Bài giảng Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

Trang 5 Giới thiệu môn học Nội dung môn học:1 Những nội dung cơ bản về Quy hoạch và quảnlý tài nguyên nguyên nước2 Mô hình phô phỏng và ứng dụng trong Quyhoạch và Quản lý tài nguyên nướ

QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ TNN

(Planning and Management of Water Resources)

PGS TS Hoàng Thanh Tùng Email: httung@tlu.edu.vn

Mob: 0904160372

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

BỘ MÔN THỦY VĂN VÀ TÀI NGUYÊN NƯỚC

Giới thiệu môn học

 Tài liệu tham khảo:

• Sách và bài giảng của

giảng viên

• Sách có ở trong thư viện

của trường

2

Giới thiệu môn học

Giới thiệu môn học

 Nhiệm vụ môn học:

Môn Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước trình bày những nguyên lý và phương pháp luận trong việc lập quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước, quản lý/kiểm soát có hiệu quả tài nguyên nước của một vùng lãnh thổ, một lưu vực sông.

4

Giới thiệu môn học

 Nội dung môn học:

(1) Những nội dung cơ bản về Quy hoạch và quản

lý tài nguyên nguyên nước

(2) Mô hình phô phỏng và ứng dụng trong Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước

(3) Tối ưu hóa trong Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

(4) Lý thuyết quyết định và Hệ thống hỗ trợ ra

Quy hoạch và Quản lý

Tài nguyên nước

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Hoàng Thanh Tùng

Bộ môn Thuỷ văn & Tài nguyên nước

6

 Khái niệm về phân tích hệ thống

 Các giai đoạn trong phân tích hệ thống

 Khái niệm hệ thống TNN và đặc điểm của nó

Hệ thống là gì?

 Hệ thống là tập hợp các phần tử được sắp xếp theo mộttrật tự nào đó, có mối tác động tương tác lẫn nhau tạothành một tập hợp đầy đủ

(chính phủ) trung ương với các bộ máy địa phương Một lưu vực sông với tất cả các nhánh của nó, v.v…

 Một tập hợp của các đối tượng mà chúng có mối tác

động tương tác thường xuyên, phụ thuộc lẫn nhau

8

Định nghĩa một hệ thống

Trong nghiên cứu TNN, Dooge (1973) đã định nghĩa hệ thống như

 Là: bất cứ cấu trúc, thiết bị, kế hoạch hoặc thủ tục ,

Thực hay trừu tượng,

Có quan hệ với nhau trong một thời gian tham chiếu xác định,

 Bao gồm: Một đầu vào, nguyên nhân, hoặc tác nhân kích thích ,

của vật chất, năng lượng hoặc thông tin

Và

Một đầu ra, hậu quả, hoặc phản ứng

của thông tin, năng lượng, hoăc vật chất

- Dooge (1973)

9

Lược đồ hóa của một hệ thống

Ví dụ – Một Lưu vực sông

12

Phân loại hệ thống

 Hệ thống đơn giản và hệ thống phức tạp

 Hệ thống đơn giản: Có mối quan hệ trực tiếp giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống

 Hệ thống phức tạp: Một sự kết hợp của của một vài

hệ thống con mà mỗi trong số chúng là môt hệ thống đơn giản Mỗi hệ thống con có một mối quan hệ riêng biệt giữa đầu vào và đầu ra Ví dụ: Một lưu vực sông với nhiều nhánh sông…

 Hệ thống thực và hệ thống trừu tượng

 Một hồ chứa là một hệ thống thực

 Chính sách phân bổ nước – hệ thống trừu tượng

13

Phân loại hệ thống

 Hệ thống tự nhiên và hệ thống nhân tạo

 Lưu vực – hệ thống tự nhiên

 Hệ thống tĩnh và động hay hệ thống thay đổi theo

thời gian và bất biến theo thời gian

 Hệ thống bất biến theo thời gian: mối quan hệ đầu vào – đầu ra không phụ thuộc vào thời gian ứng dụng đầu vào (đầu ra là giống nhau cho cùng đầu vào tại tất cả thời gian)

14

Phân loại hệ thống

 Hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến

 Tuyến tính – đầu ra tỷ lệ hằng số với đầu vào:

y = mx+ Một hệ thống do sự kết hợp của các đầu vào (phép

Phân loại hệ thống

 Hệ thống có thông số (hoặc biến) tập trung và phân bố

 Hệ thống tất định và ngẫu nhiên

 Hệ thống liên tục, rời rạc và lượng tử hóa

 Liên tục: những thay đổi trong hệ thống diễn ra một cách liên tục

 Rời rạc: trạng thái của hệ thống thay đổi tại những

khoảng thời gian rời rạc

 Lượng tử hóa: thay đổi chỉ tại những khoảng thời gian rời rạc nào đó và giữ một giá trị không đổi giữa những khoảng thời gian, ví dụ bản ghi mưa

16

Phân loại hệ thống

Hệ thống liên tục, rời rạc và lượng tử hóa

17

Tiếp cận hệ thống là gì?

 Tiếp cận khoa học để nghiên cứu: Tháo gỡ và tìm ra

một vật được tạo nên từ các bộ phận gì (phân chia khoa học chuyên ngành để nghiên cứu)

18

Tiếp cận hệ thống là gì?

tính chất, những thông số của hệ thống và định luật vật lý chi phối

hệ thống đó.

yếu là rất phức tạp và việc mô hình hóa hệ thống trong những

trường hợp đó sử dụng những giả thiết đơn giản hóa và những hàm chuyển đổi mà chuyển đổi đầu vào thành đầu ra tương ứng, lờ đi các cơ chế của quá trình vật lý có liên quan trong sự chuyển đổi.

nó để có khả năng xây dựng một mô hình toán học trong đó mối

quan hệ đầu vào – đầu ra được thiết lập thông qua vận hành hệ

thống theo một cách xác định

19

Phân tích hệ thống

 Phân tích hệ thống có thể được định nghĩa như một

nghiên cứu phân tích để giúp người ra quyết định nhận dạng và lựa chọn chuỗi những hành động được yêu

thích từ một vài phương án thay thế khả thi

 Phân tích hệ thống là kỹ thuật giải quyết vấn đề mà

trong đó những nỗ lực được thực hiện để xây dựng một bản sao của hệ thống thực hoặc những tình huống thực, với mục tiêu thực nghiệm với bản sao đó để đạt được cái nhìn bên trong của thế giới thực

20

Các giai đoạn của phân tích hệ thống

 Hình thành vấn đề

 Xây dựng mô hình toán học

 Lời giải của mô hình toán học

 Kiểm tra mô hình

 Thực thi dựa trên lời giải

21

Hệ thống Tài nguyên nước

" Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống phức tạp bao gồm nguồn nước, các

công trình khai thác tài nguyên nước, các yêu cầu về nước cùng với mối quan hệ tương tác giữa chúng cùng với sự tác động của môi trường lên nó"

Theo định nghĩa trên đây, hệ thống tài nguyên nước bao gồm:

- Nguồn nước được đánh giá bởi các đặc trưng sau: Lượng và phân bố của nó theo

không gian và thời gian; Chất lượng nước; Động thái của nước và chất lượng nước.

- Hệ thống các công trình thủy lợi: bao gồm các công trình đầu mối các công trình

chuyển nước v.v…, được cấu trúc tuỳ thuộc vào mục đích khai thác tài nguyên nước.

- Các yêu cầu về nước: bao gồm các hộ dùng nước, các yêu cầu phòng chống lũ lụt, các

yêu cầu về bảo vệ hoặc cải tạo môi trường cùng các yêu cầu dùng nước khác.

Tác động của môi trường là những tác động về hoạt động dân sinh kinh tế, hoạt động của con người (không kể các tác động về khai thác tài nguyên nước theo quy hoạch) Những tác động đó bao gồm ảnh hưởng của các biện pháp canh tác làm thay đổi mặt đệm và lòng dẫn, sự tác động không có ý thức vào hệ thống các công trình thủy lợi v v

22

Những thành phần của hệ thống TNN

23

 Hệ thống sông tự nhiên (Natural River System – NRS)trong đó diễn ra quá trình vật lý, hóa học và sinh học

-SES), bao gồm những hoạt động của con người liênquan đến sử dụng hệ thống sông tự nhiên

Institutional Subsystem - AIS) của quản lý hành chính,luật pháp và sự điều tiết, ở đó sự quyết định và quá trìnhquy hoạch và quản lý được thực thi

Những thành phần của hệ thống TNN

24

Đầu vào khác

Năng suất

và lợi nhuận

An ninh Lương thực

Dòng hồi quy

và dòng thải ô nhiễm

Điều kiện tự nhiên: Khí hậu, thủy văn, địa lý Điều kiện kinh tế - xã hội: Thể chế và chính sách, sự đầu tư

Chất lượng nước và đất

Phân bổ nước

Thành phần của hệ thống TNN

25

Hệ thống con của của hệ thống TNN

 Hệ thống cấp thoát nước và xử lý nước thải đô thị

 Hệ thống phân phối nước (kênh, mạng lưới đường ống)

 Hệ thống xử lý nước thải

 Hệ thống thu gom nước

 Hệ thống xử lý nước dùng

Các dạng bài toán trong phân

tích hệ thống TNN

Bài toán Đầu vào Thông số Đầu ra

Bài toán trực tiếp

 Bài toán trực tiếp:

vị (hệ thống), ước tính dòng chảy từ một lưu vực (đầu ra)

(đầu vào), chính sách vận hành, xác định lượng nước phân bổ cho tưới (đầu ra)

ngậm nước (hệ thống), với mưa và thực tế tưới đã biết (đầu vào)

Các dạng bài toán trong phân

tích hệ thống TNN

28

 Bài toán ngược:

thống), biết mưa (đầu vào) và dòng chảy (đầu ra)

hành hệ thống) cho một mục tiêu xác định (đầu ra) ứng với dòng chảy đến xác định (đầu vào)

(hệ thống) biết phản ứng của nó (đầu ra) ứng với mưa và thực tế tưới đã biết (đầu vào)

Các dạng bài toán trong phân

tích hệ thống TNN

29

+ Tối ưu tuyến tính

+ Tối ưu phi tuyến

Thuận lợi của phân tích hệ thống TNN

- Tự do xem xét, nghiên cứu một tập hợp lớn của những điều kiện và những hệ thống thay thế khác nhau

- Cấu hình và tỷ lệ của những thành phần trong hệ thống

có thể được thay đổi hoặc phát sinh cho những mục

đích tối ưu

- Yêu cầu thời gian tương đối ngắn để đạt được kết quả khi so sánh với tiến hành đo đạc số liệu tương ứng

31

Những hạn chế của phân tích hệ thống TNN

- Hệ thống TNN là một hệ thống phức tạp, tồn tại một số lượng các tham số và các mối quan hệ giữa chúng Hệ thống TNN

bị tác động mạnh mẽ bởi yếu tố môi trường.

- Hệ thống nguồn nước là một hệ bất định, có nhiều yếu tố bất định bởi vậy rất khó phân tích các thuộc tính của nó trong quá trình tiếp cận

- Hệ thống thủy lợi là một hệ thống có cấu trúc yếu, bởi vì

+ Các mối quan hệ trong hệ thống rất khó thể hiện bằng các

phương trình toán học

+ Khó kiểm soát được các tác động của môi trường, đặc biệt tác động của con người

32

Chương 2 Quy hoạch và quản lý hệ thống TNN

PGS TS Hoàng Thanh Tùng, ĐHTL

II.1 Khái niệm về quy hoạch

Tại sao lại quy hoạch và quản lý?

 Quá ít nước: Mâu thuẫn trong phân bổ nước giữa các ngành

 Quá nhiều nước: Thảm họa gây ra bởi lũ lụt: trực tiếp và gián tiếp

 Mâu thuẫn giữa thượng lưu và hạ lưu trong tiêu chuẩn chất lượng nước

 Những đe dọa đối với chất lượng nước sông

 Sự phá hủy của hệ sinh thái thủy sinh và ven sông

 Ô nhiễm không nguồn điểm bao gồm cả bùn cát từ việc xói mòn lưu vực

 Ô nhiễm nước ngầm

 Vận tải thủy

 Xói mòn bờ sông

 Tổn thất đất, rừng, di dân – tái định cư, chất lượng nước

 Ảnh hưởng của đập: ví dụ, ngăn cản sự nhập cư của các loài cá

II.1 Khái niệm về quy hoạch

Một số khái niệm

 Quy hoạch: là hoạt động có cấu trúc hợp lý để phát triển chiến lược tối ưu

nhằm giải quyết vấn đề và đạt được những mục tiêu mong muốn.

 Quy hoạch tài nguyên nước: thiết lập cấu trúc của hệ thống tài nguyên

nước nhằm thay đổi hệ thống tài nguyên nước theo thời gian và không gian phục vụ cho các mục đích khác nhau để đạt được mục tiêu theo các cấp khác nhau (địa phương,vùng, và quốc gia).

- Quy hoạch nhằm mục đích sử dụng tối ưu nguồn có sẵn.

- Quy hoạch tài nguyên nước liên quan đến việc ước tính nhu cầu ngắn hạn và

dài hạn và những cách thức để đáp ứng những nhu cầu đó.

- Quy hoạch liên quan đến đánh giá so sánh của những giải pháp khác nhau đối

với lợi nhuận về mặt kỹ thuật, kinh tế và xã hội.

- Quy hoạch cần có tầm nhìn tương lai, và trên phạm vi rộng và đa lĩnh vực.

II.2 Phát triển bền vững & Quản lý TNN

 Ô nhiễm không khí, đất, và nước.

 Tăng khí thải nhà kính.

 Suy yếu của tầng ozone.

 Phá rừng.

 Hoang mạc hóa.

 Sử dụng tài nguyên thiên nhiên để sản xuất hàng hóa kinh tế xã hội

 Tiêu chuẩn sống tăng dẫn tới nhu cầu tăng.

 Đối mặt với tình thế lựa chọn giữa tốc độ phát triển và bảo vệ môi trường.

Sự cần thiết của Phát triển bền vững

What way should we go?

Khái niệm phát triển bền vững

 Một loại hình của phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu hiệnnay mà không làm tổn hại tới khả năng đáp ứng nhu cầucủa thế hệ tương lai

Theo báo cáo của ủy ban thế giới về môi trường và phát triển (World Commission on Environment and

Development) “Tương lai của chúng ta” (Brundland

Report, 1987)

Xã hội

Môi trường hoặc hệ thống TN

Kinh tế

xã hội bởi vì tất cả bộ phận kinh tế

của con người yêu cầu mối tương

tác giữa con người Tuy nhiên xã

hội lại rộng hơn kinh tế Gia đình

bạn bè, âm nhạc và nghệ thuật, tôn

giáo và đạo đức là những yếu tố

quan trọng, nó không chỉ dựa vào

quá trình trao đổi hàng hóa và dịch

vụ.

bên trong hệ thống môi trường Nhu

cầu cơ bản của chúng ta là không

khí, thực phẩm và nước Chúng đến

từ môi trường, như năng lượng, vật

liệu thô cho nhà cửa, giao thông và

những sản phẩm mà chúng ta phụ

thuộc

con người cần thực phẩm, nước

và không khí để sống.

Tính toàn vẹn về MT

Sống trong sự giới hạn sinh thái Bảo vệ TN thiên nhiên Quản lý chất thải rắn Quản lý TNN Rừng/đất Sản xuất sạch hơn

Phát triển kinh tế

Đạt được sự ổn định kinh tế Giảm đói nghèo và phát sinh thu nhập Khả năng hiệu quả kinh tế địa phương

Cơ hội nghề nghiệp Công bằng kinh tế Phát triển công nghiệp

Điều hành quản lý

Quản lý đô thị hiệu quả Xây dựng năng lực Hội đàm

Phát triển bền vững - Một tiếp cận tổng hợp

Cải thiện xã hội

Một xã hội mạnh, khỏe và công bằng

Sức khỏe, vệ sinh, Giảm đói nghèo, Cung cấp chất lượng nhà ở

tốt hơn, an toàn hơn

Trợ giúp về mặt kỹ thuật và xã hội

Cơ sở hạ tầng tốt hơn

Giáo dục Bình đẳng giới

Lịch sử của khái niệm PTBV

 1972 – Hội nghị Liên hợp quốc (United Nations)

về môi trường con người tại Stockholm, Thụy

điển:

 Sự cần thiết có một cái nhìn chung và những nguyên

lý chung để thúc đẩy và hướng dẫn mọi người trênthế giới bảo vệ và nâng cao môi trường con người

 1987 – Báo cáo Brundtland:

quốc tế

Lịch sử của PTBV

 1989 – Đại hội đồng LHQ (United Nations General Assembly)

 Thảo luận báo cáo Brundtland

 Kêu gọi cho hội nghị LHQ vào Môi trường và Phát triển

 1992 – Hội nghị thượng đỉnh trái đất tại Rio de Janeiro

 180 đất nước tham gia

 Nghị sự 21 nhằm đạt được phát triển bền vững

 2002 – Hội nghị thượng đỉnh trái đất tại Johannesburg thảo luận

về PTBV

Những đe dọa đối với bền vững

 Dân số tăng

 Ước tính 6 tỷ người ở đầu của thế kỷ này

 Tăng gấp đôi trong 50 năm tiếp

 78 % dân số thế giới sống trong đất nước đang pháttriển

phát triển

Những đe dọa đối với bền vững

 Tiêu thụ tài nguyên

 Sử dụng nước toàn cầu tăng từ 600 km3/năm trongnăm 1900 tới 5500 km3/năm trong năm 2000

 Tỷ lệ tăng trưởng của sử dụng nước cao hơn nhiều tỷ

lệ tăng trưởng dân số

II.2 PTBV và Quản lý TNN

Những đe dọa đối với bền vững

 Bất bình đẳng xã hội

 Sự phân bố không đều giữa đất nước đang phát triển và phát triển

 78% dân số thế giới sống trong đất nước đang phát triển

 85% sự giàu có và thu nhập cao là trong đất nước phát triển

 88% tài nguyên trên trái đất được tiêu thụ trong đất nước phát triển

 77% năng lượng của thế giới được sử dụng trong đất

nước phát triển

II.2 PTBV và Quản lý TNN

Những đe dọa đối với bền vững

Làm thế nào đạt được PTBV

 Chương trình nghị sự 21 (Agenda 21)

 Nhân loại đang đứng trước một thời điểm quan trọng của lịch

sử Chúng ta đang đối mặt với sư tồn tại của bất bình đẳng giữa và trong các quốc gia, sự nghèo đói, bệnh tất và mù

chữ, và sự suy thái của hệ sinh thái mà sự giàu sang và hạnh phúc của chúng ta phụ thuộc vào nó Tuy nhiên, tổng hợp

những vấn đề môi trường và phát triển và sự quan tâm lớn tới vấn đề đó sẽ dẫn tới đáp ứng nhu cầu cơ bản, cải thiển mức sống cho tất cả, hệ sinh thái được bảo vệ và quản lý tốt hơn và tương lai an toàn hơn, thịnh vượng hơn Không quốc gia nào có thể đạt được điều này nếu đứng một mình, nhưng cùng nhau chúng ta có thể - hợp tác toàn cầu cho phát triển bền vững

Mục tiêu của chương trình nghị sự 21

 Ngừng và làm đảo ngược thiệt hại môi trường

 Thúc đẩy phát triển bền vững và không gây thiệt hại cho môi trường

 Bao gồm những biện pháp

 Đem lại nguồn sinh lực cho sự phát triển trong đất

nước đang phát triển

 Loại bỏ nghèo đói

Những biện pháp kỹ thuật

 Phát triển cộng nghệ môi trường và thiết lập tiêu chuẩnmôi trường tương ứng với sự thiết lập kinh tế, xã hội –văn hóa và sinh thái có liên quan

 Tổ chức chương trình thu thập số liệu môi trường

 Thiết lập chương trình quan trắc môi trường

 Nhận dạng hệ sinh thái nhạy và quý hiếm và phác họatối thiểu của những hệ sinh thái này nên được bảo vệtương ứng với yêu cầu PTBV

Quản lý nước bền vững

 Quản lý tổng thể nguồn nước ngọt:

 Và dễ bị xâm hại

trình nước theo ngành trong khung chính sách kinh tế

xã hội quốc gia là quan trọng hàng đầu cho hành

động trong những năm 1990 và sau đó

 Chương 18 – Nghị sự 21

II.2 PTBV và Quản lý TNN