Giáo trình tài nguyên nước Nguyễn Thị Phương Loan NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2005, 111 Tr Từ khoá: tài nguyên nước, nguồn nước tự nhiên, khái niệm tài nguyên nước, nguồn gốc nước tự nhiên, tính chất, ý nghĩa nước, cân nước, tuần hoàn nước, phân bố nước, sơng ngịi, tài ngun nước sơng, nghiên cứu sơng ngịi, tài ngun nước hồ, hồ chưa, nghiên cứu hồ, tài nguyên nước việt nam, hồ đầm việt nam, hồ đầm Tài liệu Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm hình thức chép, in ấn phục vụ mục đích khác khơng chấp thuận nhà xuất tác giả Mục lục CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.1 Thế tài nguyên nước? 1.2 Nguồn gốc nước tự nhiên 10 1.3 Thể tồn nước, tính chất ý nghĩa 10 1.4 Tuần hoàn nước tự nhiên 11 1.5 Cân nước 12 1.6 Quy luật phân bố nước theo không gian 14 1.7 Quy luật biến động nước theo thời gian 17 1.7.1 Tính chu kỳ 17 1.7.2 Tính ngẫu nhiên 17 1.8 Khả tự tái tạo tài nguyên nước 19 1.8.1 Khả tái tạo lượng lượng nước 19 1.8.2 Khả tự tái tạo chất nước 19 1.9 Tính địa đới tài nguyên nước 21 1.10 Tính lưu vực tài nguyên nước 21 1.11 Các yếu tố tự nhiên hình thành tài nguyên nước 22 1.11.1 Khí hậu 22 1.11.2 Địa hình, địa chất, thổ nhưỡng 24 1.11.3 Lớp phủ thực vật 26 1.12 Ảnh hưởng biến động khí hậu tới tài nguyên nước 27 1.13 Tác động nhân sinh tới tài nguyên nước 29 1.13.1 Tác động trực tiếp 29 1.13.2 Tác động gián tiếp 30 1.14 Tai biến môi trường liên quan tới tài nguyên nước 30 1.14.1 Tổng quan 30 1.14.2 Lũ lụt 31 1.14.3 Lũ quét 33 1.14.4 Lũ bùn đá 33 1.14.5 Hạn hán 34 1.14.6 Các dạng tai biến, rủi ro môi trường khác liên quan tới nước 35 CHƯƠNG SƠNG NGỊI VÀ TÀI NGUN NƯỚC SƠNG 39 2.1 Tổng quan 39 2.2 Chế độ nước sông 42 2.3 Năng lượng dòng nước 44 2.4 Quy luật chuyển động nước 45 2.4.1 Q trình sinh dịng chảy từ mưa lưu vực 45 2.4.2 Quy luật chảy tập trung lưu vực 46 2.4.3 Quy luật chuyển động nước sông 48 2.5 Hình dạng lịng sơng tương tác dịng nước lịng sơng 50 2.5.1 Hình dạng lịng sơng mặt 50 2.5.2 Hình dạng đáy sông 51 2.5.3 Chỉ tiêu ổn định lịng sơng 52 2.5.4 Dòng chảy phù sa 52 CHƯƠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC HỒ VÀ HỒ CHỨA 54 3.1 Tài nguyên nước hồ 54 3.2 Tài nguyên nước hồ chứa 57 3.2.1 Tổng quan 57 3.2.2 Các đặc trưng hình thái kho nước dạng đập 58 3.2.3 Những vấn đề đặc biệt kho nước nhân tạo 59 CHƯƠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT 65 4.1 Khái niệm 65 4.1.1 Khái niệm chung nước đất 65 4.1.2 Trữ lượng nước đất 65 4.1.3 Quan hệ nước mặt nước đất 66 4.2 Phân bố nước đất theo nằm 66 4.2.1 Nước đới thơng khí 66 4.2.2 Nước đới bão hoà 67 4.3 Chế độ nước đất 68 CHƯƠNG HIỆN TRẠNG KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 69 5.1 Nhu cầu, phương thức khai thác nước hệ 69 5.1.1 Tiêu thụ nước nông nghiệp 69 5.1.2 Tiêu thụ nước công nghiệp 71 5.1.3 Tiêu thụ nước sinh hoạt 72 5.1.4 Dùng nước thuỷ điện 73 5.1.5 Dùng nước giao thông thuỷ 74 5.1.6 Dùng nước thuỷ sản 74 5.1.7 Ứng xử tai biến liên quan tới nước 75 5.2 Quản lý tổng hợp nguồn nước 76 5.2.1 Lịch sử vấn đề 76 5.2.2 Quản lý tổng hợp nguồn nước 77 5.2.3 Quản lý tài nguyên nước theo lưu vực 79 5.2.4 Giám sát lượng nước 80 5.2.5 Giám sát chất lượng nước 82 5.2.6 Công cụ kinh tế quản lý nguồn nước 82 CHƯƠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM 86 6.1 Tổng quan chung 86 6.1.1 Đặc điểm chung tài nguyên nước Việt Nam 86 6.1.2 Đặc điểm tài nguyên nước sông Việt Nam 87 6.1.3 Đặc điểm tài nguyên nước đất Việt Nam 90 6.1.4 Hồ đầm Việt Nam 91 6.1.5 Tai biến rủi ro liên quan đến nước Việt Nam 93 6.1.6 Nhu cầu nước 97 6.1.7 Quản lý tài nguyên nước Việt Nam 99 6.2 Các lưu vực sông lớn Việt Nam 101 6.2.1 Lưu vực sông Hồng - Thái Bình 101 6.2.2 Lưu vực sông Kỳ Cùng - Bằng Giang 103 6.2.3 Lưu vực sông Mã 104 6.2.4 Lưu vực sông Cả 105 6.2.5 Lưu vực sông Thu Bồn 106 6.2.6 Lưu vực sông Ba 106 6.2.7 Lưu vực sông Đồng Nai 107 6.2.8 Sông Mê Công 109 Lời nói đầu Nước có vai trị khơng thể thay tồn sống trình xảy Trái Đất Nước gúp phần thành tạo bề mặt đất, hình thành đất thổ nhưỡng, thảm thùc vật, tạo thêi tiết, điều hồ khớ hậu, gây hiệu ứng nhà kính, phân phối lại nhiệt ẩm Nước môi trường cho phản ứng hóa sinh tạo chất mới, giúp chuyển dịch nhiều loại vật chất Môi trường nước nôi phát sinh phát triển cá thể sống Nước môi trường bảo đảm dẫn chất, trao đổi chất, thải chất giúp điều hoà thân nhiệt cho nhiều loại sinh vật Nước có vai trị định hoạt động kinh tế đêi sống văn hóa tinh thần lồi người Trong lịch sử, thuỷ vực lớn thưêng nôi nhiều văn minh vĩ đại, đồng thêi suy thóai vực nước ngun nhân dẫn đến suy tàn số trung tâm trị, kinh tế văn hóa lớn Thuỷ thành tố hài hồ Trái Đất mang tính thể thống nhất, gúp phần tạo giá trị thẩm mĩ, văn hóa tính đặc thù riêng cho địa phương Thuỷ đồng thêi môi trường tự nhiên có quy luật sinh thành biến động riêng Từ lâu nước đối tượng nghiên cứu nhiều ngành khoa học khác Hóa học nghiên cứu nước hợp chất (cấu tạo, tính chất hóa học ) Thuỷ văn học, hải văn học địa chất thuỷ văn nghiên cứu thuỷ thành tố tự nhiên Trái Đất Thuỷ lợi, thuỷ điện, giao thông, thuỷ sản, cấp nước nghiên cứu nước để phục vô việc khai thác giá trị sử dụng đó, cấp nước, lượng, mơi trường, tuyến giao thông nhằm khắc phục tác động bất lợi nước trình thùc thi dự án liên quan đến Khi người tác động cách riêng rẽ, khai thác thuỷ theo tính giá trị sử dụng nó, cố gắng tiến tới đạt hiệu suất khai thác đơn cao nhất, họ vơ tình gây tác động bất lợi, trước tiên cho họ sau cho mơi trường sống Giáo trình "Tài nguyên nước" biên soạn phục vụ chương trình đào tạo cử nhân khoa học mơi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Giáo trình trình bày vấn đề nước thuỷ vực lục địa loại hình tài nguyên thiên nhiên đặc biệt, mối quan hệ với yếu tố tự nhiên nhân sinh khác nhau, nhằm hướng tới sử dụng nước hợp lý tối ưu cho người tự nhiên Trong lần biên soạn in ấn này, tác giả chân thành cảm ơn đóng gúp xây dựng từ TS Vũ Văn Tuấn, PGS.TS Hoàng Xuân Cơ, ThS Nguyễn Thanh Sơn Đồng thêi tác giả mong nhận trao đổi chân thành quý vị quan tâm để giáo trình ngày hồn thiện Tác giả Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.1 Thế tài nguyên nước? Tài nguyên thiên nhiên dạng vật chất, lượng, thông tin có giá trị tự thân, thể qua đặc tính cơ, lý, hố, sinh chúng mà người biết chưa biết, tồn khách quan tuân theo quy luật tự nhiên định, mà người sử dụng tương lai Theo “Thuật ngữ thuỷ văn môi trường nước”, tài nguyên nước lượng nước vùng cho lưu vực, biểu diễn dạng nước khai thác (nước mặt nước đất) Điều Luật Tài nguyên nước Việt Nam (1998) quy định "Tài nguyên nước (của Việt Nam) bao gồm nguồn nước mặt, nước mưa, nước đất, nước biển thuộc lãnh thổ Việt Nam" Rõ ràng, tài nguyên nước lãnh thổ toàn lượng nước có mà người khai thác sử dụng được, xét mặt lượng chất, cho sinh hoạt, sản xuất, tương lai Nước dạng tài nguyên đặc biệt Nó vừa thành phần thiết yếu sống môi trường, định tồn tại, phát triển xã hội, vừa mang tai họa đến cho người Nước có khả tự tái tạo lượng, chất lượng J.A.Jonnes chia tài nguyên nước thành ba loại: Tài nguyên tiềm tương lai, tồn lượng nước có Trái Đất mà điều kiện loài người chưa có khả khai thác, nước ngầm nằm sâu, nước băng tuyết hai cực, nước biển đại dương… Tài nguyên tiềm thực tại, lượng nước có lãnh thổ, trạng thái tự nhiên người khó khai thác có nguy bị gây hại, xảy rủi ro, ví dụ nước lũ, nước ngầm nằm sâu… Tài nguyên thực vùng, khái niệm trùng với quan điểm truyền thống nay, toàn lượng nước có thuỷ vực mặt ngầm mà người dễ dàng khai thác sử dụng Giáo trình giới hạn nội dung trình bày vào vấn đề liên quan đến loại thứ hai thứ ba tức tài nguyên nước lục địa Từ sau, loại nước gọi theo quy ước tài nguyên nước Hộp 1.1 Một số đại lượng biểu thị tài nguyên nước Mực nước H (cm): Là độ cao mặt nước so với mặt chuẩn quy ước (tương đối), mặt biển trung bình (tuyệt đối) H cho biết vị trí mặt nước, cung cấp thơng tin lượng nước, dịng chảy, khả khai thác, cấp nước rủi ro H tương đối dùng để nghiên cứu vấn đề nước điểm đo H tuyệt đối cho phép đánh giá vấn đề nước nơi đo đạc so sánh, lập tương quan số liệu đo đạc điểm khác Độ sâu h (m): Là khoảng cách từ mặt nước tới đáy theo phương thẳng đứng h cho biết thông tin liên quan tới lượng nước, đặc tính thuỷ lực, khả tự làm sạch, chế độ nhiệt dòng chảy Độ sâu đo thước, dây điểm, máy đo liên tục theo tuyến Vận tốc V (m/s): V biểu thị mức độ chảy, động dòng nước, mức độ cực đoan chế độ dòng chảy Với lưu lượng, V tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt hoạt động để điều chỉnh V thay đổi diện tích mặt cắt hoạt động giải pháp khác Lưu lượng nước Q (m3/s, l/s): Là lượng nước chuyển qua mặt cắt ngang dòng chảy thời gian giây Q nước biểu thị lượng động dịng chảy sơng 3 Tổng lượng nước W = Q ΔT (m , km ), lượng nước chảy qua mặt cắt ngang dòng chảy thời đoạn nghiên cứu W đặc trưng tốt cho lượng nước có lưu vực Trong điều kiện hình thành dịng chảy, diện tích lưu vực (F) lớn, W sinh chảy sơng lớn W dùng để tính toán cân bằng, điều tiết, phân phối sử dụng nước Mơ đun dịng chảy M = Q/F (l/s.km2) biểu thị trung bình lượng nước hình thành đơn vị diện tích lưu vực (km ), đơn vị thời gian (s), chảy đo điểm nghiên cứu M đặc trưng cho khả sinh thuỷ lưu vực, dùng để so sánh khả sinh thuỷ lưu vực khác nhau, xây dựng đồ tài nguyên nước Lớp dòng chảy, tức độ sâu dòng chảy Y = W/F (mm) đặc trưng cho khả sinh thuỷ lưu vực, giúp so sánh khả sinh thuỷ lưu vực, xây dựng đồ tài nguyên nước tính cân nước Mức đảm bảo nước nhạt (m3/người/năm): Là lượng dịng chảy bình qn đầu người năm, có giá trị phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thuỷ văn tự nhiên giảm theo tăng dân số Nước có vai trị to lớn q trình Trái Đất: Tham gia thành tạo bề mặt Trái Đất Tham gia vào trình hình thành thời tiết, phân phối nhiệt ẩm theo không gian, thời gian, điều hồ khí hậu Hấp thụ lượng đáng kể CO2, tạo điều kiện ổn định CO2 khí Tham gia hình thành thổ nhưỡng thảm thực vật Là mơi trường cho phản ứng hoá sinh tạo chất mới, chuyển dịch vật chất, tạo mỏ khoáng Là nơi khởi nguồn sống môi trường sống thuỷ sinh vật Thuỷ vực nước có chức năng, giá trị đa dạng sau: Trực tiếp trì sống người sinh vật Là nguồn cung cấp loại vật chất cần thiết chưa thể thay nhiều trình sản xuất, kinh tế, xã hội Là nơi nhận, chứa, xử lý chất thải làm môi trường Là đường giao thông nguồn cung cấp lượng Là thành tố tự nhiên thiếu cảnh quan, tạo nên tính hệ thống, hồn chỉnh, thể q trình diễn nó, từ tạo giá trị khoa học, văn hoá, thẩm mỹ, phong thuỷ… Các giá trị sử dụng nước khơng hồn tồn song hành, mà có đối nghịch, triệt tiêu việc khai thác chức dẫn đến làm giảm hẳn chức lại Do giá trị tổng hợp tài nguyên phép cộng số học giá trị việc sử dụng hợp lý, hiệu tài ngun nước tốn vơ phức tạp Nhiều cộng đồng có xu khai thác mức vài chức tài nguyên nước địa phương, gây tổn thương tồn hệ thống, suy giảm, chí triệt tiêu chức cịn lại Nhiều hoạt động nhân tạo làm tổn thương điều kiện hình thành thời tiết, khí hậu, thuỷ văn tự nhiên tầm vĩ mơ tồn cầu, làm thay đổi quy luật hình thành, biến đổi tài nguyên nước vốn tương đối ổn định, gây bất lợi cho đối tượng sử dụng − Thực tiễn dùng nước địa phương phụ thuộc: 1- Đặc điểm, tính chất tài nguyên (như số lượng, chất lượng, phân bố theo thời gian không gian, khả tự phục hồi…) 2- Đặc điểm đối tượng dùng nước (nhu cầu, thói quen, nhận thức, lực, khả tài chính, cơng nghệ…) Việc người dân dùng loại nước nào, dùng phụ thuộc trước tiên vào khả họ đầu tư ban đầu chi trả thường kì mức Ngồi ra, phụ thuộc đáng kể vào thói quen cộng đồng văn hố truyền thống Có nhóm cư dân chấp nhận sử dụng số loại nước cho sinh hoạt theo thói quen, ví dụ pha chè nước giếng làng, ăn nước mưa, uống nước mưa khơng đun sơi… Có lẽ câu ca dao “Tt mắt hướng đình” nên hiểu “ dùng nước giếng đình nhiễm để rửa mặt” Nước khan hiếm, giá nước cao mặt kinh tế phát triển giá thành nước cao dễ chấp nhận Sự phát triển nhanh khoa học công nghệ giúp tìm cách rẻ tiền để khai thác nước từ nguồn khác nhau, dẫn tới loại nước phù hợp, khó khai thác, đưa vào sử dụng nhiều Bảng 1.2 Khai thác sử dụng tài nguyên nước tiềm Nước lũ giữ lại kho nước để phát điện, phục vụ tưới, giao thông… trở thành tài nguyên Điều tiết dòng chảy kho nước đòi hỏi phải có kỹ thuật cơng nghệ nguồn lực tài ban đầu lớn nên khơng dễ lựa chọn cộng đồng thực Nước mặn hố, trở thành nguồn cấp quan trọng, nhiều cho số vùng khan nước Trên giới có 1.800 điểm hố nước với quy mơ cơng nghệ khác Có cơng nghệ hoá nước đơn giản dân gian áp dụng từ lâu, xây bể chứa nước mặn có mái kính, nước bốc lên gặp kính ngưng tụ, chảy theo độ dốc máng hứng Sa mạc khô hạn giới Atacama - Chi Lê có loại sương mù từ Thái Bình Dương mang theo nhiều nước Dân làng Cgungundo khai thác ngày 11.000 lít nước cách căng 75 polypropylene, dài 12 mét, rộng mét, cách mặt đất mét để đón gió ẩm tạo nước ngưng tụ Một số dân tộc quốc gia, Ixraen, Liên Xô, Mỹ, Ấn Độ sử dụng thành cơng nước có độ khống hố cao để tưới liên tục thời gian dài, mà khơng gây thối hố đất Ngun tắc chung dùng nước mặn để tưới phải thu thừa, không cho chúng bốc làm mặn đất, không cho chúng ngấm xuống sâu làm dâng mực nước ngầm tới mức tầng mao dẫn lên sát mặt đất, làm nước ngầm bay gây mặn đất Nước mặn nghiên cứu sử dụng trực tiếp cho sản xuất số công nghệ đặc biệt, làm nguội máy Bảng 1.3 Một số phương pháp phân loại nước Phân loại theo độ khoáng hoá (ĐKH): Phân loại chung: Nhạt - ĐKH 25g/l Phân loại nước nhạt: ĐKH thấp 1.000mg/l Phân loại theo độ cứng: Thang độ cứng thơng thường H(me/l) có năm loại: Rất mềm, H < 1,5 ; mềm, H = 1,5 - 3,0; cứng, H = 3,0 - 6,0; cứng, H = 6,0 - 9,0; cứng, H > 9,0 o o o Thang độ cứng Đức (1 = 10mg muối Ca + Mg quy Oxit canxi /l) có năm loại: mềm < ; mềm - ; TB o o o - 18 ; cứng 18 - 30 , cứng > 30 Phân loại Aliokin theo thành phần hoá học: − −− −− Phân lớp theo anion chính: Lớp bicacbonat + cacbonat ( HCO3 + CO3 , ĐKH nhỏ; Lớp sunphat ( SO4 S); − Lớp clorua (Cl ), có ĐKH lớn Phân lớp thành nhóm theo cation chính: Nhóm canxi (Ca++); Nhóm magiê (Mg++); Nhóm kali + natri (Na+ + 10 K+) Phân nhóm thành kiểu theo tương quan ion: − Kiểu I: HCO3 >Ca++ + Mg++, ĐKH nhỏ, thường thuộc thuỷ vực lưu thông ít, phong hoá macma, trao đổi ++ ++ + Ca Mg thành Na − − −− - Kiểu II: HCO3 < Ca++ + Mg++< HCO3 + SO4 sông, hồ, ngầm − −− Kiểu III: HCO3 + SO4 ngầm < Ca++ + Mg++ , ĐKH trung bình, thường liên quan với đá trầm tích, macma, nước Cl− > Na+, ĐKH thường cao, gặp liman, hồ, nước − Kiểu IV: HCO3 = 0, nước axit, thường gặp đầm lầy, hầm mỏ 1.2 Nguồn gốc nước tự nhiên Có nhiều giả thuyết đưa để giải thích phát sinh tồn nước tự nhiên Mỗi giả thuyết phù hợp với đặc điểm mặt lượng chất loại nước Do chưa có giả thuyết phù hợp với loại nước, nên nhiều giả thuyết song song tồn Dưới số giả thuyết đáng ý Nguồn gốc nguyên sinh nước giả thuyết nhiều người cơng nhận nhất, theo Trái Đất hình thành từ khối khí bụi vũ trụ nóng bỏng co lại, nguội đi, phản ứng hyđro ôxy sinh nước, tạo thành đám mây dày đặc bao phủ Trái Đất Khi nhiệt độ hạ thấp, đám mây biến thành nước, gây trận mưa trút suốt 60.000 năm, làm đầy vùng trũng bề mặt đất nguội lạnh đất Ngày trình phun trào nguội macma từ lòng đất tiếp tục sinh loại nước không đáng kể cân với lượng nước trình phong hố vật chất bị giữ lại trầm tích Do mức nước biển lượng nước Trái Đất gần không thay đổi Thuyết ngưng tụ cho nước dịch chuyển theo dịng khí lỗ hổng đất, gặp điều kiện thuận lợi ngưng tụ Trong điều kiện khí hậu khơ hạn, dịng chuyển dịch nước từ khí vào tầng đất thống khí nguồn cấp ẩm quan trọng cho hệ sinh thái địa phương Thuyết chơn vùi lí giải việc số mỏ nước đất có thành phần hố học gần với nước biển, có nguồn gốc biển cổ, bị chơn vùi q trình kiến tạo địa chất Thuyết trầm tích cho số loại nước có độ khống hố cao thuỷ vực mặt ngầm, có nguồn gốc khống chất từ hồ tan q trình chảy tràn đất, thấm qua đất chứa đất, tích luỹ muối khống từ q trình bốc liên tục điều kiện khí hậu khơ hạn 1.3 Thể tồn nước, tính chất ý nghĩa Trong biên nhiệt độ Trái Đất, nước tồn ba thể rắn, lỏng, dễ dàng chuyển hoá từ thể sang thể khác Đây dị thường tính chất lý học quý báu khiến nước trở thành hợp chất hố học có vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực tự nhiên, xã hội khép kín tuần hồn nước Khi áp suất tăng, nước có điểm đóng băng giảm, điểm sơi tăng Ở độ sâu 4.000m thuỷ vực, nhiệt độ nước