sông chính hạ lưu sông Trà Khúc
3.2.1 Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu
Đảm bảo nước cho HST và duy trì môi trường dòng sông là một yêu cầu không thể thiếu để PTBV tài nguyên nước. Tuy nhiên, nước cho HST và môi trường ở hạ lưu
sông Trà Khúc hiện nay chưa được quan tâm đáp ứng, khiến cho HST và môi trường dòng sông đã bị suy thoái rất rõ rệt. Điều đó đang là một vấn đề bức xúc, đòi hỏi phải có giải pháp phù hợp để giải quyết trong thời gian tới.
Định hướng cho vấn đề này, Chiến lược Quốc gia về TNN đến năm 2020 đã đặt mục tiêu “trong khai thác sử dụng nước phải đảm bảo DCMT, bảo đảm dòng chảy tối thiểu duy trì HST thủy sinh theo quy hoạch được cấp có thẩm quyền phê duyệt, trọng
điểm là các sông có hồ chứa nước, đập dâng lớn, quan trọng”[8] , như vậy LVS Trà Khúc có đập dâng Thạch Nham chính là đối tượng cần thực hiện đảm bảo DCMT cho hạ du theo như mục tiêu của Chiến lược Quốc gia về TNN đã vạch ra.
Vấn đề duy trì lượng DCTT ở hạ lưu các công trình KTSD nước, đặc biệt là các hồ chứa thủy lợi, thủy điện cũng được Chính phủ quy định trong Nghị định 112/2008/NĐ-CP về quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi [9]. Vì thế nghiên cứu các giải pháp để duy trì dòng chảy trên sông chính, trước mắt đảm bảo lượng DCTT như quy định hiện hành ở khu vực hạ
lưu là rất cần thiết, là tiền đề cho việc thực hiện PTBV tài nguyên nước của LVS. Tính toán xác định yêu cầu duy trì lượng DCTT trên sông chính là một vấn đề
rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn rất lớn nhất là trong bối cảnh hiện nay. Do còn đang trong quá trình nghiên cứu nên Bộ TNMT cho đến nay vẫn chưa
đưa ra hướng dẫn cụ thể về phương pháp xác định lượng DCTT để sử dụng thống nhất trên thực tế. Nghiên cứu của luận án về tính toán xác định yêu cầu duy trì DCTT trên sông chính ở hạ lưu sông Trà Khúc, vì thế sẽ có đóng góp về mặt khoa học trong việc giải quyết vấn đề trên, và đối với lưu vực sông Trà Khúc, kết quả tính toán lượng DCTT cần duy trì trong sông sẽ là cơ sở cho việc xem xét các phương án KTSD nước, giải pháp chia sẻ phân bổ nguồn nước của đập Thạch Nham cho sử dụng ở khu vực hạ
lưu đảm bảo yêu cầu bền vững.
3.2.2 Phương pháp xác định yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu hạ lưu sông Trà Khúc
3.2.2.1 Khái niệm và phương pháp xác định lượng DCTT cần duy trì tại tuyến tính toán
Theo định nghĩa về DCTT ở mục 1.1 thì lượng DCTT là tổng hòa của ba thành phần:
− Nước cho đáp ứng sự phát triển bình thường của HST
− Nước cho duy trì “ sức khỏe” của dòng sông hoặc đoạn sông
− Nước để bảo đảm ở mức tối thiểu cho hoạt động KTSD nguồn nước của các đối tượng sử dụng nước ởđoạn sông hạ lưu tuyến tính toán.
Bởi vì lượng nước cho phát triển bình thường của HST cũng dùng cho duy trì dòng sông hoặc đoạn sông và cả hai thành phần này có thể coi là lượng dòng chảy môi trường (DCMT) - một khái niệm đang được dùng phổ biến trên thế giới và cả ở nước ta hiện nay. Về mặt thủy văn thì chế độ DCMT là tổ hợp các đặc trưng dòng chảy trong sông (như lưu lượng, vận tốc, tần suất và thời gian xuất hiện của quá trình lượng nước lấy đi hoặc xả vào hệ thống sông) để duy trì HST và sức khoẻ của dòng sông. Vì thế, lượng DCTT có thể coi là “lượng DCMT” cộng với “nhu cầu nước cho sử dụng ởđoạn sông hạ lưu tuyến tính toán nhưng “ở mức tối thiểu””.
DCTT = DCMT + Nước sử dụng ở hạ lưu (3-1)
Lượng DCTT được xác định tại một vị trí tuyến nhất định trên sông chính, gọi là “điểm kiểm soát DCTT” và theo quy định hiện hành thì các công trình KTSD nước ở thượng lưu điểm kiểm soát lượng DCTT không được lấy quá mức lượng nước làm cho lượng dòng chảy của sông thấp hơn yêu cầu duy trì DCTT tại điểm kiểm soát này.
Nhu cầu sử dụng nước ở hạ lưu:
Nhu cầu sử dụng nước ở hạ lưu là “nhu cầu sử dụng nước của tất cả các ngành dùng nước có làm tiêu hao lượng nước của sông (như nước lấy từ sông để cung cấp cho sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, thủy sản…) tại hạ lưu điểm kiểm soát hoặc tuyến tính toán lượng DCTT.
Do đọan sông hạ lưu của một tuyến tính toán lượng DCTT luôn có lượng nước nhập lưu địa phương của các nhánh suối hai bên chảy vào đoạn sông, đây chính là lượng nước điều tiết của phần lưu vực nhập lưu địa phương ở hạ lưu tuyến tính toán do nước ngầm cung cấp trong mùa kiệt. Vì thế khi tính toán cân bằng nước để xác định lượng DCTT mà công trình KTSD nước phải xả trả lại sông ở hạ lưu tuyến tính toán cần được trừ đi lương nước nhập lưu địa phương này. Trong
trường hợp hai bên đoạn sông hạ lưu có các khu tưới trồng lúa nước thì nhập lưu địa phương còn thêm lượng nước hồi quy từ ruộng lúa chảy xuống sông.
DCTT = DCMT + Nước sử dụng ở hạ du - Nhập lưu địa phương (3-2) Phương trình (3-2) có thể sử dụng để tính toán xác định lượng DCTT theo khái niệm lượng DCTT của Nghịđịnh 112/2008/NĐ-CP.
Trong công thức trên:
- Lượng nước nhập lưu địa phương có thể xác định dựa theo số liệu thủy văn hoặc số liệu điều tra kiệt của các sông nhánh chảy vào đoạn sông trong thời kỳ kiệt . Thí dụ dùng mô duyn dòng chảy kiệt xác định từ kết quả điều tra kiệt các nhánh suối chảy vào đoạn sông Mkiệt (l/s.km2)
- Lượng nước sử dụng của các ngành dùng nước ở hạ lưu tuyến tính toán có thể xác định qua điều tra sử dụng nước thực tế của các ngành dùng nước nằm hai bên sông của đoạn sông hạ lưu.
Riêng lượng DCMT có thể tính toán và lựa chọn dựa trên một số phương pháp xác định DCMT thường dùng trên thế giới và trong nước.
Các thành phần nguồn nước đến (nhập lưu) và sử dụng nước (lấy đi) trong đoạn sông hạ lưu của tuyến tính toán DCTT được biểu thị trong hình 3-1.
Hình 3-1. Sơ họa các thành phần nguồn nước và sử dụng nước hạ luu tuyến tính toán DCTT
Tuyến tính toán DCTT
Nước sử dụng ở hạ du
( sinh hoạt, công nghiệp, tuới)
Nước nhập lưu địa phương ( do điều tiết của lưu vực nlđp theo các nhánh suối chảy vào đoạn sông và nước hồi quy các khu tưới hai bên sông)
3.2.2.2 Xác định yêu cầu duy trì DCTT ở hạ lưu sông Trà Khúc 1) Xác định tuyến tính toán
Ở hạ lưu sông Trà Khúc đoạn sông đang bị suy thoái cạn kiệt rõ rệt nhất là đoạn sông chảy qua Thành phố Quảng Ngãi và kéo dài ra đến gần cửa sông. Vì thế luận án chọn tuyến tính toán DCTT là tại trạm thủy văn Trà Khúc ở thượng lưu cầu Trà Khúc khoảng 100 m có diện tích lưu vực là 3.182 km2 (theo hồ sơ xây dựng trạm TV Trà Khúc). Tuyến này có đặc điểm như sau:
- Ở hạ lưu đập Thạch Nham nên dòng chảy tại tuyến phản ánh rất rõ rệt được
ảnh hưởng lấy nước của đập Thạch Nham.
- Nằm trong đoạn sông chảy qua thành phố Quảng Ngãi nên dòng chảy tại tuyến sẽ phản ánh được lượng dòng chảy cần duy trì trong sông đểđảm bảo nước cho HST và phát triển KTXH của tỉnh Quảng Ngãi.
- Đoạn sông hạ lưu tuyến tính toán là từ trạm thủy văn Trà Khúc đến cửa sông, có diện tích lưu vực nhập lưu địa phương là 155 km2.
Sơđồ tuyến tính toán DCTT và các thành phần nguồn nước đoạn sông hạ lưu tuyến tính toán DCTT ( trạm thủy văn Trà Khúc) như hình 3-2.
2) Tính toán xác định các thành phần nguồn nước đoạn sông hạ lưu tuyến tính toán
Lượng nước nhập lưu chảy vào đoạn sông
(1). Lượng nước nhập lưu địa phương vào đoạn sông trong thời gian kiệt là lương nước điều tiết của diện tích lưu vực nhập lưu 155 km2.
Với mô đuyn dòng chảy kiệt lấy bằng 3,0 l/s-km2 theo số liệu điều tra kiệt trên các nhánh suối nhỏ hạ lưu sông Trà Khúc, xác định được lượng nước điều tiết của lưu vực nhập lưu địa phương chảy vào đoạn sông (Q điều tiết lv nhập lưu ):
Q điều tiết lv nhập lưu = M kiệt x F lưu vực nhạp lưu df x K
Q điềutiết lvnhập lưu = 3,0 (l/s.km2) x 155 (km2) x 10-3 = 0,46 m3/s
(2). Lượng nước hồi quy của các khu ruộng lúa hai bên sông chảy xuống Lượng nước hồi quy ước tính bằng 20% lượng nước tưới các khu tưới hai bên sông dựa theo kinh nghiệm.
Dọc theo sông Trà Khúc ở khu vực hạ lưu tuyến tính toán chỉ có nước hồi quy của các khu ruộng lúa nước thuộc hai huyện Sơn Tịnh và huyện Tư Nghĩa nằm ven sông là tập trung vào sông chính, một số diện tích khác chảy xuống sông Vệ và các sông suối nhỏ gần cửa sông. Với mức tưới 1,2 l/s.ha và với diện tích khoảng 4.500 ha lúa nước thuộc các nhánh kênh tưới Thạch Nham của hai huyện nói trên có thể hồi quy ra sông, ước tính được lượng nước tưới là 5,4 m3/s và lượng nước hồi quy là 1,08 m3/s.
Vậy tổng lượng nước nhập lưu địa phương là : 0,46 + 1,08 = 1,54 m3/s.
Hình 3-2. Sơđồ tuyến tính toán DCTT và các thành phần nguồn nước đoạn sông hạ lưu tuyến tính toán DCTT ( Trạm thủy văn Trà Khúc)
Lượng nước sử dụng ởđoạn sông hạ lưu tuyến tính toán
(1) Nước sử dụng cho sinh hoạt (của thành phố Quảng Ngãi) và công nghiệp (KCN Quảng Phú): chính là lượng nước lấy vào của Nhà máy nước Quảng Ngãi. Trạm bơm đặt ở bờ phải cách cầu Trà Khúc 20 m về phía hạ lưu với lưu lượng lấy Trạm thủy văn Trà Khúc (Tuyến tính toán DCTT) F= 3182 km2 Lấy nước của NMN Quảng Ngãi Lượng nước điều tiết của lưu vực hạ lưu tuyến tính toán DCTT Lượng nước hồi quy Cửa sông F= 3337 km2 Đập Thạch Nham F- 2850 km2 F= 332 km2 F=155 km2
nước năm 2010 là 20.000 m3/ngày. Theo quy hoạch trong 10 năm tới sẽ tăng lên tới 35.000 m3/ngày tức là 0,40 m3/s.
(2) Nước tưới: Trong đoạn hạ lưu không có lấy nước tưới dọc sông bởi vì lượng nước tưới được dẫn từ kênh Thạch Nham ở phần lưu vực phía trên xuống.
(3) Nước cho nuôi trồng thủy sản: Tại vùng cửa sông có một số ao nuôi trồng thủy sản có diện tích 285 ha với hình thức bán thâm canh cũng lấy nước từ sông. Với lượng nước dùng cho nuôi trồng thủy sản lấy trung bình là 40.000 m3/ha (2 vụ) thì lượng nước cho NTTS các ao nuôi này ước tính là 11,4 tr.m3 hay 0,49 m3/s.
Như vậy nhu cầu sử dụng nước tổng cộng ở hạ lưu tuyến tính toán là 0,89 m3/s.
Xem xét thêm một số thành phần nước dùng không tiêu hao như nước cho giao thông thủy, đẩy mặn có thể thấy rằng :
- Giao thông thủy: trong điều kiện nguồn nước đến tự nhiên rất hạn chế và còn thiếu so với yêu cầu sử dụng như hiện nay nên Tỉnh Quảng Ngãi cũng không đặt ra yêu cầu phục hồi giao thông thủy ở hạ lưu như vài chục năm trước đây. Vì thế nước cho giao thông thủy cũng không đặt trong nhu cầu cần phải đáp ứng khi xác định lượng DCTT. Tuy nhiên nếu đảm bảo được nhu cầu nước tối thiểu cho HST và duy trì dòng sông thì cũng có thể đảm bảo được nhu cầu đi lại ở mức tối thiểu của các thuyền nhỏ trong đường lạch sâu của sông.
- Đẩy mặn: đoạn sông hạ lưu hiện nay bị bùn cát bồi lấp rất nhiều, khiến cho lòng sông bị biến dạng rất rõ rệt qua các năm. Do ảnh hưởng bồi lấp bùn cát mà độ đốc đáy sông cũng có xu hướng giảm đi, có tác dụng ngăn trở mặn xâm nhập sâu vào bên trong. Trong điều kiện nguồn nước đến của sông bị hạn chế và không có lấy nước tưới hai bên sông ở khu vực hạ lưu nên cũng không đặt ra yêu cầu nước cho đẩy mặn ở khu vực cửa sông.
Nhu cầu nước cho HST/ dòng chảy môi trường tại tuyến tính toán
Có nhiều phương pháp tính toán nhu cầu nước cho HST và xác định DCMT trong đó có các phương pháp tính toán đơn giản như phương pháp chỉ số thủy văn, phương pháp thủy lực hay nhóm các phương pháp phức tạp, trong đó có phương pháp mô hình toán như mô hình mô phỏng môi trường sống. Trong giai đoạn quy hoạch có thể dùng các phương pháp đơn giản để tính toán và đánh giá DCMT [25].
Ở nước ta DCMT còn có thểđánh giá theo phương pháp chuyên gia, cụ thể : (i) lấy bằng giá trị Qtháng min ứng với tần suất 90% tại tuyến tính toán, hoặc (ii) lấy bằng giá trị trên đường duy trì lưu lượng bình quân ngày tại tuyến tính toán với 90% thời gian duy trì trong năm.
Để tính Qdcmt cho đoạn sông hạ lưu trạm thủy văn Trà Khúc, luận án sử dụng một số phương pháp đơn giản là phương pháp chỉ số thủy văn kết hợp với phương pháp kinh nghiệm của chuyên gia. Qua phân tích kết quả tính theo các phương pháp sẽ lựa chọn giá trị Q dcmt cho đoạn sông.
(1)Tính Q dcmt theo phương pháp Tennant
Phương pháp Tennant là phương pháp chỉ số thủy văn được xây dựng tại Mỹ. Dòng chảy môi trường theo phương pháp Tennant tính cho hai mùa là mùa lũ và mùa kiệt (ở Mỹ là xuân hạ và thu đông) theo số phần trăm (%) của chuẩn dòng chảy năm Q0 tại tuyến tính toán tùy theo mức yêu cầu bảo vệ môi trường sông ở mức tốt, trung bình hay kém .Với giá trị Q0 tại trạm thủy văn Trà Khúc là 238,8m3/s tính toán được Q dòng chảy môi trường như bảng 3-1.
Bảng 3-1. Tính toán Qdcmt tại trạm thủy văn Trà Khúc theo phương pháp Tennant
Mùa kiệt Mùa lũ
Mục tiêu bảo vệ môi trường và hệ
sinh thái của sông % Q0 Qdcmt (m3/s) % Q0 Qdcmt (m3/s)
Môi trường sông ở mức tuyệt đối
hay hoàn hảo 40 95,6 60 143
Môi trường sông ở mức tốt nhất 30 71,7 50 120 Môi trường sông ở mức tốt 20 47,8 40 95,6 Môi trường sông ở mức trung bình
hoặc đang bị suy giảm 10 23,9 30 71,7
Môi trường sông ở mức kém hoặc
tối thiểu 10 23,9 10 23,9
Môi trường sông ở mức suy thoái rất nặng (rất kém)
10 tới
0 23,9 tới 0 10 tới
0 23,9 tới 0 Kết quả cho thấy với mục tiêu bảo vệ môi trường và hệ sinh thái sông ở hạ lưu Trà Khúc ở mức kém hoặc tối thiểu thì Qdcmt mùa kiệt và mùa lũ là 23,9 m3/s.
(2) Tính Qdcmt theo kinh nghiệm chuyên gia
Vẽđường tần suất Q bình quân tháng min tại trạm thủy văn Trà Khúc theo số liệu khôi phục theo phương pháp thủy văn dựa trên số liệu dòng chảy thực đo của trạm Sơn Giang và số liệu lấy nước của đập Thạch Nham xác định được Qtháng min 90% = 20,2 m3/s. Vì thế Q dcmt tại tuyến tính toán sẽ là 20,2 m3/s.
b) Theo đường duy trì Q bình quân ngày.
Đường duy trì Qbình quân ngày tại trạm thủy văn Trà Khúc (TP Quảng Ngãi) vẽ theo số liệu khôi phục cho thời gian nhiều năm (1979-2010) như hình 3-3.
Nếu lấy Qdcmt bằng giá trị Q trên đường duy trì lưu lượng bình quân ngày ứng với thời gian duy trì trong năm là 90% thì Qdcmt = 24,8 m3/s.
c) Phân tích chọn Qdcmt tại tuyến tính toán
Ở hạ lưu Trà Khúc dòng chảy tối thiểu cần duy trì chủ yếu là trong mùa kiệt, còn trong mùa lũ do thượng lưu chưa có hồ chứa lớn ở thượng nguồn nên dòng chảy lũ vẫn rất lớn gần với dòng chảy lũ tự nhiên của sông.
PL8 - ĐƯỜNG CONG DUY TRÌ LƯU LƯỢNG BÌNH QUÂN NGÀY TRẠM QUẢNG NGÃI(1979-2010)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 P(%) Q(m3/s)
Hình 3-3. Đường duy trì Q bình quân ngày tại trạm thủy văn Trà Khúc (TP Quảng Ngãi) theo số liệu dòng chảy khôi phục bằng phương pháp thủy văn
Bảng 3-2. PPDC năm dạng bình quân tại trạm thủy văn Trà Khúc , giai đoạn 1979-1993 khi