Nghiên cứu ảnh hưởng của sự biến thiên dòng chảy đến tỉ lệ phân bổ nguồn nước lưu vực sông Ba

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này áp dụng một mô hình tối ưu hóa hệ thống tài nguyên nước để đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi dòng chảy đối với việc khai thác sử dụng nước trên lưu vực sông Ba. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của bài viết này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của sự biến thiên dòng chảy đến tỉ lệ phân bổ nguồn nước lưu vực sông Ba

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN THIÊN DÒNG CHẢY ĐẾN TỈ LỆ PHÂN BỔ NGUỒN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG BA Nguyễn Thị Thu Nga1, Hà Văn Khối2 Tóm tắt: Trong hệ thống tài nguyên nước thì dòng chảy sông ngòi là yếu tố có tính biến động rất cao theo cả không gian và thời gian. Thêm vào đó, các nhu cầu khai thác sử dụng nước của con người cũng biến đổi. Điều này sẽ dẫn đến tình trạng thừa thiếu khác nhau giữa các năm, giữa thượng lưu và hạ lưu, giữa các đối tượng sử dụng nước. Nghiên cứu áp dụng một công cụ mô hình toán xây dựng trên cơ sở ngôn ngữ GAMS (General Algebraic Modeling System)để tìm hiểu về tỉ lệ phân bổ nguồn nước cho lưu vực sông Ba khi dòng chảy thay đổi. Mô hình lấy định hướng tối ưu hóa về kinh tế để làm tiêu chí phân bổ lại nguồn nước cho lưu vực sông, trên cơ sở xem xét một số ràng buộc về điều kiện tự nhiên, môi trường và xã hội. Từ khoá: Phân bổ nguồn nước, mô hình thủy văn kinh tế, GAMS. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 trên toàn lưu vực sẽ được định lượng hóa, để từ Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống đó đề xuất được tỉ lệ phân bổ nước hợp lý giữa phức tạp bao gồm nguồn nước, các công trình các vùng và giữa các đối tượng sử dụng nước khai thác tài nguyên nước, các yêu cầu về nước sao cho vừa có lợi về kinh tế, vừa thỏa mãn một cùng với mối quan hệ tương tác giữa chúng số yêu cầu về môi trường và xã hội. cùng với sự tác động của của môi trường lên nó 2. GIỚI THIỆU VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU (Hà Văn Khối và nnk, 2007). 2.1. Đặc điểm tài nguyên nước Khi đưa ra quyết định thiết kế và quản lý về Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực hệ thống tài nguyên nước và môi trường, các nội địa lớn nhất Việt Nam. Lưu vực sông Ba nhà hoạch định chính sách luôn phải dựa theo rộng khoảng 13.900km2 thuộc các tỉnh Gia Lai, một cơ sở nào đó. Kết quả tính toán từ các mô Đăk Lăk, Phú Yên và một phần nhỏ thuộc tỉnh hình hệ thống chính là cơ sở có tính định lượng Kon Tum. Đặc điểm khí hậu và địa hình ở lưu hóa, giúp dự báo tác động của các công trình vực sông Ba rất đặc biệt. Địa hình chia cắt mạnh hoặc chính sách quản lý dự kiến đối với hệ do ảnh hưởng của dãy Trường Sơn, tạo ra các thống lưu vực sông. Trong nhiều năm qua, đã có thung lũng độc lập kéo dài từ An Khê đến Phú sự tiến bộ về mô hình hóa trong kỹ thuật, kinh Túc. Ngoài ra về phía hạ lưu có núi non bao bọc tế, sinh thái, thủy văn, và đôi khi trong các tác ba phía Bắc, Tây, Nam, ôm lấy vùng đồng bằng động chính trị và thể chế của các hệ thống tài Tuy Hòa rộng trên 24.000ha có xu thế mở rộng nguyên nước lớn, phức tạp và đa mục tiêu. Việc ra phía Biển. Do ảnh hưởng của địa hình kết áp dụng các mô hình hệ thống trong thực tế đã hợp với gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông được chứng minh là nâng cao hiệu quả trong Bắc, lưu vực sông Ba được chia ra ba miền có thiết kế, quản lý và vận hành hệ thống tài khí hậu khác biệt là các khu vực Tây Trường nguyên nước (Loucks và Beeks, 2005). Sơn, Đông Trường Sơn, và khu vực trung gian. Nghiên cứu này áp dụng một mô hình tối ưu Trong khi các vùng thượng nguồn sông Ba và hóa hệ thống tài nguyên nước để đánh giá ảnh sông Hinh có lượng mưa hàng năm trên dưới hưởng của sự thay đổi dòng chảy đối với việc 3000mm thì các vùng Cheo Reo, Phú Túc chỉ khai thác sử dụng nước trên lưu vực sông Ba.Sự đón được lượng mưa không quá 1300mm. Cũng tương quan giữa dòng chảy và tổng lợi nhuận vì thế, chế độ dòng chảy ở lưu vực sông Ba cũng có sự khác biệt cho từng vùng. Đặc biệt, mùa lũ khu vực thượng lưu và trung lưu đến 1 Khoa Thủy văn và tài nguyên nước, Trường Đại học sớm và kéo dài hơn so với khu vực hạ lưu (Viện Thủy Lợi. QHTL, 2007). 2 Hội Thủy Lợi. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 85
2.2. Nhu cầu khai thác sử dụng nước trên cơ sở ngôn ngữ GAMS. Trong đó, GAMS Nhu cầu nước bao gồm ba loại: nhu cầu dùng là một ngôn ngữ lập trình bậc cao ban đầu nước (có tiêu hao), nhu cầu sử dụng nước được nghiên cứu và phát triển trong một dự án (không tiêu hao), và nhu cầu bảo vệ. Nhu cầu của tổ chức Ngân hàng thế giới dùng nước chủ yếu trên lưu vực sông Ba là dành (WORLDBANK). Sau đó, chương trình này cho nông nghiệp. Nhu cầu cấp nước cho sinh được thương mại hóa và ứng dụng trong nhiều hoạt, công nghiệp và thủy sản chiếm tỉ trọng rất lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế, bao gồm cả lĩnh nhỏ. Ví dụ, năm 2010, nhu cầu nước trồng trọt vực quản lý tài nguyên nước. Một số ứng dụng chiếm 93,38%, chăn nuôi 0,58%, sinh hoạt 2%, điển hình của GAMS trong lĩnh vực này cho công nghiệp 2,14%, và thủy sản 1,9% (trong các lưu vực sông Maipo, Chi Lê (Cai và nnk, tổng số 2212.3 triệu m3) (nguồn: Viện QHTL, 2006), Đồng Nai (Ringler và nnk, 2006) và 2007). Nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực chủ sông Hồng (Tô Trung Nghĩa và nnk, 2006). yếu là dành cho thủy điện. Tuy nhiên, do đặc Chương trình tính cho lưu vực sông Ba gồm điểm một số công trình thủy điện chuyển nước 3927 phương trình (hàng), 3233 biến (cột) và hoặc kiểu đường dẫn, làm cho đoạn sông hạ lưu 8187 hệ số không âm, được giải bằng công cụ bị suy thoái dòng chảy, ảnh hưởng đến các nhu solver CONOPT3 của ARKI Consulting and cầu nước khác ở hạ lưu. Development A/S, Đan Mạch. Cấu trúc của mô 2.3. Các biện pháp công trình hình và phương pháp tính toán đã được trình Để đáp ứng nhu cầu nước của con người với bày trong các nghiên cứu trước đây của tác giả bản chất thường mâu thuẫn với dòng chảy tự (Nguyễn Thị Thu Nga và nnk, 2015). nhiên về không gian và thời gian, nên chúng ta thường phải sử dụng các biện pháp công trình. Trong những năm qua, hệ thống các công trình thuỷ lợi trên lưu vực sông Ba đã được xây dựng và phát huy tác dụng trong việc cung cấp nước tưới cho diện tích tương đối lớn. Điển hình có hồ Ayun Hạ năng lực thiết kế 13.500ha và hệ thống thủy nông Đồng Cam năng lực tưới thiết kế 19.800ha. Tính đến 2010, trên hệ thống lưu vực sông Ba đã có 4 cụm hồ chứa thủy điện lớn với tổng công suất 530MW là An Khê- Ka Nak, Krông Hnăng, Sông Hinh và Sông Ba Hạ. Ngoài ra còn rất nhiều các công trình thủy lợi, thủy điện khác đã và sẽ được xây dựng. Tuy nhiên, tình trạng không đủ, thậm chí cạn kiệt nguồn nước vẫn xảy ra ở một số khu vực trên lưu vực sông. Ví dụ như các đoạn sông ở hạ lưu thủy điện An Khê, thủy điện sông Ba Hạ và đập dâng Đồng Cam thường xuyên bị rơi vào tình trạng suy thoái dòng chảy. Như vậy, có thể mặc dù nguồn nước trên lưu vực sông Ba tương đối dồi dào, hệ thống các công trình cũng khá dày đặc, nhưng để nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng nước cần thiết phải xem xét lại phương thức phân bổ nước hiện nay. 3. CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bài báo trình bày các kết quả áp dụng một Hình 1. Sơ đồ phân vùng khai thác sử dụng mô hình toán tối ưu hệ thống được xây dựng nước lưu vực sông Ba 86 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
Để phục vụ nghiên cứu, tác giả đã kế thừa tương ứng với tần suất 90% và 95% (Nguyễn một số kết quả trước đây của Trường Đại học Hữu Khải, 2011). Thủy lợi và Viện Quy hoạch Thủy lợi. Theo đó, sơ đồ khai thác sử dụng nước trên toàn lưu vực sông Ba được chia thành bảy vùng như trình bày ở Hình 1. Trong đó, vùng I là vùng Nam Bắc An Khê, vùng II là vùng Thượng Ayun, vùng III là vùng Ayun Pa, vùng IV là vùng Krông Pa, vùng V là vùng Krông Hnăng, vùng VI là vùng Thượng Đồng Cam, và vùng VII là vùng Hạ lưu. Mỗi vùng yêu cầu dữ liệu dòng chảy giai đoạn 1979-2010, dữ liệu về nhu cầu nước, và Hình 2. Tổng lợi nhuận thuần trên lưu vực các quan hệ đặc trưng của hệ thống hồ chứa sông Ba theo thời gian thủy lợi, thủy điện. Ngoài ra, với hàm mục tiêu là tổng lợi nhuận thuần thu được từ các ngành Quan hệ tương quan giữa tổng lượng dòng kinh tế, mô hình cũng cần các thông tin về khối chảy hàng năm và tổng lợi nhuận thuần trên lưu lượng và chi phí sản xuất, giá bản sản phẩm và vực sông Ba được trình bày trong Hình 3. Có năng suất một số loại nông sản. Những thông tin thể thấy đây là một mối quan hệ tương đối chặt này được kế thừa từ các nghiên cứu trước đây chẽ với hệ số tương quan vượt 0,8. Tuy nhiên hoặc tham khảo từ một số văn bản và niên giám quan hệ này không phải tuyến tính. Khi tổng thống kê các tỉnh thuộc lưu vực. lượng dòng chảy càng lớn (ví dụ trên 15 tỉ m3) 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN thì mức gia tăng lợi nhuận sẽ giảm đi (độ dốc Với chuỗi số liệu dòng chảy từ 1979 đến giảm). Điều này cũng phù hợp với thực tế là lúc 2010, mô hình xem xét lợi ích kinh tế từ việc này nhu cầu nước của các ngành đều đã được khai thác sử dụng nước dành cho hai đối tượng đáp ứng tương đối đầy đủ. chính là thủy điện và trồng trọt. Trong đó, đối với thủy điện chỉ xem xét các hồ chứa lớn trong hệ thống. Đối với trồng trọt, chỉ xem xét các cây trồng chính ở lưu vực là: lúa (2 vụ), ngô (2 vụ), mía và café. Các nhu cầu nước dành cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản, chăn nuôi và môi trường được coi là các ràng buộc. 4.1. Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy đến hiệu quả kinh tế Hình 3. Quan hệ tương quan giữa tổng lượng Cả thủy điện và trồng trọt đều là những dòng chảy và tổng lợi nhuận thuần ngành sử dụng nguồn nước nhiều nên đương nhiên chịu ảnh hưởng của sự thay đổi dòng Trong số các đối tượng sử dụng nước thì chảy. Theo kết quả tính toán, lợi nhuận thuần thủy điện có đóng góp lợi ích nhiều nhất với thu được nhiều nhất trên toàn lưu vực xảy ra vào mức dao động từ 32 đến 49% tổng lợi nhuận các năm 1998-1999, 1999-2000 là những năm thuần. Tiếp đến lần lượt là café, lúa, mía và ngô có lượng nước đến dồi dào. Những năm có lợi với mức đóng góp trung bình tương ứng là nhuận thuần nhỏ nhất là các năm 2004-2005, 31,1%, 22,1%, 5,8% và 4,3%. Tỉ lệ đóng góp lợi 1997-1998 mà theo một số nghiên cứu trước nhuận của các đối tượng sử dụng nước cho từng đây, đều có lượng nước đến thuộc loại thấp, năm được trình bày trong Hình 4. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 87
giá trị gia tăng cao. Điển hình như năm 2004- 2005, theo kết quả tính toán thì tỉ lệ đóng góp của thủy điện là 49,1%, đối nghịch với ngô chỉ đạt 1,8%. 4.2. Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy đến phân bổ nước theo không gian Chuỗi dòng chảy đến các phân vùng khai thác Hình 4. Tỉ lệ đóng góp lợi nhuận thuần từ các sử dụng nước giai đoạn 1979-2010 được chia đối tượng sử dụng nước (%) thành ba nhóm năm: nhóm năm nhiều nước Vào những năm kiệt, do nguồn nước bị hạn (tương ứng với tần suất
vùng I, vùng VI, vùng VII. Ngược lại các vùng II, III, IV và V có xu thế giảm dần. Điều này phản ánh hiệu quả kinh tế từ việc sử dụng nước của khu vực thượng Ayun, và vùng thung lũng trung gian lưu vực sông Ba là thấp hơn so với khu vực thượng nguồn sông Ba và vùng hạ lưu. 4.3.Đánh giá ảnh hưởng của biến thiên dòng chảy đến tỉ lệ phân bổ nước cho các đối tượng dùng nước Trong số các đối tượng dùng nước (có tiêu hao) thì lượng nước dành cho trồng trọt vẫn chiếm Hình 6. Quan hệ tương quan giữa tổng sản tỉ lệ cao nhất (trung bình nhiều năm là 65,9%). lượng điện và tổng lượng dòng chảy Lượng nước chuyển sang sông Kone để phát điện Trung bình nhiều năm, tổng sản lượng điện xấp xỉ 30% nhu cầu dùng nước trên lưu vực. Các của hệ thống hồ theo tính toán đạt 2467 triệu nhu cầu nước cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản kwh, tăng 13,4% so với giá trị theo thiết kế. và chăn nuôi chỉ chiếm tỉ lệ rất nhỏ. Trong đó, cụm hồ An Khê – Ka Nak, hồ Krông Đối với thủy điện thì sự biến thiên của dòng Hăng và hồ Sông Hinh có sản lượng tăng lên, chảy ảnh hưởng đến tổng sản lượng điện của trong khi hồ Sông Ba Hạ sản lượng điện giảm các hồ chứa. Kết quả tính toán trung bình trong khá nhiều (Bảng 2). Điều này có thể lý giải do 30 năm thì tổng sản lượng điện từ hệ thống hồ mô hình tối ưu phân bổ sử dụng nước theo giá chứa thấp nhất là 1893,11 triệu kwh (1997- trị kinh tế và chưa xem xét ràng buộc diện tích 1998) và cao nhất là 3045,27 triệu kwh (1998- tưới. Chính vì thế, nước được ưu tiên dành cho 1999). Mối quan hệ tương quan giữa tổng sản phát điện. Riêng đối với hồ Sông Ba Hạ có ràng lượng điện và tổng lượng dòng chảy trong nhiều buộc về dòng chảy tối thiểu tương đối lớn theo năm được thể hiện dưới dạng hàm mũ (Hình 6) Quy trình vận hành liên hồ mới ban hành năm tuy nhiên không được chặt chẽ. 2014 nên đã làm giảm sản lượng điện. Bảng 2. Tổng sản lượng điện các hồ chứa trung bình nhiều năm Đơn vị: triệu kwh Ayun Krông Sông Sông Trung bình nhiều năm An Khê-Kanak Tổng Hạ Hnăng Hinh Ba Hạ Tính toán 901.8 20.1 287.7 489.9 767.4 2467.0 Thiết kế 694 247 370 825 2136.0 Đối với trồng trọt thì ảnh hưởng của dòng Krông Pa, năm 2004-2005 là các vùng Nam Bắc chảy đến việc đáp ứng diện tích tưới tại các An Khê, Ayun Pa và Krông Pa. Tất nhiên kết vùng là rất lớn. Theo kết quả tính toán trung quả tính toán này chưa có tính thực tế cao do bài bình trong nhiều năm,tỉ lệ đáp ứng diện tích tưới toán mới chỉ xem xét về điều kiện kinh tế, mà của của từng vùng như sau: Thượng Đồng Cam chưa xem xét thêm các ràng buộc khác, ví dụ 100%, Hạ lưu 100%, Krông Pa 77,58%, Krông như vấn đề an sinh lương thực, ổn định xã hội. Hnăng 68,26%, Ayun Pa 56,91%, Thượng Ayun 5. KẾT LUẬN 46,01%, và Nam Bắc An Khê 35,21%. Trong đó Bài báo tập trung đánh giá ảnh hưởng của sự phần lớn các vùng đều có diện tích tưới dưới biến thiên dòng chảy đến việc khai thác, sử mức đảm bảo cấp nước theo quy định hiện dụng nước trên lưu vực sông Ba cho từng vùng hành.Vào những năm ít nước, một số vùng và từng đối tượng.Thông qua hàm mục tiêu là không có nước dành cho tưới. Điển hình năm tối đa hóa lợi ích kinh tế từ các đối tượng sử 1997-1998 là hai vùng Nam Bắc An Khê và dụng nước, nghiên cứu đã bước đầu xây dựng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 89
được mối tương quan khá chặt chẽ giữa dòng nhất cho lưu vực. Tuy nhiên, mô hình còn một chảy và tổng lợi nhuận trên toàn lưu vực. Kết số hạn chế do chỉ xem xét được một số loại cây quả của mô hình cũng đã thể hiện được tỉ lệ trồng chủ yếu và bước thời gian tính toán là một phân bổ nước giữa các vùng và giữa các đối tháng nên chưa làm rõ được mâu thuẫn thực tế tượng dùng nước sao cho mang lại lợi ích lớn giữa thủy điện và trồng trọt. TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Văn Khối và nnk, (2007), Giáo trình Quy hoạch và Phân tích hệ thống tài nguyên nước, Hà Nội. Loucks và Beeks, (2005), Water Resources Systems Planning and Management: An Introduction to Methods, Models and Applications, UNESCO Publishing. Viện Quy hoạch thủy lợi, (2007), Báo cáo tổng hợp - Quy hoạch sử dụng tổng hợp và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực sông Ba, Hà Nội. Trường Đại học Thủy lợi, (2007), Báo cáo tổng hợp - Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Ba, Hà Nội. Ximing Cai và nnk, (2006),Modeling Water Resources Management at the Basin Level: Methodology and Application to the Maipo River Basin, Washington, D.C. Claudia Ringler và nnk, (2006), Water allocation policy modeling for the Dong Nai river basin: an integrated perspective, Journal of The American Water Resources Association, Vol. 42(6). Tô Trung Nghĩa và nnk, (2006), Ứng dụng công nghệ GAMS vận hành phân bổ tối ưu nguồn nước vùng Thượng du sông Thái Bình, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Số 1. Nguyễn Thị Thu Nga và nnk, (2015), Nghiên cứu xây dựng mô hình thủy văn kinh tế lưu vực sông Ba trên cơ sở ngôn ngữ GAMS, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, Số 49. Nguyễn Hữu Khải và Trần Thiết Hùng, (2011), Tổ hợp kiệt và điều tiết mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Số 27. Niên giám thống kê tỉnh Đăk Lăk, (2014), Đăk Lăk. Niên giám thống kê tỉnh Gia Lai, (2014), Gia Lai. Niên giám thống kê tỉnh Phú Yên, (2014), Phú Yên. Quyết định 1077/QĐ-TTg về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba Abstract: RESEARCH ON EFFECTS OF FLOW VARIATION TO WATER ALLOCATION IN THE BA RIVER BASIN In a water resources system, river flow is a factor with very high variation in both space and time. In addition, human demands for exploitation of water also change. This will lead to water surpluses or deficits vary between years, between upstream and downstream, and between water users. A mathematical model which was constructed in GAMS (General Algebraic Modeling System), has been applied for better understanding on water allocation ratio as effected by flow variation. Water allocated for users in the basin based on economic optimization criteria, also considering a number of constraints of natural, environmental and social conditions. Keywords: Water allocation, hydroeconomic model, GAMS. BBT nhận bài: 08/3/2016 Phản biện xong: 18/3/2016 90 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)