SỬ DỤNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẢ
3.1.1 Tổng quan về cân bằng nước hệ thống
3.1.1.1 Khái niệm cân bằng nước
Tính toán cân bằng nước đóng vai trò quan trọng và có tính chất quyết định đối với việc xây dựng các phương án quy hoạch sử dụng nước cho một lưu vực sông hay một địa phương nào đó.
Hiện nay, có khá nhiều khái niệm, định nghĩa khác nhau về cân bằng nước. Về cơ bản, mỗi định nghĩa , phương pháp tính toán sẽ phù hợp với một bài toán hay một lớp bài toán nào đó, khó có thể bao hàm tổng quát về cân bằng nước chính xác cho một lưu vực hay phạm vi hành chính nào đó một cách tổng quát. Định nghĩa cân bằng nước là “sự cân bằng của toàn bộ lượng nước đến (mưa, tuyết tan,...) và tất cả lượng nước chảy đi (dòng chảy ra, bốc hơi, thấm...) khỏi một vùng thuỷ văn được định trước nào đó như một lưu vực, tầng chứa nước, vùng, một hồ chứa... có tính đến lượng trữ thực của hệ thống” là một định nghĩa được nhiều người thừa nhận.
Tùy trường hợp cụ thể, có thể phân ra: Cân bằng nước thẳng đứng và cân bằng nước nằm ngang; cân bằng nước trong điều kiện tự nhiên hay có hoạt động kinh tế của con người; cân bằng nước kinh tế.
Theo nhiều năm
- Cân bằng thẳng đứng hay cân bằng điểm, cân bằng tại mặt ruộng (khu vực tính toán)
Tự nhiên: Nước đến – Nước tổn thất = Lượng nước có hiểu quả tại điểm đó (hay khu vực tính toán được coi như một điểm).
YR0R = XR0R – ZR0R (2-1)
Có hoạt động kinh tế của con người: Trong phương trình (2-1) lượng tổn thất do hoạt động kinh tế của con người tăng lên do mặt thoáng của kho nước, mặt thoáng
ruộng lúa nước v.v...
- Cân bằng nước nằm ngang hay cân bằng nước hệ thống
Tự nhiên: Lượng nước vào thượng lưu + Lượng nước gia nhập khu giữa = Lượng nước ra ở hạ lưu.
Có hoạt động kinh tế của con người: Lượng nước vào tự nhiên (Lượng nước đến thượng lưu + lượng nước gia nhập khu giữa) + Lượng nước điều tiết hay khống chế bởi công trình – Lượng nước tổn thất do các hộ dùng nước (bao gồm lượng nước cần đẩy mặn hay làm sạch nước thải, lượng nước hao hụt do làm mát hệ thống nhiệt...) = Lượng nước ra + Lượng nước hồi quy ±Lượng nước phân chậm lũ + lượng nước tiêu dùng ±Lượng nước phát điện thoát ra đường khác hay thu nhận từ hệ thống khác đến.
Theo năm, vụ cây trồng, mùa
- Cân bằng thẳng đứng
Tự nhiên: Yc = Xc – Zc – Yngầm (do mưa) Có hoạt động kinh tế của con người:
Yc = Xc – Zc – Yngầm (do mưa + cấp nước) - Cân bằng nước nằm ngang hay hệ thống
Tự nhiên: Lượng nước vào thượng lưu + lượng nước ra nhập khu giữa = lượng nước ra ở hạ lưu + lượng nước trữ trong khu vực.
Có hoạt động kinh tế của con người: Lượng nước vào tự nhiên (Lượng nước đến thượng lưu + khu giữa) + Lượng nước điều tiết hay khống chế bởi công trình – Lượng nước tổn thất do các hộ dùng nước = Lượng nước ra ở hạ lưu + Lượng nước hồi quy ±
Lượng nước phát điện phát ra đường khác hay thu nhận từ hệ thống khác.
Cân bằng nước kinh tế là cân bằng nước hệ thống với sơ đồ khai thác lựa chọn hợp lý theo quan điểm kinh tế.
Trong nghiên cứu tính toán này, cân bằng nước được hiểu là sự cân đối giữa nguồn nước mặt với lượng nước cần dùng cho các ngành kinh tế trong giai đoạn hiện tại và tương lai.
Nguyên lý tính toán
Dựa theo nguyên lý bảo toàn khối lượng trong khoảng thời gian xác định ∆t nào đó, nguyên lý cân bằng nước được tạo lập và làm cơ sở xác định các yếu tố ảnh hưởng
cụ thể trong mỗi loại hệ thống thủy lợi hay mỗi không gian địa lý nào đó. Biểu diễn toán học của nguyên lý cân bằng được gọi là phương trình cân bằng nước. Phương trình cân bằng nước là phương trình kiểm kê nước, được biểu đạt theo nguyên tắc: trong một khoảng thời gian xác định nào đó, tổng dòng chảy đến một lưu vực hay một thành phần nào đó của hệ thống nguồn nước phải bằng tổng dòng chảy đi khỏi hệ thống cộng với thay đổi thực của lượng trữ hệ thống. Tóm lại, phương trình đó như sau:
Lượng nước đến trong ∆t = Lượng nước đi trong ∆t + Thay đổi lượng trữ trong miền tính toán trong ∆t
Lượng nước đến: Bao gồm các đại lượng ngẫu nhiên cũng như các đại lượng chi phối được như giáng thủy các loại, các dòng ở vùng ngoài miền tính toán chảy đến bằng trọng lực (chảy từ vùng cao hơn đến) hay động lực (dòng thấm, dòng ngầm, rò rỉ, hồi quy).
Lượng nước đi: Bao gồm các loại bốc hơi, thoát nước bề mặt tán lá cây; lượng nước tiêu thoát để thay đổi nhiệt độ nước, rửa chua, phèn, mặn; lượng nước tiêu thoát do tiêu thừa so với nhu cầu sử dụng; lượng thấm, rò rỉ, dòng ngầm chảy ra hoặc thoát xuống tầng sâu.
Thay đổi lượng trữ: Bao gồm sự thay đổi thể tích nước mặt, nước ngầm và độ ẩm trong đất.
3.1.1.2 Các yêu cầu khi tính toán cân bằng nước
Mối liên hệ giữa các thành phần trên trong một hệ thống nguồn nước rất phức tạp và khó có thể biểu diễn tường minh hay chặt chẽ về mặt toán học các quan hệ đó. Do vậy, các thành phần này mang tính phụ thuộc lẫn nhau, trong tính toán cân bằng nước cần tuân thủ những nguyên tắc cơ bản sau:
- Cần xác định những nhân tố tác động đến sự thay đổi lượng nước trong phạm vi vùng tính toán , sau đó cần phân tích để chọn ra những nhân tố có tính trội hoặc đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình tính toán.
- Trong trường hợp thiếu tài liệu cần sử dụng các phương pháp khác nhau để tổng hợp số liệu bảo đảm độ tin cậy.
- Cần gắn với các kịch bản phát triển để bài toán cân bằng nước phục vụ được các phương án quy hoạch.
- Vấn đề thời khoảng tính toán cũng được xem xét và lựa chọn thích hợp, trên cơ sở nhận định một cách tương đối đầy đủ về hệ thống. Độ lớn của miền tính toán, các đăc trưng thống kê về điều kiện khí tượng thủy văn trong miền tính toán, phản ứng và độ trễ phản ứng của hệ thống, độ chi tiết yêu cầu là những nhân tố ảnh hưởng quan trọng đến việc lựa chọn thời khoảng tính toán hợp lý.