GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

Nguồn nước mặt, thường được gọi là tài nguyên nước mặt, tồn tại thường xuyên hay không thường xuyên trong các thủy vực ở trên mặt đất như: sông ngòi, hồ tự nhiên, hồ chứa hồ nhân tạo, đ

BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

Tập thể tác giả:

PGS.TS NGÔ VĂN QUẬN (Chủ biên)

PGS.TS PHẠM VIỆT HÒA - PGS.TS LÊ QUANG VINH -

TS NGUYỄN LƯƠNG BẰNG - TS NGÔ ĐĂNG HẢI

TS TRẦN QUỐC LẬP - TS NGUYỄN QUANG PHI -

MỤC LỤC

Trang

Các từ viết tắt 11

Lời nói đầu 13

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 15

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG 15

1.2 CÁC NGUỒN NƯỚC NGỌT TRÊN THẾ GIỚI 16

1.3 TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM 21

1.3.1 Tài nguyên nước mặt Việt Nam 21

1.3.2 Tài nguyên nước ngầm ở Việt Nam 22

1.3.3 Thực trạng tài nguyên nước Việt Nam hiện nay 23

1.3.4 Nguồn nước trong tương lai 25

1.4 VẤN ĐỀ SỬ DỤNG NƯỚC Ở VIỆT NAM VÀ NHỮNG THÁCH THỨC

TRONG TƯƠNG LAI 26

1.4.1 Vấn đề sử dụng nước ở Việt Nam 26

1.4.2 Những thách thức trong tương lai 28

CHƯƠNG 2 DÒNG CHẢY MẶT 33

2.1 KHÁI NIỆM DÒNG CHẢY MẶT 33

2.2 LƯU VỰC VÀ ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA LƯU VỰC 34

2.2.1 Khái niệm về lưu vực 34

2.2.2 Các phương pháp xác định lưu vực 36

2.2.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực 38

2.3 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY 42

2.3.1 Sự hình thành dòng chảy 42

2.3.2 Quá trình hình thành dòng chảy 43

2.4 PHÂN TÍCH QUAN HỆ MƯA-DÒNG CHẢY 45

2.4.1 Phương pháp biểu đồ thủy văn đơn vị 45

2.4.2 Biểu đồ thủy văn đơn vị tổng hợp 49

2.4.3 Biểu đồ thủy văn S 52

2.4.4 Quan hệ mưa - dòng chảy CSC 55

2.4.5 Xác định số đường cong và tổn thất 57

2.4.6 Các số đường cong 63

2.4.7 Phương pháp biểu đồ thủy văn đơn vị SCS 65

CHƯƠNG 3 DÒNG CHẢY NƯỚC NGẦM 71

3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NƯỚC NGẦM 71

3.1.1 Đặc tính của tầng nước ngầm 75

3.1.2 Tính không đồng nhất và không đẳng hướng của hệ số dẫn thủy lực 77

3.1.3 Các tầng chứa nước ngầm 78

3.1.4 Sự chuyển động của nước ngầm 78

3.2 DÒNG CHẢY NGẦM BÃO HÒA 78

3.2.1 Các phương trình điều khiển 78

3.2.2 Các mạng dòng chảy 81

3.3 DÒNG CHẢY MỘT CHIỀU Ở TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH 83

3.3.1 Tầng nước ngầm giới hạn 83

3.3.2 Tầng nước ngầm không giới hạn 84

3.4 THỦY LỰC HỌC GIẾNG Ở TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH 85

3.4.1 Dòng chảy vào các giếng 85

3.4.2 Tầng nước ngầm bị giới hạn 87

3.4.3 Các tầng nước ngầm không bị giới hạn (không áp) 89

3.5 THỦY LỰC GIẾNG TRẠNG THÁI NHẤT THỜI - ĐIỀU KIỆN CÓ ÁP 90

3.6 THỦY LỰC GIẾNG TRẠNG THÁI NHẤT THỜI - ĐIỀU KIỆN KHÔNG ÁP 92 3.7 NƯỚC NGẦM Ở VIỆT NAM VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG 95

3.7.1 Các tầng chứa nước lỗ hổng 95

3.7.2 Các tầng chứa nước khe nứt trong các thành tạo Bazan Pliocen - Đệ tứ 97

3.7.3 Các tầng chứa nước khe nứt trong các thành tạo lục nguyên Mesozoi (ms) 97

3.7.4 Các tầng chứa nước khe nứt - Karst trong các thành tạo Cacbonat 97

3.7.5 Các thành tạo địa chất rất nghèo nước hoặc không chứa nước 98

CHƯƠNG 4 NHU CẦU NƯỚC 99

4.1 MỞ ĐẦU 99

4.2 NƯỚC CHO NÔNG NGHIỆP 101

4.2.1 Giới thiệu chung 101

4.2.2 Khái quát về chế độ tưới và cách xác định lưu lượng yêu cầu đầu hệ thống 107

4.2.3 Nhu cầu nước tưới cho một số loại cây trồng theo hướng dẫn của FAO 115

4.3 NƯỚC CHO SINH HOẠT 118

4.3.1 Nước sinh hoạt cho đô thị 119

4.3.2 Cấp nước sinh hoạt cho nông thôn 124

4.4 NƯỚC CHO CÔNG NGHIỆP 125

4.5 NHU CẦU NƯỚC CHO CHĂN NUÔI, THỦY SẢN 132

4.5.1 Nhu cầu nước cho chăn nuôi 132

4.5.2 Nhu cầu nước cho thủy sản 133

4.6 NƯỚC DÙNG CHO GIAO THÔNG THỦY 135

4.6.1 Chiều sâu bảo đảm 135

4.6.2 Lưu lượng yêu cầu khi sử dụng âu tàu 136

4.7 NƯỚC CHO SẢN SINH NĂNG LƯỢNG 137

4.8 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH CUNG CẤP NƯỚC MẶT 141

4.8.1 Hệ thống hồ chứa nước mặt 141

4.8.2 Trữ nước - phân tích sự ổn định cho việc cung cấp nước 142

CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC 144

5.1 HỆ THỐNG MẠNG LƯỚI KÊNH HỞ 144

5.1.1 Bố trí hệ thống kênh tưới 144

5.1.2 Bố trí hệ thống kênh tiêu 148

5.1.3 Bố trí mạng lưới giao thông và cây chắn gió 149

5.1.4 Bố trí công trình trên kênh 152

5.1.5 Tính toán lưu lượng trên kênh tưới 160

5.2 HỆ THỐNG MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG ĐƯỜNG ỐNG 160

5.2.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống cấp nước và chức năng của các công trình trong hệ thống 160

5.2.2 Phân loại hệ thống cấp nước 164

5.2.3 Tiêu chuẩn, chế độ dùng nước và quy mô công suất của trạm cấp nước 166

CHƯƠNG 6 THỦY NĂNG VÀ TRẠM THUỶ ĐIỆN 174

6.1 MỞ ĐẦU 174

6.2 KHÁI NIỆM VỀ THỦY NĂNG 174

6.2.1 Trữ lượng thủy năng cho một con sông 175

6.2.2 Xác định lưu lượng bình quân dòng chảy 176

6.3 ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG DÒNG CHẢY 176

6.3.1 Đánh giá năng lượng nguồn nước 176

6.3.2 Đánh giá trữ năng dòng chảy 179

6.4 CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ NĂNG LƯỢNG 181

6.4.1 Mục đích và nhiệm vụ tính toán thủy năng 181

6.4.2 Các tài liệu cơ bản cho tính toán đánh giá thủy năng 182

6.5 BIỆN PHÁP KHAI THÁC THỦY NĂNG 183

6.5.1 Cách tập trung cột nước 184

6.5.2 Cách tập trung lưu lượng và điều tiết lưu lượng 187

6.6 KHÁI NIỆM VỀ THỦY ĐIỆN 190

6.7 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 190

6.7.1 Các thành phần phát điện 190

6.7.2 Phân loại nhà máy thủy điện 191

6.7.3 Các thông số chủ yếu của trạm thủy điện 193

6.8 XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ CUNG CẤP NƯỚC VÀ MỨC BẢO ĐẢM 194

6.8.1 Mức bảo đảm tính toán 194

6.8.2 Chọn năm tính toán và các năm đặc trưng về thủy văn 196

CHƯƠNG 7 KIỂM SOÁT HẠN 199

7.1 MỞ ĐẦU 199

7.2 TÌNH HÌNH HẠN HÁN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 199

7.2.1 Tình hình hạn hán trên thế giới 199

7.2.2 Tình hình hạn hán ở Việt Nam 202

7.2.3 Tình hình giám sát, dự báo và cảnh báo hạn hán của Việt Nam 205

7.3 KHÁI NIỆM VỀ HẠN HÁN 206

7.3.1 Định nghĩa và phân loại hạn hán 206

7.3.2 Các chỉ số hạn 209

7.3.3 Các đặc trưng của hạn hán 220

7.4 DỰ BÁO, CẢNH BÁO SỚM HẠN HÁN 220

7.4.1 Sự cần thiết phải dự báo, cảnh báo hạn hán 220

7.4.2 Thực trạng và thách thức trong xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo sớm hạn hán ở nước ta 223

7.4.3 Mô hình dự báo hạn 225

7.4.4 Mô hình giám sát và cảnh báo hạn 227

7.4.5 Xây dựng Bản đồ dự báo và bản tin cảnh báo hạn sớm 228

7.5 CÁC CÔNG CỤ QUẢN LÝ HẠN HÁN PHỤC VỤ CẤP NƯỚC CHO CÁC NGÀNH KINH TẾ QUỐC DÂN 231

CHƯƠNG 8 KIỂM SOÁT TIÊU THOÁT NƯỚC 233

8.1 SỰ CẦN THIẾT PHẢI KIỂM SOÁT TIÊU THOÁT NƯỚC 233

8.1.1 Khái quát chung 233

8.1.2 Yếu tố tự nhiên 233

8.1.3 Yếu tố kinh tế - xã hội 236

8.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC 237

8.2.1 Phân loại theo đặc điểm của đối tượng tiêu nước 237

8.2.2 Phân loại theo biện pháp tiêu 240

8.3 BỐ TRÍ HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI 241

8.3.1 Phân cấp kênh 241

8.3.2 Yêu cầu bố trí hệ thống kênh tiêu thoát nước 243

8.3.3 Nguyên tắc bố trí 243

8.3.4 Khoảng cách giữa các kênh 244

8.3.5 Sơ đồ bố trí hệ thống kênh tiêu và kênh cấp nước riêng biệt 244

8.3.6 Sơ đồ bố trí hệ thống kênh cấp nước và tiêu thoát nước kết hợp 245

8.4 QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG NƯỚC MƯA TRONG QUẢN LÝ HỆ THỐNG THỦY LỢI 246

8.4.1 Khái quát chung 246

8.4.2 Phân vùng tiêu 247

8.4.3 Hồ điều hòa 248

8.4.4 Tiêu nước đệm 251

8.4.5 Trữ thêm nước trên ruộng lúa 251

8.4.6 Yêu cầu tiêu nước mưa 251

8.5 QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG NƯỚC MƯA TRONG CÁC KHU ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP 256

8.5.1 Tính toán nhu cầu tiêu thoát nước cho đô thị và công nghiệp 256

8.5.2 Quy hoạch, thiết kế, thi công xây dựng và quản lý hệ thống công trình tiêu thoát nước cho các khu đô thị và công nghiệp 259

8.5.3 Mạng lưới thoát nước mưa 262

8.5.4 Hệ thống thoát nước thải, nước bẩn 262

8.5.5 Hệ thống thoát nước chân không và hệ thống thoát nước giản lược 266

8.5.6 Công trình xử lý nước thải sinh hoạt đô thị (cục bộ và khu vực) 266

8.5.7 Yêu cầu đối với vật liệu và cấu kiện hệ thống thoát nước đô thị 270

8.6 THU TRỮ VÀ ĐIỀU TIẾT NƯỚC MƯA 270

8.6.1 Sự cần thiết phải có các công trình thu trữ và điều tiết nước mưa 270

8.6.2 Một số loại công trình thu trữ và điều tiết nước mưa trong khu đô thị 272

CHƯƠNG 9 KIỂM SOÁT LŨ 276

9.1 KHÁI QUÁT CHUNG 276

9.2 QUẢN LÝ ĐỒNG BẰNG VÙNG LŨ 280

9.2.1 Khái niệm về đồng bằng vùng lũ 280

9.2.2 Phân tích về thủy văn và thủy lực đối với lũ 281

9.2.3 Quản lý đồng bằng vùng lũ và các quy định 283

9.2.4 Quản lý nước mưa và quản lý đồng bằng vùng lũ 284

9.3 CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ TÁC ĐỘNG CỦA LŨ 285

9.3.1 Nguyên nhân lũ lụt 285

9.3.2 Tác động của lũ 286

9.3.3 Những thiệt hại do lũ gây ra 286

9.4 CÁC BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT LŨ 288

9.4.1 Các biện pháp công trình 289

9.4.2 Biện pháp phi công trình 298

9.5 THIỆT HẠI VÀ ƯỚC TÍNH LỢI ÍCH THỰC CỦA LŨ 301

9.5.1 Các mối quan hệ của thiệt hại 301

9.5.2 Các thiệt hại dự kiến 302

9.5.3 Phân tích dựa trên rủi ro 305

9.6 ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH 314

CHƯƠNG 10 bTÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 316

10.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 317

10.1.1 Tài nguyên và môi trường 317

10.1.2 Phát triển kinh tế - xã hội 319

10.1.3 Quan hệ giữa phát triển và môi trường 320

10.2 NỘI DUNG VÀ NHỮNG KIẾN THỨC CẦN THIẾT 321

10.2.1 Nội dung 321

10.2.2 Những kiến thức cần thiết 321

10.2.3 Nhiệm vụ của đánh giá tác động môi trường 321

10.2.4 Những yêu cầu cần đạt được của đánh giá tác động môi trường 322

10.2.5 Phương châm đánh giá tác động môi trường 322

10.3 TRÌNH TỰ THỰC HIỆN ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 323

10.3.1 Lược duyệt các tác động môi trường 323

10.3.2 Đánh giá sơ bộ tác động môi trường 323

10.3.3 Đánh giá tác động môi trường đầy đủ 323

10.3.4 Tác động môi trường của các dự án tưới, tiêu nước 325

10.4 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 326

10.4.1 Phương pháp liệt kê số liệu về thông số môi trường 327

10.4.2 Phương pháp danh mục các điều kiện môi trường 327

10.4.3 Phương pháp ma trận môi trường 328

10.4.4 Phương pháp chập bản đồ môi trường 328

10.4.5 Phương pháp mô hình 328

10.4.6 Phương pháp phân tích lợi ích - chi phí mở rộng 329

10.5 ĐÁNH GIÁ NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

ĐẾN MÔI TRƯỜNG 332

10.5.1 Trừ hại, tăng lợi - lợi nhiều hơn hại 332

10.5.2 Công trình thủy lợi đã trực tiếp làm thay đổi các yếu tố môi trường 332

10.5.3 Sự cố công trình thủy lợi gây tác hại lớn 333

10.6 ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CÁC DỰ ÁN PHÁT TRIỂN TÀI NGUYÊN NƯỚC 334

10.6.1 Nội dung và phương pháp đánh giá sơ bộ cho dự án thủy lợi 334

10.6.2 Những tài liệu cần thiết 335

10.6.3 Một số dự án phát triển tài nguyên nước điển hình 335

10.7 QUẢN LÝ VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI 344

10.7.1 Yêu cầu chất lượng nước dùng cho sản xuất nông nghiệp 344

10.7.2 Hệ chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước tưới 344

TÀI LIỆU THAM KHẢO 350

CÁC TỪ VIẾT TẮT

ANN Mạng thần kinh nhân tạo

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

FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp quốc

GDP Tổng thu nhập quốc dân

HTTL Hệ thống thủy lợi

IWRA Hiệp hội nước Quốc tế

LVS Lưu vực sông

MNDBT Mực nước dâng bình thường

Hạn hán PDSI Chỉ số khắc nghiệt hạn Palmer

SMI Chỉ số độ ẩm cây trồng

RSMI Chỉ số độ ẩm tương đối của đất

SSI Chỉ số chuẩn hóa độ ẩm đất

SPI Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa

SPEI Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa và bốc hơi

SMAPI Chỉ số độ ẩm đất bất thường

SWSI Chỉ số cung cấp nước mặt

TTĐ Trạm thủy điện

TGLX Tứ giác Long Xuyên

UNDP Tổ chức Liên Hợp quốc

WEAP Chương trình tính toán lượng nước và quy hoạch hệ thống WMO Tổ chức Khí tượng Thế giới

LỜI NÓI ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá và cần thiết cho mọi sự sống và phát triển Tài nguyên nước bao gồm các nguồn chính như nước mặt, nước ngầm và nước mưa Hiện nay nguồn nước ngọt trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang đứng trước khủng hoảng về sự thiếu hụt nước cung cấp cho nhu cầu thiết yếu cho tất

cả các ngành kinh tế như: Nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, thương mại, dịch vụ… Hậu quả của việc khan hiếm và thiếu nước là một thách thức rất lớn đối với sự phát triển kinh tế xã hội trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Việc đảm bảo tính bền vững trong khai thác và sử dụng tài nguyên nước hiệu quả hiện tại và trong tương lai là vấn đề hết sức quan trọng và cấp thiết đối với cán bộ kỹ thuật nói chung và cán bộ ngành nước nói riêng Chính vì những lý do trên, chúng tôi biên

soạn Giáo trình Kỹ thuật Tài nguyên nước để dùng làm tài liệu giảng dạy chính

thức cho môn học Kỹ thuật Tài nguyên nước, nhằm trang bị một cách có hệ thống những kiến thức cần thiết để cung cấp và tạo điều kiện cho sinh viên trong quá trình học tập cũng như sau khi tốt nghiệp ra trường sẽ đảm nhiệm tốt chức năng được giao trong lĩnh vực Kỹ thuật Tài nguyên nước Đồng thời, giáo trình cũng là tài liệu tham khảo cho các cán bộ, kỹ sư thủy lợi đang công tác tại các Công ty khai thác hệ thống thủy lợi, các Vụ, Viện, Cục thuộc Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn và những cơ quan có liên quan khác

Đề cương Giáo trình Kỹ thuật Tài nguyên nước được xây dựng với sự phối hợp

của các cán bộ giảng dạy thuộc Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước và được biên soạn bởi một nhóm các cán bộ giảng dạy thuộc Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước

do PGS.TS Ngô Văn Quận làm chủ biên

Chương 1 Giới thiệu chung - Do PGS.TS Phạm Việt Hòa biên soạn

Chương 2 Dòng chảy mặt - Do TS Nguyễn Quang Phi biên soạn

Chương 3 Dòng chảy ngầm - Do PGS.TS Phạm Việt Hòa biên soạn

Chương 4 Nhu cầu sử dụng nước - Do TS Trần Quốc Lập biên soạn

Chương 5 Hệ thống phân phối nước - Do ThS Nguyễn Văn Tính biên soạn Chương 6 Thủy năng và trạm thủy điện - Do PGS.TS Ngô Văn Quận biên soạn Chương 7 Kiểm soát hạn - Do TS Nguyễn Lương Bằng biên soạn

Chương 8 Kiểm soát tiêu thoát nước - Do PGS.TS Lê Quang Vinh biên soạn Chương 9 Kiểm soát lũ - Do TS Ngô Đăng Hải, PGS.TS Ngô Văn Quận biên soạn Chương 10 Tác động môi trường và chất lượng nước trong các hệ thống thủy lợi

- Do PGS.TS Ngô Văn Quận, PGS.TS Phạm Việt Hòa biên soạn

Các tác giả muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới Trường Đại học Thủy lợi, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước và tập thể Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước - những người

đã góp công rất lớn trong việc đề xuất, xây dựng đề cương môn học và đề cương giáo trình này

Hà Nội, tháng 8 năm 2019

Các tác giả

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG

Quản lý nguồn nước bao gồm kỹ thuật quản lý cung cấp nước, quản lý sự quá dư thừa nước và hồi phục môi trường (xem hình 1.1) Quản lý cung cấp nước và quản

lý sự quá dư thừa nước là quá trình phân tích thủy văn và quá trình phân tích thủy lực Cốt lõi chung có liên quan đến việc giải thích các quá trình thủy văn, thủy lực là trên cơ sở của cơ học chất lỏng Quá trình thủy lực bao gồm 3 dạng của dòng chảy: dòng chảy trong ống, dòng chảy trong kênh hở và dòng chảy nước ngầm

Hình 1.1 Các yếu tố của quản lý nguồn nước

Kỹ thuật nguồn nước theo nghĩa rộng bao gồm các mặt nghiên cứu về khoa học sinh học, kỹ thuật, khoa học tự nhiên, khoa học xã hội, được minh họa trong hình 1.1 Các lĩnh vực trong khoa học sinh vật học được liệt kê từ sinh thái đến động vật học Khoa học tự nhiên được liệt kê từ hoá học, khí tượng học và vật lý học Khoa

học xã hội là kinh tế học và xã hội học Thuật ngữ kỹ thuật nguồn nước được sử

dụng tập trung vào các lĩnh vực kỹ thuật của thủy văn và thủy lực trong việc quản lý

cung cấp nước và quản lý sự quá dư thừa nước (Mays, 1996[1])

Kỹ thật tài nguyên nước không chỉ bao gồm phân tích và tổng hợp những vấn đề

về nước khác nhau thông qua các công cụ phân tích trong kỹ thuật thủy văn, thủy

lực mà còn vươn tới lĩnh vực thiết kế Lĩnh vực kỹ thuật tài nguyên nước đã phát

triển qua 9000 - 10000 năm, khi loài người phát triển kiến thức và kỹ thuật trong

việc xây dựng các công trình thủy lợi để dẫn nước và trữ nước Ví dụ: Từ lâu các hệ

thống tưới đã được xây dựng bởi người Ai Cập và người Hôhcam ở Bắc Mỹ Đập

lớn và lâu đời nhất là đập Sadd-el-Kafara được xây dựng ở Ai Cập khoảng năm

2950 đến năm 2690 - trước Công nguyên Hệ thống phân phối nước áp lực lâu đời

nhất được biết đến (vào khoảng 2000 năm trước Công nguyên) tại thành phố cổ đại

của Knossos ở Krete Trên thế giới có rất nhiều các hệ thống thủy lợi đã được xây

dựng từ rất lâu

1.2 CÁC NGUỒN NƯỚC NGỌT TRÊN THẾ GIỚI

Một trong những vấn đề nhạy cảm và phức tạp nhất hiện nay là vấn đề liên quan tới

sử dụng hợp lý và bảo vệ nguồn nước (Gleick, 1993[2]) Gắn liền vấn đề nước là việc

cung cấp cho con người đầy đủ lượng nước ngọt Tài liệu thu thập được về nguồn

nước trên toàn cầu bởi các nhà khoa học Xô Viết được thống kê trong bảng 1.1

Những tài liệu này rõ ràng là chỉ đưa ra các số liệu thống kê một cách tương đối chứ

không chú ý nhiều đến độ chính xác Bảng 1.2 trình bày sự vận động của lượng nước

sẵn có trên thực tế ở các vùng khác nhau trong toàn thế giới Bảng 1.3 trình bày sự vận

động của nước được sử dụng trên thế giới bởi những hoạt động của con người Bảng

1.4 trình bày dòng chảy hàng năm và lượng nước tiêu hao do sử dụng bởi các lục địa,

các vùng địa lý, các vùng kinh tế trên thế giới (Shiklomanov, 1993[9])

Bảng 1.1 Trữ lượng nước trên Trái đất

Số % trữ lượng nước toàn cầu Địa danh vùng, miền

và nguồn nước ngọt

Diện tích phân bố (10 3 km 2 )

Thể tích (10 3 km 3 )

Chiều dày (m) Toàn

bộ nước

Nước ngọt

Số % trữ lượng nước toàn cầu Địa danh vùng, miền

và nguồn nước ngọt

Diện tích phân bố (10 3 km 2 )

Thể tích (10 3 km 3 )

Chiều dày (m) Toàn

bộ nước

Nước ngọt

176,40 91,00 85,40

85,7 73,6 103,8

0,013 0,007 0,006

- 0,26

Bảng 1.2 Lượng nước thực tế của nguồn nước sẵn có

tại các vùng trên thế giới

Lượng nước thực tế sẵn có (10 3 m 3 trên năm trên đầu người)

Vùng

và lục địa

Diện tích (10 6 km 2 )

Lượng nước thực tế sẵn có (10 3 m 3 trên năm trên đầu người)

Vùng

và lục địa

Diện tích (10 6 km 2 )

Bảng 1.3 Động thái của việc sử dụng nước do hoạt động của con người

1980 1990 2000 Nước sử dụng

km 3 /năm % km 3 /năm % km 3 /năm %

Bảng 1.4 Lượng dòng chảy năm và lượng nước tiêu thụ

ở các lục địa và các vùng địa lý, kinh tế trên thế giới

Dòng chảy bình quân năm Lượng nước tiêu thụ (km

Chỉ

số khô hạn R/LP

Tổng

Tất yếu Tổng

Tất yếu Tổng Tất yếu

Dòng chảy bình quân năm Lượng nước tiêu thụ (km

Chỉ

số khô hạn R/LP

Tổng

Tất yếu Tổng

Tất yếu Tổng Tất yếu

Liên Xô (châu Âu)

Dòng chảy bình quân năm Lượng nước tiêu thụ (km

Chỉ

số khô hạn R/LP

Tổng

Tất yếu Tổng

Tất yếu Tổng Tất yếu

1.3 TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM

1.3.1 Tài nguyên nước mặt Việt Nam

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

biển Nguồn nước mặt, thường được gọi là tài nguyên nước mặt, tồn tại thường

xuyên hay không thường xuyên trong các thủy vực ở trên mặt đất như: sông ngòi, hồ

tự nhiên, hồ chứa (hồ nhân tạo), đầm lầy, đồng ruộng và băng tuyết Tài nguyên nước sông là thành phần chủ yếu và quan trọng nhất, được sử dụng rộng rãi trong

đời sống và sản xuất Do đó, tài nguyên nước nói chung và tài nguyên nước mặt nói riêng là một trong những yếu tố quyết định sự phát triển kinh tế xã hội của một vùng lãnh thổ hay một quốc gia

 Tài nguyên nước mặt

Tài nguyên nước mặt (dòng chảy sông ngòi) của một vùng lãnh thổ hay một quốc gia là tổng của lượng dòng chảy sông ngòi từ ngoài vùng chảy vào và lượng dòng chảy được sinh ra trong vùng (dòng chảy nội địa)[77]

Tổng lượng dòng chảy sông ngòi trung bình hàng năm của nước ta bằng khoảng 847km3, trong đó tổng lượng ngoài vùng chảy vào là 507km3 chiếm 60% và dòng chảy nội địa là 340km3, chiếm 40%

Nếu xét chung cho cả nước, thì tài nguyên nước mặt của nước ta tương đối phong phú, chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của các sông trên thế giới, trong khi

đó diện tích đất liền nước ta chỉ chiếm khoảng 1,35% của thế giới Tuy nhiên, một đặc điểm quan trọng của tài nguyên nước mặt là những biến đổi mạnh mẽ theo thời

gian (dao động giữa các năm và phân phối không đều trong năm) và còn phân bố rất không đều giữa các hệ thống sông và các vùng

Tổng lượng dòng chảy năm của sông Mêkông bằng khoảng 500km3, chiếm tới 59% tổng lượng dòng chảy năm của các sông trong cả nước, sau đó đến hệ thống sông Hồng 126,5km3 (14,9%), hệ thống sông Đồng Nai 36,3km3 (4,3%), sông Mã, sông

Cả, sông Thu Bồn có tổng lượng dòng chảy xấp xỉ nhau, khoảng trên dưới 20km3 (2,3

- 2,6%), các hệ thống sông Kỳ Cùng, Thái Bình và sông Ba cũng xấp xỉ nhau, khoảng 9km3 (1%), các sông còn lại là 94,5km3 (11,1%)

Một đặc điểm quan trọng nữa của tài nguyên nước sông của nước ta là phần lớn nước sông (khoảng 60%) lại được hình thành trên phần lưu vực nằm ở nước ngoài, trong đó hệ thống sông Mêkông chiếm nhiều nhất (447km3, chiếm 88%) Nếu chỉ xét thành phần lượng nước sông được hình thành trong lãnh thổ nước ta, thì hệ thống sông Hồng có tổng lượng dòng chảy lớn nhất (81,3km3, chiếm 23,9%), sau

đó đến hệ thống sông Mêkông (53km3, chiếm 15,6%), hệ thống sông Đồng Nai (32,8km3, chiếm 9,6%) [10].

1.3.2 Tài nguyên nước ngầm ở Việt Nam

Nước ta có nguồn tài nguyên nước ngầm khá phong phú Dòng chảy ngầm trên toàn lãnh thổ (chưa kể phần hải đảo) khoảng 2.000m3/s Lưu lượng các sông trong mùa khô phần lớn là nước ngầm

Các thành hệ chứa nước lớn, có vai trò quan trọng bao gồm:

a) Thành hệ chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ tứ và Neogen

- Phân bố rộng ở đồng bằng Bắc Bộ, ven biển miền Trung và đồng bằng Nam Bộ

- Chiều dày của tầng nước ngầm từ vài chục mét đến 500m

- Nước ngầm tồn tại trong 2 đến 3 tầng chứa nước như ở đồng bằng Bắc Bộ, ven biển miền Trung Đồng bằng Nam Bộ có đến 6-7 tầng chứa nước

- Mức độ chứa nước của các tầng chứa nước lớn (Khả năng dẫn nước của tầng chứa nước từ vài trăm đến 2000 m2/ngày; các giếng khoan có lưu lượng khai thác từ vài chục đến vài trăm m3/h)

- Thành hệ chứa nước này là nguồn cấp nước quan trọng cho ăn uống, sinh hoạt

và công nghiệp ở đồng bằng Bắc Bộ, ven biển miền Trung và đồng bằng Nam Bộ của nước ta

b) Thành hệ chứa nước Karst:

- Phân bố chủ yếu ở khu vực miền Bắc: chiếm 1/3 diện tích của miền Bắc

- Môđun dòng ngầm trung bình khoảng 10 - 12 l/s.km2

- Trong vùng Karst, nước mặt hiếm, vì vậy, nước ngầm có vai trò rất quan trọng cho cấp nước (như ở Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Sơn La, Thái Nguyên…)

c) Thành hệ chứa nước khe nứt-lỗ hổng trong bazan

- Phân bố ở Tây Nguyên, chiều sâu từ 10m đến hơn 100m

- Môđun dòng ngầm trung bình trong bazan từ 8 đến hơn 10l/s.km2

- Lưu lượng khai thác của các giếng khoan có thể đạt tới 100m3/h

- Ở khu vực Tây Nguyên nước chứa trong khe nứt-lỗ hổng bazan là nguồn cung cấp chủ yếu cho ăn uống, sinh hoạt của nhân dân vùng Tây Nguyên, ngoài ra còn là nguồn cấp nước quan trọng cho tưới cà phê, hồ tiêu, cao su và các loại cây trồng cạn khác

d) Ngoài các thành hệ chứa nước chủ yếu trên, còn có các thành hệ chứa nước khác (trầm tích, biến chất, macma) tuy có mức độ chứa nước, dẫn nước hạn chế

nhưng cũng có giá trị đối với việc cấp nước ăn uống, sinh hoạt quy mô nhỏ và cho tưới vườn, chăn nuôi… ở nhiều vùng, nhất là các khu vực thường xuyên bị hạn hán, thiếu nước như các tỉnh ở miền Trung, Tây Nguyên và trung du miền núi Bắc Bộ

1.3.3 Thực trạng tài nguyên nước Việt Nam hiện nay

Do vị trí địa lý, đặc điểm điều kiện tự nhiên đặc thù của nước ta, nên khoảng 60% lượng nước của cả nước tập trung ở lưu vực sông Mêkông, 16% tập trung ở lưu vực sông Hồng - Thái Bình, khoảng 4% ở lưu vực sông Đồng Nai, các lưu vực sông lớn khác, tổng lượng nước chỉ chiếm phần nhỏ còn lại

Tổng lượng nước mặt của nước ta phân bố không đều giữa các mùa, một phần là

do lượng mưa phân bố không đồng đều cả về thời gian và không gian, gây nên lũ lụt thường xuyên và khô hạn trong thời gian dài Lượng mưa thay đổi theo mùa và thời điểm mùa mưa, mùa khô ở các vùng là khác nhau Ở miền Bắc, mùa khô bắt đầu vào tháng XI và tháng XII, ở miền Trung và miền Nam mùa khô bắt đầu muộn hơn, vào tháng I Mùa khô ở nước ta kéo dài từ 6 đến 9 tháng và khắc nghiệt, lượng nước trong thời gian này chỉ bằng khoảng 20 - 30% lượng nước của cả năm Vào thời điểm này, khoảng một nửa trong số 15 lưu vực sông chính bị thiếu nước bất thường hoặc cục bộ

Tổng lượng nước mặt của các lưu vực sông trên lãnh thổ Việt Nam khoảng 830 - 840

tỷ m3/năm, nhưng chỉ có khoảng 310 - 315 tỷ m3 (37%) là nước nội sinh, còn 520 - 525

tỷ m3 (63%) là nước chảy từ các nước láng giềng vào lãnh thổ Việt Nam Chẳng hạn, ở lưu vực sông Hồng nguồn nước ngoại lai chiếm 50% tổng khối lượng nước bề mặt Còn

ở lưu vực sông Mêkông có đến 90% tổng khối lượng nước bề mặt có nguồn gốc ngoại lai Nếu chỉ xem xét tổng lượng nước cả năm sẽ thấy tài nguyên nước của Việt Nam rất

dồi dào Xét trên từng lưu vực, theo tiêu chuẩn quốc tế (theo Chỉ số về mức căng thẳng nước của Falkenmark), thì nguồn cung cấp nước: Mức trên 1.700m3/người/năm được xem là đủ nước; Trong khoảng 1.700 - 1.000m3/người/năm thì có khả năng xảy ra thiếu nước bất thường hoặc cục bộ; Dưới 1.000m3/năm thì xảy ra hiện tượng khan hiếm nước) trong mùa khô, chỉ có 4 lưu vực sông có đủ nước đó là: Mêkông, Sê San, Vu Gia

- Thu Bồn và sông Gianh; 2 lưu vực khác là lưu vực sông Hương và lưu vực sông Ba ở ngưỡng xấp xỉ mức đủ nước; lưu vực sông Đông Nam Bộ và Đồng Nai thì việc thiếu nước có thể thường xuyên hơn; lưu vực sông Ba gần tiến đến mức này; các lưu vực sông còn lại có khả năng thiếu nước không thường xuyên hoặc cục bộ Nếu xét trên cơ

sở tổng lượng nước trung bình năm, 2 lưu vực sông Đồng Nai và Đông Nam Bộ với số dân hiện tại đều có nguy cơ thiếu nước không thường xuyên hoặc thiếu nước cục bộ, lưu vực sông Mã và lưu vực sông Kôn đang gần với mức này Với dân số gần 88 triệu người, Việt Nam có tổng lượng nước bình quân đầu người theo năm đạt khoảng 9.560m3/người, thấp hơn chuẩn 10.000m3/người/năm của quốc gia có tài nguyên nước ở mức trung bình theo quan điểm của Hiệp hội Nước quốc tế (IWRA)

Tính theo lượng nước nội sinh thì Việt Nam hiện mới đạt khoảng 4.000m3/người/năm, và đến năm 2025 có thể bị giảm xuống còn 3.100 m3 Đặc biệt, trong trường hợp các quốc gia thượng nguồn không có sự chia sẻ công bằng

và sử dụng hợp lý nguồn nước trên các dòng sông liên quốc gia, thì Việt Nam chắc chắn sẽ phải đối mặt với nguy cơ khan hiếm nước, có khả năng sẽ xảy ra khủng hoảng nước, đe dọa đến sự phát triển ổn định về kinh tế, xã hội và an ninh lương thực Mực nước và lưu lượng trung bình cao nhất và thấp nhất trên các con sông trong giai đoạn từ năm 2006 đến nay có xu hướng giảm, điều này càng minh chứng rõ hơn cho các nhận định trên Các hồ chứa (tự nhiên và nhân tạo), đập dâng

và các công trình thủy lợi là một phần không thể thiếu của các lưu vực sông và thực

tế cho thấy, dòng chảy của các con sông trong lưu vực đang được kiểm soát bởi các

hồ chứa và đập nước Theo con số tính toán, tổng dung tích hữu ích của các hồ chứa của nước ta vào khoảng 37 tỷ m3 (chiếm khoảng 4,5% của tổng lượng nước mặt trung bình năm) Trong đó, trên 45% nằm trong lưu vực sông Hồng - Thái Bình, 22% ở lưu vực sông Đồng Nai và 5 - 7% nằm ở lưu vực sông Cả, lưu vực sông Ba

và Sê San Tính riêng cho lưu vực sông Đồng Nai thì dung tích hữu ích của các hồ chứa chiếm 23% tổng lượng nước trung bình năm của cả lưu vực Trên các lưu vực sông khác lượng nước trữ bằng 20% tổng lượng nước mặt hàng năm, trong đó có 12 lưu vực sông ở mức dưới 10%

Những năm gần đây, do nhiều nguyên nhân, ở hạ lưu hầu hết các lưu vực sông, tình trạng suy giảm nguồn nước dẫn tới thiếu nước, khan hiếm nước không đủ cung cấp cho sinh hoạt, sản xuất đang diễn ra ngày một thường xuyên hơn, trên phạm vi

rộng lớn hơn và ngày càng nghiêm trọng, gây tác động lớn đến môi trường sinh thái các dòng sông, gia tăng nguy cơ kém bền vững của tăng trưởng kinh tế, xóa đói giảm nghèo và phát triển xã hội Thêm vào đó, tài nguyên nước trên các lưu vực sông ở Việt Nam đang bị suy giảm và suy thoái nghiêm trọng do nhu cầu dùng nước tăng cao trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản, thủy điện, làng nghề và do khả năng quản lý yếu kém Các hệ sinh thái rừng tự nhiên duy trì nguồn sinh thủy từ thượng nguồn các lưu vực cũng bị suy giảm trên diện rộng do nạn phá rừng, do canh tác nông, lâm nghiệp, khai khoáng và xây dựng cơ sở hạ tầng Xét lượng nước vào mùa khô thì nước ta thuộc vào vùng phải đối mặt với thiếu nước, một số khu vực thuộc loại khan hiếm nước Chưa bao giờ tài nguyên nước lại trở nên quý hiếm như những năm gần đây, khi nhu cầu nước không ngừng tăng lên

mà nhiều dòng sông lại bị suy thoái, ô nhiễm, nước sạch ngày một khan hiếm Hạn hán, thiếu nước diễn ra thường xuyên, nghiêm trọng An ninh về nguồn nước cho thấy sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường đang không được bảo đảm ở nhiều nơi, nhiều vùng ở nước ta

1.3.4 Nguồn nước trong tương lai

Quản lý tài nguyên nước có thể được chia nhỏ thành 3 cách phân loại rộng rãi: (1) quản lý cấp nước; (2) quản lý nước thừa; (3) phục hồi môi trường Tất cả các dự án nguồn nước phục vụ đa mục tiêu hiện đại được thiết kế và xây dựng để quản lý cấp nước hoặc quản lý nước thừa Thực tế trong lịch sử của nhân loại, tất cả các dự án về nguồn nước đã được thiết kế và xây dựng cho một hoặc cả hai loại này Một hệ thống nguồn nước là một hệ thống phân phối lại theo không gian và thời gian của nguồn nước sẵn có từ một vùng để đáp ứng yêu cầu xã hội (theo Plate, 1993[11]) Nước có thể được sử dụng từ hệ thống nước mặt, hệ thống nước ngầm hoặc từ hệ thống liên kết giữa nước mặt và nước ngầm

Khi thảo luận về các nguồn nước, chúng ta phải quan tâm đến cả hai lĩnh vực khối lượng và chất lượng Chu trình thủy văn phải xác định rõ vấn đề khối lượng và chất lượng nước Bởi vì có nhiều vấn đề rất phức tạp về nước, trong đó nhiều vấn đề hiện nay chúng ta phải đối mặt, nhiều lĩnh vực nghiên cứu có liên quan đến lời giải của chúng Những vấn đề này bao gồm khoa học sinh học, kỹ thuật, khoa học vật lý

và khoa học xã hội Hình 1.1 minh họa tính đa dạng rộng rãi của các ngành kiến thức liên quan tới tài nguyên nước

Trong thế kỷ XXI này, chúng ta đang đặt ra câu hỏi: hình mẫu phát triển của công nghiệp hoá, hiện đại hóa và sử dụng nguồn nước như thế nào? Chúng ta đang thảo luận về các mục tiêu hướng tới một thế giới công bằng và bền vững trong cộng đồng quốc tế Nhìn về tương lai, những vấn đề mới mà cả thế giới đang phải đối mặt bao

gồm: việc dân số tăng nhanh ở các nước đang phát triển, những tác động ngẫu nhiên của sự thay đổi khí hậu toàn cầu, những xung đột có thể xẩy ra về chia sẻ nguồn nước sạch, làm mỏng tầng ôzôn, những phá hoại của mưa rừng, mối đe dọa tới vùng đất ẩm ướt, vùng đất trồng trọt, khả năng phục hồi các nguồn tài nguyên và rất nhiều các vấn đề khác

1.4 VẤN ĐỀ SỬ DỤNG NƯỚC Ở VIỆT NAM VÀ NHỮNG THÁCH THỨC TRONG TƯƠNG LAI

1.4.1 Vấn đề sử dụng nước ở Việt Nam

a) Vai trò của nước đối với con người và sinh vật

Nước là một yếu tố sinh thái không thể thiếu đối với sự sống và là nguồn tài nguyên

có thể tái tạo vô cùng quý giá đối với con người Trong lịch sử phát triển xã hội loài người, các cuộc xung đột sắc tộc, chiến tranh giữa các dân tộc, các quốc gia với nhau trên thế giới nhiều khi gắn liền với việc tranh giành nguồn nước Vì nguồn nước nhiều hay ít sẽ quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia, mỗi dân tộc

Trong phát triển nông nghiệp, nước trong vai trò quan trọng nhất, nó quyết định đến năng suất cây trồng và vật nuôi Đặc biệt đối với các quốc gia nghèo nằm trong khu vực nhiệt đới của châu Á, châu Phi, Nam Mỹ - nơi sản xuất nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo trong nền kinh tế quốc dân - thì nước lại càng có ý nghĩa sống còn đối với các quốc gia này

Trong phát triển công nghiệp và đô thị, nước có vai trò to lớn Công nghiệp hóa

và đô thị hóa có thể được coi là một xu hướng tất yếu trong quá trình phát triển kinh

tế, xã hội của mỗi quốc gia Nước còn là môi trường sống của nhiều loài sinh vật, từ thực vật đến động vật đến các vi sinh vật Nước còn được coi là nguồn khoáng sản

và năng lượng to lớn của nhân loại Trong nước chứa nhiều chất khoáng quan trọng

mà con người có thể khai thác được

b) Tình hình khai thác và sử dụng nước trong các hoạt động kinh tế

Theo số liệu thống kê đánh giá chưa đầy đủ, các công trình thủy lợi đang được khai thác gồm: 5.656 hồ chứa; 8.512 đập dâng; 5.194 trạm bơm điện, cống tưới tiêu các loại; 10.698 các công trình khác và trên 23.000 bờ bao ngăn lũ đầu vụ hè thu ở đồng bằng sông Cửu Long, cùng với hàng vạnkm kênh mương và công trình trên kênh Tuy nhiên, hệ thống thủy nông đã xuống cấp nghiêm trọng, chỉ đáp ứng 50 - 60% công suất thiết kế Lượng nước sử dụng hằng năm cho nông nghiệp khoảng 93 tỷ m3, cho công nghiệp khoảng 17,3 tỷ m3, cho dịch vụ là 2 tỷ m3, cho sinh hoạt là 3,09 tỷ m3 Tính đến năm 2030, cơ cấu dùng nước sẽ thay đổi theo xu hướng nông nghiệp 75%,

công nghiệp 16%, tiêu dùng 9% Nhu cầu dùng nước sẽ tăng gấp đôi, chiếm khoảng 1/10 tổng lượng nước sông ngòi, 1/3 lượng nước nội địa, 1/3 lượng nước chảy ổn định Do lượng mưa lớn, địa hình dốc, nước ta là một trong 14 nước có tiềm năng thủy điện lớn Các nhà máy thủy điện hiện nay sản xuất khoảng 11 tỷ kWh, chiếm 72

- 75% sản lượng điện cả nước Với tổng chiều dài các sông và kênh khoảng 40.000km, đã đưa vào khai thác vận tải 15.000km, trong đó quản lý trên 8.000km Có những sông suối tự nhiên, thác nước,… được sử dụng làm các điểm tham quan du lịch Về nuôi trồng thủy hải sản, nước ta có 1 triệu ha mặt nước ngọt, 400.000ha mặt nước lợ và 1.470.000ha mặt nước sông ngòi, có hơn 14 triệu ha mặt nước nội thủy và lãnh hải Tuy nhiên cho đến nay mới sử dụng 12,5% diện tích mặt nước lợ, nước mặn

và 31% diện tích mặt nước ngọt Nhiều hồ và đập nhỏ hơn trên khắp toàn quốc phục

vụ tưới tiêu như Cấm Sơn (Bắc Giang), Bến En và Cửa Đạt (Thanh Hóa), Đô Lương (Nghệ An), Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh) và Phú Ninh (Quảng Nam) Theo số liệu thống kê, Việt Nam hiện có hơn 3.500 hồ chứa nhỏ và khoảng 650 hồ chứa cỡ lớn và trung bình dùng để sản xuất thủy điện, kiểm soát lũ lụt, giao thông đường thủy, thủy lợi và nuôi trồng thủy sản (theo FAO, 1999 [12])

d) Tình hình khai thác và sử dụng nước trong đời sống sinh hoạt

Đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người sử dụng rất nhiều nước sinh hoạt

Về mặt sinh học mỗi người cần 1 - 2 lít nước/ngày Trung bình nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của một người trong một ngày 10 - 15 lít cho vệ sinh cá nhân, 2

0 - 200 lít cho tắm, 20 - 50 lít cho chế biến thức ăn, 40 - 80 lít cho giặt bằng máy…

 Tình hình khai thác và sử dụng ở khu vực thành thị:

Việt Nam có 708 đô thị bao gồm 5 thành phố trực thuộc Trung ương, 86 thành phố và thị xã thuộc tỉnh, 617 thị trấn với 21,59 triệu người (chiếm 26,3% dân số toàn quốc) Có trên 240 nhà máy cấp nước đô thị với tổng công suất thiết kế là 3,42 triệu

m3/ngày Trong đó 92 nhà máy sử dụng nguồn nước mặt với tổng công suất khoảng 1,95 triệu m3/ngày và 148 nhà máy sử dụng nguồn nước dưới đất với tổng công suất khoảng 1,47 triệu m3/ngày Một số địa phương khai thác 100% nước dưới đất để cung cấp cho sinh hoạt sản xuất như: Hà Nội, Hà Tây, Hưng Yên, Vĩnh Phúc, Quảng Ngãi, Bình Định, Sóc Trăng, Phú Yên, Bạch Liêu Các tỉnh thành như Hải Phòng, Hà Nam, Nam Định, Thái Bình, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Kon Tum, Gia Lai khai thác 100% từ nguồn nước mặt Nhiều địa phương sử dụng cả 2 nguồn nước Tổng công suất hiện có của các nhà máy cấp nước đảm bảo cho mỗi người dân đô thị khoảng 150 lít nước sạch mỗi ngày Tuy nhiên, do cơ sở hạ tầng hệ thống cấp nước tại nhiều khu đô thị lạc hậu, thiếu đồng bộ nên hệ thống cấp nước khu đô thị

chưa phát huy hết công suất, tỉ lệ thất thoát nước sạch khá cao (có nơi tỉ lệ thất thoát tới 40%) Chính vì vậy trên thực tế nhiều đô thị cung cấp nước chỉ đạt khoảng 40 -

50 lít/người/ngày

 Tình hình khai thác và sử dụng ở khu vực nông thôn:

Đối với khu vực nông thôn, Việt Nam có khoảng 36,7 triệu người dân được cấp nước sạch (trên tổng số người dân 60,44 triệu) Có 7.257 công trình tập trung cấp nước sinh hoạt cho 6,13 triệu người và trên 2,6 triệu công trình cấp nước nhỏ lẻ khác

Tỉ lệ dân số nông thôn được cấp nước sinh hoạt lớn nhất ở vùng Nam Bộ chiếm 66,7%; đồng bằng sông Hồng 65,1%; đồng bằng sông Cửu Long 62,1% Tại thành phố Hà Nội, tổng lượng nước dưới đất được khai thác là 1.100.000 m3/ngày đêm Trong đó, phía Nam sông Hồng khai thác với lưu lượng 700.000 m3/ngày đêm Trên địa bàn Hà Nội hiện nay khoảng trên 100.000 giếng khoan khai thác nước kiểu UNICEF của các hộ gia đình, hơn 200 giếng khoan của công ty nước sạch thành phố quản lý và 500 giếng khoan khai thác nước của các trạm cấp nước sạch nông thôn Các tỉnh ven biển miền Tây Nam Bộ như Kiên Giang, Trà Vinh, Bến Tre, Long An…

do nguồn nước ngọt trên các sông rạch, ao hồ không đủ phục vụ cho nhu cầu của đời sống và sản xuất, vì vậy nguồn nước cung cấp chủ yếu được khai thác từ nguồn nước dưới đất Khoảng 80% dân số ở 4 tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau đang

sử dụng nước ngầm mỗi ngày Tại tỉnh Trà Vinh hiện có khoảng 41.512 giếng khoan, thành phố Cà Mau hơn 90% người dân trong xã đã khoan và sử dụng nước ngầm Việc khai thác nước ngầm quá mức đã làm tầng nước ngầm sụt giảm từ 12 - 15m khu vực này; khiến cho tỉnh Trà Vinh gần hơn với mặt nước biển khoảng 2 - 2,5m

1.4.2 Những thách thức trong tương lai

a) Sự gia tăng dân số và sự phát triển kinh tế xã hội

Sự gia tăng dân số và sự phát triển kinh tế xã hội trong thế kỷ XXI sẽ làm gia tăng mạnh nhu cầu dùng nước và đồng thời tác động mạnh mẽ đến tài nguyên nước Tài nguyên nước (xét cả về lượng và chất) liệu có đảm bảo cho sự phát triển bền vững kinh tế xã hội trong hiện tại và tương lai của nước ta hay không? Đây là một vấn đề lớn cần được quan tâm Dưới đây xin nêu một số thách thức chủ yếu:

- Trước hết, sự gia tăng dân số sẽ kéo theo sự gia tăng về nhu cầu nước sạch phục

vụ ăn uống và lượng nước cần dùng cho sản xuất Đồng thời, tác động của con người lên môi trường tự nhiên nói chung và tài nguyên nước nói riêng sẽ ngày càng mạnh mẽ, có thể dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng

Ở nước ta, mức bảo đảm nước trung bình cho một người trong một năm từ 12.800m3/người vào năm 1990, giảm còn 10.900m3/người vào năm 2000 và có khả

năng chỉ còn khoảng 8500m3/người vào khoảng năm 2020 Tuy mức bảo đảm nước nói trên của nước ta hiện nay lớn hơn 2,7 lần so với châu Á (3970m3/người) và 1,4 lần

so với thế giới (7650m3/người), nhưng nguồn nước lại phân bố không đều giữa các vùng Do đó, mức bảo đảm nước hiện nay của một số hệ thống sông khá nhỏ: 5000m3/người đối với các hệ thống sông Hồng, Thái Bình, sông Mã và chỉ đạt 2980m3/người ở hệ thống sông Đồng Nai Theo Hiệp hội Nước Quốc tế (IWRA), quốc gia nào có mức bảo đảm nước cho một người trong một năm dưới 4000m3/người thì quốc gia đó thuộc loại thiếu nước và nếu nhỏ hơn 2000m3/người thì thuộc loại hiếm nước Theo tiêu chí này, nếu xét chung cho toàn quốc thì nước ta không thuộc loại thiếu nước, nhưng không ít vùng và lưu vực sông hiện nay đã thuộc loại thiếu nước và hiếm nước, như vùng ven biển Ninh Thuận - Bình Thuận, hạ lưu sông Đồng Nai Đó là chưa xét đến khả năng một phần đáng kể lượng nước được hình thành ở quốc gia lân cận sẽ bị sử dụng và tiêu hao đáng kể trong phần lãnh thổ đó

Hơn nữa, nguồn nước sông tự nhiên trong mùa cạn lại khá nhỏ, chỉ chiếm khoảng 10 - 40% tổng lượng nước toàn năm, thậm chí bị cạn kiệt và ô nhiễm, nên mức bảo đảm nước trong mùa cạn nhỏ hơn nhiều so với mức bảo đảm nước trung

bình toàn năm

b) Nguồn nước của Việt Nam chủ yếu phụ thuộc vào nước ngoài

Gần 2/3 lượng nước của nước ta là từ quốc gia láng giềng chảy vào Những năm qua các quốc gia ở thượng lưu đang tăng cường xây dựng các công trình thủy điện, chuyển nước và xây dựng nhiều công trình lấy nước, gây nguy cơ nguồn nước chảy

về nước ta sẽ ngày càng suy giảm và Việt Nam sẽ khó chủ động được về nguồn nước, phụ thuộc nhiều vào các quốc gia ở thượng lưu

Theo số liệu phân tích từ ảnh viễn thám thì thượng nguồn hệ thống sông Hồng trên lãnh thổ Trung Quốc có khoảng 52 công trình thủy điện đã hoàn thành hoặc đang xây dựng Riêng đối với thượng nguồn sông Đà, về cơ bản đến nay Trung Quốc đã khai thác hết các bậc thang thủy điện lớn, đã vận hành 8 nhà máy, với tổng dung tích hồ chứa trên 2 tỷ m3, công suất lắp máy gần 1,7 nghìn MW

Việc khai thác nước ở thượng nguồn của phía Trung Quốc đã gây ra các tác động đến việc khai thác nguồn nước của nước ta như: đã có hiện tượng suy giảm lượng nước từ Trung Quốc chảy vào nước ta, nhất là từ các năm từ 2007 - 2010; tạo ra lũ đột ngột, bất thường (biên độ dao động mực nước ngày từ 4m đến 10m), gây dao động mực nước giữa ban ngày và ban đêm rất lớn, có thời gian các hồ ngừng xả nước phát điện liên tục, kéo dài, làm suy kiệt dòng chảy các sông

Tương tự như vậy, trên thượng nguồn sông Mêkông, Trung Quốc đã có kế hoạch xây dựng 14 đập thủy điện với tổng công suất lắp đặt trên 22.000MW Trong đó, có

2 công trình có khả năng điều tiết rất lớn với tổng dung tích khoảng 38 tỷ m3 (thủy điện Tiểu Loan công suất 4.200MW, dung tích hồ chứa khoảng 15 tỷ m3; và thủy điện Nọa Chất Độ công suất rất lớn, 5.500MW, dung tích hồ chứa khoảng 23 tỷ m3) Phân tích sơ bộ ảnh viễn thám trên một phần lưu vực của sông Mêkông (thuộc Trung Quốc) cho thấy đã có 75 công trình thủy điện đã hoặc đang xây dựng, trong

đó có 6 đập trên dòng chính Trên phần lưu vực thuộc các nước Lào, Thái Lan và Campuchia hiện đã có quy hoạch 11 công trình thủy điện trên dòng chính, tổng công suất khoảng 10.000 - 19.000MW Lào đã chính thức khởi công thủy điện Xayabury

và đang chuẩn bị xây dựng thủy điện Donsahong

Việc xây dựng, vận hành các công trình thủy điện trên thượng nguồn sông Mêkông được cảnh báo sẽ là mối nguy cơ lớn làm đảo lộn các hoạt động phát triển kinh tế, bảo đảm an sinh xã hội và bảo vệ môi trường ở vùng hạ lưu, đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam do các vấn đề về biến đổi dòng chảy trong mùa

lũ, suy giảm dòng chảy mùa kiệt, gia tăng xâm nhập mặn, suy giảm hàm lượng phù

sa, suy giảm nguồn lợi thủy sản

c) Nguồn nước phân bố không cân đối giữa các vùng, các lưu vực sông

Toàn bộ phần lãnh thổ từ các tỉnh biên giới phía Bắc đến TP Hồ Chí Minh, nơi có 80% dân số và trên 90% hoạt động sản xuất, kinh doanh dịch vụ nhưng chỉ có gần 40% lượng nước của cả nước; 60% lượng nước còn lại là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long - nơi chỉ có 20% dân số và khoảng 10% hoạt động sản xuất, kinh doanh dịch vụ Lưu vực sông Đồng Nai, chỉ có 4,2% lượng nước, nhưng đang đóng góp khoảng 30% GDP của cả nước

d) Tài nguyên nước phân bố không đều theo thời gian trong năm và không đều giữa các năm

Lượng nước trong 3 - 5 tháng mùa lũ chiếm tới 70 - 80%, trong khi đó 7 - 9 tháng mùa kiệt chỉ có 20 - 30% lượng nước cả năm Phân bố lượng nước giữa các năm cũng biến đổi rất lớn, trung bình cứ 100 năm thì có 5 năm lượng nước chỉ bằng khoảng 70 -75% lượng nước trung bình nêu trên

e) Nhu cầu nước gia tăng trong khi nguồn nước đang tiếp tục bị suy giảm, đặc biệt là trong mùa khô

Hiện nay, một số lưu vực sông đã bị khai thác quá mức, nhất là trong mùa khô, cạnh tranh, mâu thuẫn trong sử dụng nước ngày càng tăng Theo tiêu chuẩn quốc

tế, đã có 4 lưu vực sông đang bị khai thác ở mức căng thẳng trung bình (sử dụng

20 - 40% lượng nước) gồm các sông Mã, Hương, các sông thuộc Ninh Thuận, Bình Thuận và Bà Rịa-Vũng Tàu Nếu tính riêng trong mùa khô, thì đã có 10 lưu

vực sông đang bị khai thác ở mức căng thẳng trung bình, 6 sông đã đến mức rất căng thẳng (sử dụng trên 40% lượng nước, gồm 4 sông: sông Mã, cụm sông Đông Nam Bộ, sông Hương và sông Đồng Nai) Trong đó, cụm sông Đông Nam Bộ và sông Mã đã khai thác khoảng 75% và 80% lượng nước mùa khô Dự kiến đến năm

2020 tình trạng khan hiếm nước, thiếu nước, nhất là trong mùa khô sẽ còn tăng mạnh so với hiện nay và hầu hết các lưu vực sông của Việt Nam đều ở trong trạng thái căng thẳng về sử dụng nước, đặc biệt là trong thời kỳ mùa cạn

f) Một số khu vực, nguồn nước dưới đất cũng bị khai thác quá mức

Mực nước dưới đất ở một số khu vực bị suy giảm liên tục và chưa có dấu hiệu hồi phục Tại vùng đồng bằng Bắc Bộ, đã hình thành 3 phễu hạ thấp mực nước lớn (tại

TP Hà Nội, Hải Phòng và Nam Định); năm 1995, diện tích hình phễu hạ thấp mực nước chỉ có 195km2, đến nay đã tăng lên đến 2900km2, có một số nơi tốc độ hạ thấp tới 0,8 m/năm Tại vùng đồng bằng sông Cửu Long, đã hình thành 2 phễu hạ thấp mực nước lớn (tại khu vực TP Hồ Chí Minh và bán đảo Cà Mau); diện tích phễu hạ thấp mực nước tăng từ 6900km2 (1995) lên gần 15000km2 (hiện nay), cá biệt có điểm tốc độ hạ thấp đến trên 1 m/năm Một số khu vực, nước dưới đất có nguy cơ ô nhiễm arsen cao, nhất là ở vùng đồng bằng sông Hồng (có 792 xã) và đồng bằng sông Cửu Long (229 xã), vùng Bắc Trung Bộ (155 xã)

g) Tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng tăng cả về mức độ, quy mô, nhiều nơi có nước nhưng không thể sử dụng do nguồn nước bị ô nhiễm

Nguồn nước mặt ở hầu hết các khu vực đô thị, khu công nghiệp, làng nghề đều đã

bị ô nhiễm, nhiều nơi ô nhiễm nghiêm trọng (như lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy, sông Cầu và sông Đồng Nai - Sài Gòn) Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải từ các

cơ sở sản xuất, khu công nghiệp, các đô thị không được xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn nhưng vẫn xả ra môi trường, vào nguồn nước

h) Rừng đầu nguồn bị suy giảm, diện tích rừng không được cải thiện, chất lượng rừng kém làm giảm nguồn sinh thủy

Rừng đầu nguồn bị suy giảm, diện tích rừng không được cải thiện, chất lượng rừng kém làm giảm nguồn sinh thủy là một trong những nguyên nhân chính góp phần làm cho nguồn nước cạn kiệt, thiếu nước trong mùa khô và gia tăng lũ ống, lũ quét, sạt lở đất về mùa mưa trong thời gian gần đây

i) Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, xâm nhập mặn sẽ tác động mạnh mẽ, sâu sắc tới tài nguyên nước

Trong những năm qua, các hiện tượng bất thường của khí hậu, thời tiết đã xảy ra liên tục Mùa khô ngày càng kéo dài, hạn hán gây thiếu nước xảy ra trên diện rộng

liên tục trong mùa khô các năm từ 2008 đến nay, không chỉ xảy ra cả ở khu vực miền Trung, Tây Nguyên, miền núi cao phía Bắc mà ngay cả ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Mùa mưa: mưa, lũ tăng lên ở tất cả các vùng trong cả nước (dự báo đến năm 2020 tất cả các vùng đều tăng từ 2,3- 5,4%); lượng nước mùa khô ở nhiều vùng (từ Bắc Trung Bộ đến đồng bằng sông Cửu Long) bị suy giảm (dự báo đến năm 2020 giảm từ 2,3% đến lớn nhất 16% - ở vùng Nam Trung Bộ, nơi đang thiếu nước nhất)

Mực nước biển dâng cao dẫn tới ngập lụt vùng ven biển; gia tăng tình trạng xâm nhập mặn vùng cửa sông, đồng bằng ven biển; gây xói lở, sa bồi làm đảo lộn cân bằng tự nhiên và sinh thái, ảnh hưởng nghiêm trọng đến vùng ven bờ Đồng thời, còn làm gia tăng ngập lụt vùng đồng bằng, hàng triệu hecta vùng ven biển có thể bị chìm ngập, hàng trăm hecta rừng ngập mặn có thể bị mất, các hệ sinh thái đất ngập nước ven bờ bị tác động sâu sắc Các hệ sinh thái thủy sinh, nguồn lợi thủy sản và nghề cá, đời sống, sinh hoạt, các công trình xây dựng của cư dân ven bờ cũng thay đổi theo chiều hướng xấu đi

Theo báo cáo của Liên Hiệp quốc công bố ngày 05/03/2003 được thảo luận tại Diễn đàn Thế giới Lần thứ III về nước, tổ chức tại Kyoto (Nhật Bản) từ ngày 16-23/03/2003 cho thấy, nguồn nước sạch toàn cầu đang cạn kiệt một cách đáng lo ngại do sự bùng nổ dân số, tình trạng ô nhiễm môi trường cùng với nhiệt độ Trái đất nóng lên sẽ làm mất đi khoảng 1/3 nguồn nước sử dụng trong 20 năm tới Hiện nay

đã có khoảng 12.000km3 nước sạch trên thế giới bị ô nhiễm, hàng năm có hơn 2,2 triệu người chết do các căn bệnh có liên quan đến nguồn nước bị ô nhiễm và điều kiện vệ sinh nghèo nàn

Như vậy, khan hiếm và thiếu nước là mối đe dọa rất nghiêm trọng đối với sự tồn tại của con người trong tương lai Vì lẽ đó, cần có các giải pháp quản lý, khai thác và bảo vệ tốt tài nguyên nước Trước hết, cần phải củng cố, bổ sung mạng lưới điều tra quan trắc tài nguyên nước, bao gồm cả nước mặt và nước dưới đất, cả lượng và chất, hình thành mạng lưới quan trắc điều tra tài nguyên nước thống nhất trong phạm vi

cả nước, tiến hành kiểm kê đánh giá tài nguyên nước trong các lưu vực sông, các vùng và toàn lãnh thổ Trên cơ sở kiểm kê đánh giá tài nguyên nước và cân bằng kinh tế nước mà xây dựng chiến lược, chính sách phát triển bền vững tài nguyên nước của quốc gia nói chung và cho các lưu vực nói riêng, cần thực hiện nghiêm Luật Tài nguyên nước và đẩy mạnh hoạt động của Hội đồng Tài nguyên nước Quốc gia cũng như Ban quản lý Lưu vực các sông

Chương 2 DÒNG CHẢY MẶT

2.1 KHÁI NIỆM DÒNG CHẢY MẶT

 Dòng chảy mặt (còn được gọi là dòng chảy trên mặt đất): là dòng chảy của

nước xảy ra khi nước mưa dư thừa, sự tan chảy của tuyết hoặc băng, hoặc các nguồn khác chảy tràn trên bề mặt Trái đất Lượng mưa dư thừa là phần của nước mưa không được lưu trữ trên bề mặt đất hoặc không xâm nhập vào lớp đất bên dưới

Có hai loại dòng chảy bề mặt xảy ra trong mưa hoặc tuyết:

- Vượt quá lượng thấm: Dòng chảy tràn trên mặt đất xảy ra với đất không bão hòa Trong thực tế, đất có thể khá khô, nhưng tính chất đất hoặc mức độ che phủ đất không cho phép thấm để theo kịp lượng mưa lớn hoặc tuyết tan nhiều Loại dòng chảy này thường gặp nhất với lượng mưa trong thời gian ngắn Nó cũng xảy ra thường xuyên nhất ở những khu vực có hàm lượng sét cao, hoặc nơi bề mặt bị thay đổi bởi sự nén chặt, đô thị hóa

- Vượt quá độ bão hòa: Dòng chảy trên mặt đất xảy ra khi đất trở nên bão hòa

và không còn bất kỳ không gian nào để nước thấm vào trong đất nữa Điều này có thể xảy ra ngay cả với loại đất cho phép một lượng thấm lớn trong điều kiện gần bão hòa Xảy ra phổ biến nhất với lượng mưa trong thời gian dài, hoặc với trường hợp mưa liên tục và các trường hợp tuyết tan Nó cũng có thể xảy ra bất cứ nơi nào đất bị ướt và cũng phổ biến nhất ở vùng khí hậu ẩm ướt với các lưu vực dốc nhỏ hoặc phẳng

Như vậy có thể thấy dòng chảy mặt được hình thành từ mưa và cuối cùng nó tạo thành dòng chảy trực tiếp đến các sông, suối và đổ ra biển, dòng chảy mặt và mưa có mối quan hệ được biểu thị dưới dạng vòng tuần hoàn của nước thông qua chu trình thủy văn Một trong những thông số chính trong thiết kế và phân tích các hệ thống thủy văn là dòng chảy đỉnh hoặc trong một số trường hợp sự biến đổi dòng chảy theo thời gian tại cửa ra của lưu vực hoặc điểm thiết kế hạ lưu khác Đánh giá của nó đòi hỏi một sự hiểu biết đầy đủ về các quá trình của tuyến dòng chảy bằng cách chuyển đổi lượng mưa dư thừa thành dòng chảy trực tiếp

2.2 LƯU VỰC VÀ ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA LƯU VỰC

2.2.1 Khái niệm về lưu vực

 Lưu vực là phần diện tích bề mặt đất trong tự nhiên, nơi mà mọi lượng nước mưa khi rơi xuống sẽ tập trung lại và thoát qua một cửa ra duy nhất Lưu vực hứng nước, lưu vực thoát nước và lưu vực sông là ba thuật ngữ đồng nghĩa đề cập đến khu

vực địa hình thu nhận và thoát dòng chảy bề mặt qua một cửa ra

Lưu vực được giới hạn bởi đường chia nước (đường phân thủy) trên mặt và dưới

đất Đường chia nước trên mặt (hay còn gọi là đường phân nước mặt) là đường nối các đỉnh cao của địa hình Nước từ đỉnh cao chuyển động theo hướng dốc của địa hình để xuống chân dốc là các suối nhỏ, rồi tập trung đến các nhánh sông lớn hơn chảy về biển Đường chia nước dưới đất (hay còn gọi đường phân nước ngầm) là đường giới hạn trong lòng đất mà theo đó nước ngầm chảy về hai phía đối lập nhau (theo Marsh, 1987[14])

Hình 2.1 Sơ đồ của một lưu vực thoát nước

Nếu đường phân nước mặt trùng với đường phân nước ngầm thì lưu vực được gọi

là lưu vực kín Nếu đường phân nước mặt không trùng với đường phân nước ngầm thì lưu vực được gọi là lưu vực hở Đường phân nước mặt và đường phân nước ngầm thường không trùng nhau, do đó đa số các lưu vực là lưu vực hở nên sẽ có hiện tượng nước từ lưu vực này chuyển sang lưu vực khác Việc xác định đường phân nước ngầm là rất khó khăn, nên thực tế thường lấy đường phân nước mặt làm

đường phân nước của lưu vực và gọi đường phân nước mặt là đường phân lưu hay đường phân thủy

Nước trên lưu vực chảy theo các dòng chảy thành phần, tập trung vào dòng chính, mặt cắt dòng chính tại đó nước trên lưu vực chảy qua gọi là mặt cắt cửa ra Tại mặt cắt cửa ra, nếu tiến hành đo đạc các yếu tố thủy văn sẽ thu được quá trình dòng chảy

và lượng dòng chảy của lưu vực đó Vì vậy, trong mỗi lưu vực có thể bao gồm nhiều lưu vực nhỏ hơn (gọi là tiểu lưu vực) Như thể hiện trong hình 2.3, các lưu vực thoát

nước có thể được hình dung như một Kim Tự tháp khi dòng chảy từ các lưu vực nhỏ hơn (các hệ thống con) kết hợp để hình thành các lưu vực lớn hơn (hệ thống con trong hệ thống lớn) và dòng chảy từ các lưu vực này trong khối kết hợp để tạo thành các lưu vực lớn hơn… Marsh, 1987[35] đề cập đến chế độ tổ chức này như là một hệ thống phân cấp hoặc phân cấp lồng nhau, vì mỗi lưu vực nhỏ hơn được đặt bên trong lưu vực lớp tiếp theo Một khái niệm tương tự là các hệ thống thoát nước ra khỏi các lưu vực nhỏ kết hợp để tạo thành các hệ thống thoát nước lớn hơn…

Hình 2.2 Xác định đường phân nước lưu vực

Hình 2.3 Minh họa hệ thống phân cấp lồng nhau

của các lưu vực nhỏ trong một lưu vực lớn

Chính vì vậy, lưu vực được đề cập đến thường là lưu vực sông, theo Luật Tài nguyên nước năm 2012 thì 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

2.2.2 Các phương pháp xác định lưu vực

Hình 2.4 Bản đồ ranh giới các lưu vực sông của Việt NamMuốn xác định đường phân lưu

để xác định lưu vực phải căn cứ vào bản đồ địa hình có vẽ các đường đồng mức cao độ

Hiện nay, có hai phương pháp xác định lưu vực:

- Phương pháp cổ điển: Sử dụng bản đồ địa hình in trên giấy

- Phương pháp kỹ thuật số: Sử dụng công cụ hỗ trợ của hệ thống thông tin địa lý GIS với bản đồ kỹ thuật số

2.2.2.1 Xác định lưu vực theo phương pháp sử dụng bản đồ địa hình

Phương pháp này sử dụng bản đồ cao độ địa hình, tạo các đường đồng mức, sau đó khoanh lưu vực theo những cao độ lớn nhất trên khu vực nghiên cứu Phương pháp xác định đường phân lưu trên bản đồ địa hình [36] được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Xác định vị trí cần nghiên cứu trên sông

- Bước 2: Xác định đường phân nước của lưu vực bằng cách nối các điểm cao độ cao nhất trong khu vực lại với nhau

- Bước 3: Xác định diện tích lưu vực và các đặc trưng cần thiết khác

Phương pháp sử dụng bản đồ địa hình in trên giấy để xác định lưu vực được thực hiện khá đơn giản, không cần máy móc hỗ trợ Tuy nhiên lại mất nhiều thời gian để khoanh lưu vực, tính diện tích lưu vực hoặc xác định các đặc trưng của lưu vực Mức độ chính xác của kết quả xác định theo phương pháp này phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và tính chủ quan của người thực hiện Phương pháp này không linh hoạt khi cần có sự thay đổi về vị trí cần nghiên cứu

2.2.2.2 Xác định lưu vực theo phương pháp kỹ thuật số

Phương pháp kỹ thuật số là sử dụng công nghệ GIS bao gồm các phương pháp tính, các phần mềm chuyên dụng và cơ sở dữ liệu bản đồ số bao gồm bản đồ dưới dạng vector (dạng điểm, đường và vùng) hay dưới dạng raster (dạng ô lưới)

Hiện nay có nhiều phần mềm GIS được ứng dụng rộng rãi như MapInfo, ArcView GIS, ArcGIS, Map Windows… để kết hợp việc xác định ranh giới lưu vực với phân tích, đánh giá và tính toán các đặc trưng lưu vực sông nhiều công cụ được xây dựng và nhúng kết vào các phần mềm này Các công cụ điển hình về xác định lưu vực sông phổ biến hiện nay là Hydrologic Modeling, AVSWAT (ArcView SWAT); AV-ThreshR; HEC-GeoHMS (ESRI, HEC) kết hợp HECPrepro (Univ of Texas at Austin) và Watershed Delineator (ESRI, TNRCC), Ngoài ra, có khá nhiều các công cụ, đoạn chương trình được chia sẻ miễn phí trên mạng internet có thể sử dụng cho việc xác định lưu vực sông

Để xác định lưu vực sông một cách tự động, hầu hết các công cụ được xây dựng dựa trên lý thuyết "mô hình dòng chảy 8 hướng" (D8 flow direction model) Mô hình này dựa trên lý thuyết là dòng chảy tại một ô lưới (grid) sẽ chảy đến 1 trong 8 hướng xung quanh ô lưới đó, được thể hiện trong hình 2.5

Hình 2.5 Hướng dòng chảy trong mô hình dòng chảy 8 hướng

Các công cụ xác định ranh giới lưu vực sông chỉ khác nhau về mức độ sử dụng thể hiện qua các đặc tính của công cụ như: (1) tính linh động trong xác định lưu vực; (2) tốc độ tính toán nhanh chậm; (3) việc tính toán các đặc trưng lưu vực; (4) cách thức lưu giữ, liên kết thông tin; (5) cách thức sử dụng và kết nối các đặc trưng của lưu vực sông với các công cụ khác bên ngoài

Các bước cơ bản để xác định lưu vực sông một cách tự động dựa trên bản đồ số dưới dạng raster (dạng ô lưới) như sau:

- Bước 1: Chuẩn bị số liệu cao độ số DEM;

- Bước 2: Xử lý số liệu cao độ số;

- Bước 3: Tính toán xác định hướng dòng chảy theo mô hình 8 hướng trên;

- Bước 4: Xác định liên kết hướng dòng chảy giữa các ô lưới;

- Bước 5: Xác định lưu vực sông và tính toán các đặc trưng của nó

Phương pháp xác định ranh giới lưu vực sông bằng ứng dụng công nghệ GIS trên bản đồ số có thể khắc phục được những nhược điểm của phương pháp xác định bằng bản đồ giấy địa hình lưu vực sông Bên cạnh đó, việc ứng dụng công nghệ GIS không chỉ dừng lại ở việc xác định ranh giới lưu vực sông mà nó còn có thể phát huy được các chức năng của công cụ máy tính như liên kết, tự động hóa, cải tiến tốc độ tính toán, ứng dụng mở rộng trong tính toán xử lý phía sau đó

2.2.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực

Các đặc trưng hình học của lưu vực thể hiện những điểm khác biệt của lưu vực này đối với lưu vực khác Các đặc trưng hình học chính của lưu vực sông gồm: Diện tích lưu vực, chiều dài sông chính, chiều dài lưu vực, chiều rộng bình quân lưu vực,

hệ số hình dạng lưu vực, độ cao bình quân lưu vực và độ dốc bình quân lưu vực

 Diện tích lưu vực F (km 2 ): Diện tích khống chế bởi đường phân nước của lưu

vực được gọi là diện tích lưu vực Diện tích lưu vực thường được thực hiện bằng phương pháp đếm ô vuông hoặc dùng máy đo diện tích chạy theo đường phân nước được xác định trên bản đồ địa hình Để đảm bảo độ chính xác người ta thường dùng các bản đồ địa hình tỉ lệ lớn 1/5.000, 1/10.000, 1/25.000 hay lớn hơn, tùy yêu cầu về

độ chính xác

 Chiều dài sông chính L (km): Chiều dài sông chính là chiều dài đường chủ lưu

của dòng sông chính từ nguồn ra cửa sông

 Chiều dài lưu vực L lv (km): Chiều dài lưu vực là khoảng cách theo đường gấp

khúc nối các trung điểm mặt cắt ngang lưu vực và vuông góc với hướng dòng chảy tính từ nguồn ra cửa sông Trong thực tế, thường lấy chiều dài sông chính tính từ

nguồn đến cửa sông thay thế cho chiều dài lưu vực, L  L lv , thường lấy L lv = 0.9(L +

l); l là tổng chiều dài các sông nhánh có l ≥ 0.75B

 Chiều rộng bình quân lưu vực B (km): Chiều rộng bình quân lưu vực được xác

định như sau:



lv

A B

trong đó: n - số mái dốc lưu vực: Lưu vực một mái dốc n = 1; Lưu vực hai mái dốc

n = 2

 Hệ số hình dáng của lưu vực K d : Là hệ số so sánh hình của lưu vực bất kỳ với

hình vuông có cạnh bằng chiều dài lưu vực Đó chính là tỷ số giữa diện tích lưu vực

A và diện tích hình vuông có độ dài cạnh bằng chiều dài lưu vực (L lv)

Hệ số hình dáng của lưu vực được xác định như sau:

2

d

lv lv lv lv

trong đó: K d - đánh giá hình thái phát triển của lưu vực, K d càng lớn lưu vực càng

phát triển theo chiều ngang lưu vực và ngược lại

 Độ cao bình quân của lưu vực H bq : Là độ cao gia quyền của lưu vực, được tính

theo chênh lệch giữa hai đường đồng mức và diện tích nằm giữa hai đường đồng mức Độ cao bình quân của lưu vực được xác định trên bản đồ địa hình theo công thức sau:

trong đó:

h i - cao trình bình quân giữa hai đường đồng mức;

a i - diện tích giữa hai đường đồng mức;

A - diện tích lưu vực

 Độ dốc bình quân của lưu vực S bq : Độ dốc bình quân của lưu vực có thể được

xác định theo 2 phương pháp sau:

- Phương pháp Alvard-Horton’s: Độ dốc lưu vực phản ánh mức độ thay đổi độ cao đối với khoảng cách dọc theo đường chảy chính

Độ dốc thành phần của khu vực gần đúng hình chữ nhật giữa hai đường đồng mức liền kề:

trong đó:

h - chênh lệch cao độ giữa hai đường đồng mức liền kề;

l i - chiều dài của đường cao độ trung bình giữa hai đường đồng mức liền kề;

d i - khoảng cách giữa hai đường đồng mức liền kề;

a i - diện tích giữa hai đường đồng mức liền kề

Độ dốc bình quân của lưu vực:

- Phương pháp ô lưới: Trong một lưu vực, có rất nhiều các sườn dốc có độ dốc khác nhau nên độ dốc bình quân của lưu vực sẽ được xác định theo giá trị bình quân của các độ dốc của các sườn dốc trong lưu vực [37]

Độ dốc tại mỗi sườn dốc được xác định theo công thức: