Chương 4 : MÔ HÌNH QUẢN LÝ LƯU VỰC SÔNG

Phương pháp tiếp cận tổng hợp có những ưu điểm chủ yếu như:

−

Có khả năng đáp ứng các yêu cầu quản lý nước ngắn hạn và dài hạn với

hiệu quả cao.

−

Có khả năng liên kết các hoạt động và mục tiêu phát triển với nhau.

−

Giúp cho việc tìm ra các giải pháp hữu hiệu xử lý các vấn đề về chất

lượng nước và ô nhiễm môi trường.

−

Giúp cho các bên liên quan đạt được các sự nhất trí và giảm các căng

thẳng và xung đột trong quản lý sử dụng tài nguyên nước.

Hệ thống nguồn nước của lưu vực sông bản thân nó đã là một hệ thống rất phức

tạp, hơn thế nữa việc sử dụng tài nguyên nước của lưu vực lại liên quan tới đất và nhiều

nhân tố khác liên quan cùng các nhân tố kinh tế xã hội của lưu vực sông. Điều đó đã

gây khó khăn rất nhiều cho những người làm công tác quy hoạch, xây dựng các phương

án, kế hoạch quản lý và sử dụng tài nguyên, đòi hỏi phải có những công cụ trợ giúp mới

có thể giải quyết trọn vẹn được.

Phương pháp mô hình toán với cơ sở là xây dựng các mô hình mô phỏng các quá

trình tự nhiên trên lưu vực sông, trong đó có cả các quá trình khai thác sử dụng và quản

lý tài nguyên nên đã giúp cho con người có thể xem xét tất cả các thành phần của lưu

vực sông và các quy luật diễn ra và có thể sẽ diễn ra trên lưu vực sông trong các điều

kiện khai thác sử dụng của con người. Điều này giúp cho việc định hướng các mục tiêu

quản lý và quy hoạch, trợ giúp cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước và môi

trường trên lưu vực sông. Vì thế nhiều mô hình toán về quy hoạch và quản lý tài

nguyên nước và môi trường lưu vực sông đã được xây dựng và sử dụng rộng rãi trên

thực tế.

4.1.2. Khái niệm mô hình quản lý lưu vực sông và các thành phần mô hình

Mô hình quản lý tài nguyên nước được xây dựng nhằm trợ giúp cho các hoạt

động quy hoạch và quản lý nước trên lưu vực sông đạt các mục tiêu đặt ra.

Hiện nay, việc quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước lưu vực sông là yêu

cầu tiên quyết của tất cả các sông trên thế giới nhằm từng bước khắc phục các tồn tại đã

gây nên sự khủng hoảng về quản lý nước của thế kỷ trước và thực hiện mục tiêu phát

triển bền vững. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước là cách tiếp cận đầu tiên để thực hiện

phát triển bền vững tài nguyên nước tại các lưu vực sông, bao gồm cả các lưu vực sông

quốc gia và lưu vực sông quốc tế.

Tại cấp lưu vực sông, các quyết định phân chia nguồn nước muốn đạt được hiệu

quả phải xem xét một cách rộng hơn về cả về khía cạnh kinh tế lẫn kỹ thuật. Các công

cụ chính sách cũng cần được thiết kế để giúp cho việc thực thi các quyết định này.

Ngoài ra cũng rất cần sử dụng các mô hình toán khi xem xét các phương án và lựa chọn

quyết định được hợp lý.

Vấn đề quản lý sử dụng hiệu quả và bền vững tài nguyên nước của lưu vực sông

trong một thời gian khá dài vừa qua đã được sự quan tâm rộng khắp của thế giới. Thí dụ

như trong chương 18 của Chương trình nghị sự 21 đã nhấn mạnh tới yêu cầu "việc xây

dựng và phát triển các cơ sở dữ liệu, các mô hình dự báo, mô hình quy hoạch kinh tế và

các phương pháp cho quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, tối ưu hóa việc phân chia



nguồn nước dưới các ràng buộc kinh tế xã hội của lưu vực sông" [UNCE, 1998]. Điều

đó cho thấy yêu cầu và phạm vi mà các mô hình quản lý nước cấp lưu vực sông cần

phải đề cập và giải quyết.

Từ khái niệm của quản lý tổng hợp tài nguyên nước đã nêu trong chương 1 cho

thấy quản lý tài nguyên nước bao gồm các biện pháp công trình và các chính sách và

quy tắc để̉ dùng cho quản lý thuộc các biện pháp phi công trình.

Về vấn đề này trong quản lý tài nguyên nước truyền thống luôn chú ý đến việc

thiết kế các công trình sử dụng nước sao cho phù hợp và đảm bảo an toàn trong hoạt

động khai thác sử dụng. Tuy nhiên trong mấy thập kỷ gần đây, các ý kiến về sử dụng

các biện pháp phi công trình nhất là cải tiến thể chế chính sách quản lý nước, cải tiến

phương pháp quản lý vận hành,... luôn được quan tâm và nhấn mạnh nhiều hơn đối với

những người làm công tác quản lý và nghiên cứu về tài nguyên nước.

Trong quản lý tài nguyên nước, các nhà thủy văn học thì cố gắng nghiên cứu để

tối ưu hóa các quy luật hoạt động của hệ thống thủy văn. Các nhà kinh tế thì luôn cố

gắng áp dụng các phương pháp tối ưu trong việc phân phối nguồn nước để đạt được

hiệu quả kinh tế cao nhất. Những nhà xã hội học thì đi sâu nghiên cứu về đặc tính các

cộng đồng sử dụng nước và phương thức cho họ tham gia vào quá trình quản lý cùng

với các cơ quan.

Việc quản lý tài nguyên nước lưu vực sông theo xu hướng trên càng đòi hỏi phải

áp dụng những phương pháp và kỹ thuật mới để tổng hợp tất cả các khía cạnh kinh tế,

kỹ thuật, môi trường, xã hội, thể chế, luật pháp vào trong khuôn khổ của việc điều hành

quản lý tài nguyên nước. Đó cũng là những yêu cầu mới đối với việc ứng dụng phương

pháp mô hình toán, nhưng ngày nay với yêu cầu cao hơn là mô phỏng bài toán quy

hoạch và quản lý sử dụng tổng hợp tài nguyên nước của lưu vực sông trong những ràng

buộc của điều kiện kinh tế, xã hội của lưu vực nhằm đạt được sự bền vững trong khai

thác và sử dụng tài nguyên.

Các mô hình quản lý tài nguyên nước lưu vực sông đã phát triển và ngày một mở

rộng và nâng cao hơn trong bối cảnh như trên nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển của kinh

tế xã hội. Nó vẫn dựa trên phương pháp mô phỏng hệ thống hay tối ưu hóa một hệ

thống phức tạp và các thành phần bên trong của hệ thống quản lý tài nguyên nước

[Mostert E.,1999].

Các thành phần của mô hình

Để có thể hiểu rõ về cấu trúc của mô hình quản lý tài nguyên nước lưu vực sông,

chúng ta cần phải hiểu rõ về hệ thống tài nguyên nước lưu vực sông và các thành phần

của nó.

Một hệ thống nguồn nước lưu vực sông có ba thành phần:

− Thành phần nguồn: Đó là phần lưu vực hứng nước và các thủy vực chứa nước

(như sông, kênh, các hồ tự nhiên và hồ chứa, các tầng chứa nước ngầm) tạo nguồn nước

cho sử dụng của con người.

− Thành phần sử dụng nước: Đó là các khu vực sử dụng nước, bao gồm các khu

tưới, khu công nghiệp hay dân cư, và nơi sử dụng nước ngay tại nguồn cho các mục

tiêu phát điện, nghỉ ngơi giải trí, duy trì hệ sinh thái và môi trường.

− Các thành phần trung gian như là hệ thống dẫn nước, các nhà máy xử lý nước,

hoặc nơi sử dụng lại nước.



Trên hệ thống nguồn nước của lưu vực sông có nhiều quá trình cùng diễn ra có liên quan

tới nhau đó là:

− Quá trình của khí quyển để tạo thành mưa cung cấp nguồn vào cho lưu vực

sông (mô hình động học khí quyển).

− Các quá trình vật lý để tạo thành dòng chảy trên lưu vực sông (các quá trình

tổn thất như bốc thoát hơi, thấm, thẩm thấu xuống sâu, hình thành dòng chảy mặt và sát

mặt, dòng chảy ngầm cung cấp nước cho sông) có thể mô phỏng bằng các mô hình thủy

văn tất định.

− Các quá trình lấy nước biểu thị qua hoạt động của các công trình như đập, hồ

chứa, trạm bơm từ sông hoặc từ giếng khoan để lấy nước ngầm, có thể mô phỏng bằng

mô hình quản lý vận hành công trình (các quy tắc vận hành...).

− Các quá trình tiêu thụ và sử dụng nước có thể mô phỏng bằng các mô hình tính

toán và dự báo nhu cầu nước (tưới, sinh hoạt và công nghiệp,...).

− Các quá trình tiêu nước thừa, có thể mô phỏng bằng các mô hình tiêu nước

(khu đô thị và nông nghiệp,... ).

− Các quá trình xử lý nước tại các trạm hay nhà máy xử lý nước thải, biểu thị

qua mô hình hệ thống xử lý nước thải.

Tất cả các quá trình trên đều gắn kết trong một hệ thống và được biểu đạt trong

mô hình toán quản lý tài nguyên nước lưu vực sông.

Vấn đề quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông nói chung đều phải bắt đầu từ

các thủy vực chứa nước là sông, các hồ chứa và các tầng trữ nước ngầm hay nói cách

khác từ điều kiện nguồn nước của các thủy vực hiện có. Quá trình quản lý là quá trình

xây dựng và ra các quyết định phân bỏ nguồn nước cho các người dùng trên cơ sở xem

xét các mối quan hệ giữa nguồn và nhu cầu, các ràng buộc về kinh tế xã hội, các quy

định chính sách và thể chế nhằm đạt được các lợi ích kinh tế mà không suy thoái các

điều kiện môi trường.

Mô hình tổng quát của quản lý tài nguyên nước lưu vực sông được biểu thị như

hình 4-1 trong đó các quyết định và mối quan hệ về sử dụng nước được xây dựng ở các

mức khác nhau. Mục đích của mô hình là xây dựng được các phương án quản lý sử

dụng nước và ra quyết định phù hợp với thực tế, thu được tối đa các lợi ích về kinh tế

xã hội cho tất cả các yêu cầu dùng nước ngay tại dòng sông hay trên các khu vực dùng

nước của lưu vực bên ngoài dòng sông.

Nấc kiểm soát trên cùng của hệ thống khống chế các quyết định quản lý tài

nguyên nước là các điều khoản về mặt thể chế (như quyền sử dụng nước, các quy định

về kinh tế như giá nước, các khuyến khích, trợ giá hay xử phạt do vi phạm các tiêu

chuẩn môi trường,...). Chúng ràng buộc và chi phối các quyết định vận hành hệ thống

thủy văn cũng như các quyết định về quản lý và sử dụng nước tại mỗi vị trí của hệ

thống.

Quản lý việc cung cấp nước, như là cung cấp nước tưới chịu sự chi phối của các

quy tắc thể chế quản lý tài nguyên nước cũng như các khuyến khích về mặt kinh tế. Hệ

thống thủy văn trên lưu vực sông tương tác với hệ thống quản lý và sử dụng nước, hệ

thống tưới và tiêu, và hệ thống sử dụng nước ngay tại dòng sông. Việc vận hành của hệ



thống thủy văn bị chi phối của hệ thống sử dụng nước, và cũng cùng thời gian, hệ thống

sử dụng nước lại là các ràng buộc của hệ thống thủy văn.

Quản lý số lượng và chất lượng nước trên lưu vực sông dựa trên cơ sở vận hành

các hệ thống công trình như là hệ thống hồ chứa, tầng chứa nước dưới đất, và trên cơ sở

sử dụng liên hợp hệ thống nước mặt và nước ngầm. Sự biến đổi của dòng chảy và

chuyển vận các vật chất trong nước sông được xem xét trong toàn bộ lưu vực sông, bao

gồm dòng chảy trong sông, các hồ chứa, các tầng chứa nước dưới đất, các kênh dẫn

nước và các nơi tập trung nước và nước tại các vị trí sử dụng như khu tưới, khu đô thị

và công nghiệp.

Sự liên kết giữa nguồn nước và các vị trí dùng nước, giữa các vị trí sử dụng nước

ở thượng lưu và hạ lưu là các mối liên kết rất quan trọng, chúng phải bao gồm cả các

thành phần nước hồi quy vào trong mô hình toán. Sự điều phối nguồn nước theo không

gian trên toàn bộ lưu vực sông, cũng như sự biến đổi của các chất ô nhiễm và nhu cầu

nước cũng được xem xét và mô phỏng bằng các mô hình toán học dựa trên cơ sở nguồn

nước của hệ thống sông được sử dụng một cách tổng hợp.

Từ các phân tích trên có thể thấy rằng mô hình quản lý lưu vực sông là một mô

hình tổng hợp có thể bao gồm các mô hình thành phần như là:

(1). Quản lý tổng hợp số lượng và chất lượng nước.

(2). Quản lý nguồn nước tại các hệ thống con: như là quản lý vận hành hồ chứa,

quản lý nước dưới đất, quản lý sử dụng nước mặt và nước ngầm.

(3). Quản lý tưới và tiêu.

Trong lĩnh vực quản lý, có những mô hình tổng hợp thủy văn - kinh tế nước

trong đó mô phỏng chi tiết các khía cạnh kinh tế của việc sử dụng nước, mô hình trợ

giúp cho việc ra quyết định dưới dạng một hệ thống trợ giúp ra quyết định dựa trên cơ

sở hệ thông tin địa lý (GIS based Decision Support Systems). Phần sau giới thiệu cụ thể

về mô hình quản lý tài nguyên nước lưu vực sông.



4.1.3. Mô hình quản lý tài nguyên nước lưu vực sông

Như đã nói ở trên, trong phạm vi không gian toàn bộ lưu vực sông hiện nay đã

có những mô hình toán học cho việc quản lý tài nguyên nước của lưu vực sông. Mô

hình này có hai dạng chủ yếu là dạng mô hình mô phỏng đặc tính hệ thống nguồn nước

và mô hình tối ưu như hình 4-2.



Xác định bài toán



Tập hợp các số liệu



Lập sơ đồ hệ thống



Mô phỏng

hay tố́i ưu

hệ thống?



Xây dựng mô hình

mô phỏng hệ thống



Xây dựng mô hình

tối ưu hệ thống



Áp dụng và sử dụng các kết quả

mô hình cho quản lý lưu vực



Hình 4-2: Cách nhìn hệ thống của mô hình lưu vực sông

Trong hai loại mô hình trên thì mô hình mô phỏng hệ thống có thể đánh giá hệ

thống cũng như phản ứng của hệ thống theo các phương án sử dụng và điều hành nguồn

nước trên lưu vực sông. Còn mô hình tối ưu hệ thống thường chỉ áp dụng khi chúng ta

muốn nâng cao hoạt động của hệ thống, coi đó là mục tiêu chủ yếu.

1. Mô hình mô phỏng hệ thống nguồn nước lưu vực sông

Mô hình mô phỏng hệ thống nguồn nước là dạng mô hình đang được dùng rất

phổ biến trong quản lý nguồn nước các lưu vực sông hiện nay. Nó dựa trên mô phỏng

hệ thống nguồn nước của lưu vực sông cùng với các quản lý vận hành các công trình sử

dụng nước của hệ thống để tìm phương án phân chia sử dụng nước hợp lý trên lưu vực

sông.



Mô hình này sử dụng các kết quả mô phỏng dòng chảy đến lưu vực từ mưa theo

các mô hình toán thủy văn tất định như là đầu vào cho bài toán mô phỏng hoạt động của

mô hình với nguyên lý chủ yếu của tính toán là phương trình cân bằng nước cho hệ

thống sông.

Các quy luật vận hành các công trình chủ yếu trên hệ thống như quy trình quản

lý vận hành hồ chứa phòng lũ và phát điện,... cũng được sử dụng như những điều kiện

của bài toán quản lý để xác định phản ứng của hệ thống thể hiện qua sự biến đổi dòng

chảy trong sông và lượng nước trong các khu chứa, hồ chứa nước theo các phương án

sử dụng nước. Các ưu tiên trong quản lý nước cũng có thể đưa vào như là một điều kiện

để giải quyết bài toán phù hợp với thực tế quản lý nước của lưu vực sông.

Nói chung việc ứng dụng các mô hình tính toán cũng như dự báo các quá trình

khí tượng thủy văn lưu vực sông đã được bắt đầu từ những thập kỷ đầu của thế kỷ 20

[Richardson, 1922]. Tiềm năng của máy tính dùng phương pháp số để giải các bài toán

phức tạp của quá trình thủy văn trong những năm thuộc thập kỷ 50 và 60 đã tạo điều

kiện cho các mô hình mô phỏng phát triển, nhưng các mô hình trong thời gian đầu tiên

này còn nhiều hạn chế sử dụng đối với quy hoạch và quản lý nguồn nước [Geoff Kite,

2000]. Tuy nhiên yêu cầu kết hợp bài toán thủy văn với vấn đề kinh tế trong hệ thống

tài nguyên nước dần dần được ghi nhận và mô hình sớm nhất của sự kết hợp này được

giới thiệu do Maass (1962).

Cùng với mô hình lưu vực sông thế hệ đầu tiên, một số mô hình mô phỏng hệ

thống thủy văn khác đã được xây dựng, trong đó có một số mô hình ở Mỹ như là mô

hình SSARR (1956) của Cục công binh thuộc Quân lực Mỹ, mô hình Sacramento của

trung tâm thời tiết quốc gia (1960), mô hình SIMYLD-II phát triển nguồn nước bang

Texas, trong đó có mô phỏng hệ thống sông và điều hành các hồ chứa.

Hiện nay nhiều mô hình mô phỏng hệ thống nguồn nước phục vụ cho yêu cầu

quản lý đã được giới thiệu và được sử dụng ở nước ta như là các mô hình MITSIM,

RIBASIM, MIKE BASIN, hoặc ISIT.

Mô hình mô phỏng quản lý tài nguyên nước của lưu vực sông thường sử dụng

các số liệu thủy văn là số liệu đầu vào của mô hình (số liệu thực đo hoặc ngẫu nhiên,...).

Mô hình mô phỏng đặc tính của các biến thủy văn, chất lượng nước, kinh tế, hoặc các

biến khác dưới một tập đã xác định về phân phối nước và các chính sách quản lý các

công trình hạ tầng cơ sở cấp nước để đánh giá các phương án điều phối hệ thống nguồn

nước của lưu vực sông. Những mô hình loại này có thể bao gồm các mô hình thành

phần như là:

- Mô hình mô phỏng dòng chảy hệ thống sông.

- Mô hình chất lượng nước sông.

- Mô hình mô phỏng quyền sử dụng nước lưu vực sông và mô hình mô phỏng

tổng hợp hệ thống sông là kết hợp các mô hình thành phần ở trên theo quan điểm hệ

thống. Bảng 4-1 liệt kê một số mô hình thành phần để chúng ta tham khảo khi ứng dụng

trong thực tế.

Bảng 4-1: Một số mô hình mô phỏng hệ thống sông

Mô hình thành

ứng

Mô hình thí dụ

phần

dụng

Mô hình mô

quản

- Mô hình mô phỏng sông



phỏng dòng chảy hệ lý hệ thống Misssouri và sông Potomax (mô hình

thống sông

nguồn nước RISM).

- Mô hình mô phỏng hệ thống

sông Colorado (mô hình CRSS).

Mô hình chất

quản

- Mô hình QUAL2E (EPA,

lượng nước sông

lý ô nhiễm 1998) mô phỏng nhiệt độ, DO, BOD,

nước

các hợp chất dinh dưỡng chứa Nitơ,

Phốt pho,

- Hệ thống chất lượng nước cho

hồ chứa (WQRRS) (công binh Mỹ,

1998)

Mô hình mô

Quản

phỏng quyền sử dụng lý sử dụng

nước

nước

Phần sau sẽ giới thiệu cụ thể về mô hình Mike Basin và ứng dụng của mô hình

này trong quy hoạch và quản lý nguồn nước.

2. Mô hình tối ưu hệ thống nguồn nước

Mô hình tối ưu hóa sử dụng nguồn nước lưu vực sông là dạng mô hình nhằm tối

ưu hóa sử dụng nước lưu vực sông bằng cách sử dụng hàm mục tiêu và hệ thống các

điều kiện ràng buộc.

Tối ưu hóa trong các mô hình này chủ yếu là tối ưu hóa về lợi ích kinh tế thu

được thông qua tìm giá trị cực đại của hàm mục tiêu.

Các kết quả mô phỏng thủy văn theo mô hình thủy văn tất định, hoặc theo mô

hình phân tích chuỗi thời gian (mô hình thống kê) đều có thể lựa chọn như là đầu vào

cho tính toán của mô hình. Phương pháp tối ưu hóa sử dụng trong các mô hình loại này

là lý thuyết quy hoạch, bao gồm quy hoạch tuyến tính hay quy hoạch động.

4.1.4. Mô hình Mike Basin ứng dụng trong quy hoạch và quản lý nước lưu

vực sông

Mô hình Mike Basin là một mô hình mô phỏng cân bằng nước hệ thống sông.

Mô hình được xây dựng bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI). Version mới nhất hiện

nay là Mike Basin 2003 và mô hình này vẫn luôn được cải tiến hàng năm.

Mô hình mô phỏng cấu trúc của hệ thống sông biểu thị dưới dạng một mạng

lưới trong đó có sông chính và các sông nhánh cấp 1, cấp 2, như trong hệ thống sông

thực tế.

Bằng cách chia sông thành các đoạn sông bởi hệ thống các nút khác nhau, mô

hình có thể biểu thị các quá trình nhập lưu hay phân lưu của một mạng lưới sông thực tế

cũng như vị trí các điểm lấy nước hay nhận nước của các công trình thủy lợi, thủy điện.

Trong mô hình Mike Basin đã sử dụng và mô phỏng hoạt động của hệ thống qua nhiều

loại nút khác nhau như là những nút trên sơ đồ hệ thống sông tính toán (nút dòng chảy

đến, dòng chảy đi, nút nhập lưu, nút phân lưu,...), các nút biểu thị các khu vực dùng



nước hay nút nhu cầu (như nút tưới, nút cung cấp nước, nút hồ chứa phát điện,...), các

nút kiểm soát.

Để thuận tiện cho người sử dụng khi lập sơ đồ hệ thống tính toán cũng như thay

đổi các phương án tính toán cân bằng nước khác nhau, mô hình Mike Basin đã sử dụng

kỹ thuật ArcView GIS trong mô phỏng hệ thống nguồn nước của lưu vực sông.

Quá trình tính toán của mô hình dựa trên một mạng sông được “số hoá” thiết lập

trực tiếp trên máy tính trong nền của ArcView GIS. Tất cả những thông tin liên quan

đến hình dạng của một mạng mô phỏng dòng chảy, vị trí của người sử dụng nước, vị trí

hồ chứa và điểm lấy nước cũng như là điểm thoát nước được xác định bằng cách chỉnh

sửa trực tiếp trên màn hình để hình thành sơ đồ hệ thống của phương án tính toán.

Đầu vào cơ bản của mô hình bao gồm dữ liệu chuỗi thời gian về dòng chảy của

lưu vực. Các file đầu vào bổ sung, xác định đặc tính và quy tắc vận hành của từng hồ

chứa, chuỗi thời gian khí tượng thủy văn và dữ liệu thích hợp cho từng công trình cấp

nước hay công trình thủy lợi như các yêu cầu về chuyển dòng và các thông tin khác mô

tả dòng chảy hồi quy.

Trong mô hình Mike Basin vấn đề phân chia nước được giải quyết dựa trên hai

nguyên tắc cơ bản là ưu tiên cục bộ và ưu tiên toàn bộ. Nguyên tắc ưu tiên cục bộ

thường được xem xét giải quyết cho các điểm nút lân cận có kết nối trực tiếp. Nguyên

tắc ưu tiên toàn bộ sử dụng trên lưu vực sông khi hộ dùng nước được quyền ưu tiên sẽ

đáp ứng trước tiên.

Trong Mike Basin, thuật toán ưu tiên toàn bộ được thực hiện bởi một bộ những

nguyên tắc ưu tiên và quyền ưu tiên này được giải thiết cho từng phương án phân chia

nước do người ứng dụng mô hình đề xuất. Cơ chế ưu tiên toàn bộ không tính đến độ trễ

trong dòng chảy (diễn toán, diễn biến nước ngầm).

Trong cơ chế ưu tiên cục bộ, ưu tiên rất nghiêm khắc đối với nước mặt. Hội thoại

Supply Node cho phép xác định hậu quả, trong đó nhu cầu nước tại nút của người sử

dụng được điền vào. Nút đầu tiên trong danh sách sẽ nhận được toàn bộ nước theo nhu

cầu nếu nguồn có nước trước khi nút thứ hai được xem xét đến. Nút thứ hai cũng sẽ

nhận được toàn bộ lượng nước theo nhu cầu nếu nguồn còn nước sau khi nút đầu tiên

nhận được đủ nước của mình. Và cứ như vậy việc phân chia nước tính toán cho đến nút

cuối cùng. Đối với nước ngầm, tất cả người sử dụng có cùng một mức ưu tiên được

nhận cùng một lượng nước như nhau.

Chính vì có xem xét những ưu tiên như trên nên mô hình Mike Basin có thể ứng

dụng rất phù hợp khi xem xét các phương án phân chia nguồn nước cũng như quản lý

nguồn nước của lưu vực sông.

Một điều rất quan trọng là mô hình Mike Basin có thể tác động tới phát triển tài

nguyên nước và quản lý hệ thống tài nguyên nước của lưu vực sông. Mô hình có thể chỉ

ra mối quan hệ cân bằng giữa các đầu vào thủy văn với các nhu cầu sử dụng nước trong

hệ thống, từ đó có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến PTTNN như là:

− Đánh giá các mối quan hệ giữa các phương án phát triển tài nguyên nước đã

được lựa chọn, các phương án phân chia tài nguyên nước trên lưu vực.

− Lựa chọn khả năng của hồ chứa và những quy tắc vận hành của hồ chứa đa

mục tiêu.



− Cân nhắc giữa các mục tiêu quy hoạch nguồn nước, phân chia tài nguyên nước.

Thí dụ như giữa mục tiêu cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới hoặc giữa nước tưới và

phát điện...

− Lựa chọn các nguyên tắc vận hành hồ chứa đối với những mục tiêu khác nhau.

Thí dụ như sự lựa chọn giữa việc vận hành theo mục đích phòng lũ và mục đích trữ

nước, phát điện và cấp nước tưới và sinh hoạt.

Trong mô hình có bốn nhóm nhân tố chủ yếu được mô phỏng là:

− Nhóm nhân tố hạ tầng cơ sở của hệ thống sông, bao gồm hồ chứa/đập nước,

trạm bơm, sông suối, kênh mương và các đường ống dẫn nước.

− Nhóm nhân tố sử dụng nước trong hệ thống, như là sử dụng nước cho sinh

hoạt, cho công nghiệp, nông nghiệp, thủy điện, thủy sản, hay các hoạt động khác liên

quan đến nước.

− Nhóm nhân tố liên quan đến quản lý hệ thống tài nguyên nước, như các

nguyên tắc vận hành hồ chứa, các phương pháp phân phối nước trong hệ thống.

− Nhóm các nhân tố thủy văn như mưa, bốc hơi, dòng chảy,... tại các lưu vực bộ

phận và nhập lưu địa phương,... đầu vào cho tính toán cân bằng nước của mô hình toán.

Tất cả những nhóm nhân tố trên đều được đưa vào mô hình toán thông qua

các phương pháp mô phỏng toán học của mô hình.

Nòng cốt của mô hình là mạng lưới các nút và các đường dẫn. Cấu hình của

mạng lưới các đường dẫn phản ánh mối quan hệ không gian giữa các nhân tố trong hệ

thống tài nguyên nước. Những hoạt động sử dụng nước như việc cung cấp hay xả nước

đều được mô phỏng trong mạng lưới thông qua các nút. Sự vận chuyển của nước trong

mạng lưới được thay thế bởi các đường dẫn và quá trình này luôn được kiểm soát bởi

các quy tắc vận hành mà chúng ta đã chỉ ra cho hệ thống. Ngoài ra, khía cạnh về thời

gian cũng được thể hiện qua các chuỗi thời gian của lưu lượng, mưa và bốc hơi sử dụng

trong tính toán.

Các bước ứng dụng mô hình

Cũng như các mô hình cân bằng nước hệ thống sông, mô hình Mike Basin khi

ứng dụng cần theo các bước chủ yếu sau:

− Phân chia các lưu vực bộ phận và lưu vực nhập lưu địa phương.

− Lập sơ đồ hệ thống cho phương án tính toán: xác định các nút, các khu vực sử

dụng nước, xác định các mối liên hệ bên trong hệ thống và gán trực tiếp trên màn hình

sẽ được sơ đồ hệ thống của phương án tính toán.

− Tính toán xác định các số liệu đầu vào của mô hình: dòng chảy trên các lưu

vực bộ phận, dòng chảy đến các nút tính toán, nhu cầu dùng nước tại các khu vực sử

dụng, các thông số các công trình dùng nước…

− Tính toán cân bằng nước hệ thống theo sơ đồ tính toán, phân tích kết quả tính

toán nguồn nước trên các vị trí đặc trưng của mạng sông và khả năng cấp nước tại các

nơi sử dụng, kết quả vận hành các công trình,..từ đó rút ra nhận xét về sử dụng nước.

Để có thể sử dụng mô hình cần tham khảo thêm về lý thuyết và hướng dẫn sử

dụng mô hình trong tài liệu về mô hình toán.



4.2. MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUẢN LÝ BẢO VỆ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG

4.2.1. Khái quát chung về chất lượng nước và sự biến đổi chất lượng nước

Thủy vực là danh từ chỉ các vùng chứa nước trên mặt đất hay trong các tầng đất

dưới sâu. Nước trên bề mặt đất chứa trong các thủy vực nước mặt, bao gồm nước trong

các sông, hồ tự nhiên, hồ chứa nước, vùng ngập lũ, các đầm phá, vũng, vịnh vùng ven

biển. Trong các tầng đất, nước chứa trong các thấu kính nước ngầm tầng nông và các

tầng nước ngầm có áp tầng sâu, đó là các thủy vực nước dưới đất. Tùy theo mỗi loại

thủy vực mà chúng có những đặc tính riêng về thủy văn, vật lý hóa học và sinh thái.

Đặc tính thủy văn: Các thủy vực sông có đặc tính thủy văn biểu thị qua sự biến

đổi của mực nước và lưu lượng nước trong sông theo thời gian và không gian. Trừ các

đoạn sông gần biển chịu ảnh hưởng của thủy triều, nên dòng chảy trong sông nói chung

là dòng chảy không ổn định một chiều và biến đổi rất rõ rệt theo mùa với tốc độ nước

trong khoảng 0,1(1,0 m/s, ở miền núi có thể trên 5 m/s.

Trong các thủy vực hồ tự nhiên và hồ chứa có đặc tính thủy văn biểu thị qua sự

chuyển động của nước rất chậm và ít bị xáo trộn. Dòng chuyển vận của nước trong hồ

có thể coi là dòng đa hướng với tốc độ rất bé, từ 0,001 tới 0,01 m/s.

Trong các thủy vực nước dưới đất thì nước chuyển vận với tốc độ lại càng bé

hơn so với nước trên mặt đất. Tốc độ trung bình của nước vận chuyển trong các tầng

chứa nước ngầm nói chung biến đổi trong khoảng từ 10-10 đến 10-3 m/s và chịu ảnh

hưởng rất nhiều của độ rỗng và sự thẩm thấu của đất đá.

Đặc tính vật lý, hóa học: Đặc tính vật lý hóa học của thủy vực biểu thị qua các

tính chất vật lý, hóa học của khối nước chứa trong thủy vực đó. Đặc tính vật lý bao gồm

các yếu tố về nhiệt độ, màu sắc, mùi, vị của nước. Đặc tính hóa học biểu thị qua thành

phần các chất hóa học có trong nước, như là lượng các chất rắn hòa tan (các chất

khoáng), các chất rắn lơ lửng (vô cơ, hữu cơ), lượng ôxy hòa tan trong nước... Các đặc

tính lý hóa của thủy vực nói chung chịu ảnh hưởng nhiều của các điều kiện khí hậu, thổ

nhưỡng địa chất trong lưu vực hứng nước cũng như trong tầng chứa nước dưới đất.

Đặc tính sinh thái: Đặc tính sinh thái của thủy vực biểu thị qua sự có mặt của các

loài thực vật như tảo, rong, bèo, các vi sinh vật cùng các động vật nguyên sinh, động

vật phù du, tôm cá... trong nước. Sự phát triển các loài trong nước chịu ảnh hưởng của

các biến đổi của điều kiện môi trường và mặt khác, chúng cũng có ảnh hưởng lại các

yếu tố môi trường.

Các yếu tố tạo nên chất lượng nước

Nguồn nước tự nhiên trên các sông suối, ao hồ luôn có một lượng vật chất bao

gồm các chất vô cơ, hữu cơ dưới dạng hòa tan hoặc dạng hạt lơ lửng, các vi khuẩn vi

sinh vật và các sinh vật thủy sinh. Thành phần, tính chất và số lượng của các loại vật

chất, các vi sinh vật thủy sinh tồn tại trong nước tạo nên chất lượng của nguồn nước.

Các thành phần vật chất có trong nguồn nước tự nhiên trên các sông, hồ được tạo thành

do nhiều nguồn khác nhau như là:

- Do quá trình bào mòn bề mặt đất và rửa trôi các loại vật chất trên bề mặt đất do

dòng nước mưa trên các sườn đất dốc xuống các thủy vực.