Tài liệu Nghiên cứu các giải pháp cấp nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông bưởi

1 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian dài thực hiện, luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước với đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp cấp nước phục vụ phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông Bưởi” đã được hoàn thành. Ngoài sự nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp, bạn bè. Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS. Phạm Việt Hòa - Trường Đại học Thủy lợi đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, những thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành Luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy giáo, cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong quá trình học tập. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ, cung cấp các tài liệu cần thiết và đóng góp ý kiến cho tác giả hoàn thành luận văn. Tuy nhiên do thời gian có hạn, khối lượng tính toán lớn nên những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi. Tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và của đồng nghiệp. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn tấm lòng của những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Nguyễn Khắc năm 2015 2 BẢN CAM KẾT Tên tác giả: Nguyễn Khắc Học viên cao học: Lớp CH20Q21 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Việt Hòa Tên đề tài luận văn “Nghiên cứu các giải pháp cấp nước phục vụ phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông Bưởi”. Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để làm cơ sở nghiên cứu. Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Nguyễn Khắc năm 2015 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 9 I. Tính cấp thiết của Đề tài ..................................................................................................... 9 II. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................................................... 9 III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................................... 10 CHƯƠNG I .......................................................................................................................... 12 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU........................... 12 1.1. Tổng quan về các giải pháp cấp nước trên lưu vực sông .............................................. 12 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................................12 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................14 1.2. Tổng quan về vùng nghiên cứu..................................................................................... 19 1.2.1. Đặc điểm tự nhiên. ..........................................................................................19 1.2.2. Đặc điểm Kinh tế – Xã hội vùng nghiên cứu ..................................................32 1.2.3. Hiện trạng công trình thủy lợi trên lưu vực ....................................................34 CHƯƠNG II ........................................................................................................................ 41 CƠ SỞ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC ..................................................................... 41 2.1. PHÂN VÙNG TƯỚI .................................................................................................... 41 2.1.1. Vùng I: Vùng thượng nguồn sông Bưởi .........................................................41 2.1.2. Vùng II: Khu hưởng lợi nước sông Bưởi ........................................................42 2.1.3. Vùng III: Vùng trung sông Bưởi .....................................................................42 2.1.4. Vùng IV: Vùng hạ sông Bưởi .........................................................................42 2.2. TỔNG NHU CẦU NƯỚC CHO CÁC VÙNG ............................................................ 42 2.2.1 Tính toán nhu cầu nước nông nghiệp ...............................................................42 2.2.2. Chỉ tiêu dùng nước cho các ngành khác .........................................................50 2.2.3. Nhu cầu nước của các ngành...........................................................................53 2.3. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI TRÊN LƯU VỰC ........................................................ 58 2.3.1. Tài liệu dùng trong tính toán ...........................................................................58 2.3.2. Tính toán cân bằng nước .................................................................................59 2.4. PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC .................................................................................... 65 CHƯƠNG III ....................................................................................................................... 69 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TRÊN LƯU VỰC SÔNG BƯỞI ......................................................................................... 69 3.1. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC .................................................................. 69 3.1.1. Phân tích, đánh giá tiềm năng khai thác trên dòng chính sông Bưởi ......................... 69 3.1.2. Đề xuất các giải pháp cấp nước ......................................................................71 3.2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ................................................................... 71 4 3.2.1 Phạm vi nghiên cứu của mô hình thủy lực .......................................................71 3.2.2. Xác định bộ thông số và kiểm nghiệm mô hình .............................................77 3.2.3. Kết quả tính toán mực nước và lưu lượng theo phương án tính toán trên dòng chính ..........................................................................................................................82 3.3. GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH THEO PHƯƠNG ÁN CHỌN......................................... 86 3.4. GIẢI PHÁP PHI CÔNG TRÌNH ................................................................................ 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 104 I. KẾT LUẬN .................................................................................................................... 104 II. KIẾN NGHỊ .................................................................................................................. 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 107 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 108 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự gia tăng tổng lượng nước sử dụng hàng năm và tổng lượng nước sử dụng hàng năm cho các lĩnh vực dùng nước……………………………………… 14 Hình 1.2: Bản đồ lưu vực sông Bưởi...…………………………………………….20 Hình 3.1: Sơ đồ tính toán thủy lực mùa kiệt mạng sông Mã...………………….…73 Hình 3.2: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Quang Lộc trên sông Lèn (vị trí 26490)……………………………………………………………..78 Hình 3.3: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Phà Thắm trên sông Lèn (vị trí 32575)……………………………………………………………..79 Hình 3.4: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Hàm Rồng trên sông Mã (vị trí 71952) .……………………………………………………………79 Hình 3.5: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Nguyệt Viên trên sông Mã (vị trí 82570)….………………………………………………………… 80 Hình 3.6: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Cự Đà trên sông Lạch Trường (vị trí 2379)..……………………………………………………….. 80 Hình 3.7: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Hoằng Hà trên sông Lạch Trường (vị trí 19500).. …………………………………………………81 Hình 3.8: Đường quá trình MN tính toán mô phỏng và thực đo tại Kim Tân trên sông Bưởi (vị trí 46800)…………..………………………………………………. 81 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tình hình sử dụng nước vùng đồng bằng sông Hồng theo KC-12…….. 15 Bảng 1.2: % sử dụng nước ở đồng bằng sông so với tổng lượng nước sử dụng qua các năm …………………………………………………………………………....15 Bảng 1.3: Mức độ gia tăng lượng nước cho nông nghiệp (lần) so với năm 1990....15 Bảng 1.4: Mạng lưới trạm mưa và trạm khí tượng.................................................. 21 Bảng 1.5: Mạng lưới trạm thủy văn trên lưu vực sông Bưởi................................... 22 Bảng 1.6: Nhiệt độ không khí đo được tại các trạm................................................ 22 Bảng 1.7: Lượng mưa tháng năm trung bình nhiều năm......................................... 24 Bảng 1.8: Tần suất lượng mưa năm......................................................................... 24 Bảng 1.9: Độ ẩm tương đối tại trạm Lạc Sơn và Yên Định..................................... 25 Bảng 1.10: Bốc hơi bình quân tháng tại trạm Lạc Sơn và Yên Định....................... 25 Bảng 1.11: Số giờ nắng qua các tháng tại trạm Lạc Sơn và Yên Định.................... 25 Bảng 1.12: Tốc độ gió trung bình tháng, năm tại trạm Lạc Sơn và Yên Định........ 28 Bảng 1.13: Đặc trưng hình thái các sông trên lưu vực sông Bưởi........................... 28 Bảng 1.14: Đặc trưng dòng chảy năm lưu vực sông Bưởi tại Vụ Bản.................... 29 Bảng 1.15: Một số đặc trưng về dòng chảy năm tại trạm Vụ Bản………………... 29 Bảng 1.16: Lưu lượng các tháng mùa kiệt ứng với tần suất thiết kế tại trạm Vụ Bản ………………...……………………………………………………………………30 Bảng 1.17: Phân bố diện tích đất theo từng vùng.................................................... 34 Bảng 1.18: Tổng hợp công trình tưới trên địa bàn vùng nghiên cứu…..…………. 39 Bảng 2.1: Phân vùng thuỷ lợi lưu vực sông Bưởi.................................................... 42 Bảng 2.2: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85%.................................. 43 Bảng 2.3: Nhiệt độ không khí trung bình tháng năm tại các trạm……...………… 44 Bảng 2.5: Lượng bốc hơi đo bằng ống Picher trung bình tháng tại các trạm.......... 44 Bảng 2.6: Tốc độ gió trung bình tháng tại các trạm................................................. 44 Bảng 2.7: Số giờ nắng trung bình tháng tại các trạm............................................... 44 Bảng 2.8: Thời vụ gieo trồng................................................................................... 46 Biểu 2.9: Thời vụ gieo trồng…………………………………………………….... 46 7 Biểu 2.10: Hệ số sinh lý cây trồng theo các giai đoạn phát triển (Kc)……… …… 46 Bảng 2.11: Mức tưới của các loại cây trồng chính vùng nghiên cứu - P = 85%..... 50 Bảng 2.12: Chỉ tiêu cấp nước cho sinh hoạt..…………………………………….. 50 Bảng 2.13: Thống kê dân số năm 2012 và năm 2020..…………………………… 51 Bảng 2.14: Thống kê gia súc, gia cầm hiện trạng năm 2012, năm 2020.………… 51 Bảng 2.15: Thống kê các khu công nghiệp vùng nghiên cứu năm 2012.………… 52 Bảng 2.16: Thống kê các khu công nghiệp vùng nghiên cứu đến năm 2020..…… 55 Bảng 2.17: Diện tích nuôi trồng thủy sản hiện tại 2012 và tương lai 2020...…….. 53 Bảng 2.18: Nhu cầu nước tưới cho cây trồng hiện trạng – P = 85%....................... 53 Bảng 2.19: Nhu cầu nước tưới cho cây trồng năm 2020 – P = 85%........................ 53 Bảng 2.20: Nhu cầu nước cho chăn nuôi hiện trạng...……………………………. 53 Bảng 2.21: Nhu cầu nước cho chăn nuôi năm 2020..…………………………….. 54 Bảng 2.22: Nhu cầu nước cho dân sinh năm 2012...……………………………… 54 Bảng 2.23: Nhu cầu nước cho dân sinh năm 2020...……………………………… 54 Bảng 2.24: Nhu cầu nước cho công nghiệp hiện trạng...…………………………. 55 Bảng 2.25: Nhu cầu nước cho công nghiệp năm 2020..………………………….. 55 Bảng 2.26: Nhu cầu nước cho thủy sản hiện trạng..……………………………… 55 Bảng 2.27: Nhu cầu nước cho thủy sản năm 2020..………………………………. 56 Bảng 2.28: Lượng nước tái tạo môi trường hạ du………………………………… 56 Bảng 2.29: Tổng nhu cầu nước cho các ngành hiện tại – P = 85% ..………………56 Bảng 2.30: Tổng nhu cầu nước cho các ngành giai đoạn 2020 – P = 85%.............. 57 Bảng 2.31: Tổng lượng dòng chảy đến ứng với tần suất P = 85%.. ………………58 Bảng 2.32: Cân bằng nước theo lưu lượng giai đoạn hiện tại, P=85% ..…………..60 Bảng 2.33: Cân bằng nước theo tổng lượng giai đoạn hiện tại, P=85%.................. 61 Bảng 2.34: Cân bằng lưu lượng giai đoạn 2020 - tần suất 85% .…………………62 Bảng 2.35: Cân bằng tổng lượng giai đoạn 2020 - tần suất 85% ..…………..……62 Bảng 2.36: Tổng hợp lượng nước thừa, thiếu các vùng - giai đoạn hiện tại..…….. 63 Bảng 2.37: Tổng hợp lượng nước thừa, thiếu các vùng - giai đoạn 2020………… 63 Bảng 2.38: Trách nhiệm quản lý tài nguyên nước và chức năng cung cấp dịch vụ..67 8 Bảng 2.39: Diễn biến mực nước tại một số công trình thuỷ lợitrên lưu vực sông Bưởi……………………………………………………………………………….. 68 Bảng 3.1: Tính toán cân bằng nguồn nước trên dòng chính suối Bin trong tương lai ...……………………………………………………………………………………69 Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ bản của các biên gia nhập khu giữa sông Mã..……………. 74 Bảng 3.3: Chỉ tiêu cơ bản của các vị trí lấy nước dọc sông ...……………………. 74 Bảng 3.4: Địa hình lòng dẫn mạng sông Mã...……………………………………. 76 Bảng 3.5: Thông số cơ bản của các công trình lợi dụng tổng hợp trên sông Mã....76 Bảng 3.6: Kết quả mực nước thực đo và tính toán mô phỏng……………………. 78 Bảng 3.7: Kết quả tính toán mực nước kiệt sông Bưởi P = 85%............................. 82 Bảng 3.8: Kết quả tính toán lưu lượng kiệt sông Bưởi P = 85%............................. 83 Bảng 3.9: Lưu lượng trung bình tại một số vị trí trên sông Bưởi... ……………….85 Bảng 3.10: Một số chỉ tiêu thiết kế theo quy mô công trình hồ Cánh Tạng……… 88 Bảng 3.11: Sơ bộ quy mô công trình cấp nước cho 6 xã phụ cận s. Bưởi………... 89 Bảng 3.12: Một số chỉ tiêu thiết kế công trình đập dâng ChòmMo………………. 89 Bảng 3.13: Tổng hợp phương án bố trí tưới cho các vùng…………….…………. 95 Bảng 3.14: Ước tính kinh phí vốn đầu tư cho công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp …………………………………………………………………………….………..97 Bảng 3.15: Quy mô dân số các khu đô thị trên lưu vực sông Bưởi……….……… 98 Bảng 3.16: Ước tính kinh phí cấp nước cho các khu đô thị tập trung……..……... 99 Bảng 3.17: Phương án, kinh phí cấp nước sinh hoạt nông thôn vùng lưu vực sông Bưởi……………………………………………………………………………... 100 Bảng 3.18: Hiện trạng hạn hán trên địa bàn vùng nghiên cứu…………………. 102 9 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của Đề tài Lưu vực sông Bưởi là phụ lưu cấp I của sông Mã bao gồm đất đai của 5 huyện: Tân Lạc, Lạc Sơn, Yên Thuỷ tỉnh Hoà Bình và huyện Thạch Thành, Vĩnh Lộc tỉnh Thanh Hoá. Tổng diện tích tự nhiên toàn vùng nghiên cứu là 1.731 km2 với dân số tính đến năm 2010 là 409.756 người. Tiềm năng phát triển kinh tế trên lưu vực sông Bưởi rất đa dạng: Nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, du lịch, thuỷ sản và khai khoáng… chính vì vậy yêu cầu đáp ứng về nguồn nước cũng rất phong phú và có những đặc thù khác nhau giữa các ngành. Về cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, hiện nay trên toàn vùng đã xây dựng được 584 công trình thủy lợi nhưng mới đáp ứng được trên 50% diện tích cần tưới. Đánh giá về công tác phát triển công trình tưới trên lưu vực sông Bưởi hiện nay có những tồn tại sau: - Do yêu cầu khai thác nguồn nước trên lưu vực ngày một lớn, hiện nay ở hạ du dòng chính sông Bưởi trong mùa kiệt thường xảy ra thiếu nước nghiêm trọng, nhiều trạm bơm không lấy được nước phải sử dụng các biện pháp tạm thời như đắp đập tạm hay nối dài ống hút nhưng vẫn không bơm được theo công suất thiết kế. - Một số công trình dự kiến trong quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Bưởi trước đây đã không còn phù hợp. - Ngoài ra vùng phụ cận sông Bưởi gồm 6 xã Đa Phúc, Bảo Hiệu, Phú Lai, Yên Trị, Yên Lạc và thị trấn Hàng Trạm của huyện Yên Thuỷ hàng năm có tới 2.706 ha (trong tổng số 3.525 ha) sản xuất nông nghiệp bị hạn hán. Mặt khác, theo định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du sông Bưởi, do việc mở rộng vùng nguyên liệu mía phục vụ nhà máy đường Việt Đài và xây dựng hàng loạt các khu công nghiệp như: KCN Thạch Quảng huyện Thạch Thành (200ha); KCN Vĩnh Minh, Vĩnh Hòa, Vĩnh Quang huyện Vĩnh Lộc (85ha)… sẽ dẫn đến nhu cầu sử dụng nước trong tương lai ngày càng tăng cao. Từ những lý do trên cho thấy việc lập Đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp cấp nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Bưởi” là rất cần thiết và cấp bách để phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực. II. Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất được giải pháp cấp nước, khai thác hiệu quả diện tích đất nông nghiệp và cấp nước cho các nghành khác phục vụ kịp thời yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông. 10 III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu a) Cách tiếp cận Việc suy giảm dòng chảy kiệt trong những năm gần đây là rất đáng báo động. Phân tích đánh giá các đặc điểm tự nhiên, tình hình khai thác và sử dụng nguồn nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội vùng hạ du sông Bưởi, đề tài chọn hướng tiếp cận như sau: • Tiếp cận kế thừa Trên lưu vực sông Bưởi cũng như toàn hệ thống sông Mã đã có một số các dự án quy hoạch, các đề tài nghiên cứu về nguồn nước, vấn đề khai thác, sử dụng và quản lý tài nguyên nước. Việc kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu này sẽ giúp đề tài có định hướng giải quyết vấn đề một cách khoa học hơn. • Tiếp cận thực tiễn Tiến hành khảo sát thực địa, tổng hợp số liệu nhằm nắm rõ chi tiết hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế - xã hội của từng địa phương, hiện trạng khai thác và sử dụng nguồn nước, các quy hoạch vùng, các chính sách phát triển các ngành kinh tế, tình hình về mực nước và lưu lượng trên hệ thống sông Bưởi tại các thời gian khác nhau, các đánh giá về tình hình thiệt hại, suy giảm nguồn lợi kinh tế vùng hạ du do không đáp ứng đủ nhu cầu dùng nước. Các số liệu thực tiễn giúp đánh giá một cách tổng quan về điều kiện tự nhiên, hiện trạng khai thác và sử dụng nước trên lưu vực sông Bưởi, nhu cầu dùng nước các ngành kinh tế - xã hội hiện nay và trong tương lai, xu thế biến động các yếu tố khí tượng, thủy văn làm cơ sở đánh giá khả năng cấp nước trên dòng chính sông Bưởi, từ đó có cơ sở đề xuất giải pháp khắc phục. • Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu: Đề tài này ứng dụng, khai thác các phần mềm, mô hình hiện đại như mô hình tính toán thủy động lực học (MIKE 11), phần mềm tính toán hệ số tưới cho các loại cây trồng (CROPWAT), công nghệ GIS phục vụ lập bản đồ. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, kết quả tính toán của các dự án quy hoạch, các đề tài nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản thực hiện trên địa bàn vùng nghiên cứu, như dự án “Quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Bưởi” được Bộ Thuỷ lợi lập năm 1979, dự án “Cập nhật quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Bưởi” do Bộ Nông nghiệp & PTNT tiến hành năm 2004. 11 - Phương pháp điều tra, thu thập: Thu thập, cập nhật tài liệu về dân số, diện tích đất canh tác, số lượng vật nuôi, hiện trạng nông nghiệp, công nghiệp… niên giám thống kê các huyện Tân Lạc, Lạc Sơn, Yên Thuỷ tỉnh Hoà Bình và huyện Thạch Thành, Vĩnh Lộc tỉnh Thanh Hoá. Tài liệu khí tượng, thủy văn, địa hình địa chất trên lưu vực... - Phương pháp phân tích thống kê phục vụ sử lý các số liệu đã điều tra, thu thập được. - Phương pháp ứng dụng các mô hình hiện đại: Ứng dụng các mô hình, công cụ tiên tiến phục vụ tính toán bao gồm phần mềm Mapinfo xây dựng bản đồ; Phần mềm CROPWAT tính toán hệ số tưới cho các loại cây trồng phục bài toán cân bằng nước; sử dụng mô hình Mike 11 để diễn toán chế độ dòng chảy trên hệ thống sông Bưởi. - Phương pháp chuyên gia: Tác giả thực hiện đề tài với sự trợ giúp, đánh giá, góp ý của các chuyên gia trong lĩnh vực Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, cụ thể như PGS.TS Phạm Việt Hòa cùng các chuyên gia có nhiều năm nghiên cứu lưu vực sông Mã trong Viện Quy hoạch Thủy lợi. 12 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về các giải pháp cấp nước trên lưu vực sông 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Tài nguyên nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo nhưng cũng có thể bị cạn kiệt tùy vào tốc độ khai thác của con người và khả năng tái tạo của môi trường. Ngày nay, sử dụng nước cho mọi hoạt động đã trở nên phổ biến. Tuy nhiên, việc sử dụng khai thác nguồn tài nguyên này gây ra những hậu quả ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn tài nguyên nước. Khi con người bắt đầu trồng trọt và chăn nuôi thì đồng ruộng dần dần phát triển ở miền đồng bằng màu mỡ, kề bên lưu vực các con sông lớn. Lúc đầu cư dân còn ít và nước thì đầy ắp trên các sông hồ, đồng ruộng, cho dù có gặp thời gian khô hạn kéo dài thì cũng chỉ cần chuyển cư không xa lắm là tìm được nơi ở mới tốt đẹp hơn. Vì vậy, nước được xem là nguồn tài nguyên vô tận và cứ như thế qua một thời gian dài, vấn đề nước chưa có gì là quan trọng. Tình hình thay đổi nhanh chóng khi cuộc cách mạng công nghiệp xuất hiện và càng ngày càng phát triển như vũ bão. Hấp dẫn bởi nền công nghiệp mới ra đời, từng dòng người từ nông thôn đổ xô vào các thành phố và khuynh hướng này vẫn còn tiếp tục cho đến ngày nay. Ðô thị trở thành những nơi tập trung dân cư quá đông đúc, tình trạng này tác động trực tiếp đến vấn đề về nước càng ngày càng trở nên nan giải. Nhu cầu nước càng ngày càng tăng theo đà phát triển của nền công nghiệp, nông nghiệp và sự nâng cao mức sống của con người. Theo sự ước tính, bình quân trên toàn thế giới có chừng khoảng 40% lượng nước cung cấp được sử dụng cho công nghiệp, 50% cho nông nghiệp và 10%cho sinh hoạt. Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng lại thay đổi tùy thuộc vào sự phát triển của mỗi quốc gia. Thí dụ: Ở Hoa Kỳ, khoảng 44% nước được sử dụng cho công nghiệp, 47% sử dụng cho nông nghiệp và 9% cho sinh hoạt và giải trí (Chiras, 1991). Ở Trung Quốc thì 7% nước được dùng cho công nghiệp, 87% cho công nghiệp, 6% sử dụng cho sinh hoạt và giải trí. Nhu cầu về nước trong công nghiệp: Sự phát triển càng ngày càng cao của nền công nghiệp trên toàn thế giới càng làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối 13 với một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất..., chỉ 5 ngành sản xuất này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước sử dụng cho công nghiệp. Thí dụ: cần 1.700 lít nước để sản xuất một thùng bia chừng 120 lít, cần 3.000 lít nước để lọc một thùng dầu mỏ chừng 160 lít, cần 300.000 lít nước để sản xuất 1 tấn giấy hoặc 1,5 tấn thép, cần 2.000.000 lít nước để sản xuất 1 tấn nhựa tổng hợp. Theo đà phát triển của nền công nghiệp hiện nay trên thế giới có thể dự đoán đến năm 2000 nhu cầu nước sử dụng cho công nghiệp tăng 1.900 km3/năm có nghĩa là tăng hơn 60 lần so với năm 1900. Phần nước tiêu hao không hoàn lại do sản xuất công nghiệp chiếm khoảng từ 1 - 2% tổng lượng nước tiêu hao không hoàn lại và lượng nước còn lại sau khi đã sử dụng được quay về sông hồ dưới dạng nước thải chứa đầy những chất gây ô nhiễm (Cao Liêm, Trần đức Viên - 1990 ). Nhu cầu về nước trong nông nghiệp: Sự phát triển trong sản xuất nông nghiệp như sự thâm canh tăng vụ và mở rộng diện tích đất canh tác cũng đòi hỏi một lượng nước ngày càng cao. Theo M.I.Lvovits (1974), trong tương lai do thâm canh nông nghiệp mà dòng chảy cả năm của các con sông trên toàn thế giới có thể giảm đi khoảng 700 km3/năm. Phần lớn nhu cầu về nước được thỏa mãn nhờ mưa ở vùng có khí hậu ẩm, nhưng cũng thường được bổ sung bởi nước sông hoặc nước ngầm bằng biện pháp thủy lợi nhất là vào mùa khô. Người ta ước tính được mối quan hệ giữa lượng nước sử dụng với lượng sản phẩm thu được trong quá trình canh tác như sau: để sản xuất 1 tấn lúa mì cần đến 1.500 tấn nước, 1 tấn gạo cần đến 4.000 tấn nước và 1 tấn bông vải cần đến 10.000 tấn nước. Sở dĩ cần số lượng lớn nước như vậy chủ yếu là do sự đòi hỏi của quá trình thoát hơi nước của cây, sự bốc hơi nước của lớp nước mặt trên đồng ruộng, sự trực di của nước xuống các lớp đất bên dưới và phần nhỏ tích tụ lại trong các sản phẩm nông nghiệp. Dự báo nhu cầu về nước trong nông nghiệp đến năm 2000 sẽ lên tới 3.400 km3/năm, chiếm 58% tổng nhu cầu về nước trên toàn thế giới. Nhu cầu về nước Sinh hoạt và giải trí: Theo sự ước tính thì các cư dân sinh sống kiểu nguyên thủy chỉ cần 5-10 lít nước/ người/ ngày. Ngày nay, do sự phát triển của xã hội loài người ngày càng cao nên nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí 14 ngày cũng càng tăng theo nhất là ở các thị trấn và ở các đô thị lớn, nước sinh hoạt tăng gấp hàng chục đến hàng trăm lần nhiều hơn. Theo sự ước tính đó thì đến năm 2000, nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí sẽ tăng gần 20 lần so với năm 1900, tức là chiếm 7% tổng nhu cầu nước trên thế giới (Cao Liêm, Trần đức Viên - 1990). Nước là nhu cầu quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội, bao gồm 3 lĩnh vực chủ yếu: nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng. Trên thế giới cũng như ở ta nhu cầu nước cả 3 lĩnh vực trên đều tăng rất nhanh. Theo thống kê của Liên hợp quốc trên thế giới tình hình trên được minh hoạ như hình 1-1. Hình 1.1: Sự gia tăng tổng lượng nước sử dụng hàng năm và tổng lượng nước sử dụng hàng năm cho các lĩnh vực dùng nước Qua các nghiên cứu trên, có thể thấy các hoạt động phát triển của con người ngày càng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống của chúng ta, đặc biệt là các khu dân cư ở hạ lưu các lưu vực sông. Do đó, cần thiết phải có những nghiên cứu chuyên sâu, chi tiết để có thể đánh giá đúng và đầy đủ tác động của các hoạt động kinh tế đến hệ thống cấp nước nói riêng và đến vấn đề quản lý, bảo vệ và sử dụng hợp lý, bền vững tài nguyên nước trên thế giới nói chung. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta tình hình sử dụng nước trước mắt và trong tương lai của vùng đồng bằng sông Hồng như bảng 1-1, 1-2, 1-3. 15 Như vậy hiện tại cũng như trong tương lai, nhu cầu nước cho nông nghiệp vẫn ở vị trí chủ yếu. Và sự gia tăng nhu cầu nước vẫn rất đáng kể (gần 2 lần đến năm 2012). Như vậy tuy hệ thống thuỷ nông là hệ thống đa mục tiêu nhưng mục tiêu nông nghiệp vẫn là chính. Bảng 1.1: Tình hình sử dụng nước vùng đồng bằng sông Hồng theo KC-12 (triệu m3) Tổng Dịch vụ 19800 3918,0 Công nghiệp Nông nghiệp 12361,0 2531,0 Tổng 13749,0 Nông nghiệp 11633,0 Dịch vụ Tổng 10778,0 1267 Dịch vụ 537,5 Công nghiệp Công nghiệp 222,5 Năm 2010 849 Nông nghiệp Năm 2000 10018,0 Năm 1990 Bảng 1.2: % sử dụng nước ở đồng bằng sông so với tổng lượng nước sử dụng qua các năm 93 2 5 100 85 6 9 100 66 14 20 Tổng Dịch vụ Công nghiệp Nông nghiệp Năm 2010 Tổng Dịch vụ Công nghiệp Nông nghiệp Năm 2000 Tổng Dịch vụ Công nghiệp Nông nghiệp Năm 1990 100 Bảng 1.3: Mức độ gia tăng lượng nước cho nông nghiệp (lần) so với năm 1990 Năm 1990 Năm 2000 Năm 2010 1 1,4 1,97 Với mục tiêu đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng nền kinh tế độc lập tự chủ, đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020; muốn vậy trước hết nông nghiệp và nông thôn phải phát triển lên một trình độ mới bằng việc đổi mới cơ cấu cây trồng, vật nuôi, tăng giá trị thu được trên một đơn vị diện tích, ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ; phát triển công nghiệp, dịch vụ, các làng nghề ở nông thôn, tạo nhiều việc làm mới. 16 Để đáp ứng những mục tiêu đó, công tác thuỷ lợi phục vụ sản xuất nông-lâmngư-diêm nghiệp và kinh tế nông thôn đang đứng trước những thời cơ và thách thức mới. Đó là việc đảm bảo nước để ổn định khoảng 4 triệu ha đất có điều kiện sản xuất lúa, giữ vững an ninh lương thực với sản lượng lương thực có hạt khoảng 40 triệu tấn vào năm 2010; có các giải pháp thuỷ lợi hiệu quả phục vụ cho 3 triệu ha cây công nghiệp và cây ăn quả lâu năm, khoảng 1,2 triệu ha cây công nghiệp hàng năm; cung cấp nước cho các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp, các làng nghề nông thôn, cung cấp nước sạch cho cư dân nông thôn; xây dựng các hệ thống cung cấp nước để làm muối chất lượng cao và nuôi trồng thuỷ, hải sản với qui mô lớn; xử lý nước thải từ các vùng nuôi trồng thuỷ sản tập trung, từ các làng nghề, từ các cơ sở sản xuất công nghiệp dịch vụ ở nông thôn. Theo đánh giá của Liên hiệp quốc, trong thế kỷ 20 dân số thế giới tăng lên 3 lần trong khi tài nguyên nước được khai thác tăng lên 7 lần. Với tốc độ tăng dân số như hiện nay, dân số thế giới được dự báo là 8 tỷ người năm 2020 và 10 tỷ vào năm 2050. Như vậy, nhu cầu về nước sẽ tăng 650% trong vòng 30 năm tới. Đến năm 2025 sẽ có trên 3,5 tỷ người trên hành tinh sống trong điều kiện khan hiếm nước. Nước ta có tài nguyên nước ở mức trung bình của thế giới. Lượng nước phát sinh trên lãnh thổ bình quân đầu người khoảng 4100 m3/năm vào năm 2000. Với tốc độ tăng dân số hiện nay, lượng nước bình quân đầu người tiếp tục giảm 18-20% sau mỗi thập kỷ. Do chịu ảnh hưởng mạnh của địa hình và giao lưu giữa 2 hệ thống gió mùa đông bắc và tây nam, lượng mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian. Mùa mưa chiếm 75-85% lượng mưa cả năm. Trong khi mùa khô lương mưa rất nhỏ, nhiều tháng không mưa. Về mặt không gian, có những vùng lượng mưa đạt 30005000mm/năm, trong khi có vùng dưới 1000mm/năm. Sự chênh lệch từ 3-5 lần. Mưa phân bố không đều nên dòng chảy mặt là sản phẩm của mưa phân bố cũng không đều. Những vùng mưa lớn có modul dòng chảy 60-80 lít/s/km2 trong khi những vùng mưa nhỏ chỉ đạt 10 lít/s/km2. Trong mùa mưa lượng dòng chảy 17 chiếm 70-80% lượng dòng chảy năm, trong khi tháng có lượng dòng chảy nhỏ nhất chỉ chiếm 1-2%. Tài nguyên nước dưới đất với trữ lượng động thiên nhiên trên toàn lãnh thổ (chưa kể phần hải đảo) khoảng 50-60 tỷ m3 tương đương 1513 m3/s nhưng cũng phân bố không đều trên các vùng địa chất thuỷ văn. Với những đặc điểm về tài nguyên nước, tình trạng hạn hán, thiếu nước vào mùa khô năm nào cũng xẩy ra với mức độ khác nhau. Và mùa mưa tình trạng úng lụt cũng thường xuyên xuất hiện. Trong vòng 5 năm gần đây, năm nào Việt Nam cũng phải đương đầu với thiên tai liên quan đến nước. Năm 1997, 1998 do ảnh hưởng của Enninô hạn hán nghiêm trọng trên nhiều vùng, đặc biệt là Miền Trung và Tây Nguyên. Năm 1999 hai trận lụt đầu tháng 11 và đầu tháng 12 ở miền trung được đánh giá là trận lụt lịch sử. Năm 2000, 2001 lụt ở Đồng bằng sông Mê Kông trong đó trận lụt năm 2000 được đánh giá là lớn nhất trong 70 năm qua cả về đỉnh, lượng và thời gian lũ. Đầu năm 2002 hạn hán lại xẩy ra trên diện rộng ở Nam Bộ, Duyên hải Nam Trung Bộ và Tây Nguyên gây thiệt hại lớn cho nông lâm nghiệp, thuỷ sản. Cháy rừng tràm ở Kiên Giang và Cà Mau cũng có nguyên nhân cơ bản do hạn hán. Sau nhiều năm đầu tư, với mục tiêu chủ yếu là đảm bảo an ninh lương thực quốc gia tiến tới xuất khẩu. Đến nay, cả nước đã có 75 hệ thống thuỷ lợi vừa và lớn, rất nhiều hệ thống thuỷ lợi nhỏ với tổng giá trị tài sản cố định khoảng 60.000 tỷ đồng (chưa kể giá trị đất và công sức nhân dân đóng góp). Các hệ thống thuỷ lợi năm 2000 đã đảm bảo tưới cho 3 triệu ha đất canh tác, tiêu 1.4 triệu ha đất tự nhiên ở các tỉnh bắc bộ, ngăn mặn 70 vạn ha, cải tạo 1.6 triệu ha đất chua phèn ở đồng bằng sông Cửu Long. Năm 2000, diện tích lúa được tưới cả năm gần 7 triệu ha chiếm 84% diện tích lúa. Các công trình thuỷ lợi còn tưới trên 1 triệu ha rau màu, cây công nghiệp và cây ăn quả. Lượng nước sử dụng cho nông nghiệp rất lớn. Theo tính toán năm 1985 đã sử dụng 41 tỷ m3 chiếm 89,8% tổng lượng nước tiêu thụ, năm 1990 sử dụng 46,9 tỷ m3 chiếm 90% và năm 2000 khoảng trên 60 tỷ m3 18 Nhờ các biện pháp thuỷ lợi và các biện pháp nông nghiệp khác trong vòng 10 năm qua sản lượng lương thực tăng bình quân 1.1 triệu tấn/năm. Tổng sản lượng lương thực năm 2000 đạt 34,5 triệu tấn, đưa bình quân lương thực đầu người 330 kg năm 1990 lên 444 kg năm 2000. Việt Nam từ chỗ thiếu lương thực đã trở thành nước xuất khẩu gạo lớn với mức gần 4 triệu tấn/năm. Tiềm năng phát triển nuôi trồng thuỷ hải sản nước ta khá lớn, nhiều hệ thống thuỷ lợi khi xây dựng đã xét đến việc kết hợp cấp nước để nuôi trồng thuỷ sản. Khi xây dựng các hồ chứa nước vấn đề phát triển thuỷ sản trong hồ chứa cũng được đề cập đến. Vài năm gần đây do hiệu quả của nuôi trồng thuỷ sản nhất là tôm sú nhiều vùng đất ven biển đã được xây dựng thành những khu vực nuôi trồng thuỷ sản tập trung. Tuy nhiên việc xây dựng các hệ thống thuỷ lợi đáp ứng yêu cầu sản xuất chưa được quan tâm đúng mức, chưa có qui hoạch và các giải pháp đồng bộ. Hầu hết đều do dân tự phát, tự tổ chức xây dựng theo kinh nghiệm. Nhiều nơi, đã có hiện tượng thủy hải sản bị bệnh, tôm chết hàng loạt mà nguyên nhân là do môi trường nước không đảm bảo liên quan đến hệ thống cấp nước và thoát nước. Một số vùng đã có tranh chấp giữa nuôi tôm và trồng lúa gắn với nó là ranh giới mặn, ngọt cũng là vấn đề công tác thuỷ lợi phải xem xét, giải quyết. Các hệ thống thuỷ lợi đã cung cấp nguồn nước sinh hoạt cho phần lớn cư dân nông thôn nhất là trong mùa khô. Với 80% dân số sống ở nông thôn, hầu hết các hệ thống thuỷ lợi đều tạo nguồn nước sinh hoạt trực tiếp cho dân hoặc nâng cao mực nước ở các giếng đào. Ngay ở miền núi, đồng bào sống khá phân tán, những nơi đảm bảo nguồn nước sinh hoạt vững chắc là những nơi có hệ thống thuỷ lợi đi qua. Những công trình thuỷ lợi tạo nguồn nước cho sinh hoạt điển hình như Dầu Tiếng, Sông Quao, Nam Thạch Hãn, Ngòi Là, Phai Quyền... đã tạo nguồn nước sinh hoạt cho hàng chục triệu dân nông thôn nhất là trong mùa khô. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu trên lưu vực sông Bưởi Do đặc thù lưu vực sông Bưởi là một phụ lưu của sông Mã nên những nghiên cứu riêng cho hệ thống sông Bưởi không nhiều mà chủ yếu là những sản phẩm mang tính tổng hợp trên toàn lưu vực sông Mã. Cụ thể là, nghiên cứu: “Tổng quan 19 quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Mã” - Viện QHTL thực hiện năm 1993; “Cập nhật tổng quan quy hoạch thuỷ lợi khai thác bậc thang phục vụ phát triển kinh tế hạ du lưu vực sông Mã” - Viện QHTL thực hiện năm 2001; “Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước sông Mã” - Viện QHTL thực hiện năm 2003; Gần đây nhất là “Quy hoạch phòng chống lũ các tuyến sông có đê và quy hoạch đê trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá” - Viện QHTL thực hiện năm 2009. Tuy nhiên những nghiên cứu này phần lớn tập trung vào các công trình khai thác dòng chính và các phương án khung về quy hoạch phát triển thuỷ lợi mà chưa có điều kiện nghiên cứu chi tiết cho từng vùng. Những nghiên cứu cho riêng lưu vực sông Bưởi từ năm 1979 đến nay chỉ có các dự án: + Dự án “Quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Bưởi” được Bộ Thuỷ lợi lập năm 1979. + Năm 2004, trên cơ sở các quy hoạch đã thực hiện, Bộ Nông nghiệp & PTNT tiến hành: “Cập nhật quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Bưởi” để có cơ sở để quyết định đầu tư phát triển hệ thống công trình thuỷ lợi phục vụ cho mục tiêu phát triển kinh tế của địa phương trong tương lai. 1.2. Tổng quan về vùng nghiên cứu 1.2.1. Đặc điểm tự nhiên. a) Vị trí địa lý Lưu vực sông Bưởi nằm trong hệ thống lưu vực sông Mã bao gồm đất đai của 5 huyện: Tân Lạc, Lạc Sơn, Yên Thuỷ tỉnh Hoà Bình và huyện Thạch Thành, Vĩnh Lộc tỉnh Thanh Hoá. Tổng diện tích tự nhiên toàn vùng nghiên cứu là 1.731 km2 với dân số tính đến năm 2012 là 409.756 người. Lưu vực này nằm trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa và Hòa Bình, có tọa độ: 20o00’ đến 20o43’ Vĩ độ Bắc và từ 105o07’ đến 105o45’ Kinh độ Ðông. Phía Bắc giáp lưu vực suối Hoa của sông Đà. Phía Nam giáp dòng chính sông Mã. Phía Tây giáp huyện Mai Châu (tỉnh Hoà Bình), huyện Bá Thước, Cẩm Thuỷ (tỉnh Thanh Hoá). Phía Đông giáp lưu vực sông Bôi (tỉnh Hoà Bình). 20 Hình 1.2: Bản đồ lưu vực sông Bưởi