong đó có xét đến các cơng trình xử lý.
- Tính tốn cơng suất phát điện của các nhà máy thủy điện.
- Tính tốn thủy văn thơng qua các mơ hình như Mưa rào- dòng chảy, truyền ẩm, mô phỏng mối quan hệ giữa nước ngầm và nước mặt.
- Tính tốn hiệu quả kinh tế, lựa chọn mơ hình phân phối nước hiệu quả cho các ngành dùng nước khác nhau trong lưu vực.
2.1.4. d ng h nh E (1) Dữ liệu đ u vào (1) Dữ liệu đ u vào
Tuỳ theo bài toán cụ thể mà các yêu cầu của số liệu đầu vào sẽ được nhập tương ứng.
Các yếu tố mô phỏng như sau:
- Mô phỏng các sông và nhánh sông
- Mô phỏng các nhu cầu dùng nước của các ngành - u cầu về dịng chảy mơi trường
- Mô phỏng hồ chứa và các yếu tố khác
Các yếu tố mô phỏng được liên kết với nhau thông qua Transmission Link và Return Flow.
(2) M h nh hoá lưu vực nghiên cứu
- Chọn khoảng thời gian nghiên cứu và thời đoạn tính tốn (General→Years and Time Steps)
- Đặt đơn vị cho các đại lượng tính tốn (General→Units)
- Thực hiện xong các bước trên mới tiến hành xây dựng mạng lưới và vào dữ liệu.
(3) Nh p s liệu cho WEAP
Việc nhập số liệu cụ thể như sau:
- Với các nhánh sơng cần nhập số liệu dịng chảy tháng trung bình nhiều năm (Supply and Resources→River)
- Về nhu cầu dùng nước
+ Nhập tổng lượng nước dùng (Annual Water use Rate)
+ Nhập lượng nước dùng cho từng tháng dưới dạng % (Monthly variation) + Nhập số liệu về phần trăm lượng nước hồi quy trở lại sông (Return flow) và tỷ lệ nước không bị thất thoát của lượng hồi quy này (Consumption)
- Số liệu về dịng chảy mơi trường tối thiểu để duy trì sinh thái sơng (River→ Flow Requirements→ Envi)
- Số liệu về hồ chứa cần nhập các thông tin sau: + Năm hồ chứa được xây dựng (startup year) + Dung tích lớn nhất
+ Dung tích hiệu dụng + Dung tích chết
+ Đường đặc trưng của hồ
Với các đối tượng khác (nếu có mơ phỏng trong hệ thống) việc vào dữ liệu hồn tồn tương tự và có thể thực hiện dễ dàng trên cửa sổ làm việc Dataview.
(4) hương pháp tính tốn
Tất cả các thao tác tính tốn trong mơ hình đều dựa trên nguyên lý cân bằng nước.
(5) t qu
Hoàn thành việc nhập dữ liệu ta chọn Result View, WEAP sẽ chạy mơ hình mơ phỏng theo thời đoạn tháng và ra kết quả cho tất cả các thành phần hệ thống của khu vực nghiên cứu bao gồm: nhu cầu nước của nơi sử dụng, mức độ cung cấp được, dòng chảy, thoả mãn nhu cầu dịng chảy đến, dung tích hồ chứa …