1 Dự án “Quản lý tổng hợp và bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Hồng-Thái Bình trong bối cảnh biến đổi khí hậu” – Bài 1: Phương pháp tiếp cận mới. TS. Bùi Nam Sách 1 TS. Nguyễn Văn Tuấn 1 TS. Quách Thị Xuân 1 Dự án “Quản lý tổng hợp và bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Hồng – Thái Bình trong bối cảnh biến đổi khí hậu (IMRR)” được hình thành trên cơ sở hợp tác quốc tế giữa Trường Đại học Bách khoa Milan (Polimi) và Viện Quy hoạch Thủy lợi (IWRP) với sự giúp đỡ của Chính phủ hai nước Việt Nam và Italia. Polimi là tổ chức tiên phong trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý nguồn nước với kinh nghiệm và công cụ tối ưu tiên tiến. Phương pháp luận và công nghệ tiên tiến này rất phù hợp và cần thiết để giải quyết vấn đề mâu thuẫn trong các mục tiêu sử dụng nước ở lưu vực sông Hồng-Thái Bình, khi mà những mâu thuẫn này có thể sẽ trở nên nghiêm trọng hơn trong tương lai gần dưới sức ép của nhiều yếu tố trong đó có biến đổi khí hậu. Dự án bắt đầu từ tháng 2 năm 2012 và dự kiến kết thúc vào tháng 12 năm 2014. I. Mục tiêu dự án IMRR Mục đích chung của dự án là tạo ra sự tiến bộ hữu hình trong thực tiễn quản lý nước ở lưu vực sông Hồng – Thái Bình nhằm thỏa mãn nhu cầu nước dài hạn của tất cả các ngành sử dụng nước trong khi vẫn duy trì các dịch vụ sinh thái cốt yếu, đồng thời nâng cao lợi ích kinh tế từ thủy điện và nông nghiệp. I.1. Mục tiêu dài hạn Mục tiêu dài hạn của dự án là: Thúc đẩy quản lý nước hiệu quả và bền vững tại hệ thống sông Hồng-Thái Bình: dự án nâng cao hiệu quả, hiệu năng và tính bền vững về mặt môi trường trong quản lý nguồn nước ở lưu vực sông Hồng – Thái Bình thông qua các công cụ mô hình tiên tiến giúp hỗ trợ đối thoại, phối hợp và đàm phán đa ngành. Xây dựng năng lực kỹ thuật và thể chế: dự án thúc đẩy tăng cường năng lực trong quản trị nguồn nước bằng cách tạo điều kiện chia sẻ kinh nghiệm, chuyển giao kỹ thuật, phương pháp luận và công cụ cho Việt Nam. I.2. Mục tiêu ngắn hạn 1. Đánh giá hiện trạng vận hành hệ thống liên hồ chứa ở lưu vực sông Hồng-Thái Bình. 2. Thiết kế quy trình vận hành tối ưu cho hệ thống liên hồ chứa lớn đa mục tiêu (gồm Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Sơn La, và các hồ chứa đang xây dựng như Lai Châu, Huổi Quảng, Bản Chát .v.v) phục vụ cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy điện, nông 1 Viện Quy Hoạch Thủy Lợi, Tổng Cục Thủy Lợi, Bộ NN và PTNT 2 nghiệp, giao thông thủy, môi trường, phòng chống lũ cho vùng đồng bằng sông Hồng- Thái Bình trong điều kiện biến đổi khí hậu. 3. Góp phần giải quyết các mâu thuẫn sử dụng nước do phân bổ nước không hợp lý gây ra. II. Phương pháp tiếp cận Dự án IMRR sẽ được xây dựng dựa trên Chu Trình Quy hoạch nguồn nước tổng hợp và có sự 0. Khảo sát. Mục đích của giai đoạn này là xác định mục tiêu của dự án, giới hạn không gian và thời gian của hệ thống nước, bối cảnh quy phạm và quy hoạch để thực hiện quyết định (xác định phạm vi). Tất cả các bên liên quan và các mối quan tâm, nhu cầu và mong muốn của họ được xác định cùng với thông tin hiện có và còn thiếu về hệ thống. Chu trình PIP được trình bày và giải thích cho các bên (những người ra quyết định và các bên liên quan) và, nếu cần thiết, được đàm phán giữa các bên. 1. Xác định hành động. Các ý tưởng và biện pháp nhằm đạt được mục tiêu của dự án sẽ được xác định trong sự cộng tác chặt chẽ với các bên. Những ý tưởng này có thể là xây dựng công trình hoặc biện pháp phi công trình cũng như những chính sách điều tiết cho các hồ chứa và đập chuyển nước. Một ý tưởng được coi là hành động khi xác định được rõ ràng và đầy đủ các thông số kỹ thuật gắn với ý tưởng đó. Phương án là một tổ hợp của các hành động cụ thể. 2. Khái niệm hóa (xác định hành động, tiêu chí và chỉ số). Mục tiêu của dự án diễn giải thành một hệ thống các tiêu chí hình cây phản ánh quan điểm của các bên liên quan trong việc đánh giá các phương án và các vấn đề về môi trường và tính bền vững. Tiêu chí thấp hơn trong hệ thống hình cây này được gắn với các chỉ số định lượng (hoặc thậm chí định tính) qua đó có thể kiểm tra được tiêu chí gốc. Các chỉ số như vậy là hàm của các biến mô tả hệ thống. 3. Xác định mô hình và các kịch bản. Để tính toán giá trị của mỗi chỉ số tương ứng với mỗi phương án thì cần phải xác định mô hình của toàn hệ thống. Số liệu đầu vào của mô hình là các biến mô tả các phương án và các biến cụ thể hóa các kịch bản của dự án. Các kịch bản bao gồm mô tả các sự kiện tương lai mà những người ra quyết định không kiểm soát được, ví dụ các kịch bản thủy văn và nhu cầu nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Thông thường các mô hình toán được sử dụng, nhưng, nếu cần thiết, có thể thay thế bằng ý kiến chuyên gia. 4. Thiết kế phương án. Trong giai đoạn này sẽ thiết kế bộ các phương án cần giới thiệu cho các bên liên quan để đám phán. Trước hết, mọi tổ hợp có thể của các hành động được nêu trong giai đoạn 1 đều được xem xét để có được danh sách các phương án. Sau đó, các phương án hiệu quả Pareto được chọn để xem xét bởi các chuyên gia, hoặc bằng cách giải bài toán quy hoạch tối ưu đa mục tiêu (Điều khiển tối ưu). 5. Đánh giá tác động. Tác động do các phương án hiệu quả (ở bước 4) tạo ra sẽ được đánh giá bằng cách mô phỏng trạng thái của hệ thống trong một khoảng thời gian xác định. 6. Đánh giá. Giá trị mà các bên liên quan đánh giá cho mỗi phương án được gọi là sự hài lòng của họ đối với mỗi phương án, không phải luôn luôn tỉ lệ với giá trị bằng số của mỗi chỉ số. Do đó cần phải diễn giải mỗi chỉ số (đôi khi là nhóm các chỉ số) thành các “giá trị” thực tiễn theo nhận thức của các bên liên quan. Việc này có thể thực hiện bằng một Hàm Giá trị riêng phần, hàm này phải được xác định thông qua phỏng vấn các bên liên quan. Từ các hàm này, ta sẽ thu được một chỉ số không thứ nguyên cho mỗi phương án và cho mỗi bên liên quan thể hiện sự hài lòng chung của họ đối với phương án đó. 7. Đàm phán. Các chỉ số không thứ nguyên trên đây được sử dụng để so sánh các phương án và hướng dẫn đàm phán giữa các bên liên quan. Có thể tiến hành đàm phán theo nhiều cách và kết thúc với việc xác định một tập các phương án (phương án hợp lý) mà đa số các bên liên quan nhất trí. 8. Giảm thiểu và đền bù. Để cải thiện hiệu quả của dự án mang lại cho số ít các bên liên quan chưa hài lòng với dự án và mở rộng sự đồng thuận đối với các phương án hấp dẫn, các biện pháp giảm thiểu và/hoặc đền bù sẽ được phân tích và lựa chọn thực hiện. Cuối cùng sẽ xác định được một bộ các phương án hợp lý tức là các phương án mà không thể tăng mức độ hài lòng hơn được nữa. 9. Quyết định cuối cùng. Trong bộ các phương án hợp lý, người ra quyết định sẽ chọn phương án nào tạo ra sự thỏa hiệp tốt nhất. Hình 1: Chu trình quản lý tổng hợp nguồn nước có sự tham gia 3 tham gia (PIP) (Hình 1) do Khoa Điện Tử Thông Tin - Polimi xây dựng [Soncini-Sessa và cộng sự, 2007a, 2007b]. Chu trình gồm các bước chính đó là khảo sát hệ thống, mô hình hóa hệ thống, thiết kế phương án, ước tính các tác động, đánh giá và đàm phán để so sánh lựa chọn phương án thỏa hiệp tốt nhất. Nguyên tắc của PIP là bước tiếp theo được tiến hành khi và chỉ khi có sự đồng thuận đa số của các bên liên quan về kết quả của bước trước đó. Phương án thỏa hiệp tốt nhất là phương án được chấp thuận của tất cả các bên liên quan. III. Các nội dung công việc chính của dự án Các công việc chính của dự án bao gồm: 1. Tham vấn các bên liên quan. 2. Khảo sát hệ thống. 3. Khái niệm hóa (xác định các biện pháp can thiệp và xây dựng tiêu chí và chỉ số đánh giá). 4. Xây dựng mô hình. 5. Xây dựng kịch bản (khí hậu, dân số, vv) cho đánh giá dự án và chính sách. 6. Thiết kế chính sách điều tiết cho hệ thống đa hồ chứa đa mục tiêu và dự báo tác động (các thuật toán được phát triển ở đây là phần chính của Red-TwoLe/P – xem chi tiết ở phần sau). 7. Đánh giá và đàm phán về các chính sách điều tiết ở trên để xác định những chính sách có mức thỏa hiệp tốt nhất cho các kịch bản khí hậu khác nhau; giảm thiếu tác động tiêu cực có thể của các chính sách đó. 8. Thiết lập Red-TwoLe/P và Red-TwoLe/M (xem chi tiết ở phần sau) 9. Chạy thử Red-TwoLe/P và Red-TwoLe/M tại Viện Quy Hoạch Thủy Lợi. 10. Hỗ trợ đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật Việt Nam. 11. Tổ chức hội thảo cuối cùng trình bày Red-TwoLe và xúc tiến ứng dụng cho các vùng khác trong nước. Hình 2 thể hiện sơ đồ chúng tôi dự định sử dụng cho hệ thống bao gồm Vùng Thượng Lưu và Vùng Đồng Bằng được liên kết với nhau bởi dòng chảy ở Sơn Tây và mực nước tại Hà nội và Phả Lại.  VÙNG THƯỢNG LƯU: bao gồm các hồ chứa lớn hiện có trong hệ thống và đóng tại Hà nội/Sơn Tây nơi khống chế nhu cầu nước và khống chế lũ cho vùng đồng bằng, thể hiện bằng mực nước (lưu lượng) ở các mặt cắt (Hà nội/Sơn Tây);  VÙNG ĐỒNG BẰNG: bao gồm toàn bộ vùng đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bình. Cần phải phân tích vùng này để xác định nhu cầu nước cho toàn đồng bằng theo các chiến lược khác nhau về tưới, sử dụng đất và kịch bản về biến đổi khí hậu. 4 Hiện tại, dự án đã cơ bản hoàn thành nội dung 2, các nội dung 1, 3 đến 5 đang được tiến hành song song. Toàn bộ kết quả dự án của năm thứ nhất sẽ được trình bày trong hội thảo lưu vực lần thứ hai vào ngày 21 tháng 11 năm 2012. Hình 2: Sơ đồ hệ thống sông Hồng – Thái Bình 5 IV. Phương pháp và kỹ thuật sử dụng Công cụ được thiết kế đi kèm với chu trình PIP áp dụng cho hệ thống lưu vực sông Hồng- TháiBình là hệ thống hỗ trợ ra quyết định đa mục tiêu (MODSS) có tên gọi là Red-Twole. Red có nghĩa là sông Hồng, Twole ở đây có nghĩa là hai cấp, bao gồm Red-Twole/P (quy hoạch) và Red-Twole/M (quản lý) (hình 3). Mô hình Red-Twole được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình C++ với ba mô đun chính là mô đun Thượng lưu (mô hình hóa các hồ chứa lớn), mô đun Hạ lưu (mô hình hóa vùng đồng bằng) và mô đun lan truyền sóng (ước tính mực nước, lưu lượng tại một số điểm khống chế dưới hạ lưu ứng với lưu lượng xả từ các hồ). Red-TwoLe/P sẽ đưa ra chính sách quản lý nguồn nước tối ưu dài hạn (trên 30 năm) từ việc giải bài toán quy hoạch tối ưu dài hạn có hàm mục tiêu nhằm tối đa hóa sản lượng điện, tối thiểu hóa lượng nước thiếu, giảm thiểu mức rủi ro lũ lụt, đồng thời đảm bảo dòng chảy tối thiểu, đảm bảo lợi ích của các ngành dùng nước khác như giao thông thủy, môi trường, du lịch v.v. trong điều kiện biến đổi khí hậu (BĐKH), thay đổi nhu cầu nước do thay đổi cơ cấu sử dụng đất, vấn đề tăng dân số, nạn phá rừng, khai thác cát và thay đổi trong quy định về mức báo động lũ theo mực nước (do lòng sông bị xói bởi khai thác cát). Để đối phó với những thách thức này, một số chiến lược khai thác phát triển nguồn nước có thể bao gồm thay đổi trật tự ưu tiên dùng nước (thông qua quy trình vận hành hồ chứa), xây dựng các công trình thủy lợi (ví dụ đập dâng), triển khai các biện pháp giảm thiểu tác động hay áp dụng công nghệ tiết kiệm nước. Nghiệm của bài toán Red-Twole/P là tập các chính sách quản lý (quy trình vận hành liên hồ) mà mỗi chính sách được đặc trưng bởi một hàm penalty. Hàm này cho biết mối quan hệ giữa dung tích hồ (hệ thống hồ) ở mỗi thời điểm (ngày) với tổng lợi ích có thể đạt được do khai thác hồ mang lại từ thời điểm đó tới cuối thời đoạn tính toán. Hàm penanlty sẽ là ràng buộc cần phải được thỏa mãn của bài toán Red-Twole/M. Red-Twole/M là bài toán tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa (đưa ra quyết định xả hằng ngày cho các hồ chứa) theo thời gian thực. Red-Twole/M sẽ tối ưu sản lượng điện trong thời đoạn tính toán trung hạn (từ 3 đến 7 ngày, ở đây giả sử là 7 ngày) sao cho dung tích các hồ chứa ở cuối mỗi thời đoạn tính toán (ngày thứ 7) thỏa mãn ràng buộc của hàm penalty tương ứng đưa ra bởi Red-Twole/P, đồng thời thỏa mãn các ràng buộc về mục tiêu kiểm soát lũ, tưới, giao thông thủy, môi trường v.v. trên cơ sở dự báo trung hạn về khí tượng, thủy văn, thủy triều, nhu cầu điện, yêu cầu tưới và nhu cầu dùng nước của các ngành khác. Red-Twole/M sẽ được chạy hằng ngày cho thời đoạn 7 ngày, và chỉ giá trị nghiệm của ngày đầu tiên (lưu lượng xả của các hồ cho ngày đầu tiên đưa ra bởi mô hình) sẽ được sử dụng. Sang ngày tiếp theo, các biến dự báo được cập nhật, mô hình được chạy lại và chỉ giá trị nghiệm đầu tiên được sử dụng. Đây chính là phương pháp vận hành hồ chứa (hệ thống hồ) theo thời gian thực trên cơ sở tài liệu lịch sử và số liệu dự báo đảm bảo hài hòa các mục tiêu. 6 Hình 3: Cấu trúc Red-Twole IV. Kết quả dự kiến 1. Một trang web (http://baobab.elet.polimi.it/iwrmwiki/IMRR:Index/en), dựa trên công nghệ Wiki để phổ biến kết quả dự án và tăng cường sự tham gia của cộng đồng. Cổng thông tin này có thể được sử dụng để hỗ trợ sự tham gia của các bên liên quan trong tương lai. 2. Bộ quy trình điều tiết cho hệ thống hồ chứa lớn phục vụ đa mục tiêu trên sông Hồng-Thái Bình, phân bổ tối ưu nguồn nước (sinh hoạt, công nghiệp, tưới, môi trường, giao thông thủy), chống lũ và bảo vệ môi trường. Nhiều quy trình điều tiết khác nhau sẽ được thiết kế có tính đến các kịch bản khí hậu khác nhau (bao gồm các kịch bản khí hậu hiện tại và tương lai). 3. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định Red-Twole có 2 thành phần: thành phần quy hoạch Red_Twole/P tích hợp mã mô phỏng và tối ưu được phát triển trong dự án để thiết kế chính sách vận hành tối ưu. Thành phần quản lý Red_Twole/M sẽ gồm một giao diện hình họa để hỗ trợ vận hành hàng ngày bằng cách thực hiện chính sách tối ưu đó. 4. Tăng cường năng lực cho cán bộ của các Viện nghiên cứu của Việt Nam về quản lý tổng hợp nguồn nước và các phương pháp luận cụ thể áp dụng trong dự án IMRR. Như vậy Red-TwoLe DSS sẽ đưa ra các công cụ có khả năng điều tiết hiệu quả lượng nước xả hằng ngày của các hồ chứa lớn nhằm tối đa sản xuất điện, tối thiểu lượng nước thiếu trong mùa khô và giảm số lần xuất hiện tình trạng lũ khẩn cấp (số lần can thiệp bởi Ủy Ban Phòng chống lụt bão Trung ương - CCFSC); Phân tích các kịch bản khác nhau từ dự án còn cho biết: 7  Tác động của biến đổi khí hậu đến các chính sách (quy trình) điều tiết nước hiện tại và tương lai;  Các kế hoạch sử dụng đất khác nhau, các loại cây trồng và các kỹ thuật tưới có thể ảnh hưởng như thế nào đến việc điều tiết nước của hệ thống;  Các chính sách (quy trình) đưa ra bởi Red-TwoLe/P sẽ có khả năng ứng dụng và duy trì bền vững trong bao lâu;  Các chính sách của PHẦN THƯỢNG DU (các quy trình điều tiết) ảnh hưởng như thế nào đến hình thái sông;  Các chiến lược khai thác cát dọc sông có thể ảnh hưởng như thế nào đến xói và hệ lụy như thế nào đến các quy trình điều tiết hồ chứa. Trên đây là tóm tắt về mục đích, nội dung, phương pháp và kết quả dự kiến của dự án IMRR. Dự án đang trong quá trình thực hiện, do vậy rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bên liên quan qua địa chỉ quachthixuan@gmail.com hoặc tuankyushu@yahoo.com. Xin cảm ơn. Tài liệu tham khảo Soncini-Sessa, R., Castelletti, A., Weber, E., 2007a. Developments in Integrated Environmental Assessment. Volume 1A: Integrated and participatory water resources management: Theory. Elsevier, The Netherlands. 556pp. Soncini-Sessa, R., Cellina, F., Pianosi, F., Weber, E., 2007b. Developments in Integrated Environmental Assessment. Volume 1B: Integrated and participatory water resources management: Practice. Elsevier, The Netherlands. 405pp. . 1 Dự án Quản lý tổng hợp và bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Hồng-Thái Bình trong bối cảnh biến đổi khí hậu – Bài 1: Phương pháp tiếp cận mới. TS Quách Thị Xuân 1 Dự án Quản lý tổng hợp và bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Hồng – Thái Bình trong bối cảnh biến đổi khí hậu (IMRR)” được hình thành trên cơ sở hợp tác quốc tế giữa Trường. hiệu năng và tính bền vững về mặt môi trường trong quản lý nguồn nước ở lưu vực sông Hồng – Thái Bình thông qua các công cụ mô hình tiên tiến giúp hỗ trợ đối thoại, phối hợp và đàm phán đa ngành.