Các lưu vực sông điểm đến nơi định cư phổ biến văn minh nước tài nguyên then chốt cho sống, tái tạo tài nguyên có hạn Thành phố (TP) Cần Thơ trung tâm kinh tế Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) với xu hướng mở rộng đô thị công nghiệp tương lai tạo áp lực nhu cầu sử dụng nước nhằm đáp ứng phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH) khu vực Những thách thức chiến lược định hướng công tác quản lý sử dụng bền vững tài nguyên nước mặt tìm sở phương pháp luận phù hợp để giải vấn đề cần thiết Để thực mục tiêu nghiên cứu “Xây dựng sở phương pháp luận để đánh giá định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt khu vực Đồng sông Cửu Long: trường hợp nghiên cứu sông Cần Thơ” thực sau: Chương mô tả vấn đề cấp thiết cần nghiên cứu, mục tiêu, giả thuyết đưa câu hỏi nghiên cứu, ý nghĩa điểm nghiên cứu Tổng quan tài nguyên nước mặt khu vực nghiên cứu, phát triển KTXH ảnh hưởng đến trạng chất lượng nước phương pháp quản lý bền vững mối liên hệ phương pháp quản lý, sử dụng tài nguyên nước Thế giới, Việt Nam ĐBSCL trình bày chi tiết qua Chương Chương mô tả chi tiết khu vực nghiên cứu điều kiện tự nhiên phương pháp áp dụng nghiên cứu Các bước quy trình thực theo phương pháp sau: (i) Đánh giá trạng diễn biến chất lượng nước mặt số VN-WQI (water quality indices) (ii) Xác định trữ lượng chất lượng nước theo kịch nền; (iii) Xác định nhu cầu sử dụng nước theo kịch (iv) Tính tải lượng nhiễm khả chịu tải theo kịch (v) Tính tốn cân nước cho kịch nền; (vi) Đánh giá trữ lượng nước theo kịch tương lai; (vii) Xác định nhu cầu nước theo kịch tương lai; (viii) Tính tải lượng nhiễm khả chịu tải theo kịch tương lai; (ix) Đánh giá cân nước tương lai theo kịch khác nhau; (x) Đề xuất kế hoạch khai thác sử dụng bền vững tài nguyên nước; (xi) Từ kết xây dựng quy trình sở phương pháp luận để đánh giá định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt cho lưu vực sông Chương trình bày kết nghiên cứu luận án Nghiên cứu xây dựng sở phương pháp luận để đánh giá định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt khu vực nghiên cứu Trong đó, nghiên cứu đánh giá v trạng diễn biến chất lượng nước 10 năm dự báo cân nước tương lai vào năm 2030 2050 Đồng thời kết hợp với phương pháp kỹ thuật sử dụng công cụ hỗ trợ từ mơ hình tốn (WEAP) để đánh giá dự đoán cân nước trữ lượng nước chất lượng nước tương lai tùy theo điều kiện giả định nhờ vào số liệu thu thập với việc thừa kế nghiên cứu kinh nghiệm chuyên gia Cụ thể nghiên cứu đánh giá trữ lượng chất lượng nước kịch tương lai đáp ứng nhu cầu nguồn nước Đồng thời nghiên cứu đánh giá tải lượng ô nhiễm khả chịu tải sông Cần Thơ vào năm 2030 2050,
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Nước là tài nguyên quý giá mà tự nhiên ban tặng cho con người, nhưng hiện nay, nguồn nước đang ngày càng khan hiếm cả về khối lượng lẫn chất lượng Việc quản lý và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên nước là vô cùng quan trọng cho sự tồn tại và phát triển bền vững của nhân loại.
Rủi ro từ biến đổi khí hậu đang gia tăng, khiến Việt Nam trở thành một trong những quốc gia dễ bị thiên tai nhất ở Đông Á và Thái Bình Dương Dự báo cho thấy, từ năm 2040, lượng mưa vào mùa khô sẽ giảm, trong khi mùa mưa sẽ có lượng mưa cực đại Nguyên nhân chủ yếu là do thiết kế cơ sở hạ tầng không phù hợp và khả năng chống chịu thấp Hệ thống hiện tại không thể thích ứng với các rủi ro thiên tai như bão lũ và hạn hán, một phần cũng do bảo trì kém Quản lý tài nguyên nước và quy hoạch lưu vực sông là rất cần thiết để nâng cao khả năng chống chịu và bảo vệ người dân Các đợt hạn hán gần đây đã làm tình hình dòng chảy trở nên nghiêm trọng hơn Để đối phó với những thách thức này, Chính phủ đã ban hành Nghị quyết 120/NQ-CP vào ngày 17/11/2017 về phát triển bền vững ĐBSCL thích ứng với biến đổi khí hậu.
Sông Cần Thơ, một nhánh chính của sông Hậu, nằm ở trung tâm thành phố Cần Thơ và chảy qua ba quận, huyện chính là Ninh Kiều, Cái Răng và Phong Điền Theo báo cáo giám sát ô nhiễm môi trường năm 2013, hầu hết các kênh mương cấp thoát nước trong thành phố đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng.
Đánh giá và định hướng quản lý tài nguyên nước mặt tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là TP Cần Thơ, là nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết Do đó, việc nghiên cứu “Xây dựng cơ sở phương pháp luận để đánh giá và định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long: trường hợp nghiên cứu sông Cần Thơ” là cần thiết nhằm đánh giá diễn biến chất lượng nước trong lưu vực sông.
Cần Thơ cần đánh giá cân bằng nước, dự báo chất lượng và trữ lượng nước trong tương lai Điều này sẽ giúp xây dựng phương pháp luận nhằm định hướng quản lý tài nguyên nước mặt hiệu quả, phục vụ cho các mục tiêu phát triển bền vững.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này nhằm xây dựng quy trình phương pháp luận để đánh giá chất lượng và trữ lượng nước, từ đó định hướng cho công tác quản lý tài nguyên nước mặt tại vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long.
Trong giai đoạn 2010-2019, chất lượng nước lưu vực sông Cần Thơ đã có nhiều diễn biến đáng chú ý, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng Đánh giá khả năng chịu tải của lưu vực sông Cần Thơ trong bối cảnh hiện tại và các kịch bản phát triển đến năm 2030 và 2050 là rất cần thiết để đảm bảo sự bền vững và bảo vệ nguồn nước.
Đánh giá cân bằng nước tại lưu vực sông Cần Thơ bao gồm việc dự báo nhu cầu sử dụng nước và lượng nước trữ trong cả kịch bản hiện tại và kịch bản phát triển tương lai.
Dựa trên kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất xây dựng một quy trình cơ sở phương pháp luận để đánh giá trữ lượng và chất lượng nước Mục tiêu là định hướng cho công tác quản lý tài nguyên nước mặt tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
1.2.3 Giả thuyết và câu hỏi nghiên cứu
- Nhu cầu sử dụng nước trong thời gian tới có sự thay đổi so với hiện tại
- Sự phát triển kinh tế xã hội có ảnh hưởng đến nhu cầu sử dụng nước trong tương lai
Sông Cần Thơ có đủ lượng nước để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong tương lai; tuy nhiên, chất lượng nước có thể không đảm bảo do ô nhiễm, bao gồm ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng.
Giải pháp quản lý tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến đổi khí hậu cần chú trọng vào việc quản lý và xử lý nguồn thải tập trung, nhằm bảo vệ chất lượng nước hiện tại Điều này là cần thiết để xây dựng nền tảng cho chiến lược quản lý tài nguyên nước mặt bền vững trong tương lai.
Vậy câu hỏi đặt ra là:
Chất lượng nước trong khu vực nghiên cứu hiện đang có dấu hiệu ô nhiễm, với nhiều nguyên nhân và yếu tố tác động khác nhau Để cải thiện tình trạng này, cần áp dụng các giải pháp kinh tế như xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước thải tập trung, tăng phí xả thải, cũng như áp dụng các công cụ xử phạt hành chính Bên cạnh đó, việc thay đổi thói quen sống của cộng đồng cũng là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ và nâng cao chất lượng nước.
3 tập trung ven sông và xả thải trực tiếp ra sông) có thể cải thiện chất lượng nước khu vực nghiên cứu?
Gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, trong khi biến đổi khí hậu làm thay đổi lưu lượng nước trên sông Những yếu tố này sẽ tác động mạnh mẽ đến bài toán cân bằng nước trong khu vực nghiên cứu, đòi hỏi các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả để đảm bảo cung cấp nước bền vững cho cộng đồng.
Để định hướng và quản lý tốt tài nguyên nước mặt trong khu vực nghiên cứu, cần xây dựng một quy trình công tác quản lý hiệu quả, phù hợp với bối cảnh tương lai Quy trình này nên bao gồm việc đánh giá hiện trạng tài nguyên nước, xác định các yếu tố tác động và phát triển các chiến lược bền vững nhằm bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn nước Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ mới và tăng cường sự tham gia của cộng đồng cũng là những yếu tố quan trọng trong quản lý tài nguyên nước mặt.
Nội dung nghiên cứu
Đánh giá chất lượng nước sông Cần Thơ được thực hiện thông qua các thông số môi trường phân tích và chỉ số VN-WQI do Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá trữ lượng, chất lượng nước và khả năng chịu tải của sông Cần Thơ, dựa trên kịch bản nền cùng các kịch bản tương lai.
Tính toán cân bằng nước cho kịch bản nền và các kịch bản tương lai
Dựa trên kết quả nghiên cứu, chúng tôi đã xây dựng một phương pháp luận nhằm đánh giá và định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt trong khu vực nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Chất lượng nước, trữ lượng và khả năng chịu tải của tài nguyên nước mặt tại lưu vực sông Cần Thơ đang đối mặt với thách thức trong bối cảnh nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng cao của người dân Để đáp ứng nhu cầu này, cần đánh giá tình hình hiện tại và xây dựng các kịch bản phát triển bền vững cho năm 2030 và 2050 Việc quản lý hiệu quả tài nguyên nước là rất quan trọng để đảm bảo nguồn nước sạch và đủ cho cộng đồng trong tương lai.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Đánh giá chất lượng nước, trữ lượng nước và khả năng chịu tải của tài nguyên nước mặt lưu vực sông Cần Thơ và nhu cầu sử dụng nước của người dân ở lưu vực sông Cần Thơ trong hiện tại và kịch bản phát triển tương lai
Trong nghiên cứu về chất lượng và trữ lượng nước đoạn sông Cần Thơ chảy qua ba quận Ninh Kiều, Cái Răng và Phong Điền, chúng tôi tập trung vào tình trạng hiện tại mà chưa đánh giá tác động từ thượng nguồn, sông Hậu, cũng như ảnh hưởng của nước mưa chảy tràn Mục tiêu là cung cấp cái nhìn rõ ràng về nguồn nước tại khu vực này trong bối cảnh phát triển bền vững đến năm 2030 và 2050.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu đóng góp kiến thức về phương pháp luận để xây dựng cơ sở định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt
Đóng góp thông tin khoa học cho giảng dạy và nghiên cứu về tài nguyên nước tại các trường Đại học là rất quan trọng, đồng thời ứng dụng nghiên cứu vào các lưu vực sông tương tự cũng mang lại giá trị thiết thực.
- Đánh giá được diễn biến chất lượng tài nguyên nước mặt của khu vực nghiên cứu qua giai đoạn 10 năm
Xây dựng mô hình tính toán cân bằng nguồn nước nhằm phát triển cơ sở phương pháp luận cho việc quản lý tài nguyên nước mặt, hỗ trợ sự phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực nghiên cứu.
* Điểm mới của đề tài:
- Đánh giá chất lượng nước sông Cần Thơ qua giai đoạn 10 năm (2010-2019)
Đánh giá khả năng tự làm sạch và mức độ tiếp nhận nước thải của khu vực nghiên cứu là rất quan trọng, đặc biệt khi xem xét các kịch bản hiện tại và phát triển trong tương lai từ 2030 đến 2050 Việc phân tích này giúp xác định những thách thức và cơ hội trong quản lý tài nguyên nước, đồng thời đưa ra các giải pháp bền vững cho sự phát triển của khu vực.
Công thức đánh giá chất lượng nước VN-WQI mới, theo quyết định 1460/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường, mang lại nhiều ưu điểm trong việc đánh giá chất lượng nước Nó cho phép phân tích các thông số chất hữu cơ, kim loại nặng và xác định bộ trọng số cho từng thành phần WQI trong khu vực nghiên cứu.
- Tích hợp được phần mềm HECRAS và WEAP vào nghiên cứu
- Xây dựng được quy trình cơ sở phương pháp luận để đánh giá và định hướng công tác quản lý tài nguyên nước mặt khu vực vùng ĐBSCL
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Tổng quan các kinh nghiệm liên quan quản lý tài nguyên nước trên thế giới và Việt Nam
2.1.1 Tổng quan các kinh nghiệm liên quan đến quản lý tài nguyên nước trên thế giới
Nghiên cứu của David R Purkey (2000) sử dụng mô hình WEAP để đánh giá và quản lý nguồn nước trong điều kiện biến đổi khí hậu Tác giả xây dựng các mô hình về hồ chứa, sông, dòng chảy ở khu vực Bắc Mỹ và dựa vào kịch bản biến đổi khí hậu khi nhiệt độ tăng 10 0 C và lượng mưa giảm 50% vào năm 2020, từ đó đưa ra các biện pháp ứng phó
Theo Nguyễn Phương Nhung (2011) WEAP đã được áp dụng trong nhiều dự án trên thế giới trong công tác quản lý tổng hợp tài nguyên nước, bao gồm: (1) Trung Quốc: xây dựng các kịch bản hỗ trợ công tác phân bổ nguồn nước giữa các hộ sử dụng; (2) Châu Phi: các dự án liên quan đến phát triển nguồn nước; (3) Trung Đông: xây dựng các phương án phát triển nguồn nước và các kịch bản phân bổ nguồn nước ở Isrel và Palestin; (4) Ấn Độ và Nêpal: các phương án khai thác và bảo vệ nguồn nước trong các điều kiện khác nhau; (5) California, Mỹ: Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái
Nghiên cứu của Brian A Joyce et al (2011) đã sử dụng hệ thống đánh giá và quản lý nguồn nước (WEAP) để phân tích tác động của biến đổi khí hậu và xác định các kế hoạch ứng phó tại thung lũng California WEAP tích hợp dữ liệu về lượng mưa và dòng chảy, cho phép dự đoán nhu cầu nước và lượng bốc thoát hơi nước dựa trên số liệu khí hậu Nghiên cứu đánh giá chế độ thủy văn qua hai kịch bản biến đổi khí hậu A2 và B1, cho thấy rằng sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng nhu cầu nước trong nông nghiệp, gây áp lực lớn lên hệ thống nước mặt và ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm trong khu vực.
Phạm Quốc Bảo (2016) đã nghiên cứu sử dụng mô hình WEAP để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn và tài nguyên
Kết quả nghiên cứu cho thấy dòng chảy trung bình ở lưu vực Phước Long tăng khoảng 10.1% trong mùa mưa do lượng mưa gia tăng, nhưng lại giảm trong các tháng 12 (-4.4%), 1 (-1.0%) và 2 (-0.85%) trong mùa khô Điều này cho thấy vùng hạ lưu hồ Thác Mơ có thể gặp khó khăn trong việc sử dụng nước vào mùa khô Hơn nữa, tình trạng thiếu nước trong dòng chảy hạ lưu tăng gấp 3 lần so với kịch bản phát thải nền, phản ánh tác động của biến đổi khí hậu đối với phát triển kinh tế xã hội trong khu vực Nghiên cứu sử dụng dữ liệu dòng chảy từ năm 1978 đến 1993 để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn WEAP, với giai đoạn 1978-1988 là hiệu chỉnh và 1989-1993 là kiểm định Kết quả từ mô hình WEAP và mô hình tuần hoàn tổng quát (GCM) cung cấp thông tin về dòng chảy và tình trạng thiếu nước trong giai đoạn 1994-2003 và dự đoán cho giai đoạn 2046.
Năm 2064, dưới tác động của biến đổi khí hậu, nhiệt độ và lượng mưa hàng tháng dự kiến sẽ giảm theo các kịch bản phát thải B1 và A2 từ các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) Điều này sẽ ảnh hưởng đến dòng chảy nước trong mô hình WEAP, đặc biệt trong bối cảnh thiếu nước.
Nghiên cứu của MONG Marith, OEURNG Chantha và LY Sarann (2014) đã ứng dụng mô hình WEAP để đánh giá và dự đoán nhu cầu sử dụng nước cho lưu vực Chrey Bak Hai kịch bản được xây dựng là kịch bản tham khảo và kịch bản tăng nhu cầu tưới nước hàng năm (5% trong mùa khô) Các kịch bản này nhằm trả lời câu hỏi “Điều gì sẽ xảy ra” Mô hình SWAT được sử dụng để tạo ra lưu lượng nước ở các dòng Kết quả cho thấy đủ nước cho nhu cầu sử dụng trong mùa mưa, nhưng lại thiếu nghiêm trọng cho mùa lúa khô, đặc biệt là trong đề án tưới Tang Krasang, với thiếu hụt khoảng 64.000m³ năm 2014 và 49.000m³ năm sau.
Năm 2025, cả hai dự án Chrey Bak và Trapaeng Trabek đều đối mặt với tình trạng khan hiếm nước cấp do nhu cầu tưới gia tăng Cụ thể, Chrey Bak thiếu 368 m³ vào năm 2017 và dự kiến sẽ thiếu 24.000 m³ vào năm 2025 Tương tự, Trapaeng Trabek cũng sẽ trải qua tình trạng thiếu nước từ năm 2017 (thiếu 2.000 m³) cho đến năm 2025 (thiếu 118 m³) Kết quả nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin hữu ích cho người dân địa phương trong việc cải thiện hệ thống tưới tiêu và sử dụng nước một cách hiệu quả hơn.
Tewodros M Tena, Phenny Mwaanga và Alick Nguvulu (2019) đã sử dụng mô hình WEAP để đánh giá thủy văn và nguồn tài nguyên nước của lưu vực sông Chongwe Nghiên cứu dựa trên dữ liệu lượng mưa trung bình trong 52 năm và dữ liệu dòng chảy trong 34 năm từ bốn trạm Kết quả cho thấy lưu vực nhận được lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 4603,12 mm³, trong đó dòng chảy thoát ra là 321,94 mm³ và lượng bốc hơi là 4063,69 mm³ Tổng lượng khai thác nước trong lưu vực ước tính là 119,87 mm³.
Lưu vực có sự thay đổi trung bình hàng năm là 120,18 mm³, với 22,55 mm³ nước đến từ lưu vực sông Kafue Dòng chảy trung bình tháng tại đầu ra của CRC được mô phỏng là 10,32 m³/s Sông Chongwe có lượng dòng chảy tối thiểu ước tính khoảng 1,01 mm³ vào tháng 9 và tối đa 79,7 mm³ vào tháng 2 Hiệu quả mô phỏng của mô hình WEAP được đánh giá với hệ số tương quan R² đạt 0,97 và hệ số hiệu quả mô hình Nash–Sutcliffe (NSE) là 0,64, cho thấy mô hình này có kết quả phù hợp.
Arief Dhany Sutadian và Nitin Mutil (2017) đã thực hiện nghiên cứu về "Phát triển chỉ số chất lượng nước cho các sông ở tỉnh Tây Java, Indonesia" (WJWQI) Kết quả cho thấy, trong giai đoạn 10 năm từ 2001 đến 2010, chỉ số WJWQI đã phản ánh sự suy giảm đáng kể chất lượng nước của các sông ở Tây Java, với đánh giá theo không gian và thời gian dựa trên các thông số chất lượng nước Do đó, cần thiết phải triển khai các biện pháp khắc phục và quản lý chất lượng nước hiệu quả hơn.
Nghiên cứu của Surjeet Singh et al (2015) đã phát triển chỉ số chất lượng nước tổng thể (OWQI) để đánh giá chất lượng nước mặt tại Ấn Độ, bằng cách tích hợp nhiều loại dữ liệu và xây dựng thang điểm đánh giá Chỉ số này hỗ trợ các cơ quan quản lý nguồn nước trong việc thiết lập các chiến lược hiệu quả nhằm duy trì chất lượng nước mặt.
Theo Gary W Brunner (2014), HEC đã nâng cấp HEC-RAS với khả năng mô phỏng dòng chảy hai chiều (2D) trong phân tích dòng chảy không ổn định Người dùng giờ đây có thể thực hiện mô hình hóa một chiều (1D), hai chiều (2D) và kết hợp cả hai (1D/2D) cho dòng chảy không ổn định, sử dụng các phương trình Saint Venant hoặc phương trình khuếch tán sóng Hai khu vực dòng chảy chiều trong HEC-RAS mở ra nhiều ứng dụng, giúp người dùng mô hình hóa hỗ trợ hiệu quả hơn với các dòng chảy khu vực 2D.
- Chi tiết kênh mô hình 2D;
- Kênh mô hình 2D chi tiết và cánh đồng ngập lụt;
- Kênh kết hợp 1D với vùng ngập 2D;
- Kết hợp 1D kênh với khu vực dòng chảy 2D sau đê;
- Trực tiếp kết nối 1D đầu vào và đầu ra của dòng chảy khu vực 2D;
- Kết nối trực tiếp lưu lượng vùng 2D và 1D của vùng chứa với một cấu trúc thủy lực;
- Nhiều khu vực dòng chảy 2D trong hình học tương tự;
- Trực tiếp kết nối nhiều dòng chảy khu vực 2D với các cấu trúc thủy lực;
- Phân tích đơn giản hóa đến rất chi tiết;
- Đơn giản hóa rất chi tiết để phân tích phạm vi đê;
Chế độ dòng chảy hỗn hợp cho phép xử lý cả dòng chảy siêu tới hạn và lưu lượng tới hạn trong không gian 2D và 1D Nó cũng mô tả quá trình chuyển đổi dòng chảy từ dưới tới hạn sang siêu tới hạn, được gọi là nhảy thủy lực.
Mô hình dòng chảy hai chiều (2D) được xây dựng bằng cách tích hợp các yếu tố 2D lưu lượng vùng tương tự như cách thêm khu vực lưu trữ Để thêm dòng chảy khu vực 2D, cần vẽ một đa giác 2D diện tích dòng chảy, phát triển lưới điện toán 2D và kết nối các yếu tố dòng chảy 2D với mô hình 1D hoặc thiết lập các điều kiện biên cho khu vực 2D.
Tình hình áp dụng WQI trên Thế Giới
Mô hình WQI được đề xuất và áp dụng đầu tiên ở Mỹ vào những năm
Từ năm 1965 đến 1970, nhiều mô hình nghiên cứu đã được triển khai và áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm Ấn Độ, Chilê, Anh, Đài Loan, Úc và Malaixia (Lê Văn Thăng và cộng sự, 2012, trích bởi Lê Văn Hạnh, 2013).
Tổng quan về một số mô hình toán ứng dụng để đánh giá và quản lý tài nguyên nước
Ngày nay, mô hình toán là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và thực tiễn
Mô hình có thể được thể hiện qua nhiều hình thức khác nhau, trong đó mô hình toán học nổi bật với tính hiệu quả cao Sự phát triển của công nghệ máy tính và các phương pháp tính toán khoa học đã dẫn đến sự bùng nổ trong việc ứng dụng mô hình toán, làm cho cấu trúc của chúng ngày càng phong phú và phức tạp hơn (Đặng Văn Bảng, 1998).
Kết quả tính toán phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn thông số mô hình
Để đưa ra lời giải chính xác cho mọi tình huống, người thực hiện cần nắm vững cấu trúc mô hình và có kiến thức sâu rộng về thực tế (Đặng Văn Bảng, 1998).
2.2.1 Mô hình HEC-RAS a Giới thiệu về mô hình
HEC-RAS, which stands for Hydrologic Engineering Centers River Analysis System, is a modeling tool that enables the simulation of steady and unsteady one-dimensional flow, sediment transport, soil erosion calculations, and water temperature modeling For more information, visit the official website at http://www.hec.usace.army.mil.
Mô hình HEC-RAS là công cụ quan trọng trong việc đánh giá động thái dòng chảy, giúp xác định lưu lượng nước trong khu vực nghiên cứu (Phạm Lê Mỹ Duyên và ctv, 2015) Thông qua mô hình này, chúng ta có thể định hướng và quản lý nguồn nước hiệu quả cho khu vực.
Mô hình HEC-RAS là phần mềm tổng hợp, thiết kế cho môi trường chức năng tương tác Các mô-đun trong HEC-RAS dựa trên lý thuyết liên quan đến khả năng tính toán khác nhau, nhưng đều sử dụng hai phương trình cơ bản: phương trình năng lượng và phương trình động lượng (HEC, 2010).
Phương pháp tiếp cận mô hình HEC-RAS:
Mô hình được thực hiện qua 5 bước chính: đầu tiên là thu thập dữ liệu đầu vào, tiếp theo là xây dựng mô hình, và cuối cùng là hiệu chỉnh mô hình bằng cách điều chỉnh độ nhám.
Mô hình thủy lực Manning’s n được vận hành theo nhiều kịch bản khác nhau, cho phép so sánh các đặc tính thủy lực và xây dựng bản đồ cho từng kịch bản.
HEC-RAS là phần mềm chuyên dụng để mô phỏng thủy lực dòng chảy một phương trong các mạng lưới sông và kênh Mô hình dòng chảy không ổn định trong kênh hở chủ yếu dựa vào các công thức toán học cụ thể Bên cạnh đó, hệ số nhám thủy lực Manning’s n cũng được áp dụng để điều chỉnh và cải thiện độ chính xác của mô hình.
Công thức Manning’sn: 1 AR 2 / 3 S f 1 / 2
Trong đó, A: diện tích mặt cắt ướt (m 2 ); t: thời gian (s);
S: lượng trữ mặt cắt ướt (m 3 );
Q: lưu lượng (m 3 /s); x: khoảng cách dọc theo kênh (m); ql: lưu lượng bổ sung trên một đơn vị chiều dài (m 2 /s);
V: vận tốc (m 2 /s); z: cao độ mực nước tại mặt cắt (m);
Sf: độ dốc đáy sông; n: độ nhám thủy lực;
Trung tâm Thủy học Kỹ thuật (HEC), thuộc Viện Tài nguyên nước, là tổ chức chuyên môn của quân đội Mỹ Corps of Engineers, chuyên về kỹ thuật thủy văn, thủy lực sông, vận chuyển bùn cát, thống kê thủy văn và phân tích rủi ro HEC cung cấp hỗ trợ cho văn phòng đoàn trường, trụ sở chính và các phòng thí nghiệm thông qua các phương pháp kỹ thuật, mô hình tài nguyên nước, đào tạo, hội thảo, nghiên cứu và phát triển, cùng với việc thực hiện và hỗ trợ các dự án kỹ thuật đặc biệt Các sản phẩm từ HEC chủ yếu phục vụ cho các Quân đoàn nhưng cũng có sẵn cho công chúng.
14 chúng và có thể được tự do tải về từ trang web: http://www.hec.usace.army.mil truy cập ngày 10/11/2014
Theo Gary W Brunner (2014), HEC đã nâng cấp HEC-RAS với khả năng mô phỏng dòng chảy hai chiều (2D) trong phân tích thủy động lực học, cho phép người dùng thực hiện mô hình dòng chảy không ổn định một chiều (1D), hai chiều (2D) và kết hợp cả hai (1D/2D) Các khu vực dòng chảy chiều trong HEC-RAS có thể được áp dụng linh hoạt trong nhiều tình huống khác nhau Mô hình HEC-RAS có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cần được cân nhắc khi lựa chọn cho các dự án thủy lợi.
- Ưu điểm của mô hình HEC-RAS
Mô hình toán HEC-RAS, do Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn của quân đội Mỹ phát triển, được sử dụng để tính toán thủy lực cho các mạng lưới sông suối tự nhiên và kênh nhân tạo HEC-RAS được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
+ Giao diện đồ họa được thiết kế để tạo sự thuận lợi cho người sử dụng phần mềm mà vẫn duy trì được hiệu quả cao nhất
+ Tính toán được cho trường hợp dòng chảy ổn định và không ổn định
+ Đã được sử dụng thành công ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (Nguyễn Thành Tựu và ctv, 2013), (Trương Thị Yến Nhi và ctv, 2013, …)
+ Mô hình HEC-RAS 2D đã được công bố và được cho phép sử dụng miễn phí
- Khuyết điểm của mô hình HEC-RAS
Mô hình HEC-RAS trong nghiên cứu ở ĐBSCL gặp phải vấn đề khi xử lý dữ liệu lớn, dẫn đến tốc độ chạy mô hình chậm và hạn chế trong việc xuất kết quả, không thể xuất toàn bộ dữ liệu.
Năm 2013, nhóm tác giả Trương Thị Yến Nhi, Văn Phạm Đăng Trí, Nguyễn Thị Kiều Diễm và Nguyễn Hiếu Trung đã ứng dụng mô hình toán HEC-RAS để mô phỏng đặc tính thủy lực và diễn biến chất lượng nước trên tuyến kênh Xáng, Thành phố Sóc Trăng Mô hình này giúp phân tích và dự đoán các yếu tố liên quan đến quản lý nước, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước trong khu vực.
Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ, đã hợp tác với Sở Tài Nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng để nghiên cứu đặc tính thủy lực và chất lượng nước trên tuyến kênh Xáng tại thành phố Sóc Trăng Mô hình thủy lực một chiều HEC-RAS được áp dụng để mô phỏng lưu lượng và mực nước trong nghiên cứu này Tuy nhiên, kết quả chỉ được thực hiện trên một đoạn kênh ngắn với chuỗi số liệu hạn chế.
Kết quả từ 15 đầu vào trong 24 giờ chưa phản ánh đầy đủ đặc tính thủy lực và diễn biến chất lượng nước trong thời gian dài Đây chỉ là bước khởi đầu cơ bản, tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về mạng lưới sông ngòi có đặc tính dòng chảy và nguồn xả thải phức tạp hơn.
Tình hình nghiên cứu trong nước
Khoảng 2,1 triệu ha đất ven biển ĐBSCL đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi mặn vào mùa khô, trong khi 1,2 - 1,9 triệu ha đất của đồng bằng bị ngập lũ hàng năm Tương lai, lưu lượng và chất lượng nước sông Mekong sẽ bị thay đổi do gia tăng sử dụng nước ở thượng nguồn, cùng với các hiểm họa thiên nhiên do biến đổi khí hậu, dự kiến sẽ xảy ra với tần suất và cường độ ngày càng cao ở ĐBSCL.
Lê Trình và cộng tác viên (2005) đã tiến hành nghiên cứu về các nguồn ô nhiễm chính tại các quận nội thành Cần Thơ, bao gồm Cái Răng, Ninh Kiều, Bình Thủy và Ô Môn, nhằm đánh giá chất lượng nước sông, kênh rạch trong khu vực Kết quả cho thấy, các kênh rạch nội thành đang ở mức ô nhiễm từ trung bình đến nặng, trong khi Sông Hậu không đạt tiêu chuẩn chất lượng nước hiện hành Nghiên cứu đã xác định lưu lượng và tải lượng ô nhiễm từ các nguồn như đô thị, công nghiệp, bệnh viện và thủy sản, đồng thời dự báo diễn biến chất lượng nước đến năm 2010.
2010 Bước đầu đã xác định sơ bộ khả năng tự làm sạch, khả năng tiếp nhận
Nghiên cứu về 22 chất thải từ các sông, kênh rạch chính ở nội thành Cần Thơ cho thấy để đảm bảo tiêu chuẩn TCVN hiện hành với nguồn loại A, Sông Hậu và Sông Cần Thơ không chỉ không được tiếp nhận thêm chất thải mà còn cần phải loại bỏ chất thải Cụ thể, Sông Hậu chỉ có thể tiếp nhận khoảng 15 tấn BOD/ngày từ nội thành, trong khi Sông Cần Thơ chỉ 1 tấn BOD/ngày Đối với nguồn loại B, rạch Cái Khế có thể tiếp nhận 18 tấn BOD/ngày, và rạch Tham Tướng là 2 tấn BOD/ngày Kết quả cũng cho thấy dòng chảy trên Sông Hậu lớn, với khả năng pha loãng và chuyển tải cao, giúp nồng độ ô nhiễm BOD trung bình vẫn nằm trong ngưỡng cho phép của TCVN hiện hành, mặc dù lưu lượng nước thải từ các nhánh sông khá lớn.
Trần Hồng Thái và cộng sự (2007) đã áp dụng mô hình toán học để dự báo xu thế biến đổi chất lượng nước tại lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, cho thấy mô hình MIKE 11 hiệu quả trong việc mô phỏng và tính toán các kịch bản môi trường nước Nghiên cứu chỉ ra rằng ô nhiễm từ các nguồn thải của khu công nghiệp và khu chế xuất có tác động đáng kể đến chất lượng nước sông, bên cạnh đó, nước thải sinh hoạt và nước thải từ hoạt động kinh doanh dịch vụ cũng góp phần quan trọng vào sự suy giảm chất lượng nước.
Trần Hồng Thái và ctv (2006) nghiên cứu áp dụng mô hình toán MIKE
Kết quả tính toán chất lượng nước sông Nhuệ - sông Đáy cho thấy hệ số nhám thu trung bình từ 0,03 đến 0,055, cho thấy giá trị này tương đối cao do được thực hiện trong mùa kiệt Sau khi xác định các đặc trưng thủy lực của hệ thống sông, nhóm tác giả đã sử dụng mô đun mô hình chất lượng nước để tính toán sự lan truyền của các chất ô nhiễm, đặc biệt là BOD và DO Sau khi hiệu chỉnh, mô hình cho thấy sai số dưới 10% so với số liệu đo đạc, chứng tỏ mô hình MIKE có khả năng mô phỏng hiệu quả sự lan truyền chất ô nhiễm trên sông.
Nguyễn Kỳ Phùng (2009) đã tiến hành nghiên cứu về "Đánh giá hiện trạng và tính toán khả năng chịu tải của các tuyến sông rạch chính huyện Bến Lức, tỉnh Long An" Nghiên cứu này áp dụng phương pháp tính toán và dự báo ô nhiễm, đồng thời xây dựng phương pháp tối ưu để dự báo tải lượng các thông số ô nhiễm như BOD5.
Nghiên cứu đã sử dụng mô hình SHADM để mô phỏng thủy lực, lan truyền ô nhiễm và tính toán tải lượng tối đa hàng ngày của các chất ô nhiễm như COD, TSS, TN, TP tại huyện Bến Lức, tỉnh Long An Kết quả cho thấy phương pháp tối ưu được xây dựng nhằm dự báo tải lượng các thông số ô nhiễm, bao gồm BOD5, COD và TSS, giúp cải thiện khả năng quản lý chất lượng nước tại các tuyến sông rạch chính trong khu vực.
Quá trình so sánh giữa các mô hình TN, TP cho thấy sự tương quan tốt với số liệu thực tế Kết quả tính toán tải lượng tối đa ngày chỉ ra rằng sông Vàm Cỏ Đông không còn khả năng tiếp nhận thêm BOD5 và COD Trong khi đó, sông Bến Lức vẫn có khả năng tiếp nhận các thông số cho mục đích thủy lợi và giao thông thủy trong các giai đoạn 2009, 2015 và 2020 Dựa trên kết quả này, đề tài đã đưa ra giải pháp kiểm soát và cải thiện môi trường nước mặt cho các kênh rạch huyện Bến Lức, tỉnh Long An.
Phạm Đức Nghĩa và cộng sự (2009) đã sử dụng mô hình hai chiều MIKE 21 ECOLab để tính toán chất lượng nước trên sông Hậu, từ Long Xuyên đến TP Cần Thơ Kết quả cho thấy mô hình thủy lực được hiệu chỉnh với hệ số tương quan cho mực nước đạt từ 0,95 đến 0,99 và cho lưu lượng đạt từ 0,90.
R 2 < 0,97 Kết quả kiểm định mô hình thủy lực đối với mực nước với hệ số tương quan 0,94 < R 2 < 0,99 và đối với lưu lượng với hệ số tương quan 0,85 <
Kết quả R 2 < 0,96 cho thấy sai số giữa giá trị thực đo và giá trị mô phỏng là không đáng kể, chứng tỏ mô hình MIKE 21 đã được áp dụng hiệu quả trong nghiên cứu chất lượng nước hai chiều tại sông Hậu Mô hình này cùng với bộ cơ sở dữ liệu đã đạt độ tin cậy cao, phù hợp cho việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến chất lượng nước, như cấp phép xả thải cho khu công nghiệp và tải lượng xả thải tối đa Nghiên cứu đã xây dựng mô hình tính toán chất lượng nước với độ chính xác cao, cung cấp cái nhìn chi tiết về chế độ thủy lực và diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian, bao gồm nồng độ BOD 5 và DO Kết quả mô phỏng từ mô hình MIKE 21 và ECOLab cho thấy xu thế diễn biến chất lượng nước trên đoạn sông Hậu một cách đáng tin cậy.
Nguyễn Minh Lâm (2012) đã tiến hành nghiên cứu về khả năng chịu tải và đề xuất các giải pháp nhằm bảo vệ chất lượng nước sông Vàm Cỏ Đông tại tỉnh Long An Những kết quả này đóng góp quan trọng cho công tác quản lý môi trường và tài nguyên nước của tỉnh.
Việc tính toán khả năng chịu tải nguồn nước sông Vàm Cỏ Đông là một phương pháp khoa học quan trọng nhằm quản lý hiệu quả các nguồn thải và đề xuất các giải pháp thực tiễn cho địa phương Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng quan về nguồn thải, dự báo tải lượng và sức chịu tải, từ đó tạo cơ sở khoa học cho các đề xuất sử dụng bền vững nguồn nước mặt tại huyện Bến Lức Kết quả nghiên cứu không chỉ hỗ trợ công tác quản lý môi trường mà còn góp phần vào việc bảo vệ chất lượng nước sông, đảm bảo tính khả thi và phù hợp với thực tế tại tỉnh Long An.
Cục Kiểm soát ô nhiễm thuộc Tổng Cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012) đã tiến hành khảo sát khả năng chịu tải môi trường của hạ lưu sông Mekong và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác kiểm soát ô nhiễm Cơ quan này đã áp dụng hai phần mềm SHADM và MIKE 11 để mô phỏng thủy lực và chất lượng nước tại đoạn sông Hậu Kết quả cho thấy mô hình thủy lực MIKE 11 và mô hình SHADM đã được hiệu chỉnh và kiểm định thành công đối với mực nước.
“R 2 = 0,9811; 0,9235; EI = 0,9850; 0,9958” và đối với lưu lượng với hệ số tương quan “R 2 = 0,9873; 0,9321; EI = 0,8542; 0,9235”
Chi cục BVMT Tiền Giang (2014) đã triển khai mô hình thủy lực và tính toán chất lượng nước để đánh giá đặc trưng thủy lực và động lực học của sông Bảo Định, cũng như khả năng lan truyền ô nhiễm và chịu tải của dòng sông Nghiên cứu cho thấy nước sông Bảo Định đã có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dưỡng và vi sinh, với mức độ ô nhiễm nhẹ vào mùa khô và nặng hơn vào mùa mưa Chất lượng nước không đạt Quy chuẩn nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT, cột A, dành cho cấp nước sinh hoạt Sông Bảo Định hiện không còn khả năng tiếp nhận nước thải loại A nhưng vẫn có thể tiếp nhận nước thải loại B.
Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Bé và cộng sự (2017), xâm nhập mặn đã gia tăng sâu vào vùng Đồng bằng sông Cửu Long trong những năm gần đây, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất lúa ở khu vực ven biển và tạo ra thách thức cho việc quản lý nguồn tài nguyên nước Để đánh giá hiệu quả quản lý tài nguyên nước, bao gồm nước mặt và nước dưới đất, một nghiên cứu đã được thực hiện vào đầu năm 2016 tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng Kết quả cho thấy, xâm nhập mặn đã làm gia tăng khó khăn trong công tác quản lý nguồn nước.
Bộ chỉ số đánh giá chất lượng nước của Việt Nam (VN-WQI)
Chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI) là chỉ số được tính toán dựa trên các thông số quan trắc chất lượng nước mặt, nhằm đánh giá định lượng chất lượng và khả năng sử dụng của nguồn nước VN_WQI được biểu diễn qua một thang điểm, giúp người sử dụng dễ dàng hiểu và đánh giá tình trạng nước hiện tại.
Trước năm 2010, chỉ có một số nghiên cứu điển hình về chỉ số chất lượng nước (WQI) tại Việt Nam, như nghiên cứu của TS Tôn Thất Lãng và TS Phạm Thị Minh Hạnh, nhưng WQI chưa được triển khai chính thức theo Tổng cục Môi trường Những nghiên cứu này đã áp dụng cách tiếp cận cải tiến từ WQI – NSF.
Mô hình chỉ số chất lượng nước (WQI) do TS Tôn Thất Lãng phát triển áp dụng cho sông Hậu, sử dụng phương pháp Delphi để chọn lọc các thông số quan trọng như pH, DO, BOD, COD, SS và Coliform nhằm tính toán WQI Đề xuất phân loại nguồn nước mặt dựa trên chỉ số WQI được chia thành 6 mức với các màu sắc khác nhau: xanh dương, lam, lục, vàng, da cam và đỏ.
Mô hình WQI do TS Phạm Thị Minh Hạnh phát triển phân chia chỉ số chất lượng nước thành hai loại: chỉ số chất lượng nước cơ bản (IB) và chỉ số chất lượng nước tổng hợp (IO) Chỉ số cơ bản được tính dựa trên 8 thông số chính, bao gồm COD, BOD, DO, độ đục, SS, N-NH4+, P-PO4 3- và tổng coliform Trong khi đó, chỉ số tổng hợp còn tính thêm các thông số như pH, nhiệt độ, kim loại nặng và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Cả hai chỉ số WQI cơ bản và tổng hợp được sử dụng để phân loại chất lượng nước thành các mức: Rất tốt (91 - 100), Tốt (76 - 90), Trung bình (51 - 75), Xấu (26 - 50) và Kém (1 - 25).
Theo tình hình áp dụng chỉ số chất lượng nước (WQI), có nhiều phương pháp và hình thức khác nhau Để thống nhất việc tính toán WQI phục vụ cho báo cáo hiện trạng môi trường tại tất cả các tỉnh, vào ngày 01 tháng 07 năm 2011, Tổng cục Môi trường đã ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số này theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT Quy trình tính toán và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng môi trường nước bao gồm nhiều bước cụ thể.
Bước 1: Tập hợp số liệu từ kết quả phân tích (số liệu đã qua xử lý)
Bước 2: Tính toán các giá trị WQI thông số theo công thức
Bước 4 trong quy trình đánh giá chất lượng nước là so sánh chỉ số WQI với bảng các mức đánh giá chất lượng nước Theo quyết định 1460/QĐ-TCMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành ngày 12/11/2019, hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN-WQI) đã được quy định rõ ràng Các bước tính toán chi tiết được trình bày trong phần phương pháp nghiên cứu.
Một số thông số đánh giá chất lượng nước
Theo Nguyễn Thị Thu Thuỷ (2006), để đánh giá chất lượng nước người ta đưa ra các thông số về chất lượng nước như sau:
- Các chỉ tiêu vật lý cơ bản: độ đục, độ pH, nhiệt độ, độ màu, độ cứng, độ nhớt, tính phóng xạ,…
Các chỉ tiêu hóa học của nước bao gồm nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), lượng oxy hòa tan (DO), cũng như hàm lượng H2S, ion Cl- và ion SO4^2- Những chỉ tiêu này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước và ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật thủy sinh.
F, PO4 3-, các hợp chất nitơ,…
Các chỉ tiêu vi sinh trong nước mặt, bao gồm số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo và virus, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt Tại Việt Nam, tiêu chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT được áp dụng để quy định giới hạn các thông số và nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm trong nước mặt, nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Bên cạnh đó, để đánh giá chất lượng nước dùng cho tưới tiêu: áp dụng QCVN 39:2011/BTNMT.
Đánh giá chung và định hướng nghiên cứu cho luận án
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm thay đổi lớn môi trường tự nhiên và kinh tế - xã hội của Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Nước biển dâng, hạn hán gia tăng, mặn cao hơn và kéo dài hơn, gây khó khăn trong việc tiêu thoát nước mùa mưa lũ Suy giảm tài nguyên nước sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, nghề cá, giao thông và cấp nước sinh hoạt, đồng thời tăng nguy cơ cháy rừng Trong bối cảnh gia tăng dân số, nhu cầu sử dụng nước cũng tăng, trong khi nguồn nước là hữu hạn và không thể tự tái tạo trong vòng tuần hoàn tự nhiên Ô nhiễm nguồn nước do hoạt động xả thải và các yếu tố bất lợi từ thiên nhiên đã làm cho nguồn nước trở nên khan hiếm Tác động của biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên nước, với sự giảm lưu lượng nước rõ nét tại ĐBSCL, đặc biệt là TP Cần Thơ, với tình trạng xâm nhập mặn và hạn hán ngày càng gia tăng.
Quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng trong hơn 20 năm qua đã tạo ra áp lực lớn về nguồn nước tại các thành phố và đô thị lớn.
Quản lý bền vững nguồn nước là nhiệm vụ quan trọng trong chiến lược quốc gia, với quản lý lưu vực sông là trọng tâm Tuy nhiên, tình trạng quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Mekong và ĐBSCL đang gặp nhiều thách thức, bao gồm xu hướng giảm chất lượng nước, tác động của biến đổi khí hậu đến lưu lượng sông, cùng với hoạt động khai thác và xả thải Những vấn đề này đang thu hút sự quan tâm từ các bên liên quan như cơ quan quản lý nhà nước, cộng đồng dân cư, ngành công nghiệp và các nhà khoa học về tài nguyên và môi trường.
Nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng công nghệ thông tin và mô hình toán đa mục tiêu là cần thiết trong quản lý bền vững nguồn tài nguyên nước mặt Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam nhấn mạnh rằng việc đánh giá chất lượng và số lượng nguồn nước, cùng với quy hoạch khai thác, sử dụng tài nguyên nước tại Cần Thơ là vấn đề quan trọng cần giải quyết Nhằm nâng cao hiệu quả quản lý, Uỷ ban nhân dân thành phố Cần Thơ đã lên kế hoạch đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước cho giai đoạn tới Trong thời gian qua, một số dự án như “Điều tra, quy hoạch tài nguyên nước dưới đất” và “Quy hoạch tài nguyên nước mặt giai đoạn 2015 – 2025” đã được phê duyệt Tuy nhiên, các dự án này vẫn chưa được thực hiện do thiếu sự thống nhất trong quản lý giữa nước mặt và nước dưới đất Dự án “Quy hoạch tài nguyên nước đến năm 2030” đã hoàn thành nhưng chưa được triển khai do sự không đồng bộ giữa phát triển kinh tế xã hội và quy hoạch của thành phố.
TP Cần Thơ thông qua
Để xây dựng phương pháp luận cho quản lý bền vững, cần tập trung vào việc đánh giá hiện trạng và nhu cầu sử dụng nước theo các kịch bản khác nhau, cũng như diễn biến chất lượng nước Bên cạnh đó, cần đánh giá trữ lượng tài nguyên nước và dự báo xu hướng thay đổi trong tương lai Qua đó, phân tích các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường có ảnh hưởng đến công tác quản lý tài nguyên nước.
Nghiên cứu 31 nguyên nước mặt và áp dụng công nghệ thông tin, đặc biệt là mô hình toán, nhằm giải quyết bài toán cân bằng nước trong tương lai Một số vấn đề chính sẽ được định hướng cho nghiên cứu bao gồm việc phát triển các phương pháp hiệu quả và bền vững trong quản lý nguồn nước.
1 Hệ thống hóa các phương pháp thu thập và phân tích các thông số và chỉ số đánh giá chất lượng nước Kết hợp các phương pháp đánh giá định lượng và định tính trong đánh giá diễn biến chất lượng nước trong giai đoạn 10 năm nhằm gia tăng độ chính xác trong công tác đánh giá diễn biến chất lượng nước
2 Phân tích và lựa chọn công cụ hỗ trợ từ các mô hình toán ứng dụng phù hợp để đánh giá chất lượng và trữ lượng nước trong điều kiện hiện tại và sự thay đổi trong tương lai nhằm đáp ứng yêu cầu cơ sở dữ liệu trong công tác quản lý tài nguyên nước Vấn đề phân tích khi có sự gia tăng dân số, phát triển KT-XH và tác động của biến đổi khí hậu sẽ gây ra ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng nước và trữ lượng nước trong tương lai
3 Từ các cơ sở kết quả trên tác giả hệ thống lại và xây dựng quy trình cơ sở phương phấp luận để định hướng công tác quản lý nguồn tài nguyên nước mặt phù hợp với lưu vực nghiên cứu.
Tổng quan về vùng nghiên cứu
TP Cần Thơ hiện có 05 quận nội thành là Thốt Nốt, Ô Môn, Bình Thủy, Ninh Kiều, Cái Răng và 04 huyện ngoại thành: Vĩnh Thạnh, Thới Lai,
Cờ Đỏ, Phong Điền là một khu vực bao gồm 85 xã, phường và thị trấn Theo thống kê từ Phòng Quản lý Đất đai thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường TP Cần Thơ, thông tin này được cập nhật đến ngày hiện tại.
01 tháng 01 năm 2009, thành phố có tổng diện tích 140.895 km 2 (Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TP Cần Thơ, 2018)
Thành phố Cần Thơ, nằm trong vùng trung - hạ lưu vực sông Hậu, là trung tâm của Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Đây là điểm giao nhau của vùng Tây Nam sông Hậu, vùng Tứ giác Long Xuyên, vùng Bắc sông Tiền và khu vực trọng điểm phía Nam Cần Thơ được bao quanh bởi một mạng lưới sông ngòi và kênh rạch chằng chịt, cách biển Đông 75 km, cách thủ đô Hà Nội 1.877 km và cách thành phố Hồ Chí Minh 169 km theo đường bộ.
Hình 2 2 Bản đồ hành chính Thành Phố Cần Thơ
Tọa độ địa lý: 9 0 55’08” – 10 0 19’38” vĩ Bắc;
105 0 13’38” – 105 0 50’35” kinh Đông, Với các mặt tiếp giáp như sau:
- Phía Bắc giáp An Giang;
- Phía Nam giáp Hậu Giang;
- Phía Tây giáp Kiên Giang;
- Phía Đông giáp 02 tỉnh Vĩnh Long và Đồng Tháp;
- Đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất
TP Cần Thơ không giáp biển và thiếu rừng tự nhiên, có địa hình bằng phẳng với độ cao giảm dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam Vùng đất này nổi bật với hệ thống sông ngòi và kênh rạch dày đặc, với độ cao mặt đất trung bình từ 0,8m đến 1,0m so với mực nước biển tại mốc quốc gia Hòn Dấu.
TP Cần Thơ thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc điểm nóng ẩm nhưng ôn hòa Nơi đây có hai mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Ở phía Bắc nước ta, nhiệt độ biến đổi trong năm tạo ra 4 mùa rõ rệt: Xuân, Hạ, Thu và Đông Trong khi đó, tại Nam Bộ, đặc biệt là TP Cần Thơ, chế độ mưa lại đóng vai trò quyết định trong việc phân chia mùa Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 11, kéo dài khoảng 6-7 tháng, trùng với gió Tây-Nam Ngược lại, mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, kéo dài khoảng 5 tháng, tương ứng với gió mùa Đông-Bắc.
Thành phố Cần Thơ đang chịu ảnh hưởng rõ rệt của biến đổi khí hậu, thể hiện qua sự gia tăng nhiệt độ không khí Từ năm 2010 đến 2018, nhiệt độ trung bình hàng năm ở Cần Thơ đạt khoảng 27,5°C và có xu hướng tăng Đặc biệt, theo thông tin từ Văn phòng công tác biến đổi khí hậu, sự gia tăng nhiệt độ trung bình chủ yếu không phải do nhiệt độ tối đa tăng, mà là do nhiệt độ tối thiểu tăng lên (Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TP Cần Thơ, 2019).
Hình 2 3 Nhiệt độ không khí trung bình qua các năm
Do sự biến động của khí hậu, tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất và thấp nhất trong năm có sự dịch chuyển Trung bình, 80-90% số năm ghi nhận nhiệt độ cao nhất vào tháng 4, trong khi khoảng 10-20% xảy ra vào tháng 5 Đối với nhiệt độ trung bình thấp nhất, khoảng 85% số năm ghi nhận vào tháng 1 và khoảng 15% vào tháng 12.
Trong ngày nhiệt độ cao nhất thường xảy lúc 1-2 giờ chiều và thấp nhất thường xảy lúc 3-4 giờ sáng Biên độ nhiệt của ngày lớn nhất trong mùa khô (7-
Nhiệt độ thấp nhất trong mùa mưa ở ĐBSCL đạt 6-7 độ C, trong khi nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 30 độ C (Cục thống kê TP Cần Thơ, 2019) Độ ẩm ở khu vực này liên quan chặt chẽ đến chế độ mưa và gió mùa, với độ ẩm tương đối trung bình hàng năm dao động từ 79-82% Đặc biệt, tháng 9 và 10 có độ ẩm cao nhất, đạt 86-89%, trong khi tháng 1 và 2 là thời điểm có độ ẩm thấp nhất, chỉ từ 81-90% (Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TP Cần Thơ, 2019).
Hình 2 4 Độ ẩm không khí trung bình các năm c Đặc điểm bốc hơi
Lượng bốc hơi trung bình hàng năm ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) dao động từ 900-1300 mm (Piche), thấp hơn nhiều so với lượng mưa trung bình hàng năm Thông thường, những khu vực có lượng mưa lớn sẽ có lượng bốc hơi nhỏ và ngược lại, điều này tạo ra khó khăn cho những nơi phụ thuộc vào lượng mưa hàng năm Trong suốt năm, tháng 9 và 10 thường có lượng mưa lớn nhất và lượng bốc hơi thấp nhất, trong khi tháng 2 và 3 lại có lượng mưa ít nhất, độ ẩm thấp và lượng bốc hơi cao nhất (Viện quy hoạch thủy lợi Miền Nam, 2011).
Bảng 2 6 Lượng bốc hơi (Piche) bình quân tháng ở một số nơi
Cần Thơ 90 118 149 144 102 84 81 81 72 74 73 80 1.148 Rạch Giá 108 120 140 129 99 105 93 99 99 74 75 90 1.230 Sóc Trăng 118 134 158 144 96 84 90 87 72 59 66 90 1.198
Cà Mau 118 103 146 126 104 74 65 67 57 53 78 99 1.088 d Đặc điểm nắng ĐBSCL nói chung và TP Cần Thơ nói riêng có số giờ nắng khá cao
Số giờ nắng bình quân hàng năm dao động từ 6,8 đến 7,5 giờ mỗi ngày, với tháng 2 đến tháng 4 có số giờ nắng cao nhất, trung bình đạt từ 8 đến 10 giờ mỗi ngày Ngược lại, tháng 8 đến tháng 10 có số giờ nắng thấp nhất, trung bình chỉ từ 5 đến 6 giờ mỗi ngày Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, đặc biệt là trong việc thâm canh và tăng vụ đối với các loại cây trồng ngắn ngày (Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TP Cần Thơ, 2019).
Hình 2 5 Tổng số giờ nắng qua các năm e Đặc điểm mưa
Mùa mưa tại TP Cần Thơ và Đồng bằng sông Cửu Long diễn ra từ tháng 5 đến tháng 11, trùng với gió mùa Tây Nam Lượng mưa ở đây phong phú và ổn định, với trung bình hơn 120 ngày mưa mỗi năm Khu vực phía Tây ghi nhận số ngày mưa lớn từ 160-168 ngày, giảm xuống còn 110-130 ngày ở trung tâm, sau đó tăng trở lại ở phía Đông với 130-140 ngày Số ngày mưa bắt đầu tăng từ tháng 5, đạt khoảng 10 ngày.
10 số ngày mưa trung bình 15-20 ngày, tháng 11 từ 10-15 ngày, tháng 12 và
36 tháng 4 khoảng 4-10 ngày mưa, tháng 2 và 3 số ngày mưa trung bình l-2 ngày (Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TP Cần Thơ, 2019)
Khu vực TP Cần Thơ, mặc dù không bị ảnh hưởng nặng nề bởi gió bão, nhưng trong mùa mưa gần đây thường xuyên xảy ra các trận mưa giông lớn và kéo dài Trong năm, khu vực này hình thành các hướng gió chính khác nhau.
- Hướng gió Đông - Bắc trong mùa khô với vận tốc trung bình 3,0 m/s
- Hướng gió Tây - Nam trong mùa mưa với vận tốc trung bình 1,8 m/s (Hiện trạng Môi trường TP Cần Thơ, 2015
Hình 2 6 Tổng lượng mưa các tháng trong năm (Đơn vị: mm)
Theo Đài khí tượng thủy văn TP Cần Thơ (2019), trong 9 năm qua từ
Từ năm 2010 đến 2018, nhiệt độ trung bình dao động từ 27,3 đến 27,8 độ C Năm 2016 ghi nhận nhiệt độ cao nhất lên tới 36,6 độ C và cũng là năm xảy ra hạn hán nghiêm trọng nhất trong vòng 10 năm qua.
2.7.1.4 Đặc điểm thủy văn và các công trình thủy lợi
Hệ thống sông rạch chính tại Cần Thơ gồm:
Sông Hậu, nhánh phía Tây của sông Mekong tại Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước ngọt cho Đồng bằng sông Cửu Long và thành phố Cần Thơ, đồng thời tạo thành ranh giới tự nhiên với hai tỉnh Đồng Tháp và Vĩnh Long Là thủy lộ quốc tế cho các tàu thuyền đi Campuchia, Sông Hậu có chiều dài 55 km chảy qua Cần Thơ và đổ ra biển khoảng 200 tỷ m³ nước mỗi năm, chiếm 41% tổng lượng nước của sông Mekong Lưu lượng nước trung bình tại sông Cần Thơ đạt 14.800 m³/giây, trong khi tổng lượng phù sa hàng năm của sông Hậu lên đến 35 triệu m³, chiếm gần ẵ tổng lượng phù sa của sông Mekong.
Sông Cần Thơ chảy ra sông Hậu tại bến Ninh Kiều, kết nối với các rạch lớn như Bình Thủy, Trà Nóc, Ô Môn, Thốt Nốt và kênh Cái Sắn Những kênh rạch này không chỉ cung cấp nước ngọt quanh năm mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tưới tiêu trong mùa khô và tiêu úng trong mùa lũ Ngoài ra, chúng cũng có ý nghĩa lớn về giao thông cho TP Cần Thơ và các tỉnh lân cận.
