Báo cáo nghiên cứu khoa học " Tính toán nhu cầu nước các ngành kinh tế lưu vực sông Cầu " doc

TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)413‐418
413
_______
Tính toán nhu cầu nước các ngành kinh tế lưu vực sông Cầu
Nguyễn Ý Như, Nguyễn Thanh Sơn*, Ngô Chí Tuấn
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 11 tháng 8 năm 2010
Tóm tắt. Nghiên cứu thực hiện tính toán nhu cầu sử dụng nước trong các ngành kinh tế thuộc lưu
vực sông Cầu phục vụ trực tiếp cho bài toán cân bằng nước.Qua phân tích kết quả tính toán cho
thấy nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo trong nền kinh tế khu vực, chiếm đến 70% tổng nhu cầu
nước của toàn lưu vực, đồng thời thấy được mức độ biến đổi mạnh c
ủa nhu cầu nước trong các
lĩnh vực khác theo không gian và thời gian, cung cấp thông tin hỗ trợ cho các nhà chính sách trong
quản lý bền vững tài nguyên nước.
Từ khóa: Nhu cầu nước, Sông Cầu, CROPWAT
1. Mở đầu∗
Tài nguyên nước gắn liền với các hoạt động
đời sống của con người và các ngành kinh tế
khác. Sự phân bố không đều theo cả không gian
và thời gian của tài nguyên nước đã tác động
đến nhu cầu và bài toán cung cấp nước. Thêm
vào đó, sự cạnh tranh sử dụng nước ngày càng
tăng cao giữa các ngành do tốc độ tăng dân số,
công nghiệp và đô thị hóa. Vì thế để sử dụng tài
nguyên nướ
c hiệu quả đáp ứng nhu cầu của các
ngành kinh tế khác nhau, tính toán nhu cầu
nước phục vụ cho bài toán cân bằng nước là cần
thiết, từ đó đưa ra lời giải cho bài toán quy
hoạch và quản lý tài nguyên nước.

Là một lưu vực mưa ít, mô đun dòng chảy
chuẩn của lưu vực sông Cầu vào loại nhỏ,
lượng mưa phân bố không đều theo không gian
và thời gian dẫn đến tình trạng thiếu hụt n
ước,
đặc biệt là vào mùa khô. Trong nghiên cứu này,
sử dụng số liệu của 4 trạm (Bắc Cạn, Định Hóa,
Hiệp Hòa, Thái Nguyên) từ năm 1961 đến năm
2007 để làm đầu vào cho mô hình CROPWAT
trong tính toán nhu cầu nước nông nghiệp và số
liệu thu thập từ niên giám thống kê 2007 của 6
tỉnh phục vụ tính toán nhu cầu nước cho các
ngành kinh tế thông qua định mức dùng nước.
∗
Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38584943
E-mail:

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tính toán
nhu cầu nước cho các ngành kinh tế phục vụ
trực tiếp cho bài toán cân bằng nướ
c. Đồng thời
cung cấp một cái nhìn tổng quan về tình hình sử
dụng nước và những vấn đề bức xúc trong khu
vực, tính phức tạp của vấn đề được nhận định
và hiểu một cách đầy đủ, khách quan, từ đó
chuẩn bị hướng nghiên cứu cho tương lai và trợ
giúp các nhà chính sách đối với bài toán sử
dụng tài nguyên nước bền vững.
2. Phương pháp tính
Tính nhu cầu dùng nước cho các ngành

kinh tế theo
định mức quy định của các văn bản
N.Y.Nhưvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)413‐418
414
hiện nay được ban hành bởi các cơ quan chức
năng của Nhà nước Việt Nam [1]. Riêng đối với
nông nghiệp được đánh giá bằng mô hình
CROPWAT.
Mô hình được phát triển bởi FAO năm 1990
để tính toán nhu cầu dùng nước, phục vụ các dự
án quản lý và quy hoạch tưới. Mô hình thực
hiện tính toán lượng bốc thoát hơi chuẩn, nhu
cầu nước tưới của cây trồng để xây dựng kế
hoạch tưới cho các điề
u kiện quản lý và cung
cấp nước khác nhau. Nó cho phép đưa ra các đề
xuất cải thiện thực tiễn tưới, kế hoạch tưới và
đánh giá sản phẩm theo các điều kiện mưa hay
độ thiếu hụt nước tưới. CROPWAT sử dụng
phương pháp FAO (1992) Penman-Monteith để
tính toán lượng bốc thoát hơi chuẩn theo công
thức (1). Xây dựng lịch tưới và đánh giá thực
tiễn tưới và mưa dựa vào cân bằng độ
ẩm đất
theo ngày với các lựa chọn cung cấp nước và
quản lý tưới khác nhau. Lịch cung cấp nước
tính toán cho các vụ mùa được cung cấp trong
chương trình [2]
() ()
()

2
as2n
o
u34.01
eeu
273T
900
GR408.0
ET
+γ+∆
−
+
γ+−∆
=
(1)
ET
o
= bốc thoát hơi chuẩn [mm/day]; R
n
= bức
xạ thực ở bề mặt ruộng [MJ/m
2
.day]; G = dao
động nhiệt của đất [MJ/ m
2
.day-1]; T = nhiệt độ
không khí trung bình ngày ở độ cao 2 m [°C];
U
2
= tốc độ gió ở độ cao 2 m [m/s]; e

s
= áp suất
hơi nước bão hòa [kPa]; e
a
= áp suất hơi nước
thực tế [kPa]; e
s
- e
a
= độ hụt áp suất hơi nước
bão hòa [kPa]; ∆ = độ dốc đường cong áp suất
hơi nước [kPa °C-1]; và a = hằng số độ ẩm [kPa
°C-1]. Trong mô hình có 4 lựa chọn phương
pháp tính mưa hiệu quả: 1) Cố định tỉ lệ phần
trăm lượng mưa hiệu quả, 2) Công thức kinh
nghiệm của FAO/AGLW, 3) Công thức kinh
nghiệm với các hệ số kinh nghiệm được xác
định theo số liệu cụ thể
của từng địa phương và
4) Công thức kinh nghiệm theo cơ quan bảo vệ
đất của Mỹ. Trong nghiên cứu này sử dụng
công thức kinh nghiệm của FAO: Với lượng
mưa thực tế P
tot
< 70 mm thì lượng mưa hiệu
quả P
eff
được tính::
P
eff

= 0.6 P
tot
– 10 (2)
khi P
tot
≥ 70 mm thì:
P
eff
= 0.8 P
tot
– 24 (3)
3. Kết quả và thảo luận
Sử dụng nước biến đổi giữa các khu vực do
sự khác biệt về điều kiện khí hậu, điều kiện tự
nhiên, tập tục và tình hình kinh tế.
3.1. Trồng trọt
Nhu cầu nước cho nông nghiệp, đặc biệt là
trồng trọt, là loại nhu cầu nước phổ biến nhất ở
các tiểu vùng trên lưu vực sông Cầu và nhiề
u
nơi khác. Nhu cầu nước cho nông nghiệp tạo áp
lực lớn tương đối lớn đối với tài nguyên nước
thông qua khai thác trực tiếp - cung cấp nước
tưới, là yếu tố quan trọng trong bài toán cân
bằng nước và quản lý bền vững nguồn nước.
Diện tích đất trồng trọt biến đổi lớn giữa
các khu vực về giá trị (hình 1, 2). Trên hình 1 ta
có thể quan sát thấy diện tích đất nông nghiệp
có xu hướng phân bố
tăng dần từ khu vực phía

Bắc đến khu vực phía Nam sông Cầu, từ Đông
sang Tây, đánh dấu sự tương phản giữa các khu
vực Bắc và Nam, Đông và Tây của lưu vực.
Điều này gây ảnh hưởng lớn đến phân bố nhu
cầu nước tưới cho nông nghiệp trên cả lưu vực
cũng như 16 tiểu vùng như hình 3. Ảnh hưởng
này được thể hiện rõ hơn qua phân bố di
ện tích
trồng trọt (hình 2) và nhu cầu nước nông nghiệp
(hình 3). Theo kết quả tính toán, nhu cầu tưới
nhiều nhất ở khu hạ sông Cầu (524.9 triệu m
3
),
chiếm đến hơn 90% tổng lượng nước tưới trên
lưu vực. Bên cạnh đó, sự thay đổi diện tích đất
nông nghiệp theo thời gian trên từng tiểu vùng
hay thời vụ là nguyên nhân dẫn đến xu hướng

N.Y.Nhưvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)413‐418
415
phân bố khác nhau của nhu cầu nước theo thời
gian trong năm diễn ra với 3 xu hướng chính ở
3 khu vực Thượng, Trung và Hạ sông Cầu
(hình 4).

Hình 1. Diện tích đất nông nghiệp (tô đậm) và
sử dụng khác (nhạt) năm 2007 lưu vực sông Cầu.
Cụ thể, ba tiểu vùng nằm ở thượng sông
Cầu có chung một xu thế biến đổi, thấp nhất
vào tháng VII, và cao nhất vào thời kỳ tháng

IV, tháng IX là thời kỳ bắt đầu và kết thúc mùa
mưa trong lưu vực. Trong khi đó xu thế biến
đổi cho 6 tiểu vùng nằm ở phần trung sông Cầu
lại có xu hướng nhu cầu nước tăng mạnh từ
tháng II đến tháng X, đỉnh điểm là vào tháng
VIII. Ở khu vực hạ
sông Cầu có chung một xu
hướng khác, nhu cầu nước tăng vọt vào tháng
X, riêng khu IV2 có thêm một đỉnh vào thời kỳ
tháng VI (xấp xỉ 83 triệu m
3
), nhưng lại giảm
mạnh vào thời kỳ sau đó, chỉ dao động trong
khoảng 0.2 đến 1 triệu m
3
.
Trong từng khu vực nhu cầu nước cũng
biến đổi tương đối lớn, dao động từ chỉ khoảng
0.2 triệu m3 ở khu I2 đến khoảng 6 triệu m
3
ở
khu I3. Trên hình đưa ra nhu cầu nước khu I2
làm đại diện có giá trị nhu cầu nước trung bình
biến đổi trong khoảng 3 triệu m
3
.

Hình 2. Tỉ lệ diện tích đất nông nghiệp và đất
sử dụng khác lưu vực sông Cầu.
Tình hình cũng tương tự ở 2 khu vực còn

lại, nhưng sự dao động giữa các tiểu vùng nằm
ở khu hạ sông Cầu biến đổi mạnh hơn. Cường
độ tưới ở các tiểu vùng khác nhau biến động
mạnh cả theo không gian và thời gian bên cạnh
yếu tố phân bố diện tích đất nông nghiệp còn
chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu và thời vụ
từng loạ
i cây trồng.

Hình 3. Tổng nhu cầu nước cho trồng trọt năm 2007
trên các tiểu vùng.
N.Y.Nhưvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)413‐418
416
Nhu cầu nước cung cấp cho tưới trên toàn
bộ lưu vực xấp xỉ 1.3 tỉ m
3
/năm. Trong đó hầu
hết các tiểu vùng nhu cầu nước cung cấp nhiều
nhất cho vụ lúa và ngô, điều đó có nghĩa là lưu
vực sông Cầu, loại cây chủ đạo là lúa và ngô.
Ngoài ra thay đổi theo không gian, từng tiểu
vùng còn có thêm loại cây chủ đạo khác ví dụ
như cây công nghiệp ở khu vực bắc sông Cầu,
chè ở miền trung lưu vực. Khu hạ sông cầu còn
có các loại cây chủ đạo khác như cây ăn quả,
khoai, sắn, lạc, đậu trong đó rau xanh cũng
chiếm tỉ lệ tương đối lớn ở khu vực này.

Hình 4. Nhu cầu nước cho trồng trọt theo tháng năm
2007 tiểu vùng III2.

3.2. Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt, đô
thị, thương mại, du lịch, dịch vụ, công nghiệp
và chăn nuôi.
Nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt và các
hoạt động đô thị phải cạnh tranh với trồng trọt,
môi trường và cả các ngành kinh tế khác. Trong
khi nước tưới cho nông nghiệp chiếm một
lượng lớn, vấn đề nhu cầu nước sinh hoạt và đô
thị tạo nên thách thức
đối với các nhà quy
hoạch trong vấn đề tìm nguồn cung cấp nước
thích hợp đáp ứng được những nhu cầu này.
Sự thay đổi dân số, mật độ và phân bố dân
cư là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến
nhu cầu nước, đặc biệt là nhu cầu nước sinh
hoạt. Trên hình 5 có thể thấy sự khác biệt lớn
trong loại nhu cầu này giữa các tiểu lưu vực,
lượ
ng nước tiêu thụ lớn nhất trung bình tháng
hơn 2 triệu m
3
ở tiểu vùng IV2 trong khi đó
lượng nước tiêu thụ thấp nhất ở tiểu vùng I6 chỉ
ở mức dưới 0.03 triệu m
3
.

Hình 5. Phân bố nhu cầu nước tháng cho sinh hoạt
năm 2007.
Nước sử dụng cho hoạt động đô thị cũng

như các hoạt động thương mại, du lịch , dịch
vụ, công nghiệp và chăn nuôi đều có cùng dạng
phân bố theo không gian tương tự nhu cầu nước
cho sinh hoạt và cũng có cùng dạng phân bố
nhu cầu nước cho nông nghiệp, nhưng biến đổi
lớn về lượng. Nhu cầu nước cho các hoạt động
đô thị chỉ chiếm hơn kho
ảng một nửa nhu cầu
nước sinh hoạt, dao động từ 2800 m
3
đến hơn
1.1 triệu m
3
.
Du lịch đóng vai trò quan trọng như sự tăng
lên dân số theo mùa gây áp lực đối với tài
nguyên nước thông qua tiêu thụ nước trực tiếp
hay thông qua cung cấp nước cho các nhà du
lịch. Mặc dù trong thời gian qua, du lịch đã phát
triển thành một nhánh quan trọng trong nền
kinh tế khu vực, nhưng nhu cầu nước chỉ chiếm
một lượng nhỏ, khoảng 1/10 nhu cầu nước sinh
hoạt, xấp xỉ 9 triệu m
3
trên toàn lưu vực. So với
3 loại nhu cầu trên thì công nghiệp chiếm lượng
lớn hơn, từ nhu cầu thấp nhất hơn 5000 m
3
đến
gần 6 triệu m

3
. Tổng lượng nước cung cấp cho
hoạt động công nghiệp xấp xỉ 113 triệu m
3
/năm,
trong lĩnh vực này nhu cầu nước biến đổi giữa
các tiểu lưu vực là do chỉ có một số ít khu công

N.Y.Nhưvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)413‐418
417
nghiệp hoạt động với công suất lớn, các nhà
máy tập trung chủ yếu ở khu vực Sóc Sơn, Hà
Nội và Thái Nguyên, gần 100 nhà máy, xí
nghiệp cùng rất nhiều cơ sở sản xuất tư nhân.
Bên cạnh đó, nhu cầu nước cho chăn nuôi
chiếm một lượng gần bằng nhu cầu nước cho
sinh hoạt, khoảng 103.2 m
3
/năm. Vì nhu cầu
nước ít hơn công nghiệp nên độ chênh lệch giữa
các tiểu vùng ở khu hạ sông Cầu giảm.

Hình 6. Nhu cầu nước tháng cho hoạt động
GT&BVMT 2007.

Hình 7. Nhu cầu nước tháng cho hoạt động
thủy sản 2007.
3.3. Giao thông thủy và bảo vệ môi trường, thủy
sản.
Khác với nhu cầu nước của các ngành kinh

tế nêu trên, nhu cầu sử dụng nước cho giao
thông thủy và bảo vệ môi trường phân bố đồng
đều hơn giữa các tiểu vùng, ngoại trừ cực tiểu ở
khu vực IV2, III2, là tiểu vùng nằm ở khu vực
thành phố Hà Nội và một số cực đại tập trung
chủ yếu ở khu vực trung sông Cầ
u. Do lượng
nước dùng cho môi trường, giao thông thủy và
đẩy mặn là lượng nước cần để duy trì sức sống
của dòng sông. Một cách gần đúng có thể coi
đây là lượng nước cần để duy trì dòng chảy môi
trường. Nhu cầu nước cho giao thông thủy và
bảo vệ môi trường được lấy bằng 95% tổng
lượng nước mùa kiệt trong đó: các tháng mùa
kiệt có tần suất đảm bảo từ 95% trở xuống sẽ
không được sử dụng. Vì thế có thể nói tài
nguyên nước ở vùng lưu vực sông Cầu phân bố
nhiều ở vùng miền trung lưu vực, và phân bố
khá đồng đều trên lưu vực.
Riêng trong lĩnh vực thủy sản, vì là khu vực
nằm xa biển nên chỉ có hoạt động thủy sản
nước ngọt ở một số tiểu vùng ở bắc khu thượng
sông Cầu, nhu cầu nước trong lĩnh vự
c này
chiếm lượng không đáng kể, khoảng 36 triệu m
3

cho toàn lưu vực.

Hình 8. Biểu đồ phân bố cơ cấu dùng nước của

các hộ dùng nước trên lưu vực.
Từ các kết quả thể hiện trên hình 8 thấy rõ
trồng trọt vẫn là ngành kinh tế chủ đạo. Nhu
cầu nước cho trồng trọt xấp xỉ 70% tổng lượng
nước tiêu thụ trên toàn lưu vực, trong khi đó
lượng nước cung cấp cho du lịch chiếm không
đến 1% trong tổng nhu cầu nước, lĩnh vực hoạt
động ít nhất trong các ngành kinh tế trong khu
N.Y.Nhưvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)413‐418
418
vực. Nhu cầu nước cho các hoạt động thương
mại, du lịch, dịch vụ và chăn nuôi xấp xỉ nhau,
9.06 và 8.28% tương ứng. Bên cạnh hoạt động
du lịch, hoạt động thủy sản trong khu vực cũng
diễn ra chỉ ở một số tiểu vùng, chiếm 2.9% tổng
nhu cầu nước.
4. Kết luận
Nghiên cứu sử dụng mô hình CROPWAT
để tính nhu cầu nước cho trồng trọt và các
ngành dùng nướ
c khác thông qua định mức
dùng nước. Từ đó có thể rút ra một số kết luận
sau, thứ nhất nhu cầu nước giữa các ngành biến
đổi rất mạnh, từ vài triệu cho đến tỉ m
3
nước.
Thứ hai, trong các yếu tố được đề cập đến, yếu
tố gây áp lực lớn nhất đối với tài nguyên nước
là nông nghiệp [3], mà quan trọng nhất là nhu
cầu nước tưới chịu ảnh hưởng mạnh của diện

tích nông nghiệp cũng như thời vụ cây trồng.
Tổng lượng nước cần cung cấp cho nông
nghiệp chiếm đến gần 70% tổng nhu cầu nước
tiêu th
ụ của các ngành kinh tế, đóng vai trò
ngành kinh tế chính của lưu vực. Thứ ba, phân
bố và mật độ dân cư cũng là yếu tố chìa khóa
ảnh hưởng đển nhu cầu sử dụng nước trong các
ngành kinh tế, đặc biệt là nhu cầu nước sinh
hoạt. Hơn nữa các hoạt động kinh tế trong lĩnh
vực công nghiệp, thủy sản chỉ tập trung ở một
số vùng, điều này cũng tác độ
ng lớn đến nhu
cầu nước trong từng lĩnh vực. Thứ tư, trong
từng lĩnh vực, nhu cầu nước trên lưu vực biến
đổi mạnh theo cả không gian và thời gian. Sự
biến đổi này ngoài những yếu tố nêu trên còn
chịu tác động của điều kiện khí hậu, sự biến đổi
của tài nguyên nước theo không gian và thời
gian. Thứ năm hoạt động kinh tế diễn ra chủ
yếu ở khu hạ sông Cầu, và cuối cùng dựa vào
các kết quả đó các nhà chính sách có thể xây
dựng phương án, giải pháp cho bài toán quản lý
bền vững tài nguyên nước.
Tài liệu tham khảo
[1] FAO (Food and Agriculture Organization),
CROPWAT, a computer program for irrigation
planning and management. Author, Smith M.
Irrigation and Drainage Paper 46, Rome, Italy,
1990.

[2] Tiêu chuẩn – định mức quy hoạch nông nghiệp
và công nghiệp thực phẩm, Nhà Xuất bản Nông
nghiệp, Hà Nội, 1990
[3] Nguyễn Thanh Sơn,
Quy hoạch tổng hợp tài
nguyên nước tỉnh Quảng Trị đến 2010, Tạp chí
Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ, T.XXII, số 2B PT(2006) 139.

Estimation of water demands for various economic sectors
in Cau river basin
Nguyen Y Nhu, Nguyen Thanh Son, Ngo Chi Tuan
Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, Hanoi University of Science, VNU,
334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam

This study is conducted to calculate water demand in economic sectors for Cau river basin, support
directly for water balance problem. The results reveal the important part of agriculture in the economic
of this area, which occupied 70% the total of water demand of river basin, and the strong variation of
water demand in sectors both in spatial and temporal, support in water resources sustainable
management activities.
Keywords: CROPWAT, water use, Cau river basin.