Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm ISBN: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC BỀN VỮNG CHO CAO NGUYÊN ĐÁ ĐỒNG VĂN, TỈNH HÀ G

Bản ghi

1 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC BỀN VỮNG CHO CAO NGUYÊN ĐÁ ĐỒNG VĂN, TỈNH HÀ GIANG Phạm Thị Minh Thư 1, Phạm Tất Thắng 2 1 Bộ môn Kỹ thuật và Quản lý tưới, Đại học Thủy lợi. minhthu_pham@wru.edu.vn 2 Phòng Khoa học và Công nghệ, Đại học Thủy lợi. phamtatthang@wru.vn 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vấn đề cấp nước được xem là một trong những tiêu chí quan trọng nhất trong chiến lược phát triển bền vững ở vùng núi đá vôi của Việt Nam trong đó cao nguyên đá Đồng Văn là một khu vực điển hình 6. Tại những khu vực này, ngoài các thị trấn huyện lỵ có mạng lưới phân phối nước tập trung còn lại chủ yếu là cấp nước mang tính tự phát. Nhà nước đã đầu tư cho các nghiên cứu để phát triển các giải pháp cấp nước khác nhau áp dụng cho khu vực nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước của người dân, đặc biệt là trong mùa khô hạn, trong đó phải kể đến các giải pháp như: giải pháp hồ treo, giải pháp bơm nước truyền thống từ các sông suối, giải pháp thu gom nước từ các mó nước trữ vào bể để phân phối cho các hộ gia đình, giải pháp thu trữ nước mưa quy mô hộ gia đình, giải pháp tổng hợp nước từ không khí có độ ẩm cao 5, Những giải pháp này cùng với các cách thức khai thác nước truyền thống của bà con địa phương đã góp phần giải quyết được một phần những khó khăn về nước trong mùa khô hạn. Tuy nhiên qua một thời gian hoạt động những giải pháp cấp nước trên đều bộc lộ các nhược điểm, nhiều hệ thống hồ treo không còn sử dụng được do bị ô nhiễm hoặc không thể tích nước 4. Gần đây nhất, các nhà khoa học của Đức đã phối hợp với một số đối tác của Việt Nam trong đó có Trường Đại học Thủy lợi đề xuất nghiên cứu áp dụng công nghệ bơm PaT (máy bơm nước có cải tiến thêm bộ phận phát điện) để khai thác nước từ các hang ngầm kart cung cấp cho người dân tại vùng Cao nguyên đá Đồng Văn thuộc tỉnh Hà Giang. Đây là công nghệ đã được nghiên cứu sử dụng thành công tại Indonesia và một số nước khác, bắt đầu được triển khai áp dụng rộng rãi tại những nước này. Tuy nhiên, khi áp dụng vào Việt Nam cũng cần được nghiên cứu để phù hợp với điều kiện thực tế cụ thể. Nếu áp dụng thành công công nghệ PaT cho vùng Cao nguyên đá Đồng Văn thì có thể mở ra thêm một hướng mới trong việc bơm nước không cần cấp điện cho các vùng thuộc địa hình núi đá vôi trong đó có Cao nguyên đá Đồng Văn. Vấn đề ở đây là với cách khai thác sử dụng tài nguyên nước và đất đai như hiện tại thì trong tương lai nguồn nước của những khu vực thuộc địa hình đá vôi sẽ như thế nào nếu chúng ta không tìm ra được một giải pháp tổng thể phù hợp trong khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn tài nguyên vốn đã khan hiếm này. Một trong những nội dung nghiên cứu của đề tài Nghị định thư «Nghiên cứu triển khai công nghệ khai thác, sử dụng bền vững tài nguyên nước ở các vùng núi đá vôi Việt Nam» (Kawatech) là hỗ trợ nghiên cứu ứng dụng công nghệ PaT cấp nước cho vùng karst và các giải pháp cấp nước bền vững cho Cao nguyên đá Đồng Văn, Hà Giang. Đề tài do Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì phối hợp với Học viện Công nghệ Karlsruhe Cộng hòa Liên bang Đức và Trường Đại học Thủy lợi. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, triển khai cấp nước thực tiễn trước đây và các định hướng nghiên cứu phát triển mới trong tương lai, nghiên cứu đề xuất giải pháp tổng thể cấp nước bền vững cho vùng Cao nguyên đá Đồng Văn, tỉnh Hà Giang được thực hiện. Kết quả nghiên cứu này không những chỉ phục vụ cho vùng Cao nguyên Đồng Văn mà còn làm cơ sở để áp dụng cho các khu vực đá vôi khác có điều kiện tương tự. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trong khuôn khổ Dự án hợp tác giữa Việt Nam và Cộng hòa Liên bang Đức với sự tài trợ của Bộ Đào tạo và Nghiên cứu khoa học 289

2 Kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy lợi Đức (BMBF), Dự án Nghị định thư KAWATECH với sự tài trợ của Bộ Khoa học và Công Nghệ Việt Nam, 5 nội dung chính sẽ được triển khai nghiên cứu trong ba năm từ như sau: - Hợp phần 1: Ðiều tra, khảo sát nguồn nước đáp ứng yếu cầu sử dụng công nghệ PaT, khoanh định các cấu trúc địa chất thuận lợi; Khảo sát, quan trắc các nguồn nước mặt và nước dưới đất trong các hệ thống hang động để làm cơ sở cho các hợp phần tiếp theo; - Hợp phần 2: Đánh giá khả năng sử dụng nguồn thủy năng tái tạo từ sức nước; nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ bơm nước dựa trên nguyên lý PaT (Pump As Tourbine); - Hợp phần 3: Bơm nước, tích nước vào các bể chứa để phân phối cho các hộ dân; - Hợp phần 4: Giới thiệu các giải pháp phicông trình như hoàn thiện cơ cấu tổ chức về quản lý tài nguyên nước, xây dựng bản đồ dễ bị tổn thương, quy hoạch khai thác sử dụng tài nguyên nước theo hướng bền vững, tái tạo thảm phủ thực vật, gây dựng các tiểu lưu vực, tận thu nước mưa; giáo dục cộng đồng trong bảo vệ, giảm nhẹ ô nhiễm, sử dụng hợp lý tài nguyên; Hợp phần 5: Đánh giá tác động kinh tế - xã hội đạt được thông qua dự án. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Kiểm chứng trong phòng thí nghiệm; - Phân tích kết quả thí nghiệm và kết quả áp dụng thử nghiệm tại hiện trường; - Thống kê các kết quả điều tra thực địa và phỏng vấn người dân. 4. CÔNG NGHỆ BƠM PAT (PUMP AS TURBINE) Hình 1: Sơ đồ hoạt động của PaT Các nhà khoa học Đức Viện Công nghệ Karlsruhe cùng với các nhà khoa học trường Đại học Thủy lợi đã đề xuất một số ý tưởng mới nhằm khai thác, sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước vốn rất khó tìm ở các vùng đá vôi. Những ý tưởng này, nếu được áp dụng thành công ở một số khu vực trên Cao nguyên đá Đồng Văn, tỉnh Hà Giang, hoàn toàn có thể nhân rộng ra nhiều khu vực khác không chỉ riêng trong tỉnh Hà Giang mà còn nhiều khu vực đá vôi khác ở miền Bắc Việt Nam. Các vùng núi đá vôi thường là những vùng khó khăn về kinh tế, hệ thống điện lưới mỏng hoặc chưa có, khan hiếm nước trên mặt nhưng phong phú nguồn nước ngầm, mặc dù nguồn nước ngầm này phân bố không đồng đều và có sự khác biệt lớn về độ chênh cao hoặc rất khó khăn để có thể tiếp cận với nguồn nước. Các địa điểm nguồn nước thường ở xa nguồn điện và lượng điện cần tiêu thụ để bơm nước lên cao là rất lớn gây ra giá thành cao cho một mét khối nước được bơm lên. Công nghệ mới PaT có thể giúp khắc phục những hạn chế trên do khả năng bơm được nước lên cao và việc không cần phải sử dụng các nguồn năng lượng phục vụ bơm nước từ bên ngoài. Cùng với việc vận hành đơn giản, bảo trì ít tốn kém, PaT có thể trở thành giải pháp cấp nước bền vững cho vùng Cao nguyên đá Đồng Văn. Công nghệ bơm PaT được thiết kế và ứng dụng vào nhiều điều kiện khác nhau, phụ thuộc chính vào đặc điểm của từng khu vực. Tuy nhiên có thể vắn tắt sơ đồ hoạt động của hệ thống bơm theo Hình 1. Sử dụng độ chênh áp lực của cột nước (H) (có thể ở trong hoặc ngoài hang động) nước được tích trữ và sử dụng để làm quay hệ thống tuốc bin, hệ thống tuốc bin khi quay sẽ tạo ra một động năng nhất định (Qelectr) (nguồn năng lượng này có thể chuyển hóa thành điện năng ở các nhà máy thủy điện). Tuy nhiên, trên thực tế trong hệ thống bơm PaT động năng đó được chuyển tiếp trực tiếp sang hệ thống tuốc bin nối trực tiếp với hệ thống máy bơm cao áp. Hệ thống máy bơm này sẽ bơm một phần nước áp lực lên cao (Q2) theo nguyên lý cân bằng năng lượng 1. Như vậy ta có thể thấy: Q1 = Qelectr + QPaT Q2 = QPaT *H*n)/hf Hệ thống trên hoàn toàn đóng kín, để có thể nhận thấy trong hệ thống không dùng đến các nguồn năng lượng từ bên ngoài. 290

3 Tuy nhiên, Công nghệ này cũng có rủi ro cần phải được nghiên cứu kỹ đó là đặc điểm biến chuyển nhanh của nước khu vực karst, động năng dòng chảy cũng như rủi ro va chạm mạnh của các khối tảng cũng như sập hang..., cần phải được nghiên cứu kỹ, có giải pháp chính xác nhằm khắc phục. Một vấn đề quan trọng trong cung cấp nước nữa chính là khẳ năng giảm thiểu thất thoát nguồn nước, do quá trình bơm áp lực và cung cấp nước tới các khu vực do các đường ống áp lực và địa hình khó khăn, phức tạp, những bài toán tối ưu hóa cần phải được triển khai áp dụng để nâng cao hiệu quả bơm và cung cấp nước. Bên cạnh đó, các giải pháp bảo vệ lưu vực cũng cần được cân nhắc xem xét để áp dụng hợp lý nhằm bảo vệ lưu vực thu trữ nước trong suốt cả quá trình khai thác sử dụng để đảm bảo nguồn nước được duy trì thường xuyên kể cả về mặt số lượng cũng như chất lượng. Hình 2: Mô hình áp dụng tại Yogyakarta, Indonesia. Công nghệ này đã được triển khai và ứng dụng thành công tại vùng núi đá vôi thuộc tỉnh Yogyakarta, Indonesia. Trong trường hợp của Indonesia một đập chắn đã được xây dựng dưới hang ngầm nhằm dâng cột nước lên 25 m và trữ nước để bơm nước lên cao 250 m phục vụ cấp nước sinh hoạt cho người dân với định mức bình quân 70l/người-ngày đêm mà không cần cấp điện bổ sung với hệ thống vận hành đơn giản theo kiểu on/off để phù hợp với trình độ quản lý vận hành tại địa phương (Hình 2). Hệ thống đã hoàn chỉnh và vận hành có hiệu quả từ năm Không những thế, công nghệ này còn cho phép phát điện để thắp sáng và vận hành chính hệ thống máy bơm và cấp nước đó. Có thể áp dụng cho các công trình như thuỷ điện Séo Hồ hay các khu vực thuỷ điện trên sông Nho Quế trong tương lai như ví dụ ở Hình 3. Với độ chênh cột nước 100 m, lưu lượng 10 l/s ước tính nếu áp dụng công nghệ PaT có thể bơm cao 500 m và phục vụ cho 1000 dân vùng cao với định mức khoảng 50 l/người/ngày-đêm 2, đáp ứng nhu cầu dùng nước tối thiểu cho người dân, đặc biệt vào mùa khô hạn, khi nguồn nước mặt và nước mưa không dồi dào. Hình 3: Khả năng cải tạo nâng cấp thủy điện nhỏ 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Công nghệ PaT là tiềm năng có thể áp dụng cho vùng có địa hình karst khó khăn, hiểm trở để bơm nước mà không cần cấp điện, góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm nước mặt trong mùa khô tại những vùng này. Tuy công nghệ PaT đã áp dụng thành công tại vùng karst ở Yoyakarta, Indonesia trong điều kiện khu vực có cột nước bơm thấp, lưu lượng lớn nhưng cần tiếp tục nghiên cứu để có thể áp dụng cho vùng Cao nguyên đá Đồng Văn với điều kiện cột nước bơm cao, lưu lượng nhỏ. Để đáp ứng nhu cầu nước sử dụng cho khu vực karst, đặc biệt là trong thời gian mùa khô hạn, bên cạnh việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp kỹ thuật khai thác nước dưới hang động ngầm karst như PaT, còn cần tìm ra và áp dụng các giải pháp bảo vệ nguồn nước và bảo vệ lưu vực để đảm bảo duy trì nguồn nước cả về mặt chất lượng cũng như số lượng trong hiện tại cũng như cho tương lai. Nghiên cứu giải pháp cấp nước bền vững cho vùng có địa hình karst không đơn giản chỉ là làm sao lấy được nước từ các hang động, dòng chảy ngầm mà còn là các giải pháp phù trợ khác nhằm bảo vệ, duy trì nguồn nước vốn đã khan hiếm trong mùa khô hạn lại càng có thể trở nên khan hiếm hơn hoặc thậm chí biến mất nếu việc khai thác, sử dụng, bảo vệ không hợp lý. Nhiệm vụ này không thể thực hiện nếu không có sự đồng thuận ủng hộ của các nhà quản lý, các nhà tài trợ, các nhà khoa 291

4 Kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy lợi học và người dân. Nội dung công việc của Hợp phần 4 và Hợp phần 5 nhằm hướng tới các giải pháp bảo vệ và sử dụng tài nguyên nước vùng đá vôi một cách bền vững. Tuy nhiên do kinh phí phía Việt Nam có hạn nên trong giai đoạn hiện tại, Đề tài mới chỉ tập trung vào các nhiệm vụ mang tính kỹ thuật vì vậy đòi hỏi trong thời gian tới cần tìm thêm các nguồn kinh phí bổ trợ khác để thực hiện hoàn chỉnh các nội dung Hợp phần 4 và Hợp phần 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Minh, V. C., 2010: Giải pháp công nghệ cho cấp nước vùng Karst tại Hà Giang. Kỷ yếu Hội thảo Khoa học và Diễn đàn Đối thoại Vì Hà Giang phát triển, Hà Nội tháng Nguyệt, N.T., 2013: Cấp nước sinh hoạt vùng cao núi đá Hà Giang: Thực trạng và một số điều cần quan tâm giải quyết. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi số 15, tháng Tân, P. A., và nnk, 2012: Thiết kế hệ thống cấp nước sử dụng năng lượng gió để tạo ra nước từ không khí có độ ẩm cao phục vụ trạm biên phòng tại khu vực karst Hà Giang, Báo cáo kỹ thuật, Bộ Khoa học và Công nghệ. 292

5 293