Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông mã

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LƢƠNG NGỌC CHUNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU
NHẰM QUẢN LÝ BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƢỚC
VÙNG HẠ DU SÔNG MÃ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LƢƠNG NGỌC CHUNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU
NHẰM QUẢN LÝ BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƢỚC
VÙNG HẠ DU SÔNG MÃ

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Tài nguyên nƣớc

Mã số:

9-58-02-12

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1. GS.TS. TRẦN VIẾT ỔN
2. TS. LÊ VIẾT SƠN

HÀ NỘI, NĂM 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản
lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã” là công trình nghiên cứu của riêng
tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất
kỳ công trình nghiên cứu nào. Tất cả những tham khảo và kế thừa đều đƣợc trích dẫn
và tham chiếu đầy đủ.

Tác giả của Luận án

Lƣơng Ngọc Chung

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của các thầy

hướng dẫn, sự hỗ trợ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, các thầy cô và Nhà trường để
tôi hoàn thành Luận án này.
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Trần Viết Ổn người đã có định
hướng và trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu; Tôi xin
cảm ơn chân thành đến TS. Lê Viết Sơn là người bạn, cũng là người hướng dẫn thứ hai
đã hỗ trợ và có nhiều ý kiến chuyên môn quý báu cho tôi trong nghiên cứu này.
Tôi xin cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật và Quản lý tưới, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước,
Phòng Đào tạo và Sau đại học, Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện tốt nhất cho
tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp Viện Quy hoạch Thủy lợi đã hỗ trợ và
tạo mọi điều điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện Luận án.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình đã luôn động
viên, hỗ trợ và khích lệ tôi vượt qua những thời điểm khó khăn nhất để hoàn thành
Luận án của mình.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng

ii

năm 2019


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết ............................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án ............................................................................... 3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: .............................................................................. 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................................... 4
6. Bố cục của Luận án ..................................................................................................... 4

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU
VÀ LƢU VỰC SÔNG MÃ ............................................................................................ 6
1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trƣờng ở
các lƣu vực sông .............................................................................................................. 6
1.1.1 Khái niệm về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trƣờng ................................... 6
1.1.2 Vai trò của dòng chảy tối thiểu ............................................................................. 8
1.1.3 Tổng quan về các nghiên cứu dòng chảy tối thiểu ............................................... 9
1.2 Tổng quan về lƣu vực sông Mã ............................................................................... 31
1.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................................. 31
1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế - xã hội trên lƣu vực sông Mã ................................ 33
1.2.3 Hiện trạng môi trƣờng, sinh thái vùng hạ du lƣu vực sông Mã ......................... 35
1.2.4 Lịch sử khai thác, sử dụng nguồn nƣớc trên sông Mã........................................ 38
1.3 Định hƣớng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của Luận án ........................ 40
1.4 Kết luận chƣơng 1.................................................................................................... 42
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI
THIỂU HẠ DU SÔNG MÃ ........................................................................................ 43
2.1 Nhận diện các tác động đến chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã ............................ 43
2.1.1 Những tác động của tự nhiên .............................................................................. 43
2.1.2 Những tác động của các hoạt động kinh tế - xã hội ........................................... 46
2.1.3 Biến động nhu cầu sử dụng nƣớc trên lƣu vực ................................................... 53
2.1.4 Hệ quả của những tác động ................................................................................ 53
2.2 Xây dựng phƣơng pháp xác định dòng chảy tối thiểu cho hạ lƣu sông Mã ............ 61
2.2.1 Phƣơng pháp xác định dòng chảy tối thiểu ........................................................ 61
iii


2.2.2 Phƣơng pháp mô hình toán để mô phỏng và tính toán chế độ dòng chảy .......... 64
2.2.3 Phƣơng pháp khảo sát, đo đạc, lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm ....... 71
2.2.4 Phƣơng pháp xác định dòng chảy cho giao thông thủy ...................................... 77
2.3 Thiết lập mô hình thủy lực cho mùa cạn mạng sông Mã ........................................ 78

2.3.1 Sơ đồ mạng sông ................................................................................................ 78
2.3.2 Số liệu đầu vào, các biên tính toán ..................................................................... 79
2.3.3 Mô phỏng, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ..................................................... 81
2.4 Thiết lập các mô hình sinh thái vùng hạ lƣu sông Mã ............................................. 84
2.4.1 Số liệu đầu vào, các biên tính toán ..................................................................... 84
2.4.2 Đánh giá mức độ phù hợp của các loài với điều kiện môi trƣờng ..................... 90
2.5 Kết luận chƣơng 2 và định hƣớng nội dung chƣơng 3 ............................................ 91
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 93
3.1 Tính toán xác định dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã .................................. 93
3.1.1 Xác định điểm kiểm soát dòng chảy tối thiểu .................................................... 93
3.1.2 Kết quả tính toán thủy lực mùa cạn hạ lƣu sông Mã .......................................... 97
3.1.3 Xác định lƣu lƣợng cho các nhu cầu sử dụng nƣớc các đoạn sông .................. 102
3.1.4 Xác định dòng chảy môi trƣờng không tiêu hao .............................................. 104
3.1.5 Xác định dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã .......................................... 115
3.2 Phân tích sự phù hợp của dòng chảy tối thiểu ....................................................... 116
3.2.1 So sánh kết quả tính toán với kết quả của phƣơng pháp Tessman ................... 116
3.2.2 Sự phù hợp của DCTT với dòng chảy mùa cạn diễn ra trong quá khứ ............ 119
3.3 Các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu vùng hạ du sông Mã ............................ 121
3.3.1 Giải pháp điều hành hồ chứa ............................................................................ 122
3.3.2 Đề xuất giải pháp quản lý ................................................................................. 126
3.4 Kết luận Chƣơng 3 ................................................................................................. 127
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 128
1. Kết luận.................................................................................................................... 128
2. Kiến nghị ................................................................................................................. 129
3. Những hạn chế và định hƣớng nghiên cứu tiếp theo ............................................... 130
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 132

iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Mối liên hệ giữa vai trò dòng chảy tối thiểu và chức năng hệ sinh thái [12] ...8
Bảng 1.2 Phân loại mô hình và mục đích của từng loại [13], [14]...............................10
Bảng 1.3 Phân tích, so sánh các mô hình .....................................................................11
Bảng 1.4 Tỷ lệ phần trăm (%) của dòng chảy năm trung bình nhiều năm (Qo) dùng
cho tính toán dòng chảy môi trƣờng theo phƣơng pháp Tennant [17] ...........................13
Bảng 1.5 Dòng chảy năm trung bình tại một số vị trí trên lƣu vực sông Mã ...............32
Bảng 1.6 Kết quả điều tra hiện trạng khai thác thủy sản trên sông Mã [73] ................34
Bảng 1.7 Số lƣợng động, thực vật ghi nhận tại hạ lƣu sông Mã [73] ..........................36
Bảng 1.8 So sánh thành phần loài cá sông Mã với các khu vực nghiên cứu khác [73] .38
Bảng 1.9 Quy mô khai thác nguồn nƣớc trên sông Mã qua các thời kỳ [5] .................40
Bảng 2.1 Bình quân lƣợng mƣa năm từng thập kỷ các trạm trên sông Mã [74] ..........45
Hình 2.3: Diễn biến lƣợng mƣa mùa khô tại các trạm trên sông Mã ............................45
Bảng 2.2 Bình quân lƣợng mƣa mùa khô từng thập kỷ các trạm trên sông Mã [74] ....46
Bảng 2.3 Bình quân lƣợng mƣa mùa mƣa từng thập kỷ các trạm trên sông Mã [74] ...46
Bảng 2.4 Diễn biến tình hình phát triển dân số trên lƣu vực sông Mã [5], [72] ...........52
Bảng 2.5 Diễn biến sản xuất ngành nông nghiệp trên lƣu vực [5], [72]. .....................52
Bảng 2.6 Diễn biến sản xuất ngành công nghiệp trên lƣu vực sông Mã [5] .................52
Bảng 2.7 Biến động về nhu cầu sử dụng nƣớc trên lƣu vực sông Mã [70], [5] ............53
Bảng 2.8 Xếp hạng chất lƣợng nƣớc theo chỉ số đa dạng của Shannon [84] ................74
Bảng 2.9 Xếp hạng mức độ đa dang theo chỉ số Margalef...........................................76
Bảng 2.10 Địa hình lòng dẫn mạng sông Mã [5], [85] .................................................79
Bảng 2.11 Chỉ tiêu cơ bản của các biên gia nhập khu giữa sông Mã ...........................80
Bảng 2.12 Kết quả mực nƣớc thực đo và tính toán mô phỏng ......................................81
Bảng 2.13 Kết quả nồng độ mặn thực đo và tính toán mô phỏng .................................82
Bảng 2.14 Kết quả mực nƣớc thực đo và tính toán kiểm định .....................................82
Bảng 2.15 Kết quả nồng độ mặn thực đo và tính toán mô kiểm định ..........................83
Bảng 2.16 Lƣu lƣợng thấp nhất trong 1 ngày và 7 ngày vùng nghiên cứu ..................86
Bảng 2.17 Một số thông tin của 5 loài cá đƣợc lựa chọn ở hạ du sông Mã ..................87

Bảng 2.18 Mức độ phù hợp với một số yếu tố môi trƣờng của cá Chép [86] ..............88
Bảng 2.19 Mức độ phù hợp với một số yếu tố môi trƣờng của cá Ngạnh thƣờng [87]
........................................................................................................................................88
Bảng 2.20 Mức độ phù hợp với một số yếu tố môi trƣờng của cá Đối đất [88] ..........89
Bảng 2.21 Mức độ phù hợp với một số yếu tố môi trƣờng của cá Bống mọi [89] ......89
Bảng 2.22 Mức độ phù hợp với một số yếu tố môi trƣờng của cá Bống cát tối [92] ...89
Bảng 3.1 Tần suất dòng chảy năm, dòng chảy mùa cạn tại trạm Cẩm Thủy ................98
Bảng 3.2 Tần suất lƣu lƣợng mùa cạn tại trạm Cẩm Thủy 1999 và 2010÷2015 ..........99
v


Bảng 3.3 Tần suất lƣu lƣợng mùa cạn tại trạm Lý Nhân, Sét Thôn 1999 và 2010÷2015
..................................................................................................................................... 101
Bảng 3.4: Lƣu lƣợng min trên sông Mã trong mùa cạn một số năm ......................... 102
Bảng 3.5 Lƣu lƣợng khai thác cho nhu cầu nƣớc tại các đoạn sông .......................... 103
Bảng 3.6 Quy định kích thƣớc đƣờng thủy nội địa cho miền Bắc và miền Trung .... 105
Bảng 3.7 Quy định kích thƣớc đƣờng thủy nội địa cho sông Mã .............................. 105
Bảng 3.8 Một số thông số mặt cắt sông Mã từ ngã ba Vĩnh Khang đến ngã ba Bông106
Bảng 3.9 Một số thông số mặt cắt sông Mã đoạn từ ngã ba Bông đến cầu Hoàng Long
..................................................................................................................................... 108
Bảng 3.10 Mực nƣớc nhỏ nhất sông Mã từ ngã ba Bông đến cầu Hoàng Long ........ 108
Bảng 3.11 So sách mực nƣớc nhỏ nhất trong quá khứ với yêu cầu về kích thƣớc đƣờng
thủy nội địa sông Mã từ ngã ba Bông đến cầu Hoàng Long ....................................... 109
Bảng 3.12 Nhu cầu dòng chảy cho giao thông thủy ở hạ du sông Mã ....................... 109
Bảng 3.13 Yêu cầu dòng chảy cho các loài chỉ thị tại các đoạn sông ....................... 112
Bảng 3.14 Đề xuất lƣu lƣợng sinh thái tối thiểu cho các đoạn sông ở hạ du sông Mã
..................................................................................................................................... 114
Bảng 3.15 Dòng chảy môi trƣờng không tiêu hao các đoạn sông vùng hạ du sông Mã
..................................................................................................................................... 115
Bảng 3.16 Dòng chảy tối thiểu của các đoạn sông vùng hạ du sông Mã ................... 116

Bảng 3.17 Đề xuất một số yếu tố về dòng chảy cho các loài chỉ thị ......................... 116
Bảng 3.18 Lƣu lƣợng trung bình tháng nhiều năm tại các điểm kiểm soát .............. 117
Bảng 3.19 Xác định dòng chảy tối thiểu tại Lý Nhân theo phƣơng pháp Tessman .. 117
Bảng 3.20 Xác định dòng chảy tối thiểu tại Sét Thôn theo phƣơng pháp Tessman . 118
Bảng 3.21 So sánh kết quả dòng chảy tối thiểu của 2 phƣơng pháp ......................... 118
Bảng 3.22 So sánh giá trị DCTT với các giá trị dòng chảy kiệt nhất từ 1980÷2015 119
Bảng 3.23 Các trạm bơm trên sông Mã đƣợc kênh Cửa Đạt tƣới thay thế [5], [94] 123
Bảng 3.24 Kết quả tính toán lƣu lƣợng tại một số vị trí trên sông trong mùa cạn
năm 1999 cho các trƣờng hợp ..................................................................................... 123
Bảng 3.25 Mực nƣớc nhỏ nhất trên sông Mã tại các mặt cắt từ ngã ba Vĩnh Khang đến
ngã ba Bông với 2 trƣờng hợp tính toán ...................................................................... 125
Bảng 3.26 Mực nƣớc nhỏ nhất trên sông Mã tại các mặt cắt từ ngã ba Bông đến cầu
Hoàng Long với 2 trƣờng hợp tính toán ...................................................................... 125
Bảng 1 (phụ lục 1): Đặc trƣng mực nƣớc trung bình tháng, năm tại các trạm............ 139
Bảng 2 (phụ lục 1): Đặc trƣng mực nƣớc nhỏ nhất tháng, năm tại các trạm .............. 140
Bảng 3 (phụ lục 1) Các khu công nghiệp tập trung hiện có và dự kiến trên sông Mã [5]
..................................................................................................................................... 141
Bảng 4 (phụ lục 1): Kết quả phân tích mẫu nƣớc trung bình 3 đợt đo trên sông Mã [73]
..................................................................................................................................... 141
vi


Bảng 1 (phụ lục 2): Kết quả khảo sát các mặt cắt trên sông Mã tại Lý Nhân đoạn sông
1 ................................................................................................................................... 142
Bảng 2 (phụ lục 2): Kết quả khảo sát các mặt cắt trên sông Mã tại Sét Thôn đoạn sông
2 ................................................................................................................................... 142
Bảng 3 (phụ lục 2): Kết quả khảo sát các mặt cắt trên sông Mã tại trạm bơm Hoằng
Khánh đoạn sông 3 ...................................................................................................... 142
Bảng 4 (phụ lục 2): Kết quả phân tích thành phần hạt theo khối lƣợng...................... 143
Bảng 5 (phụ lục 2): Kết quả phân tích thành phần hạt theo tỷ lệ % ............................ 145

Bảng 1 (phụ lục 3) Kết quả lƣu lƣợng trung bình mùa cạn, trung bình 3 tháng kiệt và
trung bình tháng kiệt nhất tại một số vị trí trên sông trong mùa cạn các năm từ
1980÷2015 ................................................................................................................... 148
Bảng 2 (phụ lục 3): Kết quả lƣu lƣợng max, min tại một số vị trí trên sông trong mùa
cạn các năm từ 1980÷2015 .......................................................................................... 149
Bảng 3 (phụ lục 3): Kết quả mực nƣớc max, min tại một số vị trí trên sông trong mùa
cạn các năm từ 1980÷2015 .......................................................................................... 150
Bảng 4 (phụ lục 3): Thống kê các công trình lấy nƣớc ở hạ du sông Mã [5], [94] .... 151
Bảng 5 (phụ lục 3): Chỉ tiêu cơ bản của các vị trí lấy nƣớc ở hạ du sông Mã [5], [94]
..................................................................................................................................... 151
Bảng 1 (phụ lục 4): Cấu trúc thành phần loài cá ở vùng hạ du sông Mã .................... 154
Bảng 2 (phụ lục 4): Thành phần loài cá tƣơng ứng với 10 mặt cắt thu mẫu ở vùng hạ du
sông Mã năm 2016 ...................................................................................................... 154
Bảng 3 (phụ lục 4): Hiện trạng chất lƣợng nƣớc các mặt cắt trên sông Mã khảo sát từ
15÷25/2/2016 ............................................................................................................... 157
Bảng 4 (phụ lục 4): Vị trí các mặt cắt khảo sát chất lƣợng nƣớc, thu mẫu môi trƣờng
và mẫu thủy sinh vật .................................................................................................... 159
lƣu vực sông Mã .......................................................................................................... 159
Bảng 1 (phụ lục 5): Bảng phân hạng cách tính điểm cho các chỉ số tổ hợp sinh học cá
..................................................................................................................................... 160
áp dụng cho việc đánh giá chất lƣợng nƣớc ở vùng cửa sông Mã .............................. 160
Bảng 2 (phụ lục 5): Ma trận chỉ số tổ hợp sinh học (IBI) cá để đánh giá chất lƣợng
nƣớc vùng cửa sông Mã .............................................................................................. 160

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ mạng lƣới sông suối lƣu vực sông Mã .................................................31
Hình 1.2: Sơ đồ vùng nghiên cứu - hạ du sông Mã ........................................................33

Hình 1.3: Cơ cấu kinh tế các ngành năm 2015 trên lƣu vực sông Mã ...........................33
Hình 1.4: Sơ đồ khai thác nguồn nƣớc ở hạ du sông Mã ...............................................40
Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc tổng thể về dòng chảy tối thiểu ..............................................42
Hình 2.1: Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình năm trên sông Mã 1961÷2015 .......43
Hình 2.2: Diễn biến lƣợng mƣa trung bình năm các trạm trên sông Mã .......................44
Hình 2.3: Diễn biến lƣợng mƣa mùa khô tại các trạm trên sông Mã ............................45
Hình 2.4: Sơ đồ khai thác bậc thang thủy điện trên hệ thống sông Mã .........................47
Hình 2.5: Diễn biến cao độ đáy sông Mã từ 2008 - 2013 [75] .......................................50
Hình 2.6: Biến động hình thái mặt cắt ngang sông Chu tại kè Định Thành [75] ...........51
Hình 2.7: Lƣu lƣợng ngày trung bình trạm Cửa Đạt - thời kỳ trƣớc và sau khi có hồ ..54
Hình 2.8: Lƣu lƣợng ngày min trạm Cửa Đạt - thời kỳ trƣớc và sau khi có hồ .............54
........................................................................................................................................55
Hình 2.9: Mực nƣớc ngày trung bình trạm Cửa Đạt - thời kỳ trƣớc và sau khi có hồ ...55
Hình 2.10: Mực nƣớc ngày min trạm Cửa Đạt - thời kỳ trƣớc và sau khi có hồ ...........55
Hình 2.11: Mực nƣớc ngày trung bình trạm thủy văn Xuân Khánh - thời kỳ trƣớc và
sau khi có hồ ...................................................................................................................56
Hình 2.12: Mực nƣớc ngày min trạm Xuân Khánh - thời kỳ trƣớc và sau khi có hồ ....56
Hình 2.13: Lƣu lƣợng ngày trung bình trạm Cẩm Thủy - 1980÷2009 và 2010÷2015 ...57
Hình 2.14: Lƣu lƣợng ngày min trạm Cẩm Thủy - 1980÷2009 và 2010÷2015 .............57
Hình 2.15: Mực nƣớc ngày trung bình trạm Cẩm Thủy - 1980÷2009 và 2010÷2015 ...57
Hình 2.16: Mực nƣớc ngày min trạm Cẩm Thủy - thời kỳ 1980-2009 và 2010-2015 ...58
Hình 2.17: Mực nƣớc ngày trung bình trạm Lý Nhân - thời kỳ 1980÷2009 và
2010÷2015 ......................................................................................................................58
Hình 2.18: Mực nƣớc ngày min trạm Lý Nhân - thời kỳ 1980÷2009 và 2010÷2015 ....59
Hình 2.19: Mực nƣớc ngày trung bình trạm Giàng - thời kỳ 1980÷2009 và 2010÷2015
........................................................................................................................................59
Hình 2.20: Mực nƣớc ngày min trạm Giàng - thời kỳ 1980÷2009 và 2010÷2015 ........60
Hình 2.21: Sơ đồ các bƣớc tính toán, xác định dòng chảy tối thiểu...............................63
Hình 2.22: Diện tích sinh thái của một điểm khảo sát đại diện trên một đoạn sông ......67
viii

Hình 2.23: Lựa chọn dòng chảy tối thiểu tại điểm mà môi trƣờng sống bắt đầu giảm
mạnh với sự suy giảm dòng chảy ...................................................................................67
Hình 2.24: WUA ở MT sống điển hình nơi có MT sống tối ƣu nằm dƣới MALF ........69
Hình 2.25: Đƣờng cong WUA ở nơi mà dòng chảy cho MT sống tối ƣu ở trên MALF
........................................................................................................................................70
Hình 2.26: WUA của môi trƣờng sống theo tỷ lệ phần trăm MALF có sẵn ..................70
Hình 2.27: Sơ đồ các vị trí khảo sát, thu mẫu thủy sinh ở hạ du sông Mã .....................71
Hình 2.28: Sơ đồ thủy lực mạng sông Mã đƣa vào tính toán .........................................79
Hình 2.29: Đƣờng quá trình mực nƣớc tính toán mô phỏng và thực đo tại Sét Thôn ...81
Hình 2.30: Đƣờng quá trình mực nƣớc tính toán mô phỏng và thực đo tại trạm Giàng 82
Hình 2.31: Đƣờng quá trình mực nƣớc tính toán kiểm định và thực đo tại Sét Thôn ...83
Hình 2.32: Đƣờng quá trình mực nƣớc tính toán kiểm định và thực đo tại trạm Giàng 83
Hình 2.33: Các mặt cắt đƣợc khảo sát ở đoạn sông 1 ....................................................84
Hình 2.34: Các mặt cắt đƣợc khảo sát ở đoạn sông 2 ....................................................85
Hình 2.35: Các mặt cắt đƣợc khảo sát ở đoạn sông 3 ....................................................85
Hình 2.36: Đặc điểm thích nghi của các loài cá với điều kiện môi trƣờng sống ...........91
Hình 3.1: Bản đồ xác định các đoạn sông - hạ du sông Mã ...........................................95
Hình 3.2: Diễn biến lƣu lƣợng trung bình mùa cạn, trung bình 3 tháng kiệt nhất và
trung bình tháng kiệt nhất từ 1980÷2015 tại trạm thủy văn Cẩm Thủy .........................98
Hình 3.3: Diễn biến lƣu lƣợng trung bình mùa cạn, 3 tháng kiệt nhất và tháng kiệt nhất
1980÷2015 tại trạm Lý Nhân ...................................................................................... 100
Hình 3.4: Diễn biến lƣu lƣợng trung bình mùa cạn, 3 tháng kiệt nhất và tháng kiệt nhất
1980÷2015 tại trạm Sét Thôn ...................................................................................... 100
Hình 3.5: Diễn biến lƣu lƣợng min từ 1980÷2015 tại Cẩm Thủy, Lý Nhân, Sét Thôn
..................................................................................................................................... 101
Hình 3.6: Đƣờng qua hệ giữa mực nƣớc và lƣu lƣợng tại Sét Thôn ........................... 107
Hình 3.7: Mối tƣơng quan giữa môi trƣờng sống đánh giá trên giá trị WUA của các
loài cá trên sông Mã .................................................................................................... 111

Hình 3.8: Nồng độ mặn tại cầu Hàm Rồng năm 1999 khi không có hồ và có hồ bổ sung
lƣu lƣợng trong mùa cạn.............................................................................................. 124
Hình 1 (phụ lục 3): Biểu đồ hoạt động thực tế của trạm bơm Hoằng Khánh [95] ...... 152
Hình 2 (phụ lục 3): Biểu đồ hoạt động của trạm bơm Nam sông Mã [96] ................. 153
Hình 3 (phụ lục 3): Biểu đồ hoạt động của trạm bơm Nam sông Mã [96] ................. 153
ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BĐKH

Biến đổi khí hậu

CTTL

Công trình thủy lợi

DCMT

Dòng chảy môi trƣờng

DCTT

Dòng chảy tối thiểu

ĐKS

Điểm kiểm soát

HSC

Đƣờng cong sinh thái

HST

Hệ sinh thái

HSTTS

Hệ sinh thái thủy sinh

KT - XH

Kinh tế - xã hội

LVS

Lƣu vực sông

MAF

Dòng chảy trung bình năm - Mean annual flow

MMF

Lƣu lƣợng trung bình tháng - Mean monthly flow

MALF

Lƣu lƣợng trung bình thấp nhất hàng năm

MTST

Môi trƣờng sinh thái

MTS

Môi trƣờng sống

MT

Môi trƣờng

TNN

Tài nguyên nƣớc

WUA

Chỉ số diện tích sử dụng có trọng số

F

Diện tích

Q0

Lƣu lƣợng trung bình nhiều năm (m3/s)

M0

Mô số lƣu lƣợng trung bình nhiều năm (l/s.km2)

W0

Tổng lƣợng trung bình năm (109m3)

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Nƣớc là tài nguyên vô cùng quan trọng giúp duy trì sự sống, là nhu cầu thiết yếu đối
với các hoạt động của con ngƣời và duy trì các hệ sinh thái. Con ngƣời đã khai thác và
sử dụng một lƣợng lớn tài nguyên nƣớc trên các con sông do áp lực từ sự phát triển
kinh tế và gia tăng dân số, nhu cầu nƣớc của con ngƣời tăng nhanh chóng, tác động
không nhỏ và làm thay đổi điều kiện tự nhiên của các con sông nhƣ hệ thống sông
Hồng, sông Mã, sông Cả, sông Hƣơng, sông Đồng Nai, sông Mê Kông...
Việc khai thác nguồn nƣớc quá mức và không hợp lý là nguyên nhân chính khiến cho
nhiều con sông rơi vào tình trạng suy thoái. Nhiều vấn đề liên quan đến nguồn nƣớc đã
xuất hiện nhƣ: Cạn kiệt dòng chảy trong mùa cạn, mặn xâm nhập sâu vào nội địa, tình
trạng đứt dòng... hệ quả là thiếu nƣớc cho sinh hoạt, sản xuất và sự suy thoái hệ sinh
thái thủy sinh của các con sông đó. Xu hƣớng phát triển nguồn nƣớc bền vững trên thế
giới đã, đang và sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nhận thức cần phải cân đối, hài
hòa giữa việc thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên của một dòng sông nhằm phục vụ
con ngƣời với việc duy trì các chức năng, nhiệm vụ và các hệ sinh thái thủy sinh vốn
có của chính dòng sông đó. Vấn đề này đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan
tâm và tiến hành nghiên cứu từ những năm 1990 đến nay [1], [2], [3]. Ở Việt Nam,
trong quá trình khai thác và sử dụng nguồn nƣớc, nhu cầu nƣớc cho các hệ sinh thái và
duy trì dòng chảy môi trƣờng vẫn chƣa đƣợc quan tâm đúng mức, điều đó đã làm cho

nhiều lƣu vực sông rơi vào tình trạng suy thoái hoặc cạn kiệt nguồn nƣớc ở một số khu
vực nhất định. Điển hình là vùng hạ du sông Hồng - Thái Bình, hiện tƣợng cạn kiệt
nguồn nƣớc trong những năm vừa qua đã gây khó khăn lớn cho sản xuất và gây ảnh
hƣởng xấu đến môi trƣờng sinh thái, Nhà nƣớc phải tiêu tốn hàng nghìn tỷ đồng để
khắc phục tình trạng cạn kiệt nguồn nƣớc trên sông Hồng - Thái Bình [4].
Sông Mã có vị trí đặc biệt quan trọng đối với nƣớc ta, với tài nguyên nƣớc khá phong
phú, góp phần quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của lƣu vực. Thực
tế hiện nay, nguồn tài nguyên sông Mã đang đƣợc khai thác, sử dụng cho nhiều mục
đích, đó là: (1) Các công trình hồ chứa đa mục tiêu, đập dâng, công trình lấy nƣớc ven
sông đã đƣợc xây dựng phục vụ phát điện, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, đô thị,
1


dân sinh và cho các hoạt động văn hóa xã hội; (2) Khai thác vật liệu xây dựng phục vụ
cho nhu cầu xã hội. Các hoạt động này đã làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên
trong mùa cạn, mặn xâm nhập sâu hơn đã tác động tiêu cực đến khai thác, sử dụng
nƣớc và hệ sinh thái thủy sinh, đặc biệt là vùng hạ du sông Mã. Đó là: Mực nƣớc vào
mùa cạn xuống rất thấp so với mực nƣớc trung bình nhiều năm, nhất là từ 2010÷ 2015
(trên sông Mã tại trạm thủy văn Lý Nhân, mực nƣớc thấp nhất đo đƣợc là +2,53m, thấp
hơn trung bình nhiều năm 1,41m; Trên sông Chu tại trạm thủy văn Xuân Khánh, mực
nƣớc thấp nhất đo đƣợc chỉ đạt +1,37m, thấp hơn trung bình nhiều năm 0,8m) [5].
Nguồn nƣớc suy giảm đã làm cho mặn tiến sâu hơn, ảnh hƣởng rất lớn đến hoạt động
lấy nƣớc của các công trình trên sông và phải có các giải pháp khẩn cấp chống hạn
nhƣ: Nối dài ống hút, lắp đặt các trạm bơm dã chiến, đắp đập tạm ngăn sông...
Sự thay đổi chế độ dòng chảy trên sông Mã đã tác động bất lợi một cách trực tiếp và
gián tiếp đến môi trƣờng nƣớc, đặc tính sinh thái của con sông. Do đó, yêu cầu cân đối,
hài hòa chế độ dòng chảy trên sông nhằm đảm bảo chức năng phục vụ phát triển kinh
tế - xã hội và duy trì các hệ sinh thái thủy sinh của dòng sông là rất cần thiết. Mặt khác,
Điều 5 của Nghị định 120/2008/NĐ-CP về nguyên tắc quản lý lƣu vực sông nêu rõ:
“Đối với từng con sông cần phải điều hòa, phân bổ tài nguyên nƣớc, duy trì dòng chảy

tối thiểu” [6]. Đến nay, chƣa có nghiên cứu nào định lƣợng đƣợc lƣợng nƣớc cần thiết
để hài hoà nhu cầu sử dụng nƣớc giữa các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội và bảo
vệ môi trƣờng sinh thái ở vùng hạ du sông Mã.
Để góp phần hỗ trợ xây dựng một chiến lƣợc lâu dài trong quản lý bền vững tài nguyên
nƣớc ở hạ lƣu sông Mã, cần thiết phải nghiên cứu đầy đủ, chuyên sâu về cơ sở khoa
học, phƣơng pháp xác định dòng chảy tối thiểu trên cơ sở: (1) Thỏa mãn nhu cầu nƣớc
tối thiểu của các đối tƣợng sử dụng nƣớc và (2) đáp ứng nhu cầu nƣớc để duy trì dòng
chảy môi trƣờng nhằm đảm bảo duy trì hệ sinh thái thủy sinh trên lƣu vực sông.
Với những vấn đề trên, Luận án “Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu nhằm quản
lý bền vững tài nguyên nước vùng hạ du sông Mã” là rất cần thiết và cấp bách cho việc
khai thác sử dụng hợp lý và quản lý bền vững tài nguyên nƣớc ở hạ lƣu sông Mã.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu của Luận án
Mục tiêu nghiên cứu của Luận án bao gồm:
- Nghiên cứu, xây dựng cơ sở khoa học để xác định dòng chảy tối thiểu cần duy trì ở hạ
du sông Mã đáp ứng yêu cầu nƣớc tối thiểu của các đối tƣợng sử dụng nƣớc và duy trì
hệ sinh thái thủy sinh vùng hạ du sông Mã.
- Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu đảm bảo phát triển bền
vững tài nguyên nƣớc vùng hạ du sông Mã.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tƣợng nghiên cứu: Dòng chảy yêu cầu tối thiểu mùa cạn (từ tháng 1 đến tháng 5),
vùng hạ du dòng chính sông Mã.
- Phạm vi nghiên cứu: Lƣu vực sông Mã, (1) tập trung vào vùng hạ du dòng chính sông
Mã từ Cẩm Thủy đến cửa sông, (2) vào mùa cạn, (3) Luận án tập trung nghiên cứu yêu
cầu dòng chảy tối thiểu đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội (dân sinh, công
nghiệp, nông nghiệp, giao thông thủy) và đảm bảo duy trì hệ sinh thái thủy sinh.
Trong đó, điều kiện về chất lƣợng nƣớc sông Mã hiện đang đáp ứng đƣợc yêu cầu của

các mục đích sử dụng nƣớc. Vì vậy, trong nghiên cứu này, chất lƣợng nƣớc đƣợc xem
nhƣ luôn ổn định và đảm bảo tiêu chuẩn chất lƣợng để duy trì hệ sinh thái thủy sinh và
cấp nƣớc cho các ngành.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu, trong nghiên cứu này tác giả sử dụng các phƣơng pháp sau:
- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã đƣợc công bố về dòng chảy
tối thiểu, dòng chảy môi trƣờng, sinh thái. Phân tích, tổng hợp và tìm hƣớng giải quyết
cho đề tài.
- Phương pháp khảo sát, đo đạc hiện trường, lấy mẫu phân tích trong phòng thí
nghiệm: Khảo sát, thu thập dữ liệu tại thực địa các chỉ số liên quan làm cơ sở để phân
tích đánh giá về môi trƣờng nƣớc, sinh thái vùng hạ du Sông Mã.
- Phương pháp phân tích thống kê: Sử dụng trong xử lý tính toán thủy văn, tính toán
nhu cầu nƣớc.
3


- Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng các mô hình tính toán hiện đại nhƣ: Mô hình
Mike11, Mike11-Ecolab, RhyHabSim nhằm thiết lập và giải các bài toán thủy văn,
thủy lực, sinh thái để mô phỏng và xác định chế độ thủy lực, thủy văn (yếu tố chi phối
dòng chảy tối thiểu), sinh thái cho hạ du sông Mã.
- Phương pháp phân tích so sánh: Sử dụng để so sánh kết quả tính toán dòng chảy tối
thiểu của Luận án với phƣơng pháp khác và dòng chảy thực tế trên sông Mã.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Ý nghĩa khoa học: Hoàn thiện cơ sở khoa học xác định dòng chảy tối thiểu có
tính đến đầy đủ các yếu tố thủy văn, thủy lực, sinh thái và nhu cầu nƣớc cho các đối
tƣợng sử dụng nƣớc chính. Trong đó sử dụng các phƣơng pháp phân tích về sinh thái
(điều kiện môi trường nước đáp ứng yêu cầu duy trì một số quần thể cá chính) là một
trong những đóng góp quan trọng về mặt khoa học của Luận án.
 Ý nghĩa thực tiễn: Luận án xác định đƣợc dòng chảy tối thiểu vùng hạ lƣu sông
Mã, làm cơ sở khoa học và thực tiễn giúp công tác quản lý tài nguyên nƣớc trên sông

Mã một cách bền vững, đáp ứng yêu cầu của các ngành kinh tế - xã hội.
6. Bố cục của Luận án
Mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan về dòng chảy tối thiểu và các nghiên cứu có liên quan
Chƣơng 2: Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu dòng chảy tối thiểu
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận và kiến nghị
Tóm tắt nội dung từng chƣơng:
Chƣơng 1: Xác định các vấn đề cần nghiên cứu. Tổng quan các nghiên cứu về dòng
chảy tối thiểu, dòng chảy môi trƣờng trên thế giới và Việt Nam. Xác định, đề xuất đƣợc
hƣớng nghiên cứu, cách tiếp cận dòng chảy tối thiểu, trên cơ sở phân tích điểm mạnh,
điểm yếu của từng phƣơng pháp. Nêu đƣợc tổng quan về lƣu vực sông Mã và vùng hạ
du sông Mã là đối tƣợng nghiên cứu của Luận án.
Chƣơng 2: Trên cơ sở nghiên cứu, đánh giá tác động của điều kiện tự nhiên, phát triển
4


kinh tế - xã hội đến chế độ dòng chảy ở hạ du sông Mã, trong đó xác định đƣợc nguyên
nhân chính gây ra hạ thấp mực nƣớc ở hạ du là do lòng dẫn sông Mã. Nghiên cứu, xây
dựng đƣợc phƣơng pháp phù hợp xác định dòng chảy tối thiểu cho vùng hạ du sông
Mã. Phân tích kết quả khảo sát và lựa chọn đƣợc 5 loài cá làm loài chỉ thị cho hệ sinh
thái vùng hạ du sông Mã, làm cơ sở xác định dòng chảy tối thiểu. Thiết lập mô hình
thủy lực, sinh thái trong mùa cạn cho lƣu vực sông Mã.
Chƣơng 3: Trình bày kết quả nghiên cứu dòng chảy tối thiểu ở hạ du sông Mã trên cơ
sở xác định dòng chảy các thành phần (dòng chảy sinh thái, dòng chảy giao thông thủy,
dòng chảy cho nhu cầu nƣớc của các ngành kinh tế - xã hội). Phân tích sự phù hợp của
dòng chảy tối thiểu của các đoạn sông và đề xuất các giải pháp duy trì dòng chảy tối
thiểu vùng hạ du sông Mã.

5

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DÒNG CHẢY
TỐI THIỂU VÀ LƢU VỰC SÔNG MÃ

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi
trƣờng ở các lƣu vực sông
1.1.1 Khái niệm về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy môi trường
- Khái niệm “dòng chảy tối thiểu” mới đƣợc đề cập và ứng dụng ở Việt Nam trong
những năm gần đây. Lần đầu tiên khái niệm và các ứng dụng dòng chảy tối thiểu đƣợc
đề cập trong văn bản pháp lý tại Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/10/2008 của
Chính phủ về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trƣờng các hồ
chứa thủy điện, thủy lợi; Tiếp theo đó là ở Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày
1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lƣu vực sông. Theo các Nghị định này "dòng
chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông hoặc đoạn
sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối
thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng
nước theo thứ tự ưu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông”.
Trong Luật Tài nguyên Nƣớc sửa đổi năm 2012, đảm bảo “dòng chảy tối thiểu” đƣợc
đề cập nhƣ quy định về nguyên tắc để quản lý, bảo vệ, điều hòa, phân phối, giám sát
hoạt động khai thác sử dụng tài nguyên nƣớc nhằm phòng, chống và khắc phục hậu
quả, tác hại do nƣớc gây ra.
Thực tế hiện nay, nhiều dòng sông trên thế giới và ở Việt Nam dòng chảy đã bị thay
đổi nhiều do quá trình khai thác, sử dụng nguồn nƣớc để phục vụ cho các nhu cầu nƣớc
của con ngƣời. Sự thay đổi đó đã tác động mạnh đến chế độ dòng chảy cũng nhƣ chất
lƣợng nƣớc của các con sông, gây ảnh hƣởng tiêu cực đến khả năng duy trì các hệ sinh
thái thủy sinh của dòng sông. Việc duy trì trên sông một chế độ dòng chảy đảm bảo hài
hòa giữa nhu cầu sử dụng nƣớc và môi trƣờng sinh thái đang là xu thế đƣợc hƣớng tới

trong phát triển bền vững tài nguyên nƣớc trên thế giới [1].
- Khái niệm “dòng chảy môi trường” xuất hiện vào khoảng giữa thế kỷ 20 ở các nƣớc
phát triển ở Châu Âu và Mỹ để đáp ứng cho các nghiên cứu về sự tăng trƣởng nhanh
chóng của cơ sở hạ tầng tài nguyên nƣớc cùng các tác động mạnh mẽ tới đa dạng sinh
6


học của quá trình chỉnh trị sông và điều tiết dòng chảy. Ở Việt Nam “dòng chảy môi
trường” là một khái niệm còn tƣơng đối mới.
Theo tổ chức bảo tồn thiên nhiên thế giới (IUCN) [7]: “Dòng chảy môi trường là lƣu
lƣợng của dòng chảy cần thiết để duy trì thành phần, chức năng, quy trình và khả năng
phục hồi các hệ sinh thái thủy sinh và các hàng hóa, dịch vụ mà các hệ sinh thái đó
cung cấp cho con ngƣời”.
Theo Ngân hàng thế giới [8]: “Dòng chảy môi trường có thể đƣợc mô tả nhƣ là chất
lƣợng, lƣu lƣợng của dòng chảy cần thiết để duy trì các thành phần, chức năng, quy
trình và khả năng phục hồi các hệ sinh thái thủy sản cung cấp hàng hóa và dịch vụ cho
con ngƣời”.
Theo tổ chức các dòng sông quốc tế [9]: “Dòng chảy môi trường là một hệ thống để
quản lý lƣu lƣợng và chất lƣợng của nƣớc chảy bên dƣới một con đập, với mục tiêu
duy trì các hệ sinh thái nƣớc ngọt và hệ sinh thái vùng cửa sông và sinh kế của con
ngƣời phụ thuộc vào chúng”.
Theo tổ chức mạng lƣới dòng chảy môi trƣờng toàn cầu [10]: “Dòng chảy môi trường
là lƣợng dòng chảy trong sông, đầm lầy hoặc vùng ven biển để duy trì các hệ sinh thái
và những lợi ích mà chúng cung cấp cho con ngƣời”.
Theo Dyson, Bergkamp, and Scanlon, 2008 [11]: “Dòng chảy môi trường là chế độ
nƣớc đƣợc cung cấp trong một dòng sông, vùng đất ngập nƣớc hoặc vùng ven bờ để
duy trì các hệ sinh thái và những lợi ích của chúng ở những nơi dòng chảy bị điều tiết
và có sự cạnh tranh trong sử dụng nƣớc. Dòng chảy môi trƣờng góp phần quan trọng
đối với sức khỏe của dòng sông, sự phát triển kinh tế và giảm đói nghèo. Dòng chảy
môi trƣờng đảm bảo tính sẵn có liên tục của nhiều lợi ích mà dòng sông khỏe mạnh và

các hệ thống nƣớc dƣới đất mang lại cho xã hội”.
Nhìn chung, những định nghĩa về “dòng chảy môi trường” khá tƣơng đồng, tất cả đều
nhấn mạnh đến việc duy trì các hệ sinh thái. Tuy nhiên, trong các định nghĩa về dòng
chảy môi trƣờng chƣa có thành phần dòng chảy để cung cấp cho các nhu cầu sử dụng
nƣớc phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội.
Xét tổng thể “dòng chảy tối thiểu” tổng quát và đầy đủ hơn về các đối tƣợng sử dụng
7


nƣớc, và có thể coi “dòng chảy tối thiểu” bao gồm “dòng chảy môi trường” và dòng
chảy cho nhu cầu nƣớc tối thiểu của các đối tƣợng sử dụng nƣớc.
Trong khuôn khổ của Luận án này sẽ nghiên cứu “dòng chảy tối thiểu” gồm 2
thành phần: (1) Dòng chảy cho môi trường sinh thái và (2) dòng chảy cho nhu cầu
nước tối thiểu.
1.1.2 Vai trò của dòng chảy tối thiểu
Nhƣ đã phân tích ở trên, DCMT đƣợc coi là một phần của DCTT. Vì vậy, vai trò của
DCMT cũng là vai trò của DCTT, nó có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của bất cứ
dòng sông nào. Thiếu DCTT sẽ đặt sự tồn tại của các hệ sinh thái, con ngƣời và nền
kinh tế trƣớc rủi ro [1]. Vai trò chủ yếu của DCTT [12] nhƣ sau:
- Duy trì tính toàn vẹn, năng suất và các điều kiện cần thiết cho các hệ sinh thái phụ
thuộc vào nƣớc ngọt trong sông, vùng đất ngập nƣớc, vùng cửa sông ven biển.
- Đảm bảo triển vọng dài hạn cho các cộng đồng và sản xuất nông nghiệp dựa nhiều
vào thể trạng sông.
- Làm giảm độ mặn, hòa loãng ô nhiễm và tránh tù đọng nƣớc thƣờng xuyên.
- Giúp bảo vệ đa dạng sinh học của hệ sinh thái sông cũng nhƣ duy trì các dòng sông
luôn ở trạng thái khỏe mạnh.
Lợi ích của việc đảm bảo DCTT: Các HST thủy sinh trong sông ngòi, vùng đất ngập
nƣớc, cửa sông và các hệ sinh thái ven biển cung cấp nhiều lợi ích khác nhau cho con
ngƣời. Những lợi ích này bao gồm “hàng hóa” nhƣ nƣớc uống sạch, cá và các “dịch
vụ” nhƣ làm sạch nƣớc, giảm nhẹ lũ lụt và các dịch vụ giải trí. Những dòng sông khỏe

mạnh và các hệ sinh thái đi kèm còn mang những giá trị nội tại đối với con ngƣời, đó là
những giá trị có ý nghĩa văn hóa, đặc biệt đối với các nền văn hóa bản địa. Giá trị nội
tại này thƣờng bị bỏ qua và khó nhận biết về định lƣợng [1].
Bảng 1.1 Mối liên hệ giữa vai trò dòng chảy tối thiểu và chức năng hệ sinh thái [12]
Đối tƣợng
Động vật
dƣới nƣớc

Giá trị
Cá nƣớc ngọt là nguồn protein có giá trị cho
con ngƣời. Các quần thể động vật có giá trị
khác bao gồm: cá, chim nƣớc quý hoặc các
sinh vật nhỏ khác trong xích thức ăn

8

Vai trò của DCTT
Duy trì MT sống phù hợp;
Để các loài cá di chuyển;
Kiến tạo MT sinh sản cho các loài
cá


Đối tƣợng

Giá trị
Vai trò của DCTT
Cung cấp thức ăn và củi đốt cho con ngƣời, - Duy trì độ ẩm của đất ở bờ sông;
MT sống của động vật và là vùng đệm để - Vận chuyển chất dinh dƣỡng trên
Thực vật

sông ngòi chống lại việc mất chất dinh bờ và phát tán hạt giống
ven sông
dƣỡng và cặn từ các hoạt động dẫn nƣớc của
con ngƣời
Vận chuyển bùn cát và tách ra
Cát ở sông Dùng để xây dựng
thành các hạt mịn hơn
Duy trì cân bằng muối ở mức độ
Cửa sông Cung cấp địa điểm cho cá biển đẻ trứng
thích hợp
Nƣớc
DC trong sông thƣờng xuyên duy trì nguồn
Tái nạp lại nƣớc ngầm
ngầm
cung cấp nƣớc trong suốt mùa khô
Vùng
Hỗ trợ nghề cá và nông nghiệp ở vùng ngập Gây ngập đồng ruộng vào thời
ngập lụt
lụt cho nông dân
điểm thích hợp trong năm
Âm thanh của nƣớc chảy qua các khe đá, Các cấp lƣu lƣợng khác nhau để tối
Thẩm mỹ mùi hƣơng và cảnh quan của dòng sông với đa hóa và đảm bảo các nét mỹ
cây cối, chim muông và cá cảnh
quan thiên nhiên
Nƣớc sạch và thác ghềnh lý tƣởng cho việc
Giải trí và
Duy trì khả năng tự làm sạch và
thả bè trên sông và các hồ nƣớc sạch là các
văn hóa
chất lƣợng nƣớc

nơi tổ chức lễ hội văn hóa hay thể thao nƣớc.
Duy trì khả năng của HST dƣới nƣớc để điều
Hệ sinh
Duy trì sự đa đạng sinh học và
hòa các quá trình sinh thái thiết yếu, nhƣ làm
thái
chức năng của HST
sạch nƣớc, khống chế sâu bệnh...
Một nguồn nƣớc tối thiểu hóa toàn bộ tác
Là yêu cầu
Bao gồm một vài hoặc tất cả các
động của con ngƣời và giữ gìn MT tự nhiên
bảo vệ MT
vai trò trên
cho các thế hệ mai sau
- Cấp nƣớc cho sinh hoạt, nông
Hoạt động Nguồn nƣớc cấp cho các hoạt động của con
nghiệp, công nghiệp
KT - XH
ngƣời và phát triển KT -XH
- Đảm bảo cho giao thông thủy...

Trong bối cảnh thực hiện quản lý tổng hợp tài nguyên nƣớc, yêu cầu DCTT chính là
một thỏa thuận thƣơng mại giữa các đối tƣợng sử dụng nƣớc. Để tạo thuận lợi cho việc
thỏa thuận thƣơng mại đó, DCTT phải đƣợc đảm bảo trên cơ sở bình đẳng và hài hoà
quyền lợi giữa các đối tƣợng sử dụng nƣớc khác nhau cũng nhƣ với HST thủy sinh.
1.1.3 Tổng quan về các nghiên cứu dòng chảy tối thiểu
Nhƣ đã phân tích ở trên, dòng chảy tối thiểu bao gồm 2 thành phần sau:
- Thành phần 1: Dòng chảy cần thiết để duy trì điều kiện môi trƣờng dòng sông hoặc
đoạn sông nhằm bảo đảm sự phát triển bình thƣờng của hệ sinh thái thủy sinh.

- Thành phần 2: Dòng chảy cần thiết cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nƣớc
của các đối tƣợng sử dụng nƣớc trên dòng sông hoặc đoạn sông.
9


1.1.3.1 Tổng quan về ứng dụng mô hình thủy văn thủy lực trong các nghiên cứu về
dòng chảy lưu vực sông
Để tính toán xác định DCTT, cần phải xác định 2 thành phần dòng chảy: (1) Dòng chảy
cho môi trƣờng sinh thái và (2) dòng chảy cho nhu cầu nƣớc. Trong đó việc tính toán
chế độ dòng chảy cho các lƣu vực sông, tính toán cân bằng nƣớc, tính toán thủy văn...
là một phần không thể thiếu trong các nghiên cứu về dòng chảy tối thiểu hoặc dòng
chảy môi trƣờng. Tuỳ theo mục đích, nội dung nghiên cứu và tình hình số liệu để chọn
lựa mô hình toán thủy văn, thuỷ lực. Dƣới đây là một số ứng dụng các mô hình thủy
văn, thủy lực để tính toán cho các mục đích khác nhau (bảng 1.2).
Bảng 1.2 Phân loại mô hình và mục đích của từng loại [13], [14]
Loại mô hình
1. Các mô hình gốc
a. Mô hình thuỷ văn
Mô hình: Mƣa~dòng chảy
Các mô hình nƣớc ngầm
Các mô hình tính nhu cầu
nƣớc cho cây trồng
b. Các mô hình thủy lực

c. Mô hình cân bằng nƣớc

Mục đích
- Tính toán chuỗi dòng chảy dùng trong mô hình cân bằng nƣớc;
- Tính toán dòng chảy lũ
- Tính toán và đánh giá nguồn nƣớc ngầm về trữ lƣợng, động thái;

- Tính toán biến động của mực nƣớc ngầm do việc khai thác
- Tính toán nhu cầu nƣớc cho các loại cây trồng theo các cơ cấu mùa
vụ khác nhau
- Tính toán mực nƣớc, lƣu lƣợng theo dòng ổn định;
- Tính toán mực nƣớc, lƣu lƣợng theo dòng không ổn định;
- Tính toán xác định khả năng ngập lụt, các phƣơng án cắt giảm lũ;
- Tính toán mực nƣớc, lƣu lƣợng theo dòng chảy nhiều chiều (2D, 3D)
- Kiểm tra cân bằng cung/cầu, hỗ trợ trong việc phân phối nƣớc, các
quy tắc vận hành. Đánh giá các phƣơng án phát triển tài nguyên nƣớc

2. Các mô hình thành phần
a. Mô hình chất lƣợng
- Dự báo mức pha loãng và khuếch tán chất gây ô nhiễm theo thời
nƣớc
gian và không gian với lƣu lƣợng xả khác nhau
- Mô phỏng tốc độ chuyển bùn cát và xói mòn;
b. Mô hình bồi lắng
- Dự đoán tốc độ tích tụ bùn cát trong các hồ chứa
- Xác định giá trị kinh tế của nƣớc hoặc so sánh các phƣơng án phát
c. Mô hình kinh tế
triển trên mặt bằng kinh tế

Để đánh giá chế độ dòng chảy trong mùa cạn ở hạ du các lƣu vực sông cần tính toán
trong một diễn biến dài hạn (5 năm, 10 năm, 20 năm hoặc lâu hơn nữa), do đó trong
các nghiên cứu thƣờng sử dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng, tính toán và đánh
giá. Hiện nay có rất nhiều mô hình có thể ứng dụng cho việc tính toán chế độ dòng
chảy ở hạ du trong mùa cạn nhƣ mô hình VRSARP, HEC-RAS, MIKE11 và nhiều mô
hình khác nữa. Trong đó 3 mô hình VRSARP, HEC-RAS, MIKE11 đƣợc ứng dụng
10

nhiều ở Việt Nam trong những năm gần đây, ƣu nhƣợc điểm của 3 mô hình nhƣ sau:
Bảng 1.3 Phân tích, so sánh các mô hình
Hạng mục
Điều kiện ứng dụng
Tính toán thủy văn

VRSAP
Mạng sông hở
Không
Chỉ mang tính minh họa.
Thiết lập mạng sông, Ngƣời sử dụng phải nhập
điểm tính toán
các dữ liệu về khoảng
cách giữa 2 mặt cắt
Phù hợp với mặt cắt hở.
Độ nhám của mặt cắt có
Mặt cắt ngang
thể thay đổi cho phần
lòng sông và bãi tràn
theo chiều ngang

HEC-RAS
Mạng sông hở
Không
Chỉ mang tính minh họa.
Ngƣời sử dụng phải nhập
các dữ liệu về khoảng
cách giữa 2 mặt cắt
Phù hợp với mặt cắt hở.

Độ nhám của mặt cắt có
thể thay đổi cho phần
lòng sông và bãi tràn
theo chiều ngang

Thiết lập trực quan. Nối
Các khu trữ nƣớc (ô Nối với hệ thống sông
với hệ thống sông bằng
ruộng)
bằng các công trình bên
các công trình bên
Có thể tính toán cho đập
Các công trình trên tràn, cống, cầu giao
sông
thông với các hình dạng
khác nhau.

Trạm bơm

Bơm nƣớc vào hoặc ra
khỏi sông. Không có loại
bơm từ sông này sang
sông khác. Mỗi trạm bơm
chỉ có 1 máy bơm duy
nhất. Tại 1 nút có thể
khai báo nhiều trạm bơm

Điều kiện biên

Bắt buộc phải có tại các

biên hở

Công trình điều khiển

Mô tả công trình điều
khiển chi tiết

Môi trƣờng ứng dụng DOS

MIKE 11
Mạng sông hở
Không
Có tọa độ xác định.
Mô hình có thể xác
định khoảng cách
giữa 2 điểm, 2 mặt cắt
Phù hợp với mặt cắt
hở. Độ nhám của mặt
cắt có thể thay đổi tại
từng điểm của chiều
ngang và chiều đứng
Không trực quan,
đƣợc ẩn chứa nhƣ
một thuộc tính trong
mặt cắt ngang
Có thể tính toán cho
đập tràn, cống, cầu
giao thông với các
hình dạng khác nhau
Bơm nƣớc vào hoặc

ra khỏi sông. Không
có loại bơm từ sông
này sang sông khác.
Mỗi trạm bơm chỉ có
1 máy bơm duy nhất.
Tại 1 nút có thể khai
báo nhiều trạm bơm
Bắt buộc phải có tại
các biên hở

Có thể tính toán cho đập
tràn, cống, cầu giao
thông với các hình dạng
khác nhau
Bơm nƣớc từ ô ruộng
này sang ô ruộng khác,
hoặc từ ô ruộng ra sông
hoặc cũng có thể từ sông
này sang sông khác. Có
thể chia thành nhóm,
mỗi nhóm có thể có
nhiều máy bơm
Bắt buộc phải có tại các
biên hở
Dạng công trình không
Mô tả công trình điều
điều khiển, đƣợc lồng
khiển chi tiết
ghép vào điều kiện biên
WINDOWS

WINDOWS

Sau khi nghiên cứu ƣu nhƣợc điểm của các mô hình, trong Luận án này sẽ lựa chọn mô

hình MIKE11 để tính toán thủy văn, thủy lực và xâm nhập mặn cho vùng nghiên cứu.
1.1.3.2

Tổng quan về tình hình nghiên cứu dòng chảy môi trường

a. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, nghiên cứu về dòng chảy môi trƣờng đã phát triển mạnh mẽ kể từ những
11


năm 1990 với tốc độ tăng lên theo cấp số nhân [3]. Đây là khoảng thời gian mà một số
nghiên cứu quan trọng xuất hiện, tập trung vào chế độ dòng chảy tự nhiên và khôi phục
lại dòng chảy. Nghiên cứu về DCMT bao gồm một tập hợp đa dạng về kỹ thuật, với rất
nhiều phƣơng pháp đang đƣợc sử dụng rộng rãi và có thể phân loại thành 4 nhóm sau:
1. Phƣơng pháp thuỷ văn;
2. Phƣơng pháp đánh giá thuỷ lực;
3. Phƣơng pháp mô phỏng môi trƣờng sống;
4. Phƣơng pháp tổng thể và sử dụng chuyên gia.
Bốn cách tiếp cận nêu trên có những sự khác biệt đáng kể, dựa vào các quan điểm khác
nhau về việc làm thế nào để duy trì trạng thái nguyên vẹn sinh học của các con sông.
Cụ thể, các phƣơng pháp đánh giá thuỷ văn, thuỷ lực cho rằng sự suy giảm lƣợng nƣớc
sẽ làm giảm môi trƣờng sống có sẵn và suy giảm chức năng của hệ sinh thái. Trong khi
đó, các kỹ thuật về mô phỏng môi trƣờng sống đã đƣa ra giả thuyết rằng có một dòng
chảy tối ƣu nơi mà chức năng của hệ sinh thái đƣợc duy trì [15]. Cụ thể sự khác biệt
của các phƣơng pháp sẽ đƣợc trình bày chi tiết dƣới đây.
a1. Phương pháp thuỷ văn

Phƣơng pháp thuỷ văn đƣợc xem là phƣơng pháp đơn giản nhất và đƣợc sử dụng rộng
rãi nhất trên toàn thế giới [2]. Phƣơng pháp thuỷ văn còn đƣợc biết đến với các khái
niệm nhƣ “phƣơng pháp dựa vào lịch sử dòng chảy” hay “phƣơng pháp lƣu lƣợng’’
[15], [16]. Ngoài ra còn đƣợc gọi là “phƣơng pháp phân tích dựa vào bảng” hay
“phƣơng pháp nội nghiệp”.
Đây là phƣơng pháp dễ tiếp cận và chi phí thấp vì không cần quá trình đi ngoại nghiệp.
Các dữ liệu về thuỷ văn, dữ liệu về địa hình, dữ liệu của dòng chảy đƣợc ghi lại theo
chuỗi thời gian đƣợc phân tích để xác định chỉ số độ lệch chuẩn của dòng chảy. Chuỗi
số liệu có thể là giá trị trung bình ngày, tuần, 10 ngày hoặc tháng. Phƣơng pháp này kết
hợp sự đánh giá của chuyên gia dựa trên những hiểu biết về thủy văn, đặc điểm của
dòng chảy, của một số loài cá chính và mức độ dòng chảy có thể duy trì hệ sinh thái
thủy sinh ở mức độ chấp nhận đƣợc hoặc dòng chảy mong muốn. Từ kết quả phân tích
về chỉ số độ lệch chuẩn của dòng chảy sẽ đƣa ra dòng chảy tối ƣu. Trong một vài
12


trƣờng hợp, tiêu chuẩn thứ hai đƣợc đề cập tới là lƣu lƣợng nƣớc biến đổi, thuỷ lực, các
thông số về sinh học, địa mạo học không đảm bảo đƣợc tƣơng thích với nhau trong
phƣơng pháp này. Phƣơng pháp thủy văn thực hiện trên một mối quan hệ giữa dòng
chảy và một số chỉ số sinh học nhất định. Nhƣ vậy, phƣơng pháp này thực hiện không
có sự tham vấn với các đối tƣợng sử dụng nƣớc.
Phƣơng pháp thủy văn là phƣơng pháp đầu tiên đƣợc phát triển để đánh giá dòng chảy
môi trƣờng và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi. Có khoảng 30% các phƣơng pháp đánh
giá thuộc nhóm phƣơng pháp này [2]. Với ƣu điểm cho kết quả phân tích nhanh, đƣa ra
ƣớc tính với độ phân giải thấp cho dòng chảy, đây đƣợc coi là phƣơng pháp chính
trong việc lập kế hoạch về phát triển nguồn nƣớc và dùng nhiều ở các viện nghiên cứu.
Phƣơng pháp thủy văn bao gồm một số phƣơng pháp nhƣ:
Phƣơng pháp Tennant [17] dựa trên cơ sở xác định dòng chảy môi trƣờng là giá trị
dòng chảy tối thiểu đƣợc tính bằng số % của lƣợng dòng chảy trung bình nhiều năm
của lƣu vực sông tại tuyến tính toán (Qo) tuỳ theo mức độ mong muốn chất lƣợng môi

trƣờng của dòng sông (ví dụ: rất kém, kém, tốt hay rất tốt).
Bảng 1.4 Tỷ lệ phần trăm (%) của dòng chảy năm trung bình nhiều năm (Qo) dùng cho
tính toán dòng chảy môi trƣờng theo phƣơng pháp Tennant [17]
Mục tiêu bảo vệ môi trƣờng và hệ sinh thái
của sông
Môi trƣờng sông ở mức tuyệt đối hay hoàn hảo
Môi trƣờng sông ở mức rất tốt
Môi trƣờng sông ở mức tốt
Môi trƣờng sông ở mức trung bình hoặc đang bị suy giảm
Môi trƣờng sông ở mức kém hoặc tối thiểu
Sông ở mức suy thoái rất nặng

% Qo để tính dòng chảy MT
Xuân - Hạ
Thu - Đông
40
60
30
50
20
40
10
30
10
10
10 tới 0
10 tới 0

Phƣơng pháp ngƣỡng thời gian và tần suất thống kê dòng chảy thấp: Phƣơng pháp
ngƣỡng thời gian dòng chảy xác định khoảng thời gian dòng chảy duy trì ở một mức

lƣu lƣợng nhất định trong các con sông hoặc khu vực cụ thể. Các ngƣỡng thời gian
đƣợc tính toán dựa trên dữ liệu nhiều năm, tốt nhất là hơn 20 năm [18]. Ngƣỡng dòng
chảy sau đó có thể đƣợc hiệu chỉnh từ dữ liệu thực tế (sàng lọc theo quan điểm của
chuyên gia) mô tả các mức lƣu lƣợng yêu cầu để hỗ trợ tính toàn vẹn hệ sinh thái thủy
sinh. Thông thƣờng, các chỉ số dựa trên ngƣỡng thời gian dòng chảy đƣợc gọi bằng
13