Nghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông Ba

Nghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông BaNghiên cứu thiết lập mô hình thủy văn kinh tế phân bổ nước tối ưu lưu vực sông Ba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ THU NGA

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY VĂN - KINH TẾ

PHÂN BỔ NƯỚC TỐI ƯU LƯU VỰC SÔNG BA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ THU NGA

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY VĂN - KINH TẾ

PHÂN BỔ NƯỚC TỐI ƯU LƯU VỰC SÔNG BA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Hà Văn Khối

HÀ NỘI, NĂM 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án tiến sĩ Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin trân trọng gửi tới GS.TS Hà Văn Khối, người thầy đã luôn lắng nghe, thấu hiểu, ủng hộ vô điều kiện và đưa ra những định hướng đúng đắn vào những thời khắc quan trọng trong quá trình thực hiện luận án Tác giả xin gửi lời tri ân đến các nhà khoa học trong Hội đồng đánh giá luận án vì đã dành thời gian và tâm huyết để đọc và sửa chữa luận án Tác giả vô cùng biết ơn các thầy cô giáo, các nhà khoa học trong và ngoài Trường Đại học Thủy lợi đã có những đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận án

Tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các đồng nghiệp ở Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, đặc biệt là Bộ môn Thủy văn và Tài nguyên nước Sự động viên, khích lệ, giúp đỡ và chia sẻ của họ là không thể đo đếm được Xin cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp và các em sinh viên luôn sát cánh bên tác giả

Cuối cùng, từ tận đáy lòng, tác giả xin được gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình của mình Nếu thiếu sự yêu thương và ủng hộ của họ thì chắc chắn luận án này đã không thể hoàn thành

Tác giả

Nguyễn Thị Thu Nga

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỦY VĂN - KINH TẾ TRONG QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC 5

1.1 Giải thích một số thuật ngữ 5

1.2 Giới thiệu chung về mô hình thủy văn - kinh tế 6

1.2.1 Nguồn gốc và quá trình phát triển mô hình 6

1.2.2 Đặc điểm và mục tiêu mô hình thủy văn – kinh tế 7

1.2.3 Sự cần thiết quản lý nước theo cách tiếp cận kinh tế 8

1.2.4 Giá trị kinh tế của nước 8

1.2.5 Phân loại mô hình thủy văn - kinh tế 13

1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế trên thế giới và ở Việt Nam 14

1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế trên thế giới 15

1.3.2 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế ở Việt Nam 18

1.4 Tổng quan về Quản lý tổng hợp tài nguyên nước ở Việt Nam 21

1.4.1 Quản lý tổng hợp tài nguyên nước và Quản lý tổng hợp lưu vực sông 21

1.4.2 Quá trình phát triển các chính sách liên quan đến quản lý tài nguyên nước ở Việt Nam 22

1.4.3 Một số tồn tại trong quy hoạch tài nguyên nước trên phạm vi lưu vực sông ở Việt Nam 24

1.4.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu về quy hoạch và quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Ba 26

1.5 Những khoảng trống chưa được nghiên cứu trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Ba 28

1.6 Kết luận chương 1 29

CHƯƠNG 2 THIẾT LẬP BÀI TOÁN THỦY VĂN – KINH TẾ PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG BA 32

2.1 Hiện trạng khai thác và sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Ba 32

2.1.1 Đặc điểm tài nguyên nước lưu vực sông Ba 32

2.1.2 Nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Ba 38

2.2 Quá trình phát triển quy hoạch liên quan đến tài nguyên nước lưu vực sông Ba 40 2.2.1 Quy hoạch thủy lợi 40

iv

2.2.2 Quy hoạch thủy điện 42

2.2.3 Quy hoạch tài nguyên nước 42

2.3 Hệ thống các hồ chứa thủy lợi, thủy điện lớn trên LVS Ba 43

2.3.1 Quá trình xây dựng và phát triển 43

2.3.2 Các vấn đề nảy sinh sau khi các hồ chứa lớn hoàn thành và đi vào hoạt động 45 2.3.3 Tóm lược về Quy trình vận hành liên hồ 46

2.4 Thiết lập bài toán quy hoạch phân bổ tài nguyên nước lưu vực sông Ba 46

2.4.1 Mục tiêu 47

2.4.2 Hàm mục tiêu 47

2.4.3 Biến quyết định và biến trạng thái 49

2.4.4 Các ràng buộc 51

2.4.5 Bài toán tối ưu phi tuyến và phương pháp giải 53

2.4.6 Lựa chọn công cụ tính toán 56

2.5 Kết luận chương 2 58

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN THỦY VĂN - KINH TẾ LƯU VỰC SÔNG BA TRONG HỆ THỐNG GAMS 60

3.1 Giới thiệu về hệ thống GAMS 60

3.1.1 Cấu trúc của một mô hình xây dựng trong hệ thống GAMS 60

3.1.2 Mô tả bài toán tối ưu phi tuyến tổng quát trong GAMS [65] 61

3.1.3 Giới thiệu về các solvers trong GAMS 64

3.2 Xây dựng cấu trúc mô hình thủy văn – kinh tế trong hệ thống GAMS 64

3.2.1 Xây dựng cấu trúc mô hình thủy văn 65

3.2.2 Xây dựng cấu trúc mô hình kinh tế 67

3.2.3 Kết hợp mô hình thủy văn và mô hình kinh tế 67

3.3 Thiết lập tổ hợp các kịch bản tính toán ứng dụng mô hình thủy văn – kinh tế68 3.3.1 Kịch bản cơ sở 68

3.3.2 Kịch bản điều chỉnh 70

3.4 Các dữ liệu đầu vào của mô hình thủy văn - kinh tế 72

3.4.1 Phân vùng khai thác sử dụng nước 72

3.4.2 Sơ đồ hệ thống 75

3.4.3 Dòng chảy biên 78

3.4.4 Nhu cầu khai thác sử dụng nước 78

3.4.5 Các dữ liệu đầu vào tính kinh tế 80

3.4.6 Các hồ chứa trong hệ thống 83

v

3.4.7 Yêu cầu về an ninh lương thực 84

3.4.8 Yêu cầu dòng chảy tối thiểu 85

3.5 Kết luận chương 3 87

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CÁC KỊCH BẢN KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC ĐẾN LỢI ÍCH KINH TẾ XÃ HỘI TRÊN LƯU VỰC SÔNG BA 88

4.1 Đánh giá kết quả tính toán kịch bản cơ sở 88

4.1.1 Đánh giá sự hợp lý kết quả mô phỏng thủy văn 88

4.1.2 Nghiệm của bài toán tối ưu 90

4.1.3 Lựa chọn hàm mục tiêu rút gọn 93

4.2 Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy 93

4.2.1 Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy đến hiệu quả kinh tế 93

4.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy đến phân bổ nước theo không gian 97

4.2.3 Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy đến tỉ lệ phân bổ nước cho các đối tượng sử dụng nước 98

4.3 Đánh giá ảnh hưởng của các đầu vào kinh tế 100

4.3.1 Xem xét thay đổi giá bán nông sản 100

4.3.2 Xem xét thay đổi chi phí sản xuất điện 100

4.3.3 Xem xét thay đổi năng suất cây trồng 102

4.4 Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố khác 103

4.4.1 Xem xét thay đổi hiệu suất tưới 103

4.4.2 Xem xét thay đổi yêu cầu dùng nước trong tương lai 104

4.4.3 Xem xét thay đổi cơ cấu cây trồng 104

4.5 Nghiên cứu phương án phân bổ nước hợp lý khi xảy ra hạn hán 106

4.6 Tổng hợp kết quả tính toán và đề xuất một số biện pháp quản lý lưu vực sông Ba 108 4.7 Kết luận chương 4 110

KẾT LUẬN 111

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

PHỤ LỤC 1 121

PHỤ LỤC 2 134

PHỤ LỤC 3 136

PHỤ LỤC 4 143

PHỤ LỤC 5 146

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phân loại sử dụng nước [10] 9

Hình 1.2 Các phương pháp xác định giá trị của nước [10] 10

Hình 1.3 Khuôn khổ chung QLTHTNN [9] 22

Hình 1.4 Các thành phần QLTHLVS [74] 23

Hình 1.5 Sơ đồ tiếp cận của luận án 31

Hình 2.1 Bản đồ đẳng trị lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sông Ba [44] 34

Hình 2.2 Bản đồ vị trí một số công trình thủy lợi, thủy điện lớn trên HTS Ba [44] 44

Hình 2.3 Sơ đồ tìm kiếm nghiệm bài toán tối ưu [58] 54

Hình 3.1 Sơ đồ ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế cho lưu vực sông Ba 69

Hình 3.2 Bản đồ phân vùng KTSDN cho LVS Ba (theo VQHTL [2]) 76

Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống lưu vực sông Ba 77

Hình 4.1 Quá trình dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm Củng Sơn năm 2009-2010 89

Hình 4.2 Đường quá trình mực nước hồ Sông Hinh theo các kịch bản tính toán 89

Hình 4.3 Lợi nhuận thuần từ các đối tượng sử dụng nước theo KBCS 91

Hình 4.4 Tổng lợi nhuận thuần trên lưu vực trong các kịch bản nhóm A 94

Hình 4.5 Quan hệ tương quan giữa tổng lượng dòng chảy và tổng lợi nhuận thuần lưu vực sông Ba 95

Hình 4.6 Tỉ lệ đóng góp lợi nhuận thuần từ các đối tượng sử dụng nước (%) 95

Hình 4.7 Tỉ lệ phân bổ nước theo vùng trung bình nhiều năm 97

Hình 4.8 Tỉ lệ phân bổ nước cho các đối tượng trung bình nhiều năm 98

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Lượng mưa tháng, năm bình quân nhiều năm tại các trạm 36

Bảng 2.2 Giá trị các thông số thống kê và trị số lượng mưa năm thiết kế 36

Bảng 2.3 Các đặc trưng dòng chảy mặt của các sông trên lưu vực 38

Bảng 2.4 Một số thông số các hồ chứa trên hệ thống sông Ba 43

Bảng 3.1 Các thành phần cơ bản của một mô hình trong GAMS 61

Bảng 3.2 Phân loại các dữ liệu đầu vào mô hình thủy văn - kinh tế lưu vực sông Ba 66

Bảng 3.3 Bảng tổng hợp các kịch bản tính toán 73

Bảng 3.4 Diện tích tưới lớn nhất theo tiềm năng đất đai ở mỗi phân vùng (ha) 79

Bảng 3.5 Số lượng gia súc lớn nhất ở mỗi phân vùng (con) 79

Bảng 3.6 Nhu cầu nước cho các ngành năm 2009-2010 80

Bảng 3.7 Bảng tổng hợp số lượng và các chi phí đầu vào tưới 81

Bảng 3.8 Năng suất cây trồng (kg/ha) 82

Bảng 3.9 Giá bán nông sản 82

Bảng 3.10 Chi phí sản xuất và giá bán điện 83

Bảng 3.11 Các đặc trưng dung tích hồ chứa trong hệ thống lưu vực sông Ba 84

Bảng 3.12 Diện tích tưới cây lương thực tối thiểu ở mỗi phân vùng (ha) 85

Bảng 3.13 Tổng hợp lưu lượng xả tối thiểu xuống hạ lưu của các hồ chứa 86

Bảng 4.1 Quá trình lưu lượng qua tuabin tại các hồ chứa theo KBCS1 91

Bảng 4.2 Diện tích trồng trọt tối ưu theo KBCS 1 92

Bảng 4.3 Diện tích trồng trọt tối ưu theo KBCS 2 92

Bảng 4.4 Diện tích trồng trọt thực tế năm 2009-2010 92

Bảng 4.5 Tổng hợp lợi nhuận thuần từ các đối tượng sử dụng nước theo các kịch bản nhóm A 96

Bảng 4.6 Tổng hợp lượng nước phân bổ cho các đối tượng sử dụng nước trong nhiều năm 99

Bảng 4.7 Tổng lợi ích thuần trước và sau khi tăng giá bán nông sản 20% 101

Bảng 4.8 Tổng lợi nhuận thuần sau khi tăng chi phí sản xuất điện 101

Bảng 4.9 Tổng lợi nhuận thuần sau khi tăng năng suất cây trồng 102

Bảng 4.10 Tổng lợi ích thuần sau khi tăng hiệu suất tưới 103

Bảng 4.11 Tổng lợi ích thuần khi thay đổi nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt và công nghiệp 104

Bảng 4.12 Tổng lợi ích thuần khi thay đổi cơ cấu cây trồng 106

Bảng 4.13 Tổng lợi nhuận thuần khi thay đổi công suất đảm bảo các nhà máy 107

viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

(Sắp xếp theo thứ tự A,B,C….)

Bộ CT Bộ Công thương

Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

Bộ TN&MT Bộ Tài nguyên và Môi trường

BTQHPT Bài toán quy hoạch phi tuyến (bài toán tối ưu phi tuyến) CTCP Công ty cổ phần

CTTL Công trình thủy lợi

CTTĐ Công trình thủy điện

ĐHTL Đại học Thủy lợi

GAMS General Algebraic Modeling System

(Hệ thống Mô hình Số học Tổng quát) GRG General Reduced Gradient (Gradient rút gọn tổng quát)

GWP Mạng lưới Cộng tác vì nước Toàn cầu

KBCS Kịch bản cơ sở

KTSDN Khai thác sử dụng nước

Luật TNN Luật Tài nguyên nước

LVS Lưu vực sông

MHTVKT Mô hình thủy văn - kinh tế

NCKH Nghiên cứu khoa học

NLP Nonlinear programming

(tối ưu phi tuyến hoặc quy hoạch phi tuyến) QHTĐ Quy hoạch thủy điện

QHTL Quy hoạch thủy lợi

QHTNN Quy hoạch tài nguyên nước

QL,KTCTTL Quản lý, khai thác công trình thủy lợi

QLTHTNN Quản lý tổng hợp tài nguyên nước

QLTHLVS Quản lý tổng hợp lưu vực sông

QTVHLH Quy trình vận hành liên hồ

TNN Tài nguyên nước

TTCP Thủ tướng Chính phủ

TVKT Thủy văn - kinh tế

VKHKTTV&BĐKH Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu

VQHTL Viện Quy hoạch thủy lợi

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Do bản chất tự nhiên của dòng chảy sông ngòi, lưu vực sông được coi là một đơn vị trong quy hoạch và quản lý tổng hợp tài nguyên nước Điều này đã được thừa nhận và nêu ở mục 18.9 Chương trình Nghị sự 21[1] của Hội nghị về Môi trường và Phát triển của Liên Hiệp Quốc (UNCED) Các hoạt động được đề xuất liên quan đến lĩnh vực

phát triển và quản lý tài nguyên nước của Chương trình Nghị sự này bao gồm “phát

triển cơ sở dữ liệu tương tác, các mô hình dự báo, các mô hình quy hoạch kinh tế và các phương pháp quản lý và quy hoạch nước” và “tối ưu hóa việc phân bổ nước trong các ràng buộc về tự nhiên và kinh tế xã hội” (Mục 18.12) [1]

Ở Việt Nam, lĩnh vực quy hoạch khai thác sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông trước đây thường thuộc lĩnh vực quy hoạch thủy lợi, do nhu cầu nước dành cho nông nghiệp ở nước ta vẫn chiếm tỉ trọng rất lớn so với các nhu cầu khác Hiện nay quá trình phát triển kinh tế và đô thị hóa làm cho các mâu thuẫn trong khai thác, sử dụng nước dần bộc lộ rõ hơn Các mâu thuẫn giữa thượng lưu và hạ lưu, giữa thủy điện và tưới, giữa thủy điện và phòng lũ, giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường tồn tại ở tất cả các lưu vực sông lớn trên cả nước Do sự phát triển của các quy hoạch thủy lợi, quy hoạch thủy điện, quy hoạch cấp nước đô thị và một số quy hoạch ngành khác đã dẫn đến có những sự chồng chéo, thiếu hiệu quả trong khai thác, sử dụng nước

Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực sông liên tỉnh lớn ở Việt Nam Từ các kết quả nghiên cứu quy hoạch thủy lợi trước đây đã giúp các địa phương trên lưu vực đầu tư xây dựng hàng loạt công trình thủy lợi, bao gồm: 147 hồ chứa nước, 121 đập dâng, 61 trạm bơm Đặc biệt có hồ Ayun Hạ năng lực thiết kế 13.500ha và hệ thống thủy nông Đồng Cam năng lực tưới thiết kế 19.800ha [2] Theo quy hoạch thủy điện, tiềm năng thủy điện trên lưu vực sông Ba là 737MW, tính đến 2010 đã có hệ thống 5 cụm hồ chứa lớn với tổng công suất 530MW đi vào hoạt động Các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng dựa theo các quy hoạch phát triển nguồn nước của các ngành thủy lợi, thủy điện Mặt khác, khi các công trình này đi vào vận hành sẽ làm thay đổi

hệ thống lưu vực sông Trong các loại mô hình hệ thống lưu vực sông, mô hình thủy

văn - kinh tế là công cụ biểu thị các khía cạnh thủy văn, kỹ thuật, môi trường và kinh tế của hệ thống tài nguyên nước trong một khuôn khổ thống nhất Điểm trọng

tâm của mô hình là coi nước như một loại hàng hóa có giá trị kinh tế Điều này có thể hiểu đơn giản là cùng một đơn vị nước nhưng thời điểm sử dụng và vị trí sử dụng khác nhau sẽ mang lại lợi ích khác nhau Nếu như tài nguyên nước của lưu vực đủ đáp ứng cho mọi nhu cầu về nước thì sẽ không xảy ra mâu thuẫn gì Nhưng nếu tài nguyên nước của lưu vực bị thiếu (hay khan hiếm) thì sẽ rất dễ xảy ra mâu thuẫn trong sử dụng nước

Nhìn chung, các nghiên cứu trong lĩnh vực tài nguyên nước từ trước đến nay chỉ tập trung vào phương pháp ứng dụng mô hình thủy văn truyền thống, việc phân tích kinh

tế nếu có, chỉ dựa trên một số giới hạn các kịch bản khai thác sử dụng nước, được xác định trên cơ sở yêu cầu nước tại từng địa phương Điều này vô hình chung làm khó cho người quản lý khi muốn đưa ra các chính sách phân bổ lại tài nguyên nước theo phương thức mang lại nhiều lợi ích hơn cho toàn lưu vực Trong trường hợp này, mô hình thủy văn - kinh tế sẽ là một công cụ phù hợp để giúp cho người quản lý hiểu rõ về hiệu quả khai thác sử dụng nước trên lưu vực Mô hình sẽ hướng đến một mục tiêu có lợi nhất về mặt kinh tế cho toàn lưu vực, trên cơ sở xem xét đến các yếu tố về xã hội

và môi trường

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu áp dụng mô hình

thủy văn - kinh tế cho lưu vực sông Ba” với mong muốn nghiên cứu cơ sở khoa học

xây dựng và áp dụng một công cụ hỗ trợ cho những nhà hoạch định chính sách đưa ra

3

những quyết định liên quan đến tình hình khai thác, sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Ba theo hướng có lợi nhất về kinh tế, xã hội và môi trường

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

 Xây dựng mô hình thủy văn – kinh tế cho lưu vực sông Ba nhằm phân bổ tài nguyên nước

 Đánh giá các kịch bản và định hướng phương thức phân bổ sử dụng nguồn nước hợp lý cho lưu vực sông Ba

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu:

 Về không gian: Giới hạn nghiên cứu cho lưu vực sông Ba

 Về thời gian: Thời gian tính toán là một năm thủy văn, bước thời gian 1 tháng Đối tượng nghiên cứu:

 Luận án chủ yếu xem xét tài nguyên nước mặt

 Các đối tượng sử dụng nước: sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, thủy điện, thủy sản và môi trường Trong đó, các yêu cầu về nước dành cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản và môi trường được coi là các điều kiện ràng buộc (cố định)

4 Phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

o Cách tiếp cận hệ thống

o Cách tiếp cận liên ngành

Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp kế thừa: Luận án kế thừa một số kết quả nghiên cứu trước đây của các cơ quan, tổ chức có liên quan đến lưu vực sông Ba Trong đó, chủ yếu là kết quả tính toán dòng chảy và nhu cầu sử dụng nước cho các phân vùng sử dụng nước trên lưu vực

 Phương pháp mô hình toán: Luận án xây dựng một mô hình thủy văn - kinh tế cho lưu vực sông Ba trong hệ thống GAMS

 Phương pháp thống kê xác suất: sử dụng để phân tích tần suất dòng chảy lưu

vực sông Ba, phân tích tương quan giữa các đại lượng thủy văn và kinh tế

 Lượng hóa mối quan hệ tương quan giữa các yếu tố thủy văn và kinh tế Trên

cơ sở đó, phân tích được những điểm bất hợp lý trong lĩnh vực khai thác sử dụng nước trên lưu vực sông Ba và đề xuất những phương thức điều chỉnh cho phù hợp

Ý nghĩa thực tiễn

 Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được sử dụng là một kênh tham khảo tích cực cho những nhà quản lý trong quá trình ra quyết định liên quan đến quy hoạch chiến lược phát triển tài nguyên nước lưu vực sông Ba

 Cơ sở khoa học và chương trình tính thủy văn - kinh tế cho lưu vực sông Ba có thể sử dụng để xây dựng các mô hình thủy văn - kinh tế cho những lưu vực sông khác có điều kiện tương tự

 Phương pháp xây dựng và trình tự thiết lập mô hình thủy văn - kinh tế cho lưu vực sông Ba có thể dùng là tài liệu học tập cho sinh viên và học viên cao học

6 Những đóng góp mới của luận án

 Nghiên cứu ứng dụng mô hình tối ưu trong phân tích đánh giá, phân bổ nguồn nước trong lưu vực sông và có bổ sung, điều chỉnh phù hợp cho LVS Ba

 Lượng hóa được quan hệ tương quan giữa thủy văn và kinh tế cho lưu vực sông

Ba trong mối ràng buộc về tự nhiên, kết cấu hạ tầng, môi trường và xã hội

 Đánh giá hiệu ích kinh tế của một số chính sách dự kiến trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, từ đó đề xuất các biện pháp tăng cường hiệu quả trong khai thác sử dụng nước mặt trên lưu vực sông Ba

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỦY VĂN - KINH TẾ TRONG QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

1.1 Giải thích một số thuật ngữ

Mô hình thủy văn – kinh tế: là công cụ mô hình toán kết hợp mô hình thủy văn và mô

hình kinh tế, có khả năng biểu thị các khía cạnh thủy văn, kỹ thuật, môi trường và kinh

tế của hệ thống tài nguyên nước trong một khuôn khổ thống nhất [3]

Tài nguyên nước: bao gồm nguồn nước mặt, nước dưới đất, nước mưa và nước biển

thuộc lãnh thổ của nước CHXHCN Việt Nam [4]

Nguồn nước là các dạng tích tụ nước tự nhiên hoặc nhân tạo có thể khai thác, sử dụng

bao gồm sông, suối, kênh, rạch, hồ, ao, đầm, phá, biển, các tầng chứa nước dưới đất; mưa, băng, tuyết và các dạng tích tụ khác [4]

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 [5]

Lưu vực sông: là vùng đất mà trong phạm vi đó nước mặt, nước dưới đất chảy tự nhiên

vào sông và thoát ra một cửa chung hoặc thoát ra biển [4]

Dòng chảy tối thiểu: là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy

trì dòng sông hoặc đoạn sông nhằm bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng nguồn nước của các đối tượng sử dụng nước [4]

Hàng hóa kinh tế: Một hàng hóa được coi là một hàng hóa kinh tế (còn được gọi là

một hàng hóa khan hiếm) nếu số lượng “cầu” hàng hóa vượt số lượng “cung” tại mức giá bằng zero [6]

Hàng hóa trung gian (hàng hóa của nhà sản xuất): sản phẩm hoặc dịch vụ để tạo ra

hàng hóa và dịch vụ khác (ngược với hàng hóa tiêu dùng cuối cùng, được sử dụng trực tiếp bởi khách hàng) [7]

6

1.2 Giới thiệu chung về mô hình thủy văn - kinh tế

1.2.1 Nguồn gốc và quá trình phát triển mô hình

Kinh tế và kỹ thuật là những lĩnh vực có tính tương trợ lẫn nhau Ví dụ nổi bật chính là khái niệm về thặng dư tiêu dùng được một kỹ sư người Pháp Jules Dupuit đưa ra năm

1844 Dupuit đã nhận ra rằng cần xem xét chi phí xây dựng, vận hành và lợi ích kinh

tế từ các công trình khai thác sử dụng nước công cộng Trong suốt thế kỷ 19 và 20, các khái niệm kinh tế đã được các kỹ sư ngành nước vận dụng, nhất là khi có sự ra đời và phát triển lĩnh vực phân tích hệ thống Các nguyên tắc kinh tế được sử dụng để hỗ trợ các quá trình quy hoạch, thiết kế, hay quản lý các hệ thống tài nguyên nước Cùng với

sự phát triển của công nghệ máy tính, công cụ mô hình toán được ứng dụng trong lĩnh vực tài nguyên nước ngày càng rộng rãi Thế nhưng trong nhiều năm qua, các mô hình tài nguyên nước hoặc là thiên về mảng kỹ thuật (mô hình thủy văn) hoặc là thiên về mảng kinh tế (mô hình kinh tế) Các mô hình thủy văn có khả năng mô tả một hệ thống một cách rất chi tiết, tuy nhiên yếu tố kinh tế nếu có xem xét thường dừng ở mức phân tích lợi ích – chi phí theo kịch bản Ngược lại, các mô hình kinh tế lại tập trung vào mục tiêu tối đa hóa lợi ích kinh tế mà bỏ qua hoặc lược bỏ rất nhiều các thành phần thủy văn Ngoài ra còn nhiều khó khăn khác khi liên kết hai loại mô hình này với nhau Ví dụ, mô hình thủy văn thường sử dụng phương pháp mô phỏng còn mô hình kinh tế hay áp dụng phương pháp tối ưu Mô hình thủy văn có thể áp dụng cho một lưu vực sông lớn có cấu trúc phức tạp, trong khi mô hình kinh tế thường chỉ áp dụng cho phạm vi nghiên cứu là một hệ thống cấp nước nhỏ hoặc hệ thống thủy lợi nội đồng

Mô hình kinh tế thường tính toán cho bước thời gian dài hạn (theo năm hoặc theo mùa) còn mô hình thủy văn có thể tính cho bước thời gian ngắn (ngày, giờ) [8] Mô hình thủy văn - kinh tế ra đời với mục đích kết nối hai thành phần mô hình thủy văn và

mô hình kinh tế Mục đích này cũng rất phù hợp với xu hướng tiếp cận tổng hợp hiện nay trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Ngoài các yếu tố thủy văn

và kinh tế, tùy theo mục đích nghiên cứu, các tác giả có thể đưa thêm vào những thành phần khác như nông nghiệp, sinh thái, thể chế … Chính vì vậy, mô hình thủy văn - kinh tế (hydro-economic model) còn có nhiều tên gọi khác như mô hình kinh tế nước (hydroeconomic), kinh tế - thủy văn - nông nghiệp (economic – hydrologic -

7

agronomic), tổng hợp thủy văn - kinh tế - thể chế (integrated hydrologic – economic - institutional), tổng hợp tối ưu hóa lưu vực sông (integrated river basin optimization), phân bổ hiệu quả (efficient allocation), tổng hợp kinh tế - thủy văn (integrated economic-hydrologic), kỹ thuật kinh tế (economic - engineering), tổng hợp thủy văn - nông nghiệp - kinh tế (integrated hydrologic – agronomic - economic), cầu và cung (demand and supply), tổng hợp thủy văn - kinh tế (integraged hydrologic - economic), kinh tế tài nguyên nước chính luận (holistic water resources - economic), tổng hợp thủy động lực học - kinh tế (integrated hydrodynamic - economic), và tổng hợp sinh thái - kinh tế (integrated ecological – economic) [3] Trong các nội dung tiếp theo, luận án sử dụng tên gọi duy nhất mô hình thủy văn - kinh tế cho tất cả các mô hình cùng loại sẽ được đề cập

1.2.2 Đặc điểm và mục tiêu mô hình thủy văn – kinh tế

Trong các mô hình hệ thống không theo quan điểm kinh tế, nhu cầu nước thường được biểu thị là yêu cầu nước cố định hoặc là các mục tiêu cấp nước đã định Dựa vào các yêu cầu đó, thông thường, các kỹ sư ngành nước sẽ tính toán chi phí xây dựng, vận hành và sửa chữa các công trình khai thác sử dụng nước hoặc xử lý nước thải Quan điểm nhu cầu nước "tĩnh" kiểu này có thể dẫn đến thiết kế thiên lớn các cơ sở hạ tầng, gây lãng phí và chậm thích ứng với điều kiện mới

Khi các nguồn nước đã bị khai thác quá mức, việc lựa chọn một nguồn nước mới sẽ trở nên rất khó khăn Ví dụ muốn xây dựng một công trình thủy lợi mới sẽ khó lựa chọn vị trí tốt, các loại chi phí phát sinh cao hơn so với các công trình trước đó, đồng thời mâu thuẫn giữa những đối tượng sử dụng nước mới và cũ trong hệ thống sẽ bị bộc

lộ Các nhà quản lý nước sẽ chuyển từ quan điểm nhu cầu nước “tĩnh” sang quan điểm nhu cầu nước có liên quan đến giá trị kinh tế nước Giá trị của nước thay đổi theo thời gian, không gian và mục đích sử dụng nước

Trong các mô hình thủy văn - kinh tế, việc phân bổ nước được định hướng và đánh giá bởi các giá trị kinh tế mà nó tạo ra Các mô hình thủy văn - kinh tế biểu thị tất cả các thành phần thủy văn và kỹ thuật theo không gian của hệ thống Các đặc trưng thủy văn

và kỹ thuật được bao gồm trong mạng nút – liên kết (node-link), ở đó các nhu cầu kinh

8

tế được mô tả tại các vị trí (node) và chi phí (hoặc lợi ích) được mô tả tại các liên kết (link) [3]

1.2.3 Sự cần thiết quản lý nước theo cách tiếp cận kinh tế

Việc phân bổ nước cho một đối tượng sử dụng nước ở một địa điểm trong một khoảng thời gian sẽ có ảnh hưởng đến đối tượng sử dụng nước khác và các tài nguyên khác ở các địa điểm khác và trong các khoảng thời gian khác [3]

Khái niệm nước được coi là hàng hóa có giá trị kinh tế xuất hiện trong các buổi họp chuẩn bị cho Hội nghị thượng đỉnh Trái đất ở Rio de Janeiro năm 1992 Sau đó tiếp tục được trao đổi và thảo luận trong Hội nghị Dublin về Nước và Môi trường (ICWE, 1992) và trở thành một trong bốn nguyên tắc Dublin Trong đó, nguyên tắc thứ tư nêu quan điểm nước có giá trị kinh tế và cần được công nhận là một hàng hóa kinh tế Nước là một loại hàng hóa đặc biệt vừa có tính chất hàng hóa tư nhân, vừa có tính chất hàng hóa công Nếu nhu cầu của con người vượt khả năng cung cấp của nguồn nước, tùy theo từng mức độ có thể gọi là các tình trạng áp lực về nước, thiếu nước, khan hiếm nước hay khủng hoảng về nước Trong đó, khan hiếm nước có thể phân thành hai loại khan hiếm tự nhiên và khan hiếm kinh tế Khan hiếm nước tự nhiên chủ yếu xảy

ra ở các khu vực có điều kiện khí hậu khô hạn hoặc bán khô hạn Khan hiếm nước kinh tế xảy ra ở những khu vực tuy có nguồn nước phong phú nhưng lại không có đủ nguồn lực đầu tư để khai thác sử dụng nước Khi nguồn nước bị khan hiếm thì nên được quản lý và phân bổ hiệu quả để mang lại tối đa giá trị cho xã hội

1.2.4 Giá trị kinh tế của nước

Theo Mạng lưới Cộng tác vì nước Toàn cầu [9], giá trị của nước bao gồm giá trị kinh

tế và giá trị nội tại Trong đó, giá trị kinh tế của nước bao gồm giá trị đối với người sử dụng; lợi nhuận thực từ việc sử dụng nước hồi quy; lợi nhuận thực từ việc sử dụng nước gián tiếp; và điều chỉnh cho các mục đích xã hội Giá trị nội tại hay còn gọi là giá trị không sử dụng bao gồm: thẩm mĩ, văn hóa, tôn giáo, địa mạo, tự nhiên… không được xem xét trong phạm vi luận án

Giá trị kinh tế tùy thuộc vào người sử dụng và cách sử dụng Các loại sử dụng nước có thể được phân loại theo khả năng lấy nước (có tiêu hao, không tiêu hao), theo vị trí lấy

9

nước (trên dòng chảy (instream), ngoài dòng chảy (offstream)), hoặc theo vai trò kinh

tế của nước (hàng hóa trung gian, sản phẩm cuối cùng) (Hình 1.1) Do sự phức tạp như vậy nên cũng có rất nhiều phương pháp xác định giá trị kinh tế nước

Phân loại sử dụng nước

Theo khả năng

lấy nước

Theo vị trí lấy nước

Theo vai trò kinh tế

Sử dụng

nước có tiêu

hao

Sử dụng nước không tiêu hao

Sử dụng nước trên dòng chảy

Sử dụng nước ngoài dòng chảy

Sử dụng nước làm hàng hóa trung gian

Sử dụng nước làm sản phẩm cuối cùng Nông nghiệp

Công nghiệp

Sinh hoạt

Pha loãng

Thủy điện Giao thông thủy

Giao thông thủy Pha loãng Thủy điện

Nông nghiệp Công nghiệp Sinh hoạt

Nông nghiệp Công nghiệp Thủy điện

Sinh hoạt Giao thông thủy Pha loãng

10

Hình 1.2 Các phương pháp xác định giá trị của nước [10]

Bất cứ phương pháp nào thì chỉ có giá trị và đáng tin cậy trong điều kiện và cơ sở của phương pháp đó [10] Dưới đây xin trình bày các phương pháp thường dùng để xác định giá trị sử dụng nước cho một số ngành sử dụng nước chủ yếu

1.2.4.1 Giá trị sử dụng nước cho trồng trọt

Nước sử dụng cho trồng trọt được xếp vào loại hàng hóa trung gian Bởi vậy, giá trị sử dụng nước nên được xác định từ quan điểm của nhà sản xuất [10] Phương pháp giá trị phần dư thường được sử dụng để xác định giá trị sử dụng nước cho trồng trọt Về mặt

lý thuyết, mô hình sản xuất mùa vụ thường được các nhà kinh tế mô tả như một “hộp đen” có các đầu vào là vốn, lao động, đất đai, phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,

Xác định giá trị của nước

Khái niệm dòng giá trị

Xem nước là hàng hóa cuối cùng

Xem nước là hàng hóa trung gian

Suy luận giá trị từ

thị trường nước

Nước là hàng hóa tư nhân

Nước là lợi ích công cộng

Từ việc cho thuê

hoặc bán quyền

sử dụng nước

va/hoặc đất

Hàm cầu nhà sản xuất

Giá trị phần dư

Giá trị gia tăng

Chi phí thay thế

Hàm cầu người tiêu dùng

Mô hình chi phí du lịch

Giá cả hưởng thụ

Định giá ngẫu nhiên

Chuyển giao lợi ích

11

tưới và đầu ra là năng suất của mùa vụ Hầu hết tất cả đầu vào và đầu ra của mô hình tưới này đều được trao đổi trên thị trường cạnh tranh gần như hoàn hảo, ngoại trừ lượng nước tưới Do vậy, giá trị của nước tưới có thể được tính bằng cách lấy tổng giá trị đầu ra của sản xuất nông nghiệp trừ đi các giá trị của các đầu vào khác Giá trị phần

dư còn lại sẽ là giá trị của tưới [11] Phương pháp này đã được nhiều nhà nghiên cứu

áp dụng trong [12], [13], [14], [15] Hàm xác định lợi nhuận thuần từ trồng trọt cho cả lưu vực có dạng như sau:

i

crop

j

j i nnn

i

irr

t A qtuoi prw

A oth pi may lab nlab fkc fk fpc fp fnc fn ym pr VA

1

, 1

1

, 1

tích tưới nút thứ i, loại cây trồng j; prw: giá nước (đồng/m3); qtuoi: lưu lượng nước

tưới cho một đơn vị diện tích (m3/s/ha); crop: số loại cây trồng; nnn: số nút lấy nước

tưới

1.2.4.2 Giá trị sử dụng nước cho thủy điện

Giá trị sử dụng nước cho mỗi công trình thủy điện trên lưu vực sẽ rất khác nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố [16]:

- Vị trí nhà máy và khoảng cách đến nơi tiêu thụ (liên quan đến chi phí truyền tải, phân phối điện)

- Điện được tiêu thụ trong nước hay xuất khẩu

- Điện sản xuất để thay thế cho các nguồn năng lượng khác hay để tăng sản phẩm quốc nội

12

Việc xác định giá trị sử dụng nước cho thủy điện được dựa trên các thông tin thu thập

từ mỗi nhà máy với giả thiết chi phí/giá bán điện được tính trung bình cho mỗi kwh Khi đó, hàm xác định lợi nhuận thuần từ phát điện được tính theo công thức:

điện Một số nghiên cứu ứng dụng phương pháp này trong tính toán giá trị nước phát điện trích trong [12], [16]

1.2.4.3 Giá trị sử dụng nước trong công nghiệp

Trong hầu hết các ngành công nghiệp, nước đóng góp tỉ lệ rất nhỏ vào giá trị sản phẩm Ringler et al.[13] xác định giá trị sử dụng nước cho công nghiệp thông qua tích phân hàm cầu nước có dạng logarit

𝑉𝐼𝑖𝑛 = 𝑒 𝜇 𝜃

1−1𝜃 𝑄𝑐𝑛𝑖,𝑡 ∆𝑡 1−𝜃1 − (𝑄𝑐𝑛 ∆𝑡) 1−𝜃1 − 𝑄𝑐𝑛𝑖,𝑡 ∆𝑡 𝑝𝑐𝑛

12 𝑡=1

𝑛𝑐𝑛

Trong đó: VI cn là giá trị sử dụng nước cho công nghiệp; Qcn i,t: lưu lượng nước khai

thác cho nút công nghiệp thứ i tháng thứ t;Qcn: lưu lượng nước khai thác trung bình;

: hằng số; : độ co giãn giá; pcn: giá nước trong công nghiệp; ncn: số nút công

nghiệp

1.2.4.4 Giá trị sử dụng nước cho sinh hoạt

Nước dùng cho sinh hoạt được coi là sản phẩm cuối cùng chứ không phải hàng hóa trung gian Để xác định giá trị sử dụng nước cho sinh hoạt, người ta thường tích phân hàm cầu sử dụng nước có các dạng tuyến tính, logarit kép hoặc logarit tuyến tính [17] Ringler et al.[13] tích phân hàm cầu dạng logarit kép để tính giá trị kinh tế nước trong sinh hoạt cho lưu vực sông Đồng Nai như sau:

𝑉𝑀𝑚 = 𝑒 𝜓 𝜀 𝐼 𝛽 𝜀

1−1𝜀 (𝑄𝑠𝑕𝑖,𝑡 ∆𝑡) 1−1𝜀 − 𝑄𝑠𝑕 1−1𝜀 − 𝑄𝑠𝑕𝑖,𝑡 ∆𝑡 𝑝𝑠𝑕

12 𝑡=1 𝑛𝑠𝑕

13

Trong đó: VM m là giá trị sử dụng nước cho sinh hoạt; Qsh: nhu cầu nước sinh hoạt;

Qsh: nhu cầu nước sinh hoạt trung bình; = hằng số; I= thu nhập (đồng/người/tháng); psh= giá nước sinh hoạt (đồng/m3); = độ co giãn giá; = độ co

giãn thu nhập; t: chỉ số thời đoạn tính toán (tháng); pop: dân số (người); Để xác định

các tham số, nhóm tác giả đã phải thực hiện khảo sát cho 12 quận huyện Thành phố

Hồ Chí Minh, từ đó suy ra cho các khu vực khác trong lưu vực sông Đồng Nai

Việc xác định các tham số trong hàm tính toán giá trị kinh tế nước trong sinh hoạt và công nghiệp là rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thông tin Hơn nữa, ở lưu vực nghiên cứu, nhu cầu sử dụng nước hai đối tượng này cũng rất nhỏ so với các nhu cầu sử dụng nước khác Vì vậy, trong luận án chỉ giới hạn phạm vi nghiên cứu xác định giá trị sử dụng nước cho nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi) và thủy điện

1.2.5 Phân loại mô hình thủy văn - kinh tế

Hầu hết các mô hình thủy văn - kinh tế đều có các thành phần chung mô tả dòng chảy,

cơ sở hạ tầng, nhu cầu nước, chi phí vận hành và quy tắc vận hành Kể từ 1962, Maass

et al [18] đã mô hình hóa hệ thống tài nguyên nước dưới dạng các nút và liên kết giữa các nút Cách mô tả này minh bạch và thuận tiện nên được áp dụng trong nhiều mô hình, ví dụ như MIKE BASIN, HEC RESSIM, WEAP, AQUARIUS…

1.2.5.1 Mô hình mô phỏng và mô hình tối ưu

Mô hình mô phỏng thường được sử dụng để đánh giá xem hệ thống sẽ có phản hồi thế nào với các kịch bản đề ra Ở phạm vi lưu vực sông, các kịch bản thông thường sẽ là tổ hợp của các yếu tố đầu vào bao gồm các số liệu thủy văn (thực đo, tạo chuỗi ngẫu nhiên, hoặc giả định), thông tin về cơ sở hạ tầng (công trình thủy lợi, công trình thủy điện, công trình cấp nước), yêu cầu về nước (cho các hộ sử dụng nước), yêu cầu bảo

vệ môi trường và các quy tắc vận hành hệ thống Càng nhiều kịch bản được đặt ra thì

sẽ càng hiểu rõ về phản hồi của hệ thống, dựa vào đó người quản lý có thể ra quyết định cho phù hợp Mô hình mô phỏng có ưu điểm hơn so với mô hình tối ưu khi chúng

có khả năng đánh giá hệ thống trong thời gian dài Bởi vậy, các nhà khoa học thường

sử dụng mô hình mô phỏng để đánh giá hệ thống tài nguyên nước trong những điều kiện có xét đến Biến đổi khí hậu toàn cầu hay sự thay đổi nhanh chóng của yêu cầu

có mức độ thô sơ, để tính toán dòng chảy và cân bằng nước Lợi thế đặc biệt của các

mô hình tối ưu hóa đối với các mô hình mô phỏng là khả năng kết hợp hệ thống giá trị

xã hội trong phân bổ tài nguyên nước Có hai cách tiếp cận tối ưu hóa Loại thứ nhất

có thể mô tả theo tối ưu hóa thủy văn trong các hàm mục tiêu của mô hình để phân bổ giữa các ngành từ quan điểm thủy văn Loại thứ hai đề cập đến các mô hình tối ưu hóa kinh tế tối ưu phân bổ giữa các ngành dựa trên phân bổ nước tối ưu Các tiêu chuẩn khác, ví dụ như công bằng xã hội và chất lượng môi trường cũng có thể được sử dụng [8]

1.2.5.2 Mô hình thành phần và mô hình tổng thể

Mô hình thành phần bao gồm nhiều môđun khác nhau, kết quả của môđun này sẽ là đầu vào của môđun khác Khi đó thì việc kết nối giữa các thành phần kinh tế và thủy văn khác nhau thường là mối liên kết lỏng lẻo Ngược lại, trong mô hình tổng thể, các thành phần thủy văn và kinh tế được kết nối với nhau chặt chẽ thành một thể thống nhất, tuy nhiên, thành phần thủy văn thường được giản hóa rất nhiều do tính phức tạp khi giải [8]

Ngoài hai cách phân loại chính nêu trên, người ta cũng có thể phân loại mô hình thủy văn - kinh tế dựa theo một số yếu tố khác Ví dụ như phạm vi nghiên cứu (lớn hoặc nhỏ); thời gian nghiên cứu (ngắn hạn hoặc dài hạn); dữ liệu đầu vào (chuỗi thực đo hoặc chuỗi ngẫu nhiên); phương pháp tối ưu hóa (tĩnh hoặc động); mục tiêu về xã hội

và môi trường (có hoặc không); và phần mềm sử dụng

1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế trên thế giới và ở Việt Nam

Mô hình thủy văn - kinh tế có thể ứng dụng rộng rãi trong bảy lĩnh vực khác nhau mà Harou et al [3] đã phân loại như sau: (i) Phân bổ và sử dụng nước liên ngành; (ii) Mở

1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế trên thế giới

Tùy theo từng điều kiện lưu vực sông cụ thể, mâu thuẫn sử dụng nước giữa các ngành

có thể tồn tại ở các dạng khác nhau Bởi vậy, các ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế trong lĩnh vực phân bổ nước liên ngành cũng rất đa dạng

Diaz et al (1992) [19] trong nghiên cứu về giá trị kinh tế cận biên của dòng chảy đã

tính toán tối ưu hóa phân bổ nguồn nước cho một hệ thống nguồn nước giả thuyết ở miền Tây nước Mỹ Mục đích của nghiên cứu là tìm hiểu khi một lượng nhỏ dòng chảy tăng lên (do khai thác gỗ trên lưu vực làm giảm lượng bốc thoát hơi từ rừng) và được phân bổ tối ưu thì sẽ có giá trị là bao nhiêu? Với các kết quả tính toán và phân tích, các tác giả kết luận rằng giá trị kinh tế từ một đơn vị thể tích nước được tăng thêm nhỏ hơn nhiều giá trị kinh tế trung bình của nước khi chưa tăng Có thể nói đây

là một trong những nghiên cứu đầu tiên mô tả mối tương quan giữa các yếu tố thủy văn và lợi ích kinh tế, tuy nhiên mức độ nghiên cứu mới chỉ dừng ở một mô hình lý thuyết mà chưa có ứng dụng cụ thể cho lưu vực sông nào

Rosegrant et al (2000) [20] phát triển một khuôn khổ mô hình lưu vực sông kiểu mẫu bao gồm các thành phần thủy văn, nông nghiệp và kinh tế nhằm xem xét mối quan hệ giữa nước tưới, độ mặn trong đất, sản xuất lương thực, phúc lợi kinh tế, và hệ quả về môi trường Mô hình được áp dụng cho lưu vực sông Maipo ở Chile Kết quả của mô hình cho thấy lợi ích của việc trao đổi thương mại quyền sử dụng nước khi nguồn nước được phân bổ tới những đối tượng sử dụng nước có giá trị cao Lợi nhuận thuần

từ nông nghiệp có tưới tăng đáng kể so với trường hợp quyền sử dụng nước được chia đều Tuy nhiên sản lượng nông nghiệp lại không bị giảm nhiều Lợi nhuận thuần cho các khu tưới thậm chí cao hơn nếu những người nông dân có thể hưởng lợi từ việc bán quyền sử dụng nước không dùng đến cho các khu đô thị và công nghiệp vào những

16

tháng có ít hoặc không có nhu cầu tưới Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình khá hiệu quả trong việc phân tích chính sách phân bổ nước trên lưu vực sông Mô hình kiểu mẫu cho lưu vực sông Maipo sau này đã được các thành viên trong nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu và triển khai ứng dụng cho nhiều lưu vực sông khác, có thể tìm thấy

trong [12], [21], [22], [13], [15]

Reca et al (2001 a,b) [23][24] đề xuất một mô hình tối ưu quy hoạch thủy văn trong

hệ thống tưới thiếu nước Do sự phức tạp của hệ thống, bài toán được chia thành ba bài toán con và được giải lần lượt theo trình tự Mô hình thứ nhất tính toán tối ưu hóa thời điểm tưới cho mỗi vụ cây trồng Mô hình thứ hai tính toán cơ cấu cây trồng tối ưu ở mỗi khu tưới dựa trên lượng nước và diện tích đất có sẵn Mô hình thứ ba tính toán tối

ưu hóa phân bổ nước trên phạm vi lưu vực sông Mô hình tổng hợp được áp dụng để tối ưu quy hoạch phân bổ nước ở lưu vực sông nhỏ miền nam Tây Ban Nha Kết quả cho thấy chỉ khi sự thỏa mãn nhu cầu nước bên trong được xem xét, thì lượng nước lớn mới có thể phân bổ cho khu tưới có lợi ích kinh tế thấp trên một đơn vị nước sử dụng và hiệu quả tưới thấp hơn Điều này được so sánh với giải pháp từ các kịch bản giả thuyết một thị trường nước có khả năng trao đổi nước trong hệ thống cho đối tượng

sử dụng khác ở mức giá cố định Trong trường hợp này, việc tiêu thụ nước dành cho tưới sẽ bị giảm đi

Babel et al (2005) [25] nghiên cứu phát triển một mô hình phân bổ nước tổng hợp tương tác (Integrated Water Allocation Model - IWAM), có thể trợ giúp nhà quy hoạch và người ra quyết định phân bổ tối ưu nguồn nước có hạn từ một hồ chứa cho các ngành sử dụng nước khác nhau, xét các khía cạnh kinh tế xã hội, môi trường và kỹ thuật IWAM bao gồm ba mô đun – mô đun vận hành hồ chứa (Reservoir Operation Module - ROM), mô đun phân tích kinh tế (Economic Analysis Module - EAM) và mô đun phân bổ nước (Water Allocation Module - WAM) Mô hình có thể tối ưu phân bổ nước theo hai mục tiêu riêng rẽ bao gồm là tối đa hoá sự thoả mãn và tối đa hoá lợi ích kinh tế bởi các ngành dùng nước Kỹ thuật trọng số (weighting technique - WT) hoặc các ràng buộc mô phỏng (simultaneous compromise constraint - SICCON) được sử dụng để chuyển bài toán ra quyết định đa mục tiêu sang hàm số một mục tiêu Với các kết quả ban đầu, mô hình được nhận định là có khả năng hỗ trợ hữu ích cho các nhà

Gartley et al (2009) [27] nghiên cứu tác động kinh tế của các kịch bản phân bổ nước

đa mục tiêu bằng một mô hình phân bổ nước kết hợp với phân tích lợi ích - chi phí xã hội Trong nghiên cứu này, mô hình SWAT (Soil and Water Assessment) được sử dụng để mô phỏng quá trình dòng chảy Mô hình REALM (Resource Allocation Model) được ứng dụng để tính toán phân bổ nước cho lưu vực Thượng Bhima, Ấn Độ, với các điều kiện ràng buộc Đây là mô hình dựa trên tính toán cân bằng nước với thuật toán tối ưu tuyến tính cho phép sử dụng các hàm phạt để tạo ra các ràng buộc hoặc các ưu tiên trong sử dụng nước Các tác giả ứng dụng mô hình kinh tế SCBA (Phân tích lợi ích-chi phí xã hội) do Davidson và Hellegers đề xuất năm 2008 [28] để đánh giá tác động kinh tế của các kịch bản phân bổ nước khác nhau được đánh giá so với hiện trạng Kết quả phân tích cho thấy ngành bị ảnh hưởng nhiều nhất theo mức độ

ưu tiên là cấp nước đô thị, ngành bị ảnh hưởng nhiều nhất theo kinh tế là nông nghiệp Đây là một nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn – kinh tế kiểu thành phần rất điển hình

18

Cutlac and Horbulyk (2011) [29] đã kiểm tra ảnh hưởng của lợi ích kinh tế từ các phương án phân bổ nước mặt khác nhau ở khu vực Alberta thuộc miền nam lưu vực sông Saskatchewan ở Canada Do nhu cầu nước đô thị và nước tưới đều tăng dẫn đến tình trạng tương đối khan hiếm nước trên lưu vực Các tác giả sử dụng phần mềm AQUARIUS (A Modeling System for River Basin Water Allocation) để xây dựng một mô hình tối ưu giá trị hàng năm từ việc khai thác sử dụng nước Kết quả của mô hình cho thấy lưu vực có đủ nước mặt cho những đối tượng sử dụng nước tương ứng với các phương án cung và cầu về nước, nhưng để đạt lợi ích lớn nhất cần phân bổ lại theo thời đoạn ngắn

Nhìn chung, việc ứng dụng mô hình thủy văn – kinh tế là rất linh hoạt, phụ thuộc vào từng lưu vực sông cụ thể Trong hầu hết các nghiên cứu nêu trên, có thể thấy nhu cầu nước tưới trong nông nghiệp thường chiếm tỉ lệ lớn và gây ra mâu thuẫn với các đối tượng sử dụng nước khác Các nhà khoa học đã áp dụng mô hình thủy văn – kinh tế theo nhiều cách thức khác nhau (mô phỏng và tối ưu), cho nhiều phạm vi khác nhau (lưu vực vừa, lưu vực lớn), tuy nhiên đều hướng đến phương án phân bổ nước có lợi nhất về kinh tế Ở một số quốc gia phát triển, khi có thị trường nước, thì mô hình thủy văn – kinh tế có thể xem xét đánh giá các chính sách liên quan đến việc trao đổi quyền

sử dụng nước Ở những quốc gia đang phát triển, khi không có thị trường nước, thì các nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức độ đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án phân

bổ nước Ngoài ra, tuy có tên gọi chung là mô hình thủy văn – kinh tế, nhưng các mô hình này có thể bao gồm nhiều mô đun hoặc là một thể thống nhất, và có thể được xây dựng trong các phần mềm thương mại (REALM, AQUARIUS) hoặc được viết mã trong một ngôn ngữ lập trình nào đó

1.3.2 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế ở Việt Nam

Trong khuôn khổ dự án ADB RETA số 5866 do Viện Nghiên cứu Chính sách Lương thực Quốc tế (IFPRI) phối hợp với Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam và Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp miền Nam, có thể nói Ringler et al (2002, 2004, 2006) [21][13] là những người tiên phong đưa mô hình thủy văn - kinh tế áp dụng cho một lưu vực sông điển hình ở Việt Nam Các tác giả đã xây dựng mô hình thủy văn - kinh tế cho lưu vực sông Đồng Nai dựa theo mô hình đã được xây dựng trước đó ở lưu

19

vực sông Maipo, Chi Lê của nhóm tác giả Rosegrant et al (2000) [20] Mô hình tính toán cân bằng nước dựa theo hàm mục tiêu tối ưu hóa lợi nhuận thuần từ việc sử dụng nước cho các ngành nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và thủy điện Qua việc ứng dụng mô hình, các tác giả đã phân tích tác động của một số chính sách phân bổ nước trên phạm vi lưu vực sông và đề xuất chiến lược phân bổ nước hiệu quả

Tiếp nối hướng nghiên cứu này, các tác giả Nguyễn Thị Phương (2007, 2010) [30] [31] và Nguyễn Vũ Huy (2009) [32] đều đã thực hiện các nghiên cứu sử dụng mô hình thủy văn - kinh tế viết trong GAMS cho các lưu vực sông Bé và lưu vực sông Lá Buông, nằm trong hệ thống lưu vực sông Đồng Nai Điểm chung của các nghiên cứu

là đã xem xét giá trị kinh tế từ các đối tượng sử dụng nước khác nhau, trên cơ sở mối quan hệ cân bằng nước lưu vực sông Các nghiên cứu khá tập trung vào phân tích kinh

tế và chính sách quản lý tài nguyên nước, tuy vậy ít đề cập đến mối tương quan giữa các yếu tố thủy văn và kinh tế

Cũng theo hướng xét đến giá trị kinh tế của nước, tuy nhiên tác giả Vũ Văn Tuấn

(2007) [33] phát triển và áp dụng một mô hình có tên gọi là mô hình phân bổ tài

nguyên RAM (Resources Allocation Model) Mô hình được xây dựng trong khuôn khổ của Chương trình Quy hoạch phát triển lưu vực (BDP – Basin Development Planning

Programme) giai đoạn 1 (2001 – 2006) khu vực hạ Mekong (LMB – Lower Mekong Basin) Mô hình RAM cho phép xác định hiệu quả kinh tế theo các vùng địa lý và theo

các hoạt động khai thác tài nguyên nước tương ứng với các kịch bản phát triển khác nhau Đồng thời, nó cũng cho phép xác định hệ quả kinh tế đối với những thay đổi trong sử dụng tài nguyên nước

Nhóm tác giả Vũ Thanh Tú và nnk (2014) đã nghiên cứu viết lại chương trình tính của

mô hình RAM bằng ngôn ngữ Visual Basic, tạo ra giao diện thân thiện với người dùng

và áp dụng thử nghiệm phân tích kinh tế sử dụng nước cho lưu vực sông Sê San Các nghiên cứu cho thấy RAM là một công cụ cho phép đánh giá nhanh các kịch bản khai thác sử dụng nước Do đầu vào của mô hình RAM là các kết quả tính toán từ các mô hình cân bằng nước (ví dụ mô hình MIKE BASIN), nên kết quả tính toán từ RAM sẽ phụ thuộc vào các kịch bản khai thác sử dụng nước Nói cách khác, sự kết hợp MIKE

sông Hồng-Thái Bình giai đoạn 2010 và 2020 [34]

Cho rằng các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế xây dựng trong GAMS không thể hiện được giá trị biên cũng như lợi ích ròng ở biên của từng kiểu sử dụng nước, tác giả Nguyễn Thanh Hùng (2012) [35] đã đi theo hướng tiếp cận tối ưu hóa trong kinh tế học Thay vì sử dụng các phần mềm chuyên dụng, tác giả tính toán lợi nhuận ròng từ các ngành sử dụng nước bằng bảng tính trong Excel Tất cả các hàm cầu cho các đối tượng sử dụng nước khác nhau đều được giả thiết có dạng hàm mũ Lợi ích sử dụng nước cho mỗi ngành chính là tích phân nghịch đảo hàm cầu tương ứng Chi phí sử dụng nước được giả thiết tỷ lệ thuận với lượng nước sử dụng Tác giả tìm phương án phân bổ lượng nước cho các ngành sao cho các giá trị biên ở mỗi ngành là như nhau, theo hiệu ứng Pareto, đó chính là phương án phẩn bổ nước tối ưu Nghiên cứu được áp dụng thử nghiệm ở vùng hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai Điểm hạn chế của nghiên cứu này chính là việc quá tập trung vào yếu tố kinh tế mà chưa xem xét một cách toàn diện về các yếu tố thủy văn, xã hội và môi trường

Tổng hợp lại, mô hình thủy văn - kinh tế tuy đã được nghiên cứu ứng dụng cho một số lưu vực sông ở Việt Nam trong những năm gần đây nhưng vẫn chưa nhiều Phần lớn các nghiên cứu tập trung vào phân tích hàm mục tiêu tổng lợi nhuận thuần thu được là lớn nhất, trong điều kiện xem xét các điều kiện ràng buộc khác nhau Tuy vậy thì mối tương quan giữa các yếu tố thủy văn và kinh tế vẫn chưa được phân tích chi tiết cho

1.4 Tổng quan về Quản lý tổng hợp tài nguyên nước ở Việt Nam

1.4.1 Quản lý tổng hợp tài nguyên nước và Quản lý tổng hợp lưu vực sông

Mạng lưới Cộng tác vì nước Toàn cầu (GWP) năm 2000 đã đưa ra khái niệm: “Quản

lý tổng hợp tài nguyên nước (QLTHTNN) là một quá trình đẩy mạnh sự phối hợp

phát triển và quản lý tài nguyên nước, đất và các tài nguyên liên quan khác để tối ưu hóa lợi ích kinh tế và phúc lợi xã hội một cách công bằng mà không tổn hại đến sự bền vững của các hệ sinh thái thiết yếu” [9]

Các nguyên tắc QLTHTNN được dựa theo bốn nguyên tắc Dublin (đưa ra ở Hội thảo quốc tế về Nước và Môi trường tại Dublin, 1992) Trong đó, nguyên tắc thứ nhất nêu nước ngọt là tài nguyên hữu hạn và dễ bị xâm phạm, rất thiết yếu để duy trì sự sống, phát triển và môi trường Nguyên tắc thứ tư nhấn mạnh nước có giá trị kinh tế trong mọi hình thức sử dụng và cần phải được xem như một loại hàng hóa có giá trị kinh tế cũng như giá trị về mặt xã hội

Khuôn khổ chung để thực hiện QLTHTNN được thể hiện trong Hình 1.3, bao gồm: Môi trường cho phép về chính sách và pháp luật; Vai trò thể chế và Các công cụ trợ giúp Các thành phần này phải được phát triển và củng cố đồng thời Môi trường cho phép là khuôn khổ chung về chính sách quốc gia, luật pháp, quy định và thông tin cho những bên liên quan đến quản lý tài nguyên nước Vai trò thể chế là các chức năng của nhiều cấp hành chính và những bên liên quan khác nhau Công cụ quản lý bao gồm các công cụ điều hành, giám sát hiệu quả và tăng cường sức mạnh cho phép người ra quyết

22

định lựa chọn giữa các hoạt động khác nhau Sự lựa chọn cần phải dựa trên sự đồng thuận của chính sách, tài nguyên có sẵn, tác động môi trường và các ảnh hưởng về xã hội và kinh tế [9]

Trong khi việc thực hiện QLTHTNN thường liên quan đến điều kiện chính trị, kinh tế,

xã hội trên phạm vi toàn quốc thì Quản lý tổng hợp lưu vực sông (QLTHLVS) tập trung vào việc thực hiện các nguyên tắc QLTHTNN trên cơ sở lưu vực sông, thông qua việc phối hợp điều hành và quản lý hệ thống công trình khai thác, sử dụng nước trên lưu vực sông, trong đó tập trung vào việc phân bổ nước theo phương thức công bằng, đáng tin cậy [36] Các thành phần QLTHLVS được trình bày trong Hình 1.4, trong đó quy hoạch lưu vực sông chính là thành phần quan trọng có tác động đến việc quản lý các hoạt động liên quan đến tài nguyên nước Quy hoạch lưu vực sông là quy hoạch về bảo vệ, khai thác, sử dụng nguồn nước, phát triển tài nguyên nước, phòng, chống và khắc phục hậu quả tác hại do nước gây ra trong lưu vực sông [37], [38]

1.4.2 Quá trình phát triển các chính sách liên quan đến quản lý tài nguyên nước ở

Việt Nam

Năm 1998, Luật Tài nguyên nước ra đời đã đánh dấu một mốc phát triển đáng kể của Việt Nam trong quản lý tài nguyên nước Không lâu sau đó Bộ TN&MT được thành

Hình 1.3 Khuôn khổ chung QLTHTNN [9]

23

lập vào năm 2002 [39], cùng với sự chuyển giao toàn bộ trách nhiệm quản lý nhà nước

về TNN từ Bộ NN&PTNT sang Bộ TN&MT [40] Nhưng trên thực tế, chức năng quản

lý nhà nước về tài nguyên nước vẫn còn phân tán, các lợi ích chuyên ngành có xu hướng ngày càng biệt lập hơn Quy hoạch lưu vực sông là nội dung cơ bản về quản lý Nhà nước về tài nguyên nước chưa được xác lập kể cả ở các lưu vực sông lớn Trong khi đó các quy hoạch chuyên ngành sử dụng nước trên lưu vực sông lại được xúc tiến mạnh mẽ [41]

Năm 2008, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 120/2008/NĐ-CP về quản lý lưu vực sông, nhấn mạnh chính sách đầu tư của Nhà nước ưu tiên cho việc lập và triển khai thực hiện quy hoạch lưu vực sông, kế hoạch điều hòa phân bổ nguồn nước và phát triển tài nguyên nước của lưu vực sông [38] Đây là bước tiến quan trọng thể hiện tính toàn diện và thống nhất trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước theo đơn vị lưu vực sông Năm 2012, Quốc hội đã phê duyệt Luật TNN mới trên cơ sở bổ sung và khắc phục những tồn tại trong Luật TNN 1998 Trong Điều 3 của Luật TNN 2012 nêu rõ nguyên tắc quản lý, bảo vệ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước phải đảm bảo thống nhất theo lưu vực sông, theo nguồn nước, kết hợp với quản lý theo địa bàn hành chính

QUY HOẠCH

CÔNG CỤ PHÂN TÍCH TRỢ GIÚP

QUẢN LÝ

HOẠT ĐỘNG

KHUNG THỂ CHẾ

Hình 1.4 Các thành phần QLTHLVS [74]

24

[4] Ngay sau khi Luật TNN có hiệu lực, Chính phủ cũng ban hành kịp thời Nghị định

số 201/2013/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật TNN Nghị định này quy định việc lấy ý kiến đại diện cộng đồng dân cư trong khai thác, sử dụng tài nguyên nước, xả nước thải vào nguồn nước; điều tra cơ bản tài nguyên nước; cấp phép

về tài nguyên nước; tiền cấp quyền khai thác tài nguyên nước và chuyển nhượng quyền khai thác tài nguyên nước; tổ chức lưu vực sông và việc điều phối giám sát hoạt động khai thác, sử dụng, bảo vệ tài nguyên nước, phòng, chống và khắc phục hậu quả tác hại do nước gây ra trên lưu vực sông Ở Điều 5 của Nghị định quy định về việc Thủ tướng Chính phủ quyết định thành lập các tổ chức LVS Hồng – Thái Bình, sông Cửu Long; Bộ TN&MT chịu trách nhiệm thành lập các tổ chức LVS sông với các LVS liên tỉnh khác Đối với việc cấp phép khai thác, sử dụng tài nguyên nước, ngoài yêu cầu phải phù hợp với chiến lược, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia, ngành, vùng và địa phương thì còn phải căn cứ vào quy hoạch tài nguyên nước đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt [42]

Nhìn chung, các chính sách và văn bản pháp luật về lĩnh vực QLTHTNN đã được Nhà nước ta quan tâm và có những định hướng phát triển đúng đắn so với xu hướng chung của thế giới Tuy nhiên, việc thực hiện QLTHTNN đòi hỏi sự mềm dẻo, thích ứng với từng điều kiện cụ thể Vì thế, đối với quy hoạch và quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông cũng cần được xem xét cho phù hợp với bối cảnh của lưu vực sông đó

1.4.3 Một số tồn tại trong quy hoạch tài nguyên nước trên phạm vi lưu vực sông ở

Việt Nam

Quy hoạch tài nguyên nước là sự hoạch định chiến lược sử dụng nước một cách hợp lý của một quốc gia, trên một vùng lãnh thổ hoặc một lưu vực sông, bao gồm chiến lược đầu tư phát triển tài nguyên nước và phương thức quản lý tài nguyên nước nhằm đáp ứng các yêu cầu về nước và đảm bảo sự phát triển bền vững [5]

Cho đến nay, công tác QHTNN ở Việt Nam đã đạt được một số thành tựu nhất định,

có thể kể đến một số kết quả như cơ bản hoàn thành dự án “Quy hoạch Quản lý sử dụng tài nguyên nước và bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm

2015 và định hướng đến 2020”; đã hoàn thành việc lập nhiệm vụ QHTNN lưu vực sông Bằng Giang-Kỳ Cùng, Srepok và vùng sông Hậu; hoàn thành lập đề cương đề án

25

Chính phủ “QHTNN các lưu vực sông liên tỉnh” (gồm 11 lưu vực sông lớn) Ở địa phương, công tác QHTNN đã từng bước được triển khai và đáp ứng được yêu cầu quản lý, sử dụng hiệu quả, bền vững tài nguyên nước Tính đến nay đã có 30 địa phương ban hành QHTNN cấp tỉnh

Luật TNN 2012 quy định các nguyên tắc lập QHTNN Trong đó, QHTNN phải bảo đảm khai thác, sử dụng tiết kiệm, hiệu quả tài nguyên nước và phân bổ hài hòa lợi ích

sử dụng nước giữa các địa phương, các ngành, giữa thượng lưu và hạ lưu [4] Cũng theo Luật TNN, các quy hoạch về thủy lợi, thủy điện, cấp nước, giao thông đường thủy nội địa và các quy hoạch khác có hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước do bộ, ngành, địa phương lập phải phù hợp với QHTNN Tuy nhiên, do bản thân Luật TNN mới ra đời cộng với hệ thống các văn bản pháp lý còn thiếu và chưa đồng bộ, nên lĩnh vực QHTNN ở Việt Nam vẫn còn có một số điểm tồn tại Thứ nhất, các quy hoạch do các ngành lập riêng rẽ, chưa phối hợp với nhau Các quy hoạch ngành chủ yếu quan tâm tới vấn đề sử dụng nước của ngành mình mà chưa xem xét phối hợp với các ngành khác để sử dụng hợp lý và hiệu quả nguồn nước của lưu vực sông Điều này dẫn đến hậu quả tất yếu là vào mùa cạn, lượng nước không đủ đáp ứng các ngành dẫn đến những mâu thuẫn giữa các các hộ dùng nước, giữa thượng và hạ lưu, giữa các địa phương khác nhau trên lưu vực Thứ hai, các quy hoạch còn mang nặng tính địa phương Ngoại trừ một số lưu vực sông lớn, còn hầu hết quy hoạch tài nguyên nước ở Việt Nam đều được thực hiện ở phạm vi địa phương, chưa xét đến yếu tố liên kết về dòng chảy trên một lưu vực sông Thứ ba, sử dụng nước mới chỉ lấy nước của sông mà chưa quan tâm đến yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu Các phương án công trình sử dụng nước đề xuất trong các quy hoạch chỉ chú trọng sử dụng nước của sông mà chưa quan tâm đến yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu để bảo vệ hệ sinh thái khu vực hạ du Thứ tư, thiếu quy hoạch tổng thể để sử dụng bền vững và hiệu quả tài nguyên nước Phần lớn các lưu vực sông còn thiếu một quy hoạch tổng hợp để sử dụng bền vững và hiệu quả nguồn nước Thứ năm, sự phức tạp trong phê duyệt và thực hiện quy hoạch Quy hoạch thủy lợi do Bộ NN&PTNT phê duyệt; Quy hoạch thủy điện do Bộ Công thương phê duyệt Quy hoạch tài nguyên nước (QHTNN) ở các địa phương do UBND các tỉnh ban hành

26

Từ những tồn tại nêu trên, có thể thấy sự cần thiết phải nghiên cứu về QHTNN trên phạm vi lưu vực sông trong điều kiện phát triển hiện nay ở Việt Nam Mô hình thủy văn - kinh tế là công cụ được thiết lập trên cơ sở lưu vực sông, xem xét yêu cầu sử dụng nước đa ngành, có tính đến yếu tố bảo vệ môi trường và xã hội Bởi vậy, mô hình thủy văn - kinh tế là sự lựa chọn hợp lý cho nghiên cứu về quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Ba

1.4.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu về quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

lưu vực sông Ba

Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực sông được quan tâm nghiên cứu rất nhiều, đặc biệt là đối với lĩnh vực quản lý tài nguyên nước Một trong những nghiên

cứu đầu tiên là đề tài NCKH cấp Nhà nước mã số KC.08.25 “Nghiên cứu giải pháp

tổng thể sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường lưu vực sông Ba và sông Côn” do Nguyễn Văn Cư làm chủ nhiệm Đề tài đã nghiên cứu và đề xuất mô hình

quản lý tổng hợp lưu vực sông Ba và sông Côn, xem xét quy hoạch sử dụng cho từng đối tượng tài nguyên trên hai lưu vực Đồng thời, đề tài cũng tiến hành xây dựng bộ cơ

sở dữ liệu về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên môi trường kinh tế - xã hội của LVS sông Ba và sông Côn [43]

Dự án “Quy hoạch tài nguyên nước Lưu vực sông Ba” do Trường Đại học Thủy lợi [44] thực hiện và dự án “Quy hoạch sử dụng tổng hợp và bảo vệ tài nguyên nước lưu

vực sông Ba” do Viện Quy hoạch Thủy lợi [2] thực hiện đều được tiến hành trong giai

đoạn 2007- 2008 Điểm chung của hai dự án này là đều có xem xét đến các nhu cầu sử dụng nước khác nhau trên lưu vực bao gồm nước sử dụng cho nông nghiệp, công nghiệp, thủy sản, và bảo vệ môi trường Từ các kết quả tính toán, các đơn vị nghiên cứu đã đề xuất ra các phương án khai thác, sử dụng nước trên lưu vực sông Ba theo hướng đảm bảo nhu cầu nước cho các ngành, đồng thời bảo vệ được hệ sinh thái trên lưu vực sông Dự án QHTNN do VQHTL thực hiện tập trung vào đề xuất các giải pháp công trình, đưa ra các tính toán kinh tế và phân ra các giai đoạn đầu tư Dự án do Trường ĐHTL tập trung vào những giải pháp mang tính chiến lược, hướng tới sự phát triển bền vững cho LVS Ba

27

Một số nghiên cứu khác về lưu vực sông Ba lại tập trung vào các vấn đề mâu thuẫn trong sử dụng nước hiện nay Theo tác giả Huỳnh Thị Lan Hương [45], quy hoạch thủy điện trên lưu vực sông Ba mới chỉ chú trọng hiệu quả phát điện của công trình mà chưa quan tâm đầy đủ tới nước cho hệ sinh thái cũng như sử dụng nước của các ngành khác Tác giả cho rằng trên lưu vực sông Ba đang tồn tại những mâu thuẫn về sử dụng tài nguyên nước như sau: Lượng mưa, lượng dòng chảy phân bố rất không đồng đều theo không gian và thời gian; Phần lãnh thổ sông Ba thuộc Tây Nguyên chỉ chiếm 31,4% diện tích đất nông nghiệp nhưng là nơi sản sinh ra 80% lượng nước cho toàn lưu vực; vùng đồng bằng có diện tích đất nông nghiệp lớn nhưng chỉ sinh ra 20% lượng nước; Mâu thuẫn giữa nước đến và nước dùng trong một số thời kỳ; mâu thuẫn giữa phát điện và cấp nước thượng nguồn; mâu thuẫn giữa sử dụng nước cho các ngành và duy trì dòng chảy sinh thái

Tác giả Vũ Hoàng Hoa cũng có một số nhận định về tác động của khai thác thủy điện trên lưu vực sông Ba đối với môi trường [46] Các hồ thủy điện ngoài chức năng nhiệm vụ phát điện thì không tham gia vào các công tác phòng lũ và cấp nước cho hạ du; đồng thời lại chiếm dụng những vị trí quan trọng trên dòng sông, cản trở việc xây dựng các công trình làm nhiệm vụ cấp nước khác Phát triển thủy điện quá nóng chia cắt lòng sông thành những đoạn nhỏ, trong đó có nhiều đoạn sau đập trở nên suy thoái dòng chảy nghiêm trọng

Theo tác giả Lê Đức Thường [47], phương thức khai thác sử dụng tài nguyên nước ở lưu vực sông Ba chưa bền vững Một số đoạn sông đã bị suy thoái cạn kiệt, ví dụ đoạn

hạ lưu đập Đồng Cam tới cửa Đà Rằng Trên lưu vực sông Ba đã có một số hồ chứa lớn nhưng chưa đáp ứng được yêu cầu sử dụng tổng hợp cho chống lũ, phát điện, điều hòa dòng chảy, cấp nước hạ du Việc khai thác sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông còn mang tính đơn lẻ, chưa có sự phối hợp giữa các ngành liên quan Nhiều công trình bị xuống cấp, gây thất thoát một lượng nước lớn Hầu hết quy hoạch trên lưu vực sông Ba chỉ chú trọng đến khai thác sử dụng tài nguyên nước mà chưa quan tâm đến yêu cầu dòng chảy môi trường Tài nguyên nước dưới đất còn được khai thác một cách tùy tiện mà chưa có sự phối hợp với khai thác sử dụng nước mặt Hiện nay trên lưu vực sông Ba chưa có cơ quan, tổ chức chịu trách nhiệm về quản lý tài nguyên nước

28

chung cho cả lưu vực Vì thế việc quản lý vận hành các công trình lớn trên hệ thống sông còn nhiều bất cập, chưa có sự phối hợp trên toàn hệ thống Quản lý tài nguyên nước vẫn mang tính chất quản lý cung cấp nước chưa phải là quản lý nhu cầu nước và hiện người sử dụng vẫn chưa tham gia một cách thực sự vào quá trình quản lý và bảo

vệ tài nguyên nước trên lưu vực

1.5 Những khoảng trống chưa được nghiên cứu trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Ba

Nhìn chung, các nghiên cứu nêu trên đều được thực hiện trên cơ sở xem xét hiện trạng khai thác sử dụng nước cho các ngành cũng như nhiệm vụ thiết kế của các công trình Điều này có nghĩa là nhu cầu sử dụng nước được coi là không đổi (tùy theo kịch bản xem xét) tại các vị trí nhất định Phương pháp nghiên cứu chủ yếu áp dụng các mô hình thủy văn truyền thống để mô phỏng quá trình sử dụng nước trên lưu vực Kết quả nghiên cứu tập trung đánh giá những khu vực thiếu nước, từ đó đề xuất biện pháp công trình hoặc phi công trình cho phù hợp Hầu hết các nghiên cứu đều chưa xem xét đến giá trị kinh tế của nước thay đổi tùy theo đối tượng, thời gian và vị trí sử dụng nước Ngoài ra, một số giải pháp đề xuất còn định tính mà chưa được định lượng, khiến cho các nhà quản lý khó ra quyết định phù hợp

Phần lớn các nghiên cứu đã đưa ra được các mâu thuẫn sử dụng nước trên lưu vực giữa thủy điện và tưới, giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường Các nghiên cứu chỉ dừng ở mức nêu vấn đề, phân tích nguyên nhân, mà chưa thực sự có kết quả tính toán cụ thể Trong khi việc định lượng bằng các công cụ mô hình toán có vai trò rất quan trọng nhằm hỗ trợ những nhà quản lý đưa ra quyết định phù hợp

Dựa trên các đặc điểm và những tồn tại trong khai thác sử dụng nước trên lưu vực sông Ba đã được các tác giả đưa ra và phân tích, luận án sẽ hướng tới áp dụng công cụ

mô hình toán để định lượng rõ hơn những tồn tại này Công cụ mô hình thủy văn - kinh tế sẽ giúp cho người quản lý hiểu rõ sự mâu thuẫn, tồn tại là do tự nhiên, do quy hoạch hay do phương thức quản lý sử dụng nước Chỉ khi hiểu rõ về những nguyên nhân dẫn đến tình trạng mâu thuẫn trong sử dụng nước thì các nhà hoạch định chính sách mới có thể tìm kiếm giải pháp phù hợp

29

1.6 Kết luận chương 1

Mô hình thủy văn - kinh tế có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực liên quan đến quản lý tài nguyên nước, bao gồm phân bổ nước liên ngành, cấp nước, nâng cấp cơ sở hạ tầng, kết hợp sử dụng nước mặt và nước ngầm, thể chế, thị trường, cơ cấu giá, giải quyết xung đột, quản lý xuyên biên giới, ứng phó với biến đổi khí hậu, hạn hán, lũ lụt và chất lượng nước Trong khuôn khổ luận án, một số ứng dụng mô hình thủy văn kinh tế trên thế giới và ở Việt Nam đã được giới thiệu tóm tắt và đưa ra một số nhận định Qua

đó, có thể thấy sự đa dạng trong cách thức tiếp cận và phương pháp nghiên cứu xây dựng và ứng dụng mô hình thủy văn – kinh tế Tùy theo mục đích nghiên cứu, các phương pháp đã được áp dụng có thể là phương pháp mô phỏng hay phương pháp tối

ưu, ngẫu nhiên hay tất định Cấu trúc mô hình thủy văn – kinh tế có thể là kiểu ghép nhiều mô đun hay là một thể thống nhất Phạm vi nghiên cứu có thể ở quy mô nhỏ (hệ thống thủy lợi nội đồng), lưu vực sông vừa, hoặc lưu vực sông lớn Thời gian nghiên cứu thông thường là một năm thủy văn

Do bản chất của mô hình là kết hợp các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và thủy văn nên mô hình thủy văn - kinh tế là một công cụ tốt để thúc đẩy quản lý tổng hợp tài nguyên nước Kết quả tính toán từ các mô hình thủy văn - kinh tế là cơ sở có tính định lượng, giúp dự báo tác động của các công trình hoặc chính sách quản lý dự kiến đối với hệ thống lưu vực sông Trong nhiều năm qua, đã có sự tiến bộ về mô hình hóa trong kỹ thuật, kinh tế, sinh thái, thủy văn, và đôi khi trong các tác động chính trị và thể chế của các hệ thống tài nguyên nước lớn, phức tạp và đa mục tiêu Việc áp dụng các mô hình

hệ thống trong thực tế đã được chứng minh là nâng cao hiệu quả trong thiết kế, quản lý

và vận hành hệ thống tài nguyên nước [48]

Tuy nhiên, các hệ thống tài nguyên nước phức tạp hơn nhiều so với những gì mà các nhà phân tích đã, hoặc có lẽ sẽ, có thể mô hình hóa và giải được Lý do không chỉ đơn giản vì hạn chế về khả năng tính toán hay số lượng các biến, các ràng buộc, các chương trình con, hay các câu lệnh trong các chương trình con Thay vào đó là vì chúng ta không hiểu một cách đầy đủ về các quá trình vật lý, sinh hóa, sinh thái, xã hội, luật pháp và chính trị điều khiển trạng thái của hệ thống tài nguyên nước [48]

30

Các mô hình toán sử dụng để mô phỏng hệ thống thực không thể phản ánh đầy đủ các tính chất, quy luật chuyển động của hệ thống thực, vì các quá trình tự nhiên của hệ thống thực đã bị giản hoá hoặc được biểu đạt theo một "quan niệm" nào đó của người nghiên cứu khi họ thiết lập các mô phỏng Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà biểu đạt và sự giản hoá theo các dạng khác nhau Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của

mô hình mô phỏng là sự sai khác giữa giá trị thực và giá trị tính toán của các đặc trưng

mà người nghiên cứu quan tâm [5]

Chính vì vậy, việc phát triển mô hình là cả một nghệ thuật Nó đòi hỏi kiến thức về hệ thống được mô hình hóa, các mục tiêu, thông tin cần biết và cả các kỹ năng phân tích tính toán [48]

Quản lý tổng hợp tài nguyên nước là một lĩnh vực có thời gian phát triển chưa lâu nên còn rất nhiều điểm mới mẻ và khó áp dụng Luận án đã tổng hợp và cập nhật thông tin

về các văn bản pháp luật trong lĩnh vực này ở Việt Nam Từ đó có thể thấy dù có tiến

bộ nhưng các văn bản pháp luật vẫn còn rất nhiều điểm chưa thật sự đi vào cuộc sống, khó thực hiện trong thực tế Để hỗ trợ trong công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên nước theo lưu vực sông, mô hình toán được coi là công cụ có vai trò vô cùng quan trọng Các mô hình này có thể định lượng hóa các tác động của các công trình hoặc chính sách quản lý dự kiến, từ đó sẽ hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách trong việc ra quyết định liên quan Mô hình thủy văn - kinh tế có điểm khác biệt so với các mô hình thủy văn truyền thống nhờ việc coi trọng vai trò giá trị kinh tế trong sử dụng nước Điều này đã được các nhà khoa học trong lĩnh vực tài nguyên nước thừa nhận Hiện nay, Việt Nam đang hướng về cơ chế thị trường theo định hướng xã hội chủ nghĩa Vì vậy, trong quy hoạch, ra quyết định phân phối nguồn nước cũng cần phải thấm nhuần quan điểm kinh tế: coi nước là hàng hóa kinh tế đặc biệt

Đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn - kinh tế trong các lĩnh vực phân bổ sử dụng nước liên ngành, mở rộng nâng cấp cơ sở hạ tầng, kết hợp sử dụng nước mặt và nước ngầm, thể chế thị trường và cơ chế giá nước, giải quyết xung đột, quản lý hạn hán và quản lý sử dụng đất Việc lựa chọn công cụ mô hình thủy văn - kinh tế nên được nghiên cứu tùy theo từng bài toán cụ thể Ở lưu vực sông Ba trong những năm gần đây đã xảy ra nhiều vấn đề trong lĩnh vực khai thác sử dụng nước