Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn đánh giá dòng chảy môi trường, ứng dụng cho hạ lưu sông Cầu

BTNMT

VKTTVMT

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG

23/62 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội

-----------------********--------------------

BÁO CÁO

TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐÁNH GIÁ

DÒNG CHẢY MÔI TRƯỜNG, ỨNG DỤNG CHO HẠ LƯU SÔNG CẦU

Chủ nhiệm Đề tài: TS. Phan Thị Anh Đào

7430

24/6/2009

HÀ NỘI, 5-2009

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG

23/62 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội

-----------------********--------------------

BÁO CÁO

TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐÁNH GIÁ

DÒNG CHẢY MÔI TRƯỜNG, ỨNG DỤNG CHO HẠ LƯU SÔNG CẦU

Chỉ số đăng ký:

Chỉ số phân loại:

Chỉ số lưu trữ:

Cộng tác viên chính: (Ghi rõ học hàm, học vị)

• TS. Trần Hồng Thái, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

• TS. Trần Thị Thanh Bình, Đại học Sư phạm Hà Nội

• CN. Phan Văn Mạch, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật

• ThS. Trần Thị Diệu Hằng, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

• CN. Đỗ Thị Thanh Bình, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

• CN. Nguyễn Thị Thanh Hoài, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

Hà Nội, ngày…tháng 5 năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng 5 năm 2009

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

(Ký và ghi rõ họ tên)

CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI

(Thủ trưởng đơn vị chủ trì ký tên, đóng dấu)

Hà Nội, ngày…tháng 5 năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng 5 năm 2009

HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký và ghi rõ họ tên, học hàm, học vị)

CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI

TL. BỘ TRƯỞNG

VỤ TRƯỞNG

VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

HÀ NỘI, 11-2008

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC.............................................................................................................1

DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................4

MỞ ĐẦU ...............................................................................................................8

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ KINH

TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU ..............................................................11

1.1. Điều kiện tự nhiên....................................................................................11

1.1.1. Vị trí địa lý............................................................................................11

1.1.2. Địa chất, địa hình .................................................................................11

1.1.3. Đất........................................................................................................13

1.1.4. Khí hậu.................................................................................................14

1.1.5. Đặc điểm sinh thái, tài nguyên sinh vật.................................................18

1.2. Đặc điểm thủy văn – tài nguyên nước...................................................19

1.2.1. Mạng lưới sông suối .............................................................................19

1.2.2. Mạng lưới trạm thủy văn ......................................................................20

1.2.3. Tài nguyên nước mưa ...........................................................................23

1.2.4. Tài nguyên nước mặt ............................................................................25

1.2.5. Tài nguyên nước ngầm..........................................................................28

1.2.6. Chất lượng nước sông...........................................................................29

1.3. Đặc điểm kinh tế, xã hội ..........................................................................30

1.3.1. Cơ sở hạ tầng .......................................................................................30

1.3.2. Dân số ..................................................................................................30

1.3.3. Hoạt động kinh tế..................................................................................31

1.3.4. Giáo dục, y tế và các vấn đề xã hội khác...............................................34

1.4. Định hướng phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010............................34

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY MÔI

TRƯỜNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP................................................38

2.1. Tổng quan về nghiên cứu dòng chảy môi trường trên thế giới...........38

2.1.1. Nhóm phương pháp thuỷ văn ..............................................................42

2.1.2. Nhóm phương pháp thuỷ lực...............................................................44

2.1.3. Nhóm phương pháp mô phỏng môi trường sống ................................45

2.1.4. Nhóm phương pháp tiếp cận tổng thể .................................................46

2

2.2. Tổng quan về nghiên cứu dòng chảy môi trường ở Việt Nam ............50

2.2.1. Biến đổi dòng chảy và tác động ..........................................................50

2.2.2. Những nghiên cứu về dòng chảy môi trường ở Việt Nam...................51

2.3. Lựa chọn phương pháp ...........................................................................55

2.3.1. Cơ sở lựa chọn và phát triển phương pháp ........................................55

2.3.2. Các phương pháp lựa chọn và các bước tiến hành ............................58

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

NƯỚC, MÔ HÌNH THỦY LỰC VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ......................66

3.1. Mô hình tính toán cân bằng nước Mike Basin......................................66

3.1.1. Số liệu nguồn nước đến.......................................................................68

3.1.2. Phân vùng sử dụng nước.....................................................................70

3.1.3. Tính toán nhu cầu sử dụng nước.........................................................76

3.1.4. Sơ đồ tính toán cân bằng nước hệ thống ............................................79

a) Điều kiện tính toán cân bằng nước hệ thống......................................81

b) Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cân bằng nước ..............................82

3.2. Mô hình tính toán thủy lực (MIKE 11) .................................................83

3.2.1 Hiện trạng số liệu................................................................................84

3.2.2. Ứng dụng mô hình MiKE 11 tính toán thủy lực..................................86

3.3. Mô hình tính toán chất lượng nước (MIKE 11) ...................................92

3.3.1. Hiện trạng số liệu................................................................................92

3.3.2. Ứng dụng mô hình MIKE 11 tính toán chất lượng nước ....................96

CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY MÔI TRƯỜNG CHO MỘT SỐ

TUYẾN NGHIÊN CỨU...................................................................................103

4.1. Đặc điểm các tuyến nghiên cứu ............................................................103

4.1.1. Vị trí...................................................................................................103

4.1.2. Đặc điểm sinh thái.............................................................................105

4.2. Một số đặc trưng thủy văn tại các tuyến nghiên cứu .........................116

4.2.1. Lưu lượng trung bình ngày tương ứng với các mức bảo đảm của sông

Cầu tại Thác Huống (tuyến 1).....................................................................117

4.2.2. Tính lưu lượng trung bình ngày tương ứng với các mức bảo đảm của

sông Công tại cửa sông (tuyến 2)................................................................118

4.2.3. Xác định lưu lượng trung bình tương ứng với các mức bảo đảm của

sông Cà Lồ tại cửa sông (tuyến 4) ..............................................................119

3

4.2.4. Xác định lưu lượng trung bình năm tại tuyến 4 và tuyến 5...............120

4.3. Đánh giá dòng chảy môi trường theo phương pháp Tennant...........122

4.4. Đánh giá dòng chảy môi trường theo phương pháp Chu vi ướt .......124

4.5. Đánh giá dòng chảy môi trường theo phương pháp DRIFT.............126

4.5.1. Kịch bản đánh giá dòng chảy môi trường theo phương pháp DRIFT127

4.5.2. Đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng nước .........................128

4.5.3. Đánh giá chất lượng nước ................................................................132

4.5.4. Đánh giá tác động về phương diện sinh thái ....................................133

4.5.5. Đánh giá chung cho các kịch bản .....................................................137

4.6. Một số nhận xét về khả năng ứng dụng các phương pháp đánh giá

dòng chảy môi trường đã sử dụng trong đề tài..........................................141

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................144

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................147

4

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ lưu vực sông Cầu ................................................................................ 12

Hình 1.2: Sơ đồ mạng lưới sông, mạng lưới khí tượng thủy văn lưu vực sông Cầu ....14

Hình 1.3: Bản đồ đường đẳng trị mưa năm (mm) lưu vực sông Cầu............................ 24

Hình 1.4: Đường tích luỹ hiệu số lưu lượng dòng chảy năm tại trạm Thác Bưởi trên

sông Cầu (1960-2005) ................................................................................................... 27

Hình 2. 1: Sơ đồ thay đổi dòng chảy và tác động …………………………………….33

Hình 2. 2: “Khối” chế độ dòng chảy thay đổi được tạo ra bằng phương pháp BBM ... 47

Hình 2.3. Mặt cắt giả thuyết và đường biểu diễn quan hệ chu vi ướt đối với lưu lượng

dòng chảy....................................................................................................................... 60

Hình 2.4. Các hợp phần chính trong thực hiện đánh giá dòng chảy môi trường theo

phương pháp DRIFT (sửa đổi) được sử dụng trong đề tài ............................................ 64

Hình 3.1. Sơ đồ minh họa cấu trúc mô hình mạng sông trong MIKE BASIN ............. 67

Hình 3.2. Bản đồ phân vùng thủy lợi lưu vực sông Cầu ................................................. 1

Hình 3.3 (a). Sơ đồ tính toán cân bằng nước hệ thống cho lưu vực sông Cầu............. 80

Hình 3.3 (b). Lưới tính toán cân bằng nước hệ thống cho lưu vực sông Cầu.............. 81

Hình 3.4. Kết quả kiểm định mô hình cân bằng nước tại trạm Gia Bẩy ....................... 83

Hình 3.5. Sơ đồ mô phỏng thủy lực các sông thuộc hệ thống sông lưu vực sông Cầu -

Thương .......................................................................................................................... 85

Hình 3.6. Sơ đồ mạng tính toán thủy lực hệ thống sông Cầu........................................ 87

Hình 3.7. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số

liệu mực nước thực đo Đáp Cầu từ 01/01/2003 đến tháng 31/12/2003 ........................ 88

Hình 3.8. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số

liệu mực nước thực đo Phủ Lạng Thương từ 01/01/2003 đến tháng 31/12/2003 ......... 89

Hình 3.9. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số

liệu mực nước thực đo Lục Nam từ 01/01/2003 đến tháng 31/12/2003 ....................... 89

Hình 3.10. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình diễn toán MIKE 11 với

số liệu mực nước thực đo Đáp Cầu từ 01/01/2005 đến tháng 31/12/2005.................... 90

Hình 3.11. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình diễn toán MIKE 11 với

số liệu mực nước thực đo Phủ Lạng Thương từ 01/01/2005 đến tháng 31/12/2005..... 91

Hình 3.12. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình diễn toán MIKE 11 với

số liệu mực nước thực đo Lục Nam từ 01/01/2005 đến tháng 31/12/2005................... 91

Hình 3.13. Sơ đồ mô phỏng chất lượng nước các sông thuộc hệ thống sông lưu vực

sông Cầu ........................................................................................................................ 92

Hình 3.14. Sơ đồ phân bố nguồn thải............................................................................ 94

Hình 3.15. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO với số liệu thực đo, dọc

5

theo sông Cầu, tháng 11/2005 ....................................................................................... 97

Hình 3.16. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO với số liệu thực đo, dọc

theo sông Cầu, tháng 12/2005 ....................................................................................... 97

Hình 3.17. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 11/2005 ............................................................................................... 98

Hình 3.18. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 12/2005 ............................................................................................... 98

Hình 3.19. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh tổng Nitơ với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 11/2005 ............................................................................................... 98

Hình 3.20. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh tổng Nitơ với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 12/2005 ............................................................................................... 99

Hình 3.21. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh tổng Photpho với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 11/2005 ............................................................................................... 99

Hình 3.22. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh tổng Photpho với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 12/2005 ............................................................................................... 99

Hình 3.23. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh lượng Coliform với số liệu thực đo,

dọc sông Cầu, tháng 11/2005 ...................................................................................... 100

Hình 3.24. So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh lượng Coliform với số liệu thực đo,

dọc sông Cầu, tháng 12/2005 ...................................................................................... 100

Hình 3.25. So sánh kết quả tính toán kiểm định nồng độ DO với số liệu thực đo, dọc

theo sông Cầu, tháng 02/2006 ..................................................................................... 101

Hình 3.26. So sánh kết quả tính toán kiểm định nồng độ BOD với số liệu thực đo, dọc

sông Cầu, tháng 02/2006 ............................................................................................. 101

Hình 3.27. So sánh kết quả tính toán kiểm định định lượng Coliform với số liệu thực

đo, dọc sông Cầu, tháng 02/2006 ................................................................................ 102

Hình 4.1. Sơ đồ vị trí các tuyến nghiên cứu.............................................................. 1047

Hình 4.2. Số loài các nhóm thực vật nổi tại các tuyến nghiên cứu ............................. 103

Hình 4.3. Mật độ thực vật nổi các các tuyến nghiên cứu ............................................ 103

Hình 4.4. Số loài các nhóm động vật nổi tại các tuyến nghiên cứu ........................... 103

Hình 4.5. Mật độ động vật nổi tại các tuyến nghiên cứu ........................................... 104

Hình 4.6. Số loài các nhóm động vật đáy tại các tuyến nghiên cứu............................ 104

Hình 4.7. Mật độ các nhóm động vật đáy tại các tại các tuyến nghiên cứu................ 104

Hình 4.8. Bản đồ đường mô đun dòng chảy năm (l/s.km2) lưu vực sông Cầu……...114

Hình 4.9. Quan hệ lưu lượng – chu vi ướt (tính cho cả năm) ..................................... 117

Hình 4.10. Quan hệ lưu lượng – chu vi ướt vào mùa cạn ........................................... 118

6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân bố diện tích theo loại đất của lưu vực sông................................................14

Bảng 1.2: Nhiệt độ không khí trung bình tháng, tối cao và tối thấp trung bình trong thời kỳ

quan trắc 1960-2001 ............................................................................................................15

Bảng 1.3: Độ ẩm tương đối của không khí trung bình nhiều năm tại một số vùng (thời kỳ

1960 – 2001)........................................................................................................................16

Bảng 1.4: Tốc độ gió trung bình tháng và năm trong lưu vực sông Cầu (thời kỳ 1960 –

2001)....................................................................................................................................16

Bảng 1.5: Lượng mưa (mm) tháng trung bình nhiều năm tại một số trạm trên lưu vực (thời

kỳ 1960 – 2001)...................................................................................................................17

Bảng 1.6: Tổng lượng bốc hơi trung bình tháng và năm (ống Piche) (thời kỳ 1960 – 2001)17

Bảng 1.7: Đặc trưng hình thái các nhánh sông trong lưu vực sông Cầu .............................20

Bảng 1.8: Trạm đo lưu lượng trên các sông trong lưu vực .................................................21

Bảng 1.9. Đặc trưng dòng chảy năm tại một số trạm quan trắc trong lưu vực sông Cầu....25

Bảng 1.10. Lưu lượng lũ lớn nhất tương ứng với các tần suất trên lưu vực sông Cầu .......26

Bảng 1.11. Đặc trưng dòng chảy mùa cạn tại một số trạm thủy văn ở lưu vực sông Cầu .27

Bảng 1.12. Tóm tắt đặc điểm kinh tế xã hội của LVS Cầu (năm 2005)..............................30

Bảng 1.13. Cơ cấu kinh tế của các tỉnh trên lưu vực sông Cầu năm 2005..........................31

Bảng 1.14. Một số nhà máy, khu công nghiệp lưu vực sông Cầu.......................................33

Bảng 1.15: Ước tính GDP một số tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu vào năm 2010 .................37

Bảng 2.1: Ví dụ về giá trị của sông ngòi và dòng chảy môi trường....................................38

Bảng 2.2: Dòng chảy và tầm quan trọng của chúng đối với hệ sinh thái............................48

Bảng 2.3. Đặc điểm 1 số phương pháp đánh giá DCMT ...................................................58

Bảng 2.4. Loại dòng chảy và tỷ lệ (%) dòng chảy trung bình năm (AAF) .........................59

Bảng 2.5. Các môđun của khung đánh giá theo phương pháp DRIFT...............................62

Bảng 3.1: Bảng kết quả tính toán dòng chảy năm thiết kế ứng với các tần suất.................69

Bảng 3.2 : Phân phối dòng chảy năm với các tần suất thiết kế tại trạm Thác Bưởi............69

Bảng 3.3: Phân phối dòng chảy năm với các tần suất thiết kế tại trạm Tân Cương............70

Bảng 3.4: Phân phối dòng chảy năm với các tần suất thiết kế tại trạm Phú Cường............70

Bảng 3.5: Tiêu chuẩn cấp nước cho nuôi trồng thủy sản nước ngọt ...................................77

Bảng 3.6. Định mức sử dụng nước sinh hoạt cho các cấp đô thị ........................................77

Bảng 3.7: Ước tính nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Cầu cho năm 2004..............78

Bảng 3.8 . Dự báo nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Cầu cho năm 2010 ...............79

Bảng 3.9: Số liệu của các trạm thủy văn được dùng trong mô hình ...................................86

Bảng 3.10. Phân tích hiệu quả của hiệu chỉnh mô hình ......................................................88

Bảng 3.11. Phân tích hiệu quả của kiểm định mô hình .......................................................90

7

Bảng 3.12. Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước trên sông ........................................93

Bảng 3.13. Các nguồn thải chính đổ vào sông Cầu và lưu lượng thải ...............................95

Bảng 4.1. Đặc điểm sinh thái các tuyến nghiên cứu..........................................................106

Bảng 4.2. Lưu lượng trung bình ngày tại các trạm thuỷ văn trên các sông......................109

Bảng 4.3. Đặc trưng dòng chảy sông Cầu tại Thác Huống và 2 trạm thuỷ văn Thác Bưởi

và Gia Bảy .........................................................................................................................110

Bảng 4.4. Tỷ số giữa lưu lượng trung bình ngày tương ứng với các mức bảo đảm so với

lưu lượng trung bình mùa cạn của sông Cầu tại Thác Huống...........................................111

Bảng 4.5. Đặc trưng dòng chảy cạn trung bình thời kỳ quan trắc của sông Công tại trạm

thuỷ văn Tân Cương ..........................................................................................................112

Bảng 4.6. Giá trị lưu lượng trung bình ngày tương ứng với các mức bảo đảm của sông

Công tại cửa sông ..............................................................................................................112

Bảng 4.7. Lưu lượng trung bình tại cửa sông Cà Lồ.........................................................113

Bảng 4.8. Lưu lượng trung bình năm tại các tuyến nghiên cứu (m3

/s) .............................113

Bảng 4.9. Dòng chảy môi trường tuyến 1(m3

/s)................................................................115

Bảng 4.10. Dòng chảy môi trường tuyến 2 (m3

/s).............................................................115

Bảng 4.11. Dòng chảy môi trường tuyến 3 (m3

/s).............................................................115

Bảng 4.12. Dòng chảy môi trường tuyến 4 (m3

/s).............................................................116

Bảng 4.13. Dòng chảy môi trường tuyến 5 (m3

/s).............................................................116

Bảng 4.14. So sánh dòng chảy ở mức tốt, trung bình hoặc tối thiểu tính theo phương pháp

Tennant với dòng chảy bình quân vào mùa cạn (m3

/s) .....................................................116

Bảng 4.15. Hệ số k và dòng chảy môi trường (tính cho cả năm) ......................................118

Bảng 4.16. Hệ số k và dòng chảy môi trường mùa cạn.....................................................119

Bảng 4.17. Một số giá trị dòng chảy “môi trường“ đề xuất (m3

/s)....................................120

Bảng 4.18. Các kịch bản tính toán cân bằng nước ...........................................................121

Bảng 4.19. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản cân bằng nước KB1_a .........120

Bảng 4.20. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản cân bằng nước KB1_b .........120

Bảng 4.21. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản cân bằng nước KB1_c .........123

Bảng 4.22. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản cân bằng nước KB2_a .........123

Bảng 4.23. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản cân bằng nước KB2_b .........124

Bảng 4.24. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản cân bằng nước KB2_c .........124

Bảng 4. 25. Tóm tắt kịch bản 1.........................................................................................131

Bảng 4. 26. Tóm tắt kịch bản 2.........................................................................................132

Bảng 4. 27. Các giá trị dòng chảy môi trường tối thiểu trong mùa cạn được khuyến nghị

theo các phương pháp đã ứng dụng trong đề tài (m3

/s) ………………………..134

8

MỞ ĐẦU

Khai thác, sử dụng tài nguyên nước tăng lên ngày càng mạnh mẽ trong thời

gian qua đã dẫn đến sự thay đổi dòng chảy ở các con sông, hay các vùng đất ngập

nước. Với mục tiêu phát triển bền vững, việc đảm bảo dòng chảy môi trường (DCMT)

là một trong những vấn đề được quan tâm trong quản lý tổng hợp tài nguyên nước.

Dòng chảy môi trường được hiểu là “chế độ dòng chảy cần thiết của một con sông,

trong đầm phá hoặc khu vực ven biển để có thể duy trì các hệ sinh thái và lợi ích của

chúng ở những nơi có sự cạnh tranh giữa các mục đích sử dụng nước và khi dòng

chảy chịu ảnh hưởng điều tiết của các công trình”. Trong thời gian qua, nhận thức về

tầm quan trọng của việc đánh giá dòng chảy môi trường với mục đích quản lý và phát

triển tài nguyên nước mà vẫn đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc và chức năng của

chúng hoặc ở mức độ chấp nhận được để duy trì hệ sinh thái đã thúc đẩy các nghiên

cứu về dòng chảy môi trường (Tharme, 1996; Zalewski, 2002; Kundzewicz, 2002;

Boruah et al, 2002). Cho đến năm 2002, có khoảng 270 phương pháp đánh giá dòng

chảy môi trường cuả 50 quốc gia đã được ghi nhận với 4 nhóm chính như sau: thuỷ

văn, thuỷ lực, đánh giá/mô phỏng môi trường sống, và tiếp cận tổng thể (R. E. Tharme,

2002).

Việt Nam có nhiều lưu vực sông có vai trò rất quan trọng trong đời sống người

dân, cũng như phát triển kinh tế xã hội. Thực tế cho thấy, nhu cầu khai thác, dự trữ

nước và cơ sở hạ tầng quản lý nước sẽ tiếp tục gia tăng. Việc khai thác nước sông ở

Việt Nam đã ở mức có thể gây ảnh hưởng với mức độ khác nhau đến sự lành mạnh

của các dòng sông. Các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện trên các sông đã và đang gây

nhiều tác động làm biến đổi dòng chảy ở hạ lưu, có tác động tiêu cực đến hệ sinh thái

nước và suy giảm các giá trị môi trường ở khu vực hạ lưu. Để có các biện pháp quản lý

tốt, cũng như có được các quyết định hợp lý về phát triển cơ sở hạ tầng, khai thác tài

nguyên nước, việc xác định các giới hạn về dòng chảy để có thể đảm bảo sức khỏe của

các con sông là rất cần thiết. Đồng thời, việc cân bằng giữa các yếu tố kinh tế, xã hội

và môi trường cũng cần được chú ý trong việc quản lý tài nguyên nước sông. Các vấn

đề này, trong đó có dòng chảy môi trường đã được đề cập đến trong một số văn bản

chính sách về tài nguyên nước. Chiến lược quản lý tài nguyên nước của Việt Nam

cũng định hướng là sẽ có những chính sách quy định công tác quản lý tài nguyên nước

và các cơ chế thực thi phải xem xét bảo đảm dòng chảy cho môi trường và sự bền

vững của các con sông.

Trong thời gian qua, nghiên cứu đánh giá dòng chảy môi trường ở Việt Nam

chưa được tiến hành trên quy mô rộng, chủ yếu được thực hiện trong một vài nghiên

cứu khoa học, như nghiên cứu ứng dụng đánh giá dòng chảy môi trường cho sông Ba,

Trà Khúc (Nguyễn Văn Thắng và cs, 2006), sông Hương (IUCN, ban quản lý lưu vực

9

sông Hương, 2007), một số đoạn trên sông Hồng (Trần Hồng Thái và cs, 2007). Do

vậy, việc nghiên cứu các phương pháp và ứng dụng nhằm đánh giá dòng chảy môi

trường ở các lưu vực sông của Việt Nam là rất cần thiết.

Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực lớn của Việt Nam, có vị trí địa lý

đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển xã hội

(Hình 1.1). Lưu vực sông Cầu với dòng chính bắt đầu từ núi Vạn On và đổ vào sông

Thái Bình ở Phả Lại. Chế độ dòng chảy của sông Công, hạ lưu sông Cầu bị ảnh hưởng

bởi hồ núi Cốc và đập Thác Huống. Có thể nhận thấy rằng, dòng chảy trong mùa kiệt

đã gây nên một số vấn đề về môi trường cũng như tác động mạnh mẽ đến các hoạt

động sản xuất nông nghiệp và một số hoạt động kinh tế khác. Quá trình đô thị hoá và

phát triển kinh tế trong vùng, việc khai thác tài nguyên nước còn lỏng lẻo và việc quản

lý môi trường có nhiều hạn chế, đã gây ô nhiễm, suy thoái môi trường nước (Cư và cs,

2003). Với việc hình thành Ủy ban lưu vực sông Cầu và thông qua “Đề án tổng thể

bảo vệ môi trường sinh thái cảnh quan lưu vực sông Cầu”, các vấn đề về môi trường,

trong đó có tài nguyên nước sông, đã bắt đầu được quan tâm giải quyết. Với mong

muốn đáp ứng phần nào yêu cầu thực tiễn, đề tài nghiên cứu khoa học “Xây dựng cở

sở khoa học và thực tiễn đánh giá dòng chảy môi trường, ứng dụng cho hạ lưu sông

Cầu” đã được đề xuất và phê duyệt. Đề tài được tiến hành từ 2006 đến 2008.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, đề xuất phương pháp đánh giá dòng chảy môi

trường trong điều kiện Việt Nam thông qua việc ứng dụng đánh giá dòng chảy môi

trường hạ lưu sông Cầu (trên cơ sở phát triển các phương pháp sẵn có) nhằm đáp ứng

yêu cầu phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường. Trên cơ sở các

phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường đã được công bố, đề tài này đã tiếp thu và

áp dụng phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường cho phù hợp với điều kiện của lưu

vực sông Cầu. Nội dung nghiên cứu chính như sau:

• Tổng hợp cơ sở lý thuyết và thực tiễn của việc đánh giá dòng chảy môi trường

trên thế giới và Việt Nam.

• Nghiên cứu ứng dụng ba phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường

(Tennant, Chu vi ướt và Phản ứng của hạ lưu trước sự biến đổi của dòng chảy -

DRIFT) cho đoạn sông thuộc hạ lưu sông Cầu

Trên cơ sở đó, đề tài đã đưa ra kiến nghị về các chỉ tiêu, tiêu chí cụ thể trong

đánh giá dòng chảy môi trường cho hạ lưu sông Cầu trong mùa kiệt và khả năng áp

dụng cho các lưu vực sông khác. Trong khuôn khổ đề tài, các nội dung và phạm vi

nghiên cứu được giới hạn như sau:

• Trong số các phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường đã được ứng dụng

trên thế giới và Việt Nam, 3 phương pháp cụ thể (theo hướng thuỷ văn, thuỷ lực

và tiếp cận tổng hợp) sẽ được lựa chọn, phát triển và ứng dụng để đánh giá

dòng chảy môi trường cho lưu vực sông Cầu.

10

• Tài nguyên nước được giới hạn trong nguồn tài nguyên nước sông và dòng

chảy trong mùa kiệt sẽ được tập trung nghiên cứu.

• Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đánh giá dòng chảy môi trường tại các tuyến:

01 tuyến ở cuối nhánh sông Công, 01 tuyến ở cuối nhánh sông Cà Lồ và 03

tuyến trên nhánh chính sông Cầu (từ hạ lưu đập Thác Huống đến đò Quan

Biểu, Quế Võ, Bắc Ninh).

Đề tài đã đăng được 03 bài báo khoa học trong tuyển tập Hội thảo khoa học của

Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường năm 2006 và 2008. Đề tài cũng

cung cấp hướng dẫn sơ bộ về việc áp dụng các phương pháp đánh giá dòng chảy môi

trường đã tiến hành trong phạm vi của đề tài.

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu này, đề tài đã được sự quan tâm, giúp đỡ

rất hiệu quả của Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ kế hoạch tài chính, Viện Khoa học

khí tượng Thủy văn và Môi trường, Trung tâm Nghiên cứu Môi trường, đồng thời với

sự cộng tác chặt chẽ của các cộng tác viên và đồng nghiệp. Vấn đề đặt ra trong đề tài

là khá mới đối với Việt Nam và chủ nhiệm đề tài, liên quan đến nhiều lĩnh vực. Tuy

nhiên, với những hạn chế của mình, đề tài đã cố gắng đóng góp một phần vào công tác

quản lý và phát triển tài nguyên nước sông trong lưu vực sông Cầu. Với những hạn chế

về mọi mặt, kết quả của đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Chủ nhiệm và các cộng

tác viên của đề tài mong muốn nhận được sự đóng góp quý báu của các đồng nghiệp.

11

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ KINH

TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU

1.1. Điều kiện tự nhiên

1.1.1. Vị trí địa lý

Sông Cầu là con sông chính của hệ thống sông Thái Bình, bắt nguồn từ vùng

núi Vạn On cao 1527 m ở sườn đông nam của dãy Pia-bi-óc - vùng núi cao của tỉnh

Bắc Kạn. Lưu vực sông Cầu nằm ở toạ độ từ 210

07’ đến 220

18’ vĩ độ bắc, 1050

28’ đến

1060

08’ kinh độ đông. Diện tích của lưu vực sông Cầu (tính đến Phả Lại) là 6030 km2

,

với chiều dài lưu vực trên 288,5 km. Lưu vực có dạng hình lông chim, bao gồm toàn

bộ hoặc một phần lãnh thổ của 5 tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang,

Vĩnh Phúc. Lưu vực sông Cầu được giới hạn bởi:

™ Cánh cung sông Gâm ở phía tây.

™ Cánh cung Ngân Sơn ở phía đông.

™ Phía bắc và tây bắc giới hạn bởi những dãy núi cao hơn 1000 m.

™ Phía nam giáp với Hải Dương và Hà Nội.

1.1.2. Địa chất, địa hình

Nét đặc thù lớn nhất của địa hình lưu vực sông Cầu là miền chuyển tiếp từ địa

hình núi, sang địa hình đồi và đồng bằng. Nhìn chung toàn lưu vực có hướng dốc từ

Đông Bắc sang Tây Nam. Địa hình của lưu vực sông Cầu có thể chia làm ba nhóm :

miền núi, đồi và đồng bằng (Nguyễn Văn Cư và cộng sự, 2003).

- Địa hình núi thấp và núi trung bình: chủ yếu tập trung ở vùng thượng nguồn

của sông Cầu, thuộc địa phận các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên và dãy núi Tam Đảo. Ở

phía Bắc và tây Bắc có những đỉnh núi cao trên 1000m (Hoa Sen 1525m, Phia Đeng

1527m, Pianon 1125m). Ở phía Đông có những đỉnh núi cao trên 700m (Cốc Xô

1131m, Lung Giang 785m, Khao Khiên 1107m). Dãy núi Tam Đảo ở phía Tây có đỉnh

Tam Đảo cao 1592m, chạy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam. Đây là vùng có địa hình

phức tạp bị chia cắt bởi các đồi núi khe lạch tạo thành những thung lũng hẹp bởi vậy ở

đây có rất ít những cánh đồng canh tác lớn.

- Nhóm địa hình đồi dạng bát úp đỉnh rộng bằng phẳng, đồi cao: phổ biến ở

vùng Phú Bình, Phổ Yên, Hiệp Hòa - Bắc Giang, Giang Tiến - Thái Nguyên, Chợ

Đồn, Na Rì - Bắc Kạn.

12

Hình 1.1: Sơ đồ lưu vực sông Cầu

13

- Địa hình đồng bằng chủ yếu tập trung ở vùng hạ lưu sông Cầu: phổ biến ở

phía nam tỉnh Bắc Kạn, phân bố dọc hai bên thung lũng sông Cầu, sông Công, thị xã

Bắc Giang, Hiệp Hòa và vùng Đại Lải, Vĩnh Phúc và tỉnh Bắc Ninh. Các khu vực

đồng bằng này tạo nên vùng đất canh tác lớn khá bằng phẳng. Tuy nhiên xét cụ thể cho

từng khu vực thì cao độ thường cao, thấp không đều nên đã gây khó khăn cho việc xây

dựng các công trình tưới, tiêu. Trên lưu vực sông Cầu có mặt nhiều loại thành tạo địa

chất khác nhau, từ các thành tạo có tuổi rất trẻ cho đến Cambri với thành phần biến đổi

từ trầm tích vụn bở hiện đại đến những loại đá trầm tích biến chất, macma có tuổi cổ đến

rất cổ.

Trên lưu vực có 4 tầng chứa nước lỗ hổng, 21 tầng chứa nước khe nứt và 2 tầng

rất nghèo nước. Trong đó cả 4 tầng chứa nước thuộc tầng chứa nước lỗ hổng và 4 tầng

chứa nước (Tầng trầm tích cacbonat hệ tầng Bắc Sơn, Tầng trầm tích Devon hệ tầng

Tốc Tác, Tầng trầm tích Devon hệ tầng Nà Quản và tầng trầm tích Silua-Devon hệ

tầng Pia Phương) thuộc tầng chứa nước khe nứt là những tầng chứa nước chính được

khai thác phục vụ sản xuất và sinh hoạt cho các tỉnh trên lưu vực. Vùng miền núi gồm

các hệ:

- Hệ Tura không phân chia, thành tạo trầm tích của núi lửa màu đỏ phún xuất axit

và BaZơ, sa thạch, Alơrôlit.

- Hệ Triat không phân chia: Sa thạch, diệp thạch sét, sạn kết đá vôi, phún xuất

Bazơ và axit.

- Hệ Đê Vôn các bậc Eifêli, Givêti đá vôi, diệp thạch sét sa thạch.

- Hệ Ôcdovi alơrôlit và sa thạch, đôi khi dạng dải đá vôi.

Với các đặc điểm địa chất, vùng miền núi thường thuận lợi cho việc xây dựng

công trình thuỷ lợi. Vùng trung du và đồng bằng thuộc hệ đệ tứ bồi tích, trầm tích sỏi,

cát, đất thịt nên khi xây dựng các công trình thủy lợi thường gặp khó khăn trong việc

xử lý nền móng.

1.1.3. Đất

Dựa theo nguồn gốc phát sinh, thổ nhưỡng trong lưu vực sông Cầu có thể phân

thành những nhóm chính dưới đây:

- Nhóm đất feralít đỏ vàng phát triển trên đá phiến thạch sét, phiến sa và biến

chất. Loại đất này thường chua, khả năng giữ nước kém, tỷ lệ sắt trong đất cao,

giàu canxi. Đây là nhóm đất thích hợp cho phát triển sản xuất lâm nghiệp, cây

công nghiệp (chè), cây ăn quả. Nhóm đất feralít đỏ vàng phát triển trên đá

macma a xít, phù sa cổ, đá vôi phân bố tập trung ở sườn một số dãy núi nằm ở

phía tây và tây nam lưu vực; độ dày tầng đất vào loại trung bình và mỏng.

- Nhóm đất phát triển trên đá kiềm (đá vôi, đá bazic). Loại đất phát triển trên đá