Bảo vệ các đối tượng nước khỏi cạn kiệt

Việc sử dụng tích cực các sông suối, thủy vực và nước ngầm như là nguồn cấp nước có thể dẫn tới sự cạn kiệt tài nguyên nước mặt và nước ngầm vùng đó. Trong các sông suối và thủy vực cần phải để lại một lượng nước nào đó đảm bảo sự duy trì sinh thái thuận lợ của đối tượng nước mà còn cả điều kiện nhu cầu dùng nước. Lượng nước cần để lại trong sông gọi là dòng chảy cho phép tối thiểu, còn trong thủy vực_{nó được đặc trưng bởi mực nước cho phép tối thiểu. Do đó, sự cạn kiệt nước - đó là sự hạ thấp đáng kể dòng chảy hay mực nước cho phép tối thiểu do việc lấy nước, dẫn tới sự phá vỡ cân bằng sinh thái và điều kiện nhu cầu dùng nước. Trước hết, sự cạn kiệt nước có thể quan trắc được vào mùa ít nước (mùa chuyển tiếp, mùa kiệt và mùa dòng chảy bé nhất) và sẽ rất đáng kể làm thay đổi căn bản chế độ và dòng chảy. Sự giảm đột ngột dòng chảy, và có thể còn làm ngừng nó vào mùa kiệt, diễn ra do sự can thiệp của con người mà không tính trước có thể gây ra tình hình trầm trọng như ở các trạm nhiệt điện, để đảm bảo hoạt động của nó đòi hỏi phải đầy đủ một lượng nước cần thiết nào đó.}

Việc giảm đáng kể dòng chảy sông ngòi tự nhiên trong thời kỳ kiệt hay sự hạ thấp mực nước hồ có thể xảy ra do việc xây dựng các công trình lấy nước hay ao và hồ chứa đề tưới và cấp nước cunãg như việc lấy nước để chuyển dòng chảy. Trong tất cả các lĩnh vực kinh tế quốc dân theo thể tích nhu cầu dùng nước kinh tế nông nghiệp đứng vị trí dố một. Hiẹn nay dùng cho tưới, làm ngập và cấp nước trong kinh tế nông nghiệp sử dụng hơn 75 % nhu cầu dùng nước không hoàn lại trong Liên Xô. Ảnh hưởng của tưới lên dòng chảy sông ngòi mang tính mùa vụ và chủ yếu thể hiện vào thời kỳ phát triển sinh trưởng của thực vật, trùng với thời kỳ kiệt mùa hè trên các con sông. Khi đó mùa kiệt càng bắt đầu sớm và càng dài hơn bao nhiêu thì việc lấy nước để tưới ảnh hưởng đến dòng chảy càng lớn bấy nhiêu. càng tăng ảnh hưởng này với tưới hệ thống. Trong trường hợp bốc hơi mạnh, khi lấy nước để tưới làm cho tất cả nước hoa tổn qua bốc hơi, ảnh hưởng của tưới sẽ cực đại và có thể là mầm mống để chấm dứt dòng chảy trên cacsoong nhỏ và một phần sông trung bình, thường hay gặp vào mùa hè trên nhiều sông lãnh thổ khô hạn (sông ngòi vùng bán sơn địa Trung Á, Bắc Cápcazơ và v.v...). Trường hợp đặc biệt, ảnh hưởng này là sự tháo hoàn toàn nước sông để thoả mãn nhu cầu dùng nước của nông nghiệp. Điều này quan trắc thấy ở các vùng sa mạc và bán sa mạc.

Với sự hạ thấp đáng kể nước tổn thất không hoàn lại sử dụng cho tưới ghi nhận sự giảm mạnh dòng chảy trong sông, Khi đó diễn ra sự tái phân bố dòng chảy kiệt theo dọc sông - giảm đột ngột ở chỗ lấy nước và tăng tiếp theo chỗ thấp hơn theo chiều dòng chảy do có sự bổ sung nước ngầm.

Tổn thất nước ngầm do bốc hơi có thể bổ sung abừng cách tiêu úng từ các đầm lầy, diệt trừ các loại cỏ hoang ưa ẩm, giảm bớt diện tích tưới. Tuy nhiên sự tăng tiếp tục việc lấy nước có thể dẫn tơí không chỉ sự giảm rõ rệt dòng chảy kiệt mà còn làm nó hết hẳn (Xưđaria, Amuađaria, Terek v.v...).

Sự giảm mạnh nhất của dòng chảy kiệt sông ngòi dưới tác động của tưới diến ra vào các năm ít nước. Khi đó ảnh hưởng của nó tăng theo lãnh thổ, do bên cạnh việc tưới hệ thống bắt đầu hoạt động cả tưới định kỳ.

Bức tranh tương tự quan trắc được khi xem xét ảnh hưởng của việc lấy nước để tưới từ hồ. Mức độ ảnh hưởng còn ở mức độ lứon hơn phụ thuộc vào thể tích nước và việc lấy nước.

Tưới một lãnh thổ rộng lớn gây nên sự hạ dòng chảy kiệt vào nửa đầu mùa hè, thường chi phối tới sự tăng nó vào cuối màu hè, thu và thậm chí cả đông, khi mà bắt đầu châm sự ổn định tương đốiứt và sau đó là chấm dứt việc lấy nước từ sông để tưới và các dòng nhập lưu nước ngầm bắt đầu đổ vào mạng lưới sông ngòi (nước hoàn trả).

Đánh giá ảnh hưởng của đất được tưới đến dòng chảy mùa kiệt cần thực hiện với việc tính đến các đặc điểm địa lý tự nhiên địa phương của lãnh thổ, tính chất tưới và cũng như định mức và thời hạn tưới. Giá trị tính toán dòng chảy tự nhiên thường là lưu lượng nước cực tiểu 30 ngày suất đảm bảo 80 - 85 % vào thời kỳ kiệt mùa hè.

Ảnh hưởng của việc lấy nước trên sông cho công nghiệp và dịch vụ công cộng về tổng thể nhỏ hơn ảnh hưởng của việc lấy nước tưới. Phần của chúng, hiển nhiên, ít hơn khoản 10 % tổng nhu cầu dùng nước và hơn nữa phần lớn nước sử dụng hoàn trả vàp sông ngòi (hay thủy vực). Nhu cầu dùng nước không hoàn trả trong công nghiệp và kinh tế dịch vụ công cộng chiếm trung bình 20 - 30 %. Tuy nhiên trong các vùng riêng biệt nó có thể thay đổi đáng kể vào mùa kiệt do sự tái phân bố của chúng theo dọc sông hay theo lãnh thổ (lấy nước từ một con sông và thải vào sông khác). Đối với sông ngòi chảy trong vùng các trung tâm công nghiệp lớn, ảnh hưởng của việc lấy nước trên các đoạn sông riêng biệt rất lớn. Chiều dài các vùng đó có thể hàng kilomet. Thí dụ, việc lấy nước từ sông Matxcơva trong vùng Pavsino chiếm gần 10 m³/s với dòng chảy mùa kiệt trung bình nhiều năm là 11 m³/s. Trong hàng loạt thành phố và điẻm dân cư ngoại ô Matxcơva việc lấy nước là 12 % dòng chảy năm sông Kliazma, Poli, Pakhrư.

So sánh sự thay đổi diễn ra của dòng chảy các sông ngòi tự nhiên và động lực phát triển các hoạt động kinh tế trên lưu vực cho phép đánh giá định lượng ảnh hưởng của nó đến dòng chảy sông ngòi. Một cách tương tự có thể tiến hành đối với hồ.

Đánh giá định lượng ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế đến dòng chảy có thể bằng cách so sánh dòng chảy tự nhiên và dòng chảy bị phá vỡ của thời đoạn hay bằng phương pháp cân bằng. Trong trường hợp thứ nhất, tiến hành khảo sát dao động nhiều năm của dòng chảy trên tuyến đo của sông đang xét, diễn ra dưới ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên (thiên nhiên) và trên nền của chúng thực hiện đánh giá quy mô thay đổi quan trắc được của dòng chảy và chế độ nước sông ngòi dưới tác động của ánước thải công cộng hoạt động kinh tế trên lưu vực của nó. Phương pháp so sánh cho phép xác định ảnh hưởng tổng cộng của ánước thải công cộng hoạt động kinh tế trên lưu vực sông ngòi cho trước hay trên các vùng riêng biệt. Khi đó cần thiết có các điểm với thời kỳ quan trắc dòng chảy dài trong các điều kiện tự nhiên và bị phá vỡ.

Với phương pháp cân bằng khảo sát nghiên cứu cán cân nước, nhiệt và đôi khi cả mặn của đoạn lưu vực, trên đó tiến hành các dạng hoạt động kinh tế khác nhau, cũng như các đoạn lòng sông nằm trong vùng ảnh hưởng của kênh dẫn và nơi lấy nước và tương tự thế. Phương pháp cân bằng cho phép xác định ảnh hưởng cá biệt của nhân tố hoạt động kinh tế cụ thể lên dòng chảy sông ngòi, khám phá bản chất vật lý của quá trình này và xác định ảnh hưởng của nó trong tương lai. Không phức tạp khi tiến hành đánh giá cán cân nước lòng sông tính đến ảnh hưởng của việc lấy (đổ) nước lên dòng chảy sông ngòi, nếu như có đủ tài liệu đáng tín cậy về các đại lượng đó. Tuy nhiên sử dụng phương pháp cân bằng đòi hỏi một khố lượng khảo sát thực địa chuyên ngành rất công phu.

Đơn giản nhất và thường hay áp dụng nhất khi sử dụng phương pháp so aánh để đánh giá ảnh hưởng của việc lấy nước lên dòng chảy sông ngòi là phương pháp khôi phục dòng chảy tự nhiên của sông ngòi, nằm trong điều kiện bị phá vỡ. Các sông được so sánh cần phải có thời gianđồng quan trắc đủ dài về dòng chảy trong các điều kiện bị phá vỡ và không phs vỡ. Điều kiện hình thành dòng chảy của sông nghiên cứu và sông tương tự càng gần nhau bao nhiêu thì kết quả thu nhận được càng tin cậy bấy nhiêu. Xác định ảnh hưởng của việc lấy nước còn có thể bằng cách xây dựng các đồ thị quan hệ tích phân (hay luỹ tích) các giá trị dòng chảy sông với chế độ bị phá vỡ (hay sông nghiên cứu) và sông tương tự. Thời kỳ phá vỡ được tách ra trên đồ thị quan hệ như là vùng chênh lệch cực đoan giá trị nước thải công cộng điểm thực nghiệm với hướng đường quan hệ tổng quát. Tất nhiên, quan hệ của sông nghiên cứu và sông tương tự trong thời kỳ không bị phá vỡ phải có dạng tuyến tính. Thủ thuật tương tự như vậy đánh giá sự thay đổi dòng chảy sông ngòi trong thời kỳ nó bị phá vỡ là khá nhạy và áp dụng cho mùa kiệt, do sự phá vỡ dòng chảy thường có trọng số lớn nhất chính trong thời kỳ này. Trên hình 5.1 chỉ ra một đồ thị như vậy đối với sông Poli (lãnh thổ lưu vực bồn trầm tích sông Matxcơva). So sánh các đồ thị đối với các thời kỳ ít và nhiều nước chứng tỏ rằng sự giảm dòng chảy mạnh nhất diễn ra trong thời kỳ kiệt, khi mà tỷ số giữa lượng nước lấy từ sông Poli và dòng chảy của nó là cực đại. Thời gian bắt đầu phá vỡ, tách ra trên các đồ thị trùng với bắt đầu tăng cường các hoạt động kinh tế trên lưu sông đang xét.

Nếu như giá trị hệ số tương quan cặp nhỏ hơn 0,80 thì tập trung sử dụng một vài sông tương tự để tăng độ chính xác của đánh giá sự phá vỡ dòng chảy. Khi đó tính toán được thực hiện với việc áp dụng tương quan tuyến tính bội.

Hình 5.1. Quan hệ giữa tích phân tổng dòng chảy sông tương tưh

và sông chế độ bị phá vỡ đối với mùa xuân (a) và mùa kiệt (b)

Sử dụng các đường cong tích phân để đánh giá phá vỡ dòng chảy do các hoạt động kinh tế cho phép xác định quy mô phá vỡ chung, nhưng không đánh giá ảnh hưởng của từng nhân tố nhân sinh. Cho nên phương pháp này được sử dụng vào mục đích khi có ảnh hưởng của một yếu tố trội như trong vùng ảnh hưởng của tưới.

Sự thay đổi dòng chảy chi tiết hơn theo dọc sông diễn ra do việc lấy nước có thể xác định với việc thành lập cán cân nước lòng sông. Cho mục đích thu thập thông tin tối đa cần thiết thực hiện tổ hợp công việc thực địa, bao gồm tập hợp cả các thông tin về thể tích sử dụng nước sông cho kinh tế và tiến hành trắc địa đo đạc thủy văn trên các đoạn sông nghiên cứu.

Các thành phần của phương trình cân bằng nước thường thay đổi đối với các lưu vực hay đoạn sông khác nhau và phụ thuộc vào tính chất các hoạt động kinh tế. Một trong các dạng cán cân nước lòng sông có thể viết dưới dạng sau đây:

$Q_n+Q_c-Q_r-\sum Q_d-Q_t=0$ (5.1)

với Q_n - nhập lưu nước sông qua tuyến đổ vào; Q_r - dòng xuất từ đoạn qua tuyến ra; Q_c - nhập lưu từ khu giã từ sườn bên cạnh; Q_d - lưu lượng nước lấy; Q_t - thấm từ lòng sông.

Với việc đánh giá định lượng ảnh hưởng của hoạt động kinh tế đến dòng chảy sông ngòi trong thời kỳ ít nướcvới mục đích tiến hành nghiên cứu tổng hợp, như là các số liệu của phương trình cân bằng, cũng chính là kết quả thu được khi so sánh dao động nhiều năm của lượng nước sông và động lực của khia phá kinh tế lưu vực.

Khi kế hoạch hóa việc lấy nước từ sông (hay hồ) cần phải xác định lưu lượng nước cho phép tối thiểu (hay thể tích nước) cần được giữ lại. Xác định lưu lượng nước cho phép tối thiểu còn lại trong sông việc khai thác kinh té của nó là một vấn đề tổng hợp. Lưu lượng nước còn lại trong sông cần thoả mãn hàng loạt đòi hỏi và trước hết là tiêu chuẩn vệ sinh và các nhu cầu dùng nước của các nhà dùng nước sông nằm phía dưới.

Khi tính toán lưu lượng nước cho phép tối thiểu giữ lại trong sông cần tính đến chế độ nước sông vào thời kỳ ít nước của năm và dòng chảy cực tiểu. đáng kể nhất khi đó là tính chất của thời kỳ nước kiệt và độ dài của nó. Với một mùa kiệt ổn định và kéo dài tạo ra các điều kiện không thuận lợi cho việc lấy nước từ sông. Cho nên việc tính toán lưu lượng nước cho phép tối thiểu trong sông cần được tiến hành với việc tính đến lưu lượng nước cực tiểu hay mùa kiệt (với việc không bỏ qua các thay đổi lớn về chất lượng nước) và độ dài của thời kỳ đó.

Thường thường để bảo toàn trạng thái tự nhiên của sông ngòi, cần giữ trong nó một dòng chảy (không phá vỡ chất lượng nước) tương ứng với đại lượng nuôi dưỡng sông bằng nước ngầm, tức là gần với dòng chảy kiệt tự nhiên. Tuy nhiên độ dài lớn của thời kỳ kiệt trên phần lớn sông ngòi của Liên Xô vào mùa đông hay hè - thu trong trường hợp này làm hạn chế đáng kể khả năng sử dụng chúng để lấy nước. Trong khi đó quan trắc được dao động lớn của dòng chảy kiệt theo các năm. Do vậy, việc nghiên cứu trạng thái tự nhiên của sông ngòi vào những năm ít nước nhất với các giá trị dòng chảy nhỏ nhất trong thời kỳ kiệt có ý nghĩa lớn nhất. Nếu như trong các điều kiện như vậy, ở trong sông giữ được các nguồn lợi sinh thái thì giá trị này của dòng chảy kiệt (hay cực tiểu) sẽ được chấp nhận hoặc như cho phép tối thiểu (nếu như trong sông tạo ra các điều kiện trên ranh giới lợi ích sinh thái), hoặc là gốc để tính toán. Lưu lượng nước tính toán (vệ sinh) giữ lại trong sông được xác định bằng cách dẫn các hệ số tính đến tổ hợp các nhân tố khác nhau, đặc trưng cho ý nghĩa kinh tế của sông ngòi, chế độ sinh hóa và thủy hóa của chúng, khả năng tự làm sạch, dạng ô nhiễm và các điều kiện khác, ảnh hưởng đến chất lượng nước.