Bài giảng quản lí tài nguyên nước đh xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG – HÀ NÔI

QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC

HÀ NỘI - 2005


CHƯƠNG I
TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ NGUYÊN TẮC CHUNG
SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC
1.1 KHÁI NIỆM TÀI NGUYÊN NƯỚC
1.1.1 Nước là nguồn tài nguyên quý giá
Những số liệu thông kê sau đây cho thấy nước là nguồn tài nguyên phong
phú và quý giá của loài người. Bề mặt trái đất rộng 510 triệu Km 2, trong đó biển
và đại dương chiếm 70,8%. Tổng lượng nước thủy quyển trái đất vào khoảng
1454 triệu Km3, trong đó nước mặn chiếm khoảng 1370 triệu Km3 (chiếm 93,9%).
Hàm lượng muối trung bình trong nước biển là 3,5%, tức là khoảng 35g/lit. 70%
lục địa là các hồ thiên nhiên, trong đó chứa khoảng 280.000 nghìn Km3 nước
ngọt. 11% diện tích trái đất ở hai cực của địa cầu bị băng tuyết bao phủ, thể tích
các núi băng ở đó khoảng 24 triệu Km3, nếu chúng tan ra sẽ làm cho mực nước
biển trên hành tinh tăng thêm 64 m. Trữ lượng nước ngầm trên thế giới khoảng
85.000 Km3. Các con sông trên thế giới thường xuyên chứa khoảng 1.200 Km3
nước ngọt, tức là khoảng 1/1.000.000 tổng lượng nước các loại.
Tuy trữ lượng nước và nước ngọt trên trái đất lớn như vậy nhưng lại phân
bố rất không đều theo không gian và thời gian. Thí dụ trong khi ở Hawai (Mỹ)
lượng mưa trung bình là 11.084 mm/năm thì ở vùng Liev (Chilê) lại chỉ khoảng 8
mm/năm. Tại khu vực Yêmen có nhiều năm hầu như không có mưa, trong khi ở
New Deli (Ân độ) cách đó không xa, có năm lại mưa liên tục trong 4 - 5 tháng
liên tiếp.

ở Việt Nam, lượng mưa trung bình từ 1.000 - 3.000 mm/năm, cá biệt có
năm lên đến 3.400 mm. Lượng mưa trung bình nhiều năm ở nước ta là X 0 = 1.800
mm/năm. Tổng lượng mưa hàng năm trên lãnh thổ khoảng 300 Km3. Nếu kể cả
các khu vực ở ngoài lãnh thổ đổ vào thì lên đến 810 Km3. Theo đánh giá chung,
nước ta thuộc loại giầu tiềm năng về nước ngọt. Với lượng nước như vậy tính
trung bình theo đầu người, nước ta thuộc loại cao trên thế giới.
Mưa trên lãnh thổ Việt Nam cũng phân bố không đều theo không gian và
thời gian. Đại bộ phận các vùng trên lãnh thổ có lượng mưa vừa phải (1.500
mm/năm) như vùng Đồng Bằng Bắc Bộ, Đồng Bằng Nam Bộ, Vùng núi Bắc Bắc
Bộ, và vùng Nam Tây Bắc. Tại những vùng này, năm mưa nhiều lên đến 2.000 2.500 mm, năm mưa ít cũng đạt hơn 1.000 mm. Trên các triền núi cao Đông
Trường Sơn, Hoàng Liên Sơn, Bắc Tây Bắc, lượng mưa trung bình khoảng 2.500
mm/năm. Các trung tâm mưa lớn như: Bắc Quang (Bắc Cạn), Kỳ Anh (Hà Tĩnh),
Công Tum, lượng mưa trung bình là 4.000 mm/năm. Một số vùng khuất gió, mưa
-2-


ít là: Phan Rang, Thuận Hải, Quảng Trị, Yên Bái có lượng mưa trung bình là 400
- 800 mm/năm.
Các con số trên đây cho thấy, nước là nguồn tài nguyên to lớn và quý giá
của loài người. Sự sống nói chung không thể thiếu nước, hay “Nước luôn luôn
gắn liền với sự sống”. Loài người và muôn loài động, thực vật... khác trên hành
tinh đều có nhu cầu dùng nước hết sức to lớn. Sự sống bắt nguồn từ môi trường
nước và ngày nay sự sống đang tồn tại và phát triển cũng không tách khỏi môi
trường nước. Ngày nay, bất cứ ngành kinh tế quốc dân nào cũng gắn chặt với
nước cho dù ngành đó thuộc lĩnh vực Nông nghiệp, Công nghiệp nặng, Công
nghiệp nhẹ, Công nghiệp hóa học, Công nghiệp hàng tiêu dùng, hay các ngành
Dịch vụ. Nước dùng trong sinh hoạt, nước phục vụ nông nghiệp, nước sử dụng
trong công nghiệp, nước là nguồn thủy năng to lớn và được phục hồi. Nước ở các
sông, hồ thiên nhiên hay nước biển đều có giá trị về mặt năng lượng mà từ lâu con
người đã tận dụng.

1.1.2 Nước gắn liền với sự sống
Sự ra đời, tồn tại, phát sinh và phát triển của sự sống trên hành tinh luôn
luôn gắn liền với sự có mặt và vận chuyển của nước. Sự vận động và phát triển
của xã hội loài người cũng gắn liền với các nguồn nước. Xã hội càng văn minh,
nhu cầu sử dụng nước và nước sạch càng cao với khối lượng gia tăng một cách
chóng mặt đang đòi hỏi phải nghiên cứu và có kế hoạch bảo vệ nguồn nước một
cách nghiêm túc. Với trình độ phát triển của khoa học và công nghệ ngày nay,
nhiều loại nguyên vật liệu mới ra đời đã thay thế một số nguyên vật liệu truyền
thống, riêng nước thì không thể thay thế được.
Về nước sinh hoạt: Theo các tài liệu thống kê, lượng nước tiêu thụ tính theo
đầu người trong một năm là 1.000 m3/người/năm với mức tiêu thụ khoảng 200 300 lit/người/ngày. Tại các trung tâm đô thị, mức độ này còn cao hơn, khoảng 500
lít/người/ngày. Nhu cầu dùng nước trong công nghiệp cũng rất lớn, có thể tham
khảo biểu thống kê dưới đây (Bảng 1.1).
Bảng 1.1: Thống kê nhu cầu dùng nước của một số ngành công nghiệp
T.T

1
2
3
4
5
6
7
8

Ngành sản xuất

Đơn vị
sản phẩm

Lượng nước dùng
trên Đơn vị SP

Dầu mỏ
Cá hộp
Rau quả hộp
CN giấy
Xi măng
CN SX Thép
Sợi nhân tạo
Len nhân tạo

1 tấn
1000 hộp
1000 hộp
1 tấn
1 tấn
1 tấn
1 tấn
1 tấn

10 m3
20 m3
40 m3
100 m3
4,5 m3
20 m3
1020 m3
4200 m3

-3-


9
10

1 tấn
1 tấn

Nhôm
Axít

115 m3
85 m3

Từ xa xưa cho đến nay, trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp, nước đóng vai
trò quan trọng hàng đầu. Nước ta là nước nông nghiệp, từ xưa ông cha đã có câu:
“Nhất nước, nhì phân” , còn ngày nay là khẩu hiệu “Thủy lợi là biên pháp hàng
đầu trong nông nghiệp”. Sự tham gia tích cực của thủy lợi, đảm bảo chủ động
nước tưới cùng với những giống lúa ngắn ngày, năng suất cao đã đẩy tốc độ thâm
canh lên cao, có nơi gieo trồng vào thu hoạch đến 3 vụ lúa nước một năm. Sản
lượng nông nghiệp của Việt Nam tăng vọt trong những năm 1990 đã đưa nước ta
trở thành một trong những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu trên thế giới. Tuy
vậy, nhu cầu tưới của các loại cây trồng rất cao đòi hỏi phải xây dựng hệ thống
thủy lợi có khả năng điều tiết lớn và hiệu quả sử dụng cao hơn. Bảng 1.2 thống kê
nhu cầu tưới của một số loại cây trồng.
Bảng 1.2: Thống kê nhu cầu tưới của một số loại cây trồng
T.T
Loại cây trồng
Đơn vị tưới

Lượng nước tưới
trong 1 năm
1
Lúa
1 ha
14.000-16.000 m3
2
Màu
1 ha
4500-5000 m3
3
Bông
1 ha
4500-5500 m3
4
Khoai
1 ha
6000-6500 m3
5
Cà phê
1 ha
4000-5000 m3

Các ngành dịch vụ ngày nay, không có ngành nào sử dụng ít nước, điển
hình sử dụng nhiều nước trong dịch vụ là các ngành: Dịch vụ vui chơi giải trí
(Thủy cung, Công viên nước...), Dịch vụ khách sạn, dịch vụ du lịch và một số
ngành dịch vụ phục vụ ăn uống, sinh hoạt ở các đô thị.
1.1.3 Nước là nguồn năng lượng lớn
Hàng ngày con người đang khai thác và sử dụng nhiều dạng năng lượng từ
nhiều nguồn khác nhau, thí dụ: Năng lượng mặt trời trong sinh hoạt, và trong

ngành công nghiệp vụ trụ; năng lượng từ than, dầu, khí thiên nhiên trong hầu hết
các ngành và trong sinh hoạt; năng lượng từ khí sinh vật học Biogas, và cơ năng
của nước (thủy điện trên sông và thủy điện thủy triều), trong đó nguồn năng lượng
nước đã được khai thác từ rất sớm và ngày nay vẫn đang đóng góp một phần quan
trọng trong cơ cấu năng lượng quốc gia.
Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu là cơ năng của dòng chảy mặt
(sông, suối), của thủy triều và của các dòng hải lưu. Trữ lượng thủy năng trên thế
giới rất lớn. Theo nghiên cứu và công bố của B. Xlebinger tại hội nghị Năng
lượng toàn thế giới lần thứ 4 (Luân Đôn - 1950), trữ lượng thủy năng trên thế giới
được thống kê trong Bảng 1.3.
-4-


Bảng 1.3: Trữ lượng thủy năng trên thế giới theo B. Xlebinger
Vùng
Diện tích
Trữ lượng Mật độ công suất
3
2
(10 Km )
(106 Kw)
(Kw/Km2)
1. Châu Âu
2. Châu á
3. Châu Phi
4. Bắc Mỹ
5. Nam Mỹ
6. Châu úc và Đại dương
Tổng cộng toàn trái đất

11.609
41.839
30.292
24.244
17.798
8.557
134.339

200
2.309
1.155
717
1.110
119
5.610

17,3
55,0
38,2
29,5
62,5
13,9
41,7

Theo một sô tài liệu nghiên cứu, nước ta có trên 1000 con sông suối (chiều
dài > 10Km) với trữ năng tiềm tang khoảng 260 - 280 tỷ Kwh. Trữ năng lý thuyết
& trữ năng kinh tế KT ở Việt Nam được thống kê trong Bảng 1.4 và Bảng 1.5.
Bảng 1.4: Trữ năng lý thuyết và kinh tế-kỹ thuật các lưu vực lớn ở Việt Nam
Tên lưu vực sông
E0 lý thuyết

E0 kỹ thuật
E0 LT/E0 KT
6
6
(10 KWh)
(10 KWh)
(%)
1. Sông Lô
39.600
4.752
12
2. Sông Thao
25.963
7.572
29
3. Sông Đà
71.100
31.175
43
4. Sông Mã
12.070
1.256
10
5. Sông Cả
10.950
2.556
23
6. Sông Vũ Gia - Thu Bồn
15.564
4.575

30
7. Sông Trà Khúc
5.269
1.688
32
8. Sông Ba
10.027
1.239
12
9. Sông Sê San
21.723
7.948
39
10. Sông Sêrêpok
13.575
2.636
20
11. Sông Đồng Nai
27.719
10.335
37
249.090
68.917
27,5
Tổng cộng
Bảng 1.5: Trữ năng kỹ thuật các lưu vực lớn ở Việt Nam
Tên lưu vực
Số bậc thang thủy
Công suất (MW)
điện

1. S. Hồng + S. Thái Bình
138
12.600
2. S. Mã + S. Cả
18
1.400
3. Vùng Đèo Ngang, Đèo Cả
28
1.500

-5-


4. S. Đồng Nai
5. Chi lưu S. Mê Kông
6. Các lưu vực khác
Tổng cộng

21
14
28
247

1.600
2.000
2.100
21.200

1.1.4 Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên
Vòng tuần hoàn nước còn được gọi là Vòng tuần hoàn thủy văn (The

Hydrologic Cycle) là một quá trình liên tục, trong đó nước được vận chuyển từ
các đại dương lên khí quyển, tới các lục địa rồi lại quay trở lại đại dương. Quá
trình tuần hoàn này được minh hoạ trong Hình 1.1.

Mây & hơi nước
E
P

P

P

P
T
T

T

E

E
Mây & hơi nước
E

R
R

P

P

P

P

Sông
I
I

E

Mực nước ngầm

R

E

E
Đất bão hòa
G

Ghi chú:
G
Đại dương
T: Thoát nước từ thực vật; E: Bốc hơi từ mặt đất và mặt nước
P: Mưa; R: Dòng chảy mặt; G: Dòng chảy ngầm; I: Dòng thấm
(T: Transpiration; E: Evaporation; P: Precipitation; R: Surface Runoff; G: Groundwater Flow; I:
Infiltration)

Hình 1.1: Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên

Động lực của vòng tuần hoàn nước là năng lượng mặt trời đã làm bốc thoát
hơi nước, ngưng tụ thành mây sau đó mưa xuống đất và mặt đại dương, từ mặt đất
nước mưa hình thành các dòng chảy mặt và ngầm rồi quay lại đại dương. Trong
quá trình trên, chất lượng nước thường xuyên bị thay đổi, điển hình nhất là nước
mặn của biển khi bốc hơi trở thành nước ngọt. Chu trình trên diễn ra liên tục trên
phạm vi toàn cầu và đây là một quy luật vĩ đại của tự nhiên. Do đó khi nghiên cứu
-6-


các vấn đề về nguồn nước bao giờ cũng phải gắn kết với quy luật này, đây là
nhiệm vụ của từng quốc gia, từng khu vực và của cả nhân loại.

1.2 TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.2.1 Tài nguyên nước mặt
1.2.1.1 Nguồn tài nguyên nước trên thế giới
Bề mặt trái đất rộng 510 triệu km2 trong đó biển và đại dương chiếm
70,8%. Tổng lượng nước thuỷ quyển trái đất vào khoảng 1454 triệu km3, trong đó
nước mặn chiếm khoảng 1370 triệu km3 (chiếm 93,9%). hàm lượng muối trung
bình trong nước biển là 3,5%, tức là khoảng 35g/lit. Khoảng 7% lục địa là các hồ
tự nhiên, trong đó chứa khoảng 280.000 nghìn km3 nước ngọt. 11% diện tích trái
đất ở hai cực của địa cầu bị băng tuyết bao phủ, thể tích các núi băng ở đó khoảng
24 triệu km3, nếu chúng tan ra sẽ làm cho mực nước biển trên hành tinh tăng thêm
64 m. Trữ lượng nước ngầm trên thế giới khoảng 8500 km3. Các con sông trên thế
giới thường xuyên chứa khoảng 1200 km3 nước ngọt, tức là khoảng 1/1 000 000
tổng lượng nước các loại.
Tuy trữ lượng nước và nước ngọt trên trái đất lớn như vậy nhưng lại phân
bố không đều theo không gian và thời gian. Thí dụ trong khi ở Hawai (Mỹ) lượng
mưa trung bình là 11084 mm/năm thì ở vùng Liev (Chilê) lại chỉ khoảng
8mm/năm. Tại khu vực Yêmen có nhiều năm hầu như không có mưa, trong khi ở

New Deli (Ấn độ) cách đó không xa, có năm lại mưa liên tục trong 4-5 tháng liên
tiếp. Những số liệu thống kê trên đây cho thấy nước là nguồn tài nguyên phong
phú và quý giá đối với con người.
Trữ lượng tài nguyên nước của trái đất được đánh giá bằng 1,445 tỷ km3 và
phân chia như ở bảng 1.6.
Bảng 1.6. Trữ lượng nước trên trái đất
T
Diện
Khối
% so với
Phần
thuỷ
quyển
T
tích
lượng nước
tổng
3 2
3 2
10 m
10 m
lượng
1
Đại dương
61.300
1.370.323
94,20
2
Nước ngầm
34.800

60.000
4,12
trong đó ở vùng trao đổi
82.000
4.000
0,27
3
Băng hà
16.227
24.000
1,65
4
Nước hồ
2.059
280*
0,019
5
Nước trong tầng thổ nhưỡng
82.000
85**
0,006
6
Hơi nước trong khí quyển
10.000
14
0.001
7
Nước sông
48.000
1,2

0.0001
-7-


Tổng cộng

1.454.703,2

100

* có kể đến gần 5000 km3 nước trong các hồ chứa nhân tạo
** có kể đến gần 2000 km3 nước trong các hệ thống tưới
Xem các số liệu bảng 1.6 chúng ta thấy nước sông chiếm tỷ lệ nhỏ nhất
(0,0001%) so với các dạng nước khác của thuỷ quyển, song nó lại có vai trò vô
cùng quan trọng đối với con người, vì đó là nước nhạt, nước luôn vận động (chảy)
và tuần hoàn nên được tái tạo phục hồi rất mau chóng. Chính vì thế mà tổng lượng
dòng chảy của sông trên toàn cầu được tính tới 41.500km3/năm nghĩa là gấp 34,6
lần khối lượng nước chứa trong sông trong một thời điểm đó. Nói cách khác, dòng
chảy đã thay nước 34,6 lần trong một năm. Nếu không có sự tuần hoàn nước như
vậy thì con người đã chết vì thiếu nước, bởi lẽ nhu cầu sử dụng nước hiện nay đã
đạt tới con số 15.000 km3/năm. Trong các bảng 1.7, 1.8 và 1.9 là những số liệu
tham khảo về phân bố lượng dòng chảy theo khu vực và ở một số sông lớn.

Châu lục
Châu á
Nam Mỹ
Bắc Mỹ
Châu Phi
Châu Âu
Châu úc

Toàn cầu

Bảng 1.7 Lượng chảy sông theo châu lục
Lượng dòng chảy bình quân năm
Diện tích
Bình quân diện tích
103km2
Tổng (km3)
103m3/km2
44.363
13.400
302
17.834
11.500
645
24.247
6.322
269
30.319
4.020
133
10.507
3.140
299
8.501
1.890
222
148.817
41.500
279

Bảng 1.8 Lượng dòng chảy của một số nước
Lượng dòng chảy bình quân năm
Diện tích
Tên nước
Bình quân diện
% so với
103km2
Tổng, km3
3 3
2
tích 10 m /km
toàn cầu
Brazin
8.512
9.230
1.084
22,2
CHLB Nga
17.075
4.003
234
9,6
Trung Quốc
9.597
2.550
268
6,1
Canada
9.975

2.472
248
5,9
Mỹ
9.347
1.938
207
4,7
ấn độ
3.269
1.680
514
4,1
Inđônêxia
2027
1510
745
3,64
-8-


Pháp
551
183
Phần Lan
337
110
Việt Nam
330
300,4*

Toàn cầu
148.817
41.500
* không kể lượng dòng chảy từ các nước lân cận.

332
326
910,3
279

0,4
0,2
0,73
100

Bảng 1.9 Lượng dòng chảy một số sông lớn
Diện tích lưu
Lượng dòng
Lưu lượng trung
3
2
Tên sông
vực 10 km
chảy trung bình bình ở cửa sông
năm km3
Q0, m3/s
Amazon
7000
6930
220.000

Công gô
3670
1350
43.000
Hằng
2000
1200
38.000
Dương tử
1940
693
22.000
Braxmaputra
936
630
20.000
Enixây
2580
624
19.800
Missisipi
3275
599
19.000
Parana(La Plata)
300
599
19.000
Mê công
810

551
17.500
Lê na
2490
536
17.000
Oricono
1086
441
14.000
Iravađi
431
441
14.000
Obi
2990
400
12.700
Về cơ cấu, nước đại dương (bao gồm cả nước biển) chiếm tỷ lệ lớn nhất: 94,2%
khối lượng, 70,84% diện tích bề mặt trái đất. Như vậy, độ sâu nước trung bình của
đại dương là 1795m, nơi sâu nhất tới 11.022m (vùng Marian của Thái Bình
Dương).
Tuy nhiên, nước đại dương có độ mặn cao nên sử dụng còn hạn chế, chủ yếu khai
thác dưới dạng tiềm năng và môi trường như môi trường vận tải biển, môi trường
phát triển và khai thác hải sản, sử dụng năng lượng thuỷ triều. Đặc biệt tác dụng
to lớn của đại dương là môi trường điều tiết khí hậu.
Đứng thứ hai về lượng là nước ngầm (4,12%), trong đó phần nước ngầm trao đổi
mạnh với nước mặt thông qua mối quan hệ thuỷ lực được ước tính bằng 4 triệu
km3 (xem bảng 1-10).
Bảng 1.10. Trữ lượng nước ngầm toàn cầu

-9-


Phạm vi
ở độ sâu tới 100m

Độ sâu từ 1000m đến
6000m
Tổng các loại nước
ngầm theo dự báo
(tới độ sâu 15-20km)

Khối
lượng
103km3

Độ khoáng hoá
g/l

4000

chủ yếu là nước
nhạt  1

khoảng
5000

Phần lớn là nước
mặn, ĐKH trung

bình 30-100; có
nơi đến 400.

60.000

Bao gồm các loại
nước nhạt, mặn,
nước nóng, nước
không áp và có
áp.

Khả năng sử dụng
Đáp ứng yêu cầu
đối với nước sinh
hoạt và nước tưới
Có thể sử dụng cho
công nghiệp hoá.
nếu sử dụng để
tưới hoặc cấp nước
sinh hoạt cần phải
làm nhạt
Sử dụng cho các
lĩnh vực khác nhau
tuỳ theo tính chất
và nhu cầu

Lưu ý rằng việc đánh giá chính xác trữ lượng nước ngầm là vấn đề khó trong điều
kiện hiện nay, vì khả năng khoan sâu có hạn (mới tới độ sâu 9000-10.000m), chi
phí khoan khá cao, các phương pháp điều tra khác (như phương pháp địa vật lý,
phương pháp phóng xạ, v.v... ) còn chưa cho kết quả khả quan tin cậy đối với độ

sâu lớn. Số liệu ở bảng 1.10 là kết quả nghiên cứu của UNESCO trong chương
trình “ Thập kỷ quốc tế về thuỷ văn - địa chất” giai đoạn 1966-1975.
Nước ở dạng băng hà vĩnh cửu được đánh giá tới 24 triệu km3, bằng gấp 2 vạn lần
thể tích nước sông. Đây là loại nước tinh khiết, nhạt và sạch, tập trung chủ yếu ở
hai đầu địa cực của Trái đất (Bắc và Nam cực).
Nếu giả thiết khối lượng băng hà tan thành nước (thể lỏng) thì mực nước biển và
đại dương sẽ dâng cao thêm 64,4m. Như vậy sẽ có bao nhiêu thành phố, làng mạc,
đồng ruộng,v.v..., kể cả nhiều quốc gia bị chìm ngập trong nước.
Tuy vậy, một thực tế là nhiều quốc gia đã và sẽ thiếu nước nhạt một cách nghiêm
trọng, do đó đã có các dự án nghiên cứu khai thác băng hà, kể cả vấn đề vận
chuyển băng với cự ly xa tương tự như các dự án nghiên cứu làm nhạt nước biển
để sử dụng vào mục đích sinh hoạt hay tưới. Đương nhiên giá thành để có 1 mét
khối nước được khai thác như vậy còn khá cao, do đó các dự án nghiên cứu trên
chỉ mới ở dạng thử nghiệm. Hy vọng với sự phát triển của khoa học công nghệ
trong thế kỷ 21 chi phí trong khai thác nước như vậy sẽ giảm rất nhiều và vì thế
- 10 -


phương thức làm nhạt nước biển hoặc khai thác nước băng hà sẽ trở thành phổ
biến, chấp nhận được.
1.2.1.2 Nguồn tài nguyên nước ở Việt Nam
Ở Việt Nam, do địa hình núi non và khí hậu nhiệt đới gió mùa tác động sâu sắc tới
khối lượng và việc phân phối nước, nên lượng mưa rất không đều, gây ra lũ lụt và
tình trạng thiếu nước thường xuyên. Lượng mưa trung bình 2000 mm/năm, nhưng
phần lớn là từ tháng 5 đến tháng 11. Khoảng 70-75% lượng mưa hằng năm được
tạo ra trong 3 đến 4 tháng và 20-30% được tạo ra trong khoảng một tháng cao
điểm. Lượng nước trong 3 tháng có ít nước nhất chỉ có 1-2% (World Bank, 1996).
Việt Nam có thái thuận lợi về nước dựa trên hệ thống sông ngòi chằng chịt, địa
hình và độ mưa thuận lợi và so với quy mô dân số. Tổng số lượng nước trung
bình hàng năm là 847 m3, trong đó chỉ riêng lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông

chiếm 75% (World Bank, 1996). Tuy nhiên Việt nam nằm hầu như ở cuối hạ lưu
sông Mê Kông, sông Hồng, sông Mã, sông Cả và sông Đồng Nai; chẳng hạn, hơn
90% lưu vực sông Mê Kông là nằm ngoài Việt nam và 90% dòng chảy của nó là
bắt đầu ở ngoài; Một nửa sông Hồng là nằm ngoài và 1/3 dòng chảy của nó bắt
nguồn từ Trung Quốc. Do đó, khả năng có nước, đặc biệt là trong mùa khô khi
các nước ở thượng nguồn sử dụng nhiều, là điều nằm ngoài tầm kiểm soát của
Việt Nam.
Việc phát triển các nguồn nước đòi hỏi phải có sự phối hợp rộng rãi trong khu
vực. Uỷ ban sông Mê Kông được thành lập 4/1995 nhằm giải quyết các vấn đề
liên quan đến nước sông của các quốc gia có sông Mê Kông chảy ra.
Nguồn nước mặt trên lãnh thổ Việt Nam bao gồm nguồn nước trực tiếp sản sinh
trên phần lãnh thổ và nguồn nước từ lãnh thổ nước ngoài chảy vào các sông lớn
liên quốc gia như hệ thống sông Hồng, sông Mã, sông Cả, sông vùng Đông Nam
Bộ, hệ thống sông Mê Kông.
Tổng diện tích hứng nước của các sông hệ thống sông là 1 167 000 km2. Phần
diện tích hứng nước nằm ngoài lãnh thổ là 823 250 km2, trong đó của sông Mê
Kông 724 000 km2, sông Hồng 82 300 km2, sông Mã 10 800 km2, sông Cả 9 470
km2, các sông ở vùng Đông Nam bộ 6700 km2, hệ thống sông Bằng Giang - Kỳ
Cùng 2658 km2.
Tổng lượng dòng chảy năm trên các lưu vực sông Việt Nam khoảng 847 tỷ m3,
trong đó có 327 tỷ m3 sản sinh trên lãng thổ Việt nam còn 520 tỷ m3 là từ nước

- 11 -


ngoài chảy vào. Đặc trưng mưa và dòng chảy năm trên các lưu vực sông Việt nam
được tổng hợp ở bảng 1.11 dưới đây:
Bảng 1.11 Đặc trưng mưa và dòng chảy năm trên các lưu vực sông
TT
1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

22

Lưu vực sông

F (km2)

Sông Kỳ Cùng - Việt Nam
Sông Kỳ Cùng nước ngoài
Bằng Giang Việt Nam

Bằng Giang nước ngoài
Sông Quay Sơn Việt Nam
Sông Quay Sơn nước ngoài
Các sông cùng Đông Bắc
Sông Thái Bìng tới Phả Lại
Châu thổ sông Hồng
Sông Hồng: -ngoài nước
- trong nước đến Việt Trì
Sông Mã: - ngoài nước
- trong nước
Sông Mực + sông Yên
Sông Cả: - ngoài nước
- trong nước cả phụ cận
Các sông Quảng Bình
Các sông thuộc Quảng Trị
Sông Hương và phụ cận
Sông Thu Bồn
Hệ thống Tam Kỳ, Trà Bồng, Trà
Khúc, Vệ
Sông Kone và phụ cận
Sông Cái Ninh Hoà
Sông Cái Nha Trang + phụ cận
Lưu vực sông Ba
Các sông Ninh Thuận, Bình Thuận
Các sông nhỏ
Hệ thốnh sông Đồng Nai: - ngoài nước
trong nước (cả vàm cỏ Đông, Vàm cỏ
Tây)
Hệ thống sông Mê Kông: - ngoài nước
- 12 -

6352
308
4000
1560
370
790
3744
12700
13000
81 200
62 100
10 800
17 600
2810
9470
20 527
7977
4369
3298
10 350
8935

Xo
(mm)
1500
1500
1746
1746
1550

1550
2560
1320
1690
1500
1980
1400
1640
1750
1400
2000
2420
2600
3050
2780
2580

Wo
(109m3)
3,70
0,18
3,62
0,50
0,36
0,77
5,21
8,46
11,3
52,9
63,6

3,9
14,1
1,75
5,32
20,20
17,0
7,11
8,60
25,0
19,3

7204
1048
2942
13 800
9567
3033
6700
37 400

1700
1700
2100
1740
1200
1200
2160
2200

7,23

1,06
4,31
9,87
4,43
1,40
4,00
33,8

724 000

1400

452,8


- trong nước

70 520

1800

Tổng
- Trong nước
- Ngoài nước

Trong nước
327
39%

NGUỒN NƯỚC MẶT

TRÊN TOÀN LÃNH THỔ
(847 tỷ m3)

55,1
847
327
520

Nước ngoài
520
61%

Hình 1.2 Nguồn nước mặt trên toàn lãnh thổ
1.2.2 Tài nguyên nước ngầm
Kiến tạo địa lý thuỷ văn của Việt Nam là không vững chắc, có nhiều chất
cacbonat và bazan. Người ta tìm thấy các trầm tích không vững chắc suốt các
vùng ven biển và châu thổ và là dự trữ đáng hứa hẹn nhất. Sự kiến tạo từ cacbonat
chủ yếu là ở miền Bắc. Các tần ngậm nước bazan, hầu hết là ở cao nguyên trung
phần là có hạn, các điều tra sơ bộ ước tính nguồn nước ngầm có thể khai thác
được là khoảng 6-7 km3 mỗi năm (World Bank, 1996).
Hiện nay nguồn nước lấy ra hằng năm là không đầy 1 km3. Tuy nhiên, nước ngầm
đáp ứng 30% nhu cầu về nước ở các thành phố; Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh
dựa chủ yếu vào nguồn nước ngầm.
Mới chỉ 15% dự trữ nước ngầm đã được khai thác do nguồn nước mặt nhìn chung
là dồi dào và không tốn kém trong hầu hết thời gian trong năm. Đồng thời, nguồn
nước mặt được nhấn mạnh do nhu cầu chống lụt. Ngoài ra việc lấy nước ngầm có
thể còn tốn kém đối với người nông dân. Tuy nhiên, nhu cầu phát triển hơn nữa
đang tăng lên ở các vùng mà ở đó đã hoặc dự tính sẽ xảy ra tình trạng thiếu các

- 13 -

nguồn nước ở trên mặt đất, hay ở đó chất lượng nước đang trở thành một vấn đề
chẳng hạn như ở các vùng châu thổ sông Srepok, Đồng Nai và Mê Kông.
Trữ lượng nước ngầm trên các lưu vực sông Việt nam đã được xác định như sau:
 Lưu lượng sông Bằng Giang-Kỳ Cùng có trữ lượng động tự nhiên là 3 296
160 m3/ngày, với mô số ngầm 25 l/s.km2.
 Vùng ven biển Quảng Ninh có trữ lượng động tự nhiên là 1 907 712
m3/ngày, lưu lượng dòng ngầm là 1,5  7 l/s.km2.
 Lưu vực sông Lô (Flv=22 000 km2) có độ chứa nước nghèo với trữ lượng
động tự nhiên 61 846 063 m3/ngày, với mô số ngầm từ 3  7 l/s.km2.
 Lưu vực sông Đà (Flv=26 800 km2) có độ chứa nước từ nghèo tới trung
bình, trữ lượng động tự nhiên 16 597 267 m3/ngày, với mô số dòng ngầm từ
3  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Thao (Flv=12 000 km2) có độ chứa nước ngầm từ nghèo tới
trung bình với trữ lượng động tự nhiên 6 428 160 m3/ngày, mô số dòng
ngầm từ 3  7 l/s.km2.
 Lưu vực sông Thương (Flv=6 650 km2) có độ chứa nước nghèo với trữ
lượng động tự nhiên 1 149 120 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  3 l/s.km2.
 Vùng đồng bằng Bắc Bộ (F =17 000 km2), có trữ lượng động tự nhiên 7
180 539 m3/ngày, mô số dòng ngầm biến đổi từ 3  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Cầu (Flv=6 030 km2) có trữ lượng động tự nhiên 1 823 472
m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  5 l/s.km2.
 Lưu vực sông Lục Nam (F=2 295 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 99
100 m3/ngày, với mô số dòng ngầm nhỏ hơn 0,5 l/s.km2.
 Lưu vực sông Mã (F=17 600 km2) có trữ lượng động tự nhiên 16 5997 267
m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  5 l/s.km2.
 Lưu vực sông Cả (Flv=17 730 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 11 001
605m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  5 l/s.km2.
 Vùng ven biển Nghệ Tĩnh (F=4647 km2) có trữ lượng động tự nhiên 2 409

005 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  10 l/s.km2.
 Vùng ven biển Bình Trị Thiên (F=12 673 km2) có trữ lượng động tự nhiên
là 6 569 683 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 2  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Thu Bồn (F=10 350 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 103
500 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 6  13 l/s.km2.
 Vùng ven biển Quảng Nam tới Bình Định (F=8 870 km2) có trữ lượng động
tự nhiên là 2 797 200 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 3  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Ba (F=13 800 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 4 173 000
m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 1  5 l/s.km2.

- 14 -


 Lưu vực sông Sê San (F=11 450 km2) có trữ lượng động tự nhiên 5 441 040
m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  6 l/s.km2.
 Lưu vực sông Srepok (F=30 100 km2) có trữ lượng động tự nhiên 10 402
560 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 3  5 l/s.km2.
 Vùng ven biển Thuận Hải (F=9 347 km2) có trữ lượng động tự nhiên là 2
422 472 m3/ngày, mô số dòng ngầm từ 1  5 l/s.km2.
 Lưu vực sông La Ngà (F=4170 km2) có trữ lượng động tự nhiên 3 062 448
m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 7  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Đồng Nai (F=37394 km2) có trữ lượng động tự nhiên 24 231
312 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Bé (F=7170 km2) có trữ lượng động tự nhiên 3 097 440
m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  7 l/s.km2.
 Lưu vực sông Sài Gòn (F=5010 km2) có trữ lượng động tự nhiên 3 246 480
m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 5  10 l/s.km2.
 Lưu vực sông Vàm Cỏ Đông (F=6820 km2) có trữ lượng động tự nhiên 2
651 616 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 3  5 l/s.km2.
 Lưu vực sông Vàm Cỏ Tây (F=3280 km2) có trữ lượng động tự nhiên 850

176 m3/ngày, mô số dòng chảy ngầm 2  5 l/s.km2.
 Tổng trữ lượng động tự nhiên toàn quốc khoảng 195 666 650 m3/ngày,
tương đương 2264 m3/s.
 Tổng trữ lượng nước ngầm cấp (A+B) là 986 500 m3/ngày. Trữ lượng khai
thác cấp C1 là 2 400 000 m3/ngày, cấp C2 là 10 400 000 m3/ngày.

1.3 NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG VÀ KHAI THÁC TÀI NGUYÊN
NƯỚC
1.3.1 Nguyên tắc sử dụng tổng hợp nguồn nước
Nguyên tắc chung khi khai thác và sử dụng nguồn nước là: Khai thác sử
dụng tổng hợp nguồn nước, phối hợp lợi ích giữa các ngành, phân phối chi phí
cho các ngành hợp lý trên cơ sở nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước đến mức
cao nhất và Mọi ngành, mọi người đều có quyền bình đẳng trong khai thác sử
dụng nguồn nước.
Thực tế trong lĩnh vực thủy lợi đang phải đối mặt với các vấn đề sau:
-

Nhu cầu vô hạn > < Khả năng có hạn của nguồn nước;

- 15 -


động thất
-

Nhu cầu khá ổn định (trong thời kỳ tính toán) > < Khả năng biến
thường;
Nhu cầu của ngành này > < Nhu cầu của ngành khác (TD: Cần tích
trữ nước ở hồ chứa để phục vụ mục đích cấp nước trong mùa kiệt > <
Nhu cầu xả nước để đảm bảo chống lũ cho bản thân công trình và

phòng lũ hạ du).

Do đó bài toán đánh giá hiệu quả sử dụng tổng hợp rất phức tạp. Muốn
đánh giá một cách đầy đủ và khách quan, cần có những mô hình tổng hợp và các
phương pháp tối ưu sử dụng nguồn nước. Thông thường để đánh giá hiệu quả sử
dụng phải thông qua bài toán phân tích Chi phí-Lợi ích của dự án trên quan điểm
tổng hợp và khách quan.
Hiện nay nhiều ngành kinh tế quốc dân đều có nhu cầu tăng lên về sử dụng
nước. Hơn nữa một nguồn nước hay một lưu vực, một con sông hiện nay đã và
đang phục vụ cho nhiều ngành, kể cả các ngành nằm trong phạm vi lưu vực và cả
những ngành, những đơn vị nằm ở địa bàn thuộc lưu vực khác. Có thể minh họa
tính đa chức năng trong phục vụ qua hệ thống sông Đà ở Miền Bắc nước ta hoặc
hệ thống sông Đồng Nai ở Miền Nam.
Với hệ thống sông Đà, chúng ta cùng một lúc khai thác năng lượng của
dòng chảy để phát điện thông qua những bậc thang thủy điện như Hòa Bình, Sơn
La, Lai Châu, Huội Quảng,... trên dòng chính và dòng nhánh. Mặt khác nhu cầu
cấp nước cho hạ du (đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Thái Bình) ngày
càng tăng nhanh, yêu cầu về lưu lượng tối thiểu ở hạ lưu để đảm bảo tầu thuyền
trên sông đi lại bình thường. Mặt khác các hồ chứa lớn ở thượng nguồn sông Đà
còn có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du, đảm bảo mực nước lũ không uy hiếp hệ
thống đê điều. Nếu kể đến nhiệm vụ khai thác cảnh quan du lịch và nuôi trồng
thủy sản lòng hồ thì mỗi hồ như vậy là mục tiêu khai thác của nhiều ngành kinh tế
quốc dân khác nhau.
Trong khi năng lực của dòng chảy có hạn, các ngành kinh tế khai thác
nguồn thủy lợi đều quan trọng, thì một hồ chứa được xây dựng phải thỏa mãn
nhiều nhiệm vụ, những hồ chứa này được gọi là "hồ chứa sử dụng tổng hợp" hay
"Hồ chứa đa chức năng". Đối với hồ chứa đa chức năng thì nhiệm vụ phát điện
hay bất cứ nhiệm vụ nào khác đều không thể giữ vai trò tuyệt đối nữa mà buộc
phải san sẻ chi phí cũng như lợi ích thu được từ nguồn nước. Như vậy việc tính
toán cân đối quá trình khai thác tổng hợp nguồn nước càng trở nên phức tạp. Vấn

- 16 -


đề sử dụng tổng hợp nguồn nước và nâng cao hiệu quả khai thác sẽ được làm rõ
dần trong các chương tiếp theo.
Còn có một số hệ thống sông ở Việt Nam, ngoài nhu cầu tương tự như hệ
thống sông Đà về phát điện, cấp nước phục vụ tưới, sinh hoạt, giao thông thủy,
các công trình và hồ chứa còn phải thỏa mãn thêm hai nhiệm vụ nữa là đẩy mặn ở
hạ lưu và san sẻ nguồn nước của lưu vực cho các tỉnh thuộc lưu vực khác có
nguồn nước mặt không dồi dào. Như vậy chế độ xả nước của các hồ chứa phải
tuân thủ nhiệm vụ đẩy sức dồn ép của thủy triều và qua đó giữ được những diện
tích trồng trọt ít bị xâm nhập măn hơn. Trong khi đó khả năng của nguồn nước
phía thượng lưu lại bị cắt giảm để phục vụ nhiệm vụ chuyển nước sang lưu vực
khác.
Trên đây là những vấn đề phức tạp của bài toán điều tiết dòng chảy trong
thực tế. Trong sự phát triển chung của xã hội, độ phức tạp trên ngày càng gia tăng.
Do đó vấn đề sử dụng tổng hợp nguồn nước và nâng cao hiệu quả khai thác càng
trở nên quan trọng, trong các chương tiếp theo, những phương pháp đánh giá và
phương pháp tính toán để giải quyết vấn đề trên sẽ được đề cập cụ thể.
1.3.2 Phương trình cân bằng nước
Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên diễn ra liên tục trên phạm vi rộng và
có sự tham gia của nhiều thành phần, trong khi việc nghiên cứu và sử dụng nguồn
nước lại diễn ra trong phạm vi hẹp hơn nhiều. Do đó phương trình cân bằng nước
đối với mỗi phạm vi hẹp hơn hoặc đối với mỗi hệ thống bất kỳ có thể được viết
như sau:
I  O 

dS
dt

(1.1)

Trong đó:

I:
Lưu Lượng nước vào hệ thống (m3/s)
O : Lưu Lượng nước ra khỏi hệ thống (m3/s)
dS/dt :
Sự biến đổi của dung tích nước trong hệ thống
trên đơn vị thời gian
Đối với một hệ thống sử dụng nước mặt, có thể viết phương trình cân bằng
nước như sau:
P + R1 - R2 + Rg - Es - Ts - I = Ss
(1.2)
-

Đối với hệ thống sử dụng nước ngầm:
I + G1 - G2 - Rg - Eg - Tg = Sg

- 17 -

(1.3)


Tổng hợp (1.2) và (1.3) ta có phương trình cân bằng nước cho một hệ thống
nói chung:
P - (R2 - R1) - (Es + Eg) - (Ts + Tg) - (G2 - G1) = Ss + Sg (1.4)
Trong đó:

-

-

P:
Mưa trên bề mặt
R1, R2:
Dòng chảy mặt vào và ra khỏi hệ thống
Es, Eg:
Bốc hơi từ bề mặt và từ lòng đất
Ts, Tg:
Thoát hơi thực vật từ bề mặt và từ lòng đất
G1, G2:
Dòng chảy ngầm vào và ra khỏi hệ thống
I:
Dòng thấm từ mặt đất xuống tầng đất bên dưới.
Rg: Dòng chảy ngầm
Phương trình cân bằng nước cho một vùng có thể viết đơn giản như sau:
P - R - G - E - T = S
(1.5)
Với thùng đo bốc hơi ta có:
P - E = S

(1.6)

Như vậy các phương trình cân bằng nước từ (1.2) đến (1.6) là các phương
trình cân bằng nước trong trường hợp cụ thể, chúng là biểu hiện riêng của phương
trình cân bằng nước tổng quát (1.1).
 Thí dụ 1.1:
Giải:

Trong một năm quan trắc của một lưu vực rộng 10.000 Km 2 có số liệu là: lượng mưa 1500mm,
lưu lượng trung bình năm tại cửa sông của lưu vực là 120 m3/s. Hãy ước tính lớp nước tổn thất
bốc và thoát hơi từ lưu vực trong năm.
Sử dụng phương trình (1.5): P - R - G - E - T = S và dồn bốc thoát hơi sang một vế với
ký hiệu: ET, ta có: ET = P - R - G - S. Trong đó ET chưa biết, P (mưa) và R (dòng chảy
mặt) đã biết. Như vậy cần phải biết được G (dòng chảy ngầm) và S (độ thay đổi dung tích nước
trong năm) thì mới có thể tính được ET.
Muốn vậy cần phân tích và lập các giả thiết như sau:
- Vì lưu vực rất lớn (10000Km2) do đó có thể coi đường phân thủy bề mặt và phân thủy nước
ngầm là trùng nhau. Do đó thành phần G có thể coi là zero (Lưu ý rằng với lưu vực nhỏ thì giả
thiết này không còn phù hợp nữa).
- Trong thời đoạn 1 năm (khá dài), có thể coi dung tích nước ngầm của lưu vực là không đổi,
còn dung tích phần nước mặt (lượng nước có trong sông suối) cũng không đổi trong năm. Như
vậy S = 0. (Lưu ý rằng với thời đoạn ngắn thì giả thiết này sẽ mắc sai số rất lớn nên không sử
dụng được).
Với hai giả thiết trên phương trình cân bằng nước còn lại: ET = P - R.
Đổi R thành lớp nước mặt bình quân trong năm (lưu ý đến đổi đơn vị) như sau:
3
m
s
mm
1
R (mm) 
x
x
x
s 1nam m F (m 2 )
lv

120 x 31536000x 1000x 1
 378,4 mm
6
1x 1x 1 x 10000 10
Do đó tính được: ET = 1500 - 378,4 = 1121,6 mm/năm
R 

- 18 -


 Thí dụ 1.2:

Giải:

Cũng trong lưu vực trên, ở Trạm khí tượng A có quan trắc bốc hơi mặt nước từ thùng đo bốc hơi,
lớp nước bốc hơi từ thùng đo trung bình trong năm là 980 mm. Hãy tính lớp nước tổn thất từ
thoát nước thực vật trong năm.
Từ phương trình: ET = P - R hay T = P - R - E , thay số liệu vào ta được:
T = 1500 - 378,4 - 980 = 141,6 mm/năm.

1.3.3 Các phương pháp khai thác tài nguyên nước
1.3.3.1 Phân loại năng lượng nước
Năng lượng nước hay gọi tắt là Thủy Năng, là năng lượng tiềm tàng trong
nước. Năng lượng nước tiềm ẩn dưới ba dạng: Hoá năng, Nhiệt năng và Cơ năng.
Hoá năng của nước biểu hiện chủ yếu trong việc tạo nên các dung dịch
muối, sự hòa tan các đất đồi núi trong nước sông, nước biển. Mặc dù loại năng
lượng này tiềm ẩn một lượng rất lớn, nhưng phân bố rất phân tán, cho nên đến nay
con người chưa tìm được phương pháp khai thác chúng một cách có hiệu quả.
Nhiệt năng của nước thiên nhiên có thể sử dụng thông qua các sơ đồ khai
thác mức chênh lệch nhiệt độ giũa các lớp nước hoặc giữa nước và không khí

(Biển nhiệt đới có nhiệt độ lớp nước phía trên khoảng +20 0 đến +250, còn của lớp
bên dưới là +400; Nhiệt độ nước các sông không đóng băng ở các cực trái đất là
+10 đến +40 trong khi nhiệt độ không khí là -300 đến -400). Tuy nhiên cho đến nay
con người cũng chưa lưu ý và tìm được các biện pháp hiệu quả để khai thác nhiệt
năng của nước một cách tập trung.
Cơ năng của nước thiên nhiên bao gồm: năng lượng nước mưa rơi trong khí
quyến, sự chuyển động của các tảng băng, sự vận chuyển liên tục của nước và phù
sa trong sông suối thiên nhiên, dòng chảy của các dòng hải lưu, năng lượng sóng
biển và sóng triều. Hiện nay chưa có con số ước tính về trữ năng tiềm tàng của
sóng biển trên trái đất, nhưng có thể tham khảo một ước tính của năng lượng sóng
biển trên 1 Km chiều dài bờ biển phía châu Âu của Đại Tây Dương khoảng
100.000 KW. Tuy vậy công suất đó rất thất thường và thay đổi lớn theo thời gian.
Tuy có một số trạm thí nghiệm sử dụng loại năng lượng này nhưng đòi hỏi phải
giải quyết rất nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp, do đó hiện nay còn chưa đánh giá
được triển vọng. Theo tính toán rất sơ bộ năng lượng tiềm tàng của sóng thủy
triều lên và xuống vào khoảng vài trăm triệu KW. Năng lượng thủy triều không
đều nhưng có chu kỳ rõ ràng, phương pháp tính và phương pháp khai thác dạng
năng lượng này đã được triển khai thành công ở Mỹ, Anh, Pháp... Nhưng chi phí
xây dựng loại trạm phát điện này rất lớn cho nên hiện nay số lượng các trạm điện
thủy triều còn hạn hẹp.

- 19 -


Riêng việc sử dụng cơ năng của dòng chảy mặt trong sông có một ý nghĩa
to lớn và thực thi, ngày nay việc khai thác thủy năng sông ngòi bằng TTĐ đã rất
phổ biến trên thế giới bởi vì những ưu điểm của loại hình khai thác này. Đó cũng
là nội dung chủ yếu của môn học Thủy Năng. Tuy nhiên về mặt khái niệm, chúng
tôi cũng xin điểm qua đôi nét về năng lượng của sóng biển và năng lượng thủy
triều trước khi đi sâu vào vấn đề thủy năng sông ngòi.

1.3.3.2 Đánh giá nguồn năng lượng nước sông suối
Năng lượng nước sông nói riêng và năng lượng nước nói chung được đánh
giá cao thông qua những đặc điểm chủ yếu sau:
Là nguồn năng lượng tiềm tàng với trữ lượng rất lớn;
Là nguồn năng lượng được tái tạo hàng năm;
Là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường;
Có thể tính toán và tập trung khai thác thuận lợi;
Cùng một lúc có thể khai thác các mặt lợi và khắc phục những mặt
bất lợi của dòng chảy trong sông đối với đời sống con người.
1.3.3.3 Đơn vị đo công suất và điện năng
Vấn đề đơn vị đo luôn luôn là phức tạp vì mỗi nước, đặc biệt là những nước
công nghiệp phát triển đều có hệ đơn vị đo riêng của mình. Mặc dù có hai hệ đơn
vị đo được sử dụng rộng rãi hơn cả là hệ Mét (Metric System) và Hệ Anh (British
System), nhưng trong lĩnh vực năng lượng, thực tế lại tồn tại khá nhiều hệ đo. Thí
dụ đơn vị tính công suất thường là KW, trong khi các hãng sản xuất máy thủy lực
của lại dùng đơn vị Mã lực để ghi trên máy của họ (HP: các hàng Anh, PS: các
hãng Đức, CV: các hãng Pháp). Do đó cần thiết phải trao đổi về đơn vị đo công
suất và điện năng để thuận tiện trong sử dụng.
Đối với công suất: đơn vị đo thông dụng nhất trên thế giới và ở nước ta là
"Kilowatts" (có thể ký hiệu là: KW, kW hay Kw). Còn đơn vị đo năng lượng là:
"Kilowatt-Giờ" hay "Kilowatthours", ký hiệu là KWh. Khi số lượng lớn hơn đơn
vị, các chuẩn đo có thể là:
Công suất

Điện năng

1 Kilowatt (KW) = 103 Watt
1 Megawatt (MW)
= 106 Watt = 103 KW
1 Gigawatt (GW) = 109 Watt = 106 KW

1 Terawatt (TW) = 1012 Watt = 109 KW

1 Megawatt-giờ =
1 Gigawatt-giờ =
1 Terawatt-giờ =

103 KWh
106KWh
109KWh

Đối với đơn vị Mã lực (HP) lưu ý có 2 loại đơn vị đo là: "HP" hệ Metric và
"hp" hệ British:
- 20 -


1 HP [Metric system]
1 hp [British system]
-

-

=
=

0,9863 hp [British system]
1,014 HP [Metric system]

Ngoài đơn vị đo là KW, HP còn đơn vị đo công suất là: kgm/s (kilogrammet/giây) và đơn vị đo điện năng là kgm (kilogram-met).
1 HP = 75 kgm/s = 75 x 9,81 = 736 W = 0,736 KW
1 KW = 1,36 HP = 102 kgm/s

Từ (2.1) và (2.2) suy ra:

(2.1)
(2.2)

1 HP-giờ = 0,736 KWh = 270.000 kgm
1 KWh = 367.000 kgm = 367 tấn m

(2.3)
(2.4)

Nếu chuyển đổi sang đơn vị Calo (Cal) ta có:
1 Cal = 427 kgm
1 KWh = 860 Cal

(2.5)
(2.6)

Thí dụ 2.1:
Giải:

Thí dụ 2.2:
Giải:

Tính năng lượng thu được bằng KWh khi đốt 1kg than loại nhiệt lượng 4000 cal/kg tại
một nhà máy nhiệt điện có hiệu suất toàn bộ là 24%.
Vì hiệu suất tổng cộng là 24% , khi đốt 1 kg than trên sẽ thu được: 0,24 x 4000=960
Cal
Từ (2.6): 1KWh = 860 Cal ta có: 960/860 = 1,12 KWh.
Tính số kg than (loại nhiệt lượng 4000Cal/kg) tiết kiệm được trong một năm khi đưa

một nhà máy thủy điện vận hành với công suất trung bình trong năm là 8000 KW. Giả
sử biết tỷ suất sản xuất điện bằng than là 3500 Cal/1 KWh.
Sản lượng điện trong 1 năm của TTĐ tính được là:
8000 KW x 365 ngày x 24 giờ/ngày = 70 106 KWh
Nếu cùng sản lượng trên thì nhà máy nhiệt điện phải cấp đủ số Calo sau:
3500 Cal/KWh x 70 106 KWh = 24,5 1010 Cal
Cuối cùng ta tính được số kg than 4000 (Cal/kg) tiết kiệm được:
24,5 x 1010 Cal  6,12 107 kg
4000 Cal / kg

1.3.3.4 Năng lượng sóng biển
Năng lượng sóng biển cũng có nguồn gốc từ năng lượng bức xạ mặt trời,
nguyên nhân trực tiếp tạo nên sóng trên đại dương là do gió, nhưng gió lại có
nguyên nhân từ ánh sáng mặt trời thay đổi theo ngày và đêm. Lịch sử sử dụng
năng lượng sóng biển có thể được tính từ năm 1926 tại thành phố Atlantic City
khi máy phát điện chạy bằng năng lượng sóng biển sử dụng cho thắp sáng. Tuy
vậy sau đó nhiều thập kỷ, không có nhiều những công trình thử nghiệm tương tự.
Trong các cố gắng chế tạo các hệ thống sử dụng loại năng lượng này thì hệ thống

- 21 -


Phao trống - Neo được thử nghiệm nhiều. Hệ thống này có cấu tạo sơ bộ như sau:
Một phao nổi hình trống bên ngoài cuốn dây, hai đầu dây được neo cố định xuống
đáy biển, dưới tác động của sóng biển phao trống lăn đi lăn lại và truyền chuyển
động lăn tới trục máy phát điện.
Về mặt lý thuyết, các nhà khoa học Anh, Nauy, Thụy Điển, Mỹ, Canada và
Nhật Bản có công đi đầu trong việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng sóng biển, xây
dựng lý thuyết tính toán và sơ đồ nguyên lý khai thác năng lượng sóng. Năng
lượng tiềm tàng của sóng biển (tính theo KW hoặc kgm/s) được tính trên 1 mét

dài theo phương vuông góc với con sóng tới.
Công suất trung bình do một con sóng hình Sin có thể tính theo công thức
sau (xem cuốn "Low-Head Power Plants", Emil Mosonyi, Budapest 1987):
N

g 2
H T (kd)
32 

 kgm 
 s / m



(2.7)

Hoặc chi tiết hơn có thể theo công thức:
N 

Trong đó:

g 2
H
32 

:
g:
H:
T:
d:

k:


2k d 
T 1
 tan g h(kd)
 Sin h(2kd) 

 kgm 
 s / m



(2.8)

Trọng lượng riêng của nước biển (kg/m3)
Gia tốc trọng trường (9,81 m/s2)
Chiều cao sóng (m)
Chu kỳ sóng (s)
Chiều sâu nước (m)
Số sóng = 2 trên 1m dài sóng.

Nếu thay  = 1040 kg/m3, g = 9,81 m/s2 và giả thiết (kd) =1 vào công thức
(2.8) thì gần đúng ta có công thức tính công suất tiềm tàng đơn vị của sóng biển
là:
N = 0,995 H2 T (KW/m)
(2.9)
Một số nghiên cứu cho rằng, có thể khai thác được khoảng 50% năng lượng
tiềm tàng trên trên của sóng biển, và nếu hiệu suất máy khai thác khoảng 50% nữa
thì từ công thức (2.9) có thể sơ bộ tính được trữ năng kỹ thuật của sóng biển là:

N = 0,995 H2 T x 0,25  0,25 H2 T

(KW/m)

(2.10)

Với phương pháp ước tính như trên, công suất kỹ thuật đoạn 1000km dọc
bờ biển phía Tây Vương quốc Anh có thể khai thác được 12.000 MW.

- 22 -


Thí dụ 2.3:

Giải:

Sử dụng công thức (2.10) ước tính công suất có thể khai thác được từ sóng biển trên
chiều dài 1500 km của nước ta, nếu chiều cao sóng trung bình là 1,2m, và chu kỳ sóng
là 30 giây.
Từ (2.10) thay các số liệu vào:
N = 0,25 x 1,22 x 30 x 1500 103 = 16.200 MW

Về lý thuyết ta có thể khai thác nguồn năng lượng sóng lớn lao này, tuy
nhiên về thiết bị và công nghệ, chưa có một hệ thống nào nào tỏ ra có hiệu quả,
mặc dù nhiều thử nghiệm đã đưa ra các sơ đồ công nghệ và kết cấu khác nhau để
có thể khai thác. Hình 2.1 giới thiệu một trong các sơ đồ khai thác đó, sơ đồ có tên
gọi "NEL Breakwater Converter" - Máy phát điện sóng va NEL.
Kh«ng khÝ ra

N-íc d©ng

do sãng

Kh«ng khÝ vµo

N-íc h¹
do sãng

ChiÒu sãng

§¸y biÓn

ChiÒu sãng

§¸y biÓn

Hình 1.3: Sơ đồ khai thác năng lượng sóng biển NEL

Nhìn sơ đồ ta thấy tuốc bin khí được đặt ở tầng trên, tầng này thông với
tầng dưới và thông với bên ngoài qua những van một chiều. Khi sóng tác động
làm mực nước ở tầng dưới dâng cao, đẩy luồng không khí qua tuốc bin làm quay
tuốc bin và máy phát điện. Ngược lại khi mực nước tầng dưới hạ, thì không khí từ
ngoài tràn vào buồng trên, qua tuốc bin để xuống tầng dưới và một lần nữa trao
năng lượng cho tuốc bin và máy phát điện.
1.3.3.5

Khai thác năng lượng thuỷ triều

Hiện tượng thủy triều có nguyên nhân là chênh lệch sức hút của Mặt trời và
Mặt trăng đối với Quả đất. Trong một ngày đêm, mực nước biển có thể một (triều
có chu kỳ 1 ngày) hay hai lần (triều có chu kỳ nửa ngày) nâng cao (triều cường)

và xuống thấp hơn mực nước trung bình. Các loại triều khác là những tổ hợp khác
nhau của hai loại triều trên. Với quan điểm khai thác năng lượng nước, năng
lượng thủy triều khá hứa hẹn bởi trữ lượng lớn, là nguồn năng lượng tồn tại cùng
với thời gian và khả thi trong khai thác. Trên thế giới, một số nước đã xây dựng
- 23 -


nhà máy điện thủy triều, riêng ở Việt Nam vấn đề này còn bỏ ngỏ. Tuy vậy,
chương này cũng dành một phần nhỏ giới thiệu ngắn gọn về dạng năng lượng này
và phương pháp khai thác.
(a)

Trạm thủy điện thủy triều

Theo các tài liệu thống kê, có thể quan sát được độ dâng cao của thủy triều
tại một số vùng bờ biển như sau:
Vùng bờ biển
Mức triều cường Max (m) Mức triều cường TB (m)
1. Canađa
15,0
13,5
2. Anh
14,1
10,0
3. Pháp
14,1
10,0
4. Biển Bắc
5,0
3,7

5. Việt Nam
Với mức độ chênh lệch cột nước như vậy nếu tập trung được lưu lượng thì
có thể khai thác sản lượng điện năng đáng kể. TTĐ thuỷ triều lớn nhất có lẽ là ở
vịnh Passamaquoddy, gần biên giới Mỹ-Canada với Nlm = 100-150 MW và đầu
tư khoảng 40 triệu USD theo thời giá lúc đó (1935-1938).
Theo phân tích, trạm điện thủy triều chỉ hiệu quả khai quy mô khai thác lớn
(Nlm lớn), từ vài trăm MW hay hơn nữa. Một số phương án khái thác điện thủy
triều có thể kể ra như sau:
Trạm: Rance Project (1950):
Nlm = 221 MW; E0 = 550 GWh
Passamaquoddy giai đoạn 2 (1969): Nlm = 4900 MW; E0 = 16.000 GWh
Severn Estuarine (1978) :
Nlm = 7200 MW; E0 = 13.000 GWh
Bảng 1.12: Một số dự án thủy điện thủy triều (theo E.M. Wilston, Water Power, 9/1983)
Quốc gia
Vị trí xây dựng
Nlm
E0
Số lượng TB
Độ dao
(MW) (GWh) loại D1=7,6m
đông triều
TB
Anh
Severn Estuarine
7.200
13.000
230
9,3
Mersey Estuarine

525
1.020
21
6,7
Strangford Lough
210
530
30
3,1
Shannon Estuarine
318
715
30
3,8
ấn Độ
Gulf of Kutch
Kandla
600
1.600
43
5,2
Hàn Quốc
Garolim Bay
480
1.200
32
4,6
Brazil
Bacanga
30

55
2
4,1
Mỹ
Knik Arm
2.220
5.500
80
7,8
Canada
Cumberland Basin
1.147
3.420
37
10,5
Cubequid Bay
4.028
12.600
106
12,4
Annapolis Royal
20
50
1
6,7
Trung Quốc
Jiangxia
3
11
6 x (2,5m)

6
LiênXô (cũ)
Lumbovsky
400
6

- 24 -


Mezenskaya

10.000

-

-

6

Sơ đồ khai thác trạm điện thủy triều về mặt nguyên tắc có thể giải thích
trong Hình 1.4.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ nhà như sau:
Khi mực nước biển trung bình, Van 1 và 2 đều đóng,
lúc này mực nước bể B1 cao hơn B2, khi triều lên:
Van 1
đồng thời mở Van1 và cấp nước cho tuốc bin, mực
Biển
nước ở B1 cao lên do nước biển tràn vào, khi triều
rút: đóng van 1 và mở Van 2 để nước trong bể B2
B1 chảy ra biển. Quá trình này lặp đi lặp lại như vậy.

Yêu cầu hoạt động của Van 1 và 2 rất nhịp nhàng,
Van 2
B2 tuy nhiên năng lượng khai thác được không liên tục
mà thành chu kỳ theo chu kỳ đóng mở van hay chu
kỳ triều cường và triều rút.
Hình 1.4: Sơ đồ khai thác năng
lượng thủy triều
(Theo F.J. de Vos)

Dựa theo sơ đồ nguyên lý trên và theo các phương án khai thác khác nhau
nhằm giảm tính không liên tục trong khai thác, TTĐ triều có thể được phân thành
các loại sau:
Loại I:
TTĐ triều với một bể cấp:
(1) : Hệ thống quay vòng đơn:
(1a): Hệ thống vòng đơn khai thác lúc triều rút (Hình 1.4)
(1b): Hệ thống vòng đơn khai thác khi triều cường (Hình 1.5)
(2): Hệ thống quay vòng kép: khai thác cả hai chiều (Hình 1.6)
Loại II:
TTĐ triều với 2 bể cấp:
(3): Hệ thống 2 bể làm việc thay đổi (Hình 1.7)
(4): Hệ thống 2 bể làm việc đồng thời
T ph¸t ®iÖn

+

T ®ãng

c
-í

cn
Mù

Hmin

t¹i

H0

bÓ chøa

bÓ
t3

0
t0

t7

t4

t8

Ph¸t ®iÖn

t5 t6

t1 t2
Mùc n-íc biÓn TB

Hmin

Hmin

Hmax
Mùc n-íc triÒu

Kh«ng ph¸t ®iÖn
biÓn

-

T = 1 ngµy ®ªm

H×nh 2.3: S¬ ®å 1 bÓ khai th¸c vßng ®¬n khi triÒu rót

Hình 1.5: Sơ đồ bể khai thác vòng đơn khi triều rút

- 25 -