Câu hỏi: Điều kiện áp dụng mô hình WEAP phục vụ công tác lập quy hoạch tài nguyên nước là gì?
WEAP là tên viết tắt của cụm từ tiếng Anh Water Evaluation and Planning System, là một mô hình thủy văn số trợ giúp việc đánh giá và quy hoạch nguồn nước do Viện Môi trường Stockholm phát triển và xây dựng.
Mục đích của WEAP là tổng hợp những vấn đề liên quan đến TNN (việc phân bổ nguồn tài nguyên nước hạn chế, chất lượng môi trường và các chính sách liên quan đến việc sử dụng tài nguyên nước bền vững) thành một công cụ thực tế dùng cho việc quy hoạch tài nguyên nước. Trong WEAP, hệ thống đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước được chia thành 2 phần, bao gồm: việc tiếp cận tổng hợp hệ thống mô phỏng tài nguyên nước và chính sách định hướng. Hệ thống đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước đặt vị trí quan hệ của phía cầu – gồm các mô hình sử dụng nước, tính hiệu quả của các thiết bị, tái sử dụng, giá thành và việc phân bổ tài nguyên nước ngang bằng với phía cung – bao gồm lưu lượng dòng chảy, nước ngầm, các hồ chứa nước tự nhiên và việc cung cấp nước. Theo quan điểm của WEAP, hệ thống đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước là một thử nghiệm nhằm kiểm tra các chiến lược phát triển nguồn nước thay thế và quản lý nguồn nước. Ngoài ra, WEAP có thể sử dụng để thiết kế quy hoạch tổng hợp tài nguyên nước hay/và kiểm tra vận hành của hệ thống tài nguyên nước khi quy hoạch được thực hiện.
WEAP hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của cân bằng nước, được áp dụng cho các hệ thống đô thị và nông nghiệp, lưu vực đơn lẻ hoặc các hệ thống sông xuyên biên giới phức tạp. Hơn nữa, WEAP có thể giải quyết một loạt vấn đề, ví dụ, phân tích nhu cầu nước, bảo tồn nước, quyền và ưu tiên phân bổ nước, nước ngầm và mô phỏng dòng chảy, điều hành hồ chứa, thủy điện, theo dõi ô nhiễm, yêu cầu hệ sinh thái, đánh giá tính dễ tổn thương và phân tích lợi ích – chi phí dự án. Hai chức năng chính của mô hình WEAP là (Sieber, J et al., 2005):
– Mô phỏng các quá trình thủy văn diễn ra trong lưu vực (bao gồm bốc thoát hơi, dòng chảy và thấm hút), qua đó cho phép đánh giá tiềm năng nước của lưu vực.
– Mô phỏng các hoạt động của con người lên tài nguyên nước (bao gồm nhu cầu tiêu hao nước và không tiêu hao nước), từ đó đánh giá tác động của nhu cầu nước lên tài nguyên nước của lưu vực.
Việc ứng dụng WEAP thường bao gồm nhiều bước. Bước định nghĩa vấn đề nghiên cứu thiết lập khung thời gian, ranh giới không gian, thành phần hệ thống và cấu hình của vấn đề. Bước đánh giá hiện trạng, có thể được xem như là một bước hiệu chỉnh trong việc phát triển một ứng dụng, cung cấp cái nhìn nhanh về nhu cầu nước thực tế, lượng tải ô nhiễm, tài nguyên và nguồn cung cấp. Những giả định có thể được xây dựng thành các đánh giá hiện trạng để đại diện cho các chính sách, chi phí và các yếu tố có ảnh hưởng đến nhu cầu, ô nhiễm, cung cấp và thủy văn. Bước xây dựng phương án được xây dựng trên các báo cáo hiện tại và cho phép người sử dụng khám phá những tác động của các giả định khác nhau hoặc chính sách lên nguồn nước và sử dụng nước trong tương lai. Cuối cùng, các phương án được đánh giá đầy đủ về tính hiệu quả sử dụng nước, chi phí và lợi ích, tính tương thích với các mục tiêu môi trường và mức độ nhạy cảm với sự không chắc chắn trong các biến quan trọng. Thiết kế của WEAP tuân theo một số các phương pháp luận nghiên cứu như: khung quy hoạch tổng thể và toàn diện, việc sử dụng phân tích các phương án tình thế trong việc hiểu các tác động của những lựa chọn phát triển khác nhau, khả năng quản lý lượng cầu, khả năng đánh giá về môi trường và khả năng dễ dàng sử dụng.
Trong WEAP, các đối tượng sử dụng nước được phân thành thóm riêng (Demand sites) và từng đối tượng này lại có thể chia nhỏ hơn nữa (ví dụ dối tượng sử dụng nước sinh hoạt có thể phân thành phụ nhóm sử dụng nước sinh hoạt ở nông thôn và phụ nhóm sử dụng nước ở thành thị). Người lập mô hình có thể định nghĩa không hạn chế số lượng nhóm đối tượng sử dụng nước tùy thuộc vào số liệu hiện có.
Cách thức biểu diễn nguồn cấp nước trong WEAP cũng rất đa dạng bao gồm các nguồn nước mặt (các đoạn sông suối, các kênh dẫn và các đập, các hồ chứa nước).
Giữa nguồn cấp và đối tượng sử dụng liên kết với nhau bằng các đường kết nối cung cấp và hồi quy sau khi sử dụng. Chính sách ưu tiên cấp nước cho từng hộ sử dụng và quyền lựa chọn nguồn nước (trong trường hợp một sối tượng được cấp bởi nhiều nguồn khác nhau) được thể hiện bằng một tập hợp các “quy tắc ưu tiên”. Tuy nhiên, điều đáng tiếc là tập hợp các “quy tắc ưu tiên” này cố định và không thể thay đổi giá trị trong một lần chạy mô hình. Trên thực tế “quy tắc ưu tiên” rất linh động và thường thay đổi theo thời gian (ví dụ vào các tháng mùa khô ưu tiên cấp nước cho sản xuất nông nghiệp có thể cao hơn cho sản xuất thủy điện nhưng vào các tháng khác trong năm thì ngược lại. Dĩ nhiên, người lập mô hình có thể thiết lập sự thay đổi “quy tắc ưu tiên” một cách thủ công bằng.
Cách chạy mô hình cho các tháng mùa khô, xuất số liệu tính toán được rồi nhập vào chúng vào mô hình mới với “quy tắc ưu tiên” đã được thay đổi cho các tháng khác. Tuy nhiên, việc thực hiện thủ công như vậy rất phức tạp và rất dễ có sai sót. Ngoài ra, mô hình còn cho phép định rõ tỷ lệ cấp tới từng đối tượng (ví dụ cấp cho đối tượng A 20%, đối tượng B 80%) và tỷ lệ cấp từ từng nguồn (ví dụ đối tượng A có hai nguồn cấp: nguồn I cấp 20% và nguồn II cấp 80%).
Dựa trên các nút và các quy tắc cấp nước ưu tiên này, WEAP tiến hành tối ưu hóa việc phân bổ theo phương pháp quy hoạch tuyến tính. Tuy nhiên, mô hình chỉ tối ưu hóa lượng nước có thể cấp cho các đối tượng (thông qua đại lượng tỷ lệ đáp ứng nhu cầu sử dụng) dựa trên cân bằng tổng lượng nước của các nguồn hiện có và tổng lượng yêu cầu. Nói một cách khác, hàm mục tiêu toàn cục là “cấp nước ở mức tối đa có thể cho từng đối tượng dựa trên nhu cầu và tổng lượng nước hiện có ở từng nguồn”. Ngoài hàm mục tiêu này ra, các dạng bài toán và hàm mục tiêu khác, ví dụ “cấp nước đảm bảo lợi ích kinh tế lớn nhất đến từng đối tượng” là không thể thực hiện được với WEAP. Cũng như phần lớn các mô hình khác, lời giải tốt nhất của hàm mục tiêu toàn cục không phải lúc nào cũng tìm được và phải bằng quy trình “thử nghiệm nhiều lần – hiệu chỉnh thông số – đánh giá sai số”.
Do sử dụng giao diện GIS nên người lập mô hình rất dễ dàng thiết lập mô hình hệ thống tài nguyên nước của vùng nghiên cứu chỉ bằng các động tác “kéo, thả”. Ngoài ra, WEAP còn cung cấp một giao diện rất trực quan, bao gồm cả dạng bảng và hình vẽ, kết quả tính toán của mô hình. Điều này giúp người chạy mô hình dễ dàng quan sát, đối sánh kết quả của các tương tác của từng thành phần hệ thống ở bất cứ thời điểm tính toán nào.
WEAP là một mô hình tổng thể, dễ hiểu, dễ sử dụng và hướng đến sự hỗ trợ hơn là thay thế cho nhà quy hoạch có kĩ năng. Dưới góc độ cơ sở dữ liệu, WEAP cung cấp một hệ thống thông tin về nhu cầu và cung cấp nước. Dưới góc độ dự báo, WEAP mô phỏng nhu cầu, cung cấp nước, dòng chảy, lưu trữ, sự phát sinh ô nhiễm, cách xử lý và loại trừ. Dưới góc độ phân tích chính sách, WEAP đánh giá toàn diện các phương án phát triển và quản lý tài nguyên nước. Ngày càng có nhiều chuyên gia về nước nhận thấy WEAP là phần bổ sung hữu ích cho các mô hình, cơ sở dữ liệu, bảng tính và các phần mềm của họ (SEI, 2010). Do vậy, WEAP rất thích hợp trong quá trình lập quy hoạch tài nguyên nước.
Ngoài việc có thể xây dựng nhanh các kịch bản do đó việc ứng dụng mô hình Weap rất thích hợp trong việc xây dựng các bài toán dự báo với các trường hợp khác nhau làm cơ sở cho các nhà nghiên cứu, các nhà quy hoạch đưa ra phương án tối ưu nhằm đạt được các mục tiêu chất lượng nước đề ra nghĩa là có thể giải quyết được bài toán ngược (đề xuất các mục tiêu chất lượng nước) trên cơ sở đó xây dựng các phương án kiểm soát lượng nước thải.
