Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải là một trong những hệ thống thủy lợi lớn nhất miền Bắc Việt Nam, với diện tích tự nhiên khoảng 214.932 ha, trong đó diện tích trong đê là khoảng 192.887 ha, bao gồm toàn bộ tỉnh Hưng Yên, một phần tỉnh Hải Dương, Bắc Ninh và Hà Nội. Hệ thống này phục vụ tưới tiêu cho khoảng 192.000 ha đất nông nghiệp, góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế - xã hội của vùng đồng bằng sông Hồng. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu và sự phát triển kinh tế nhanh chóng đã gây ra nhiều thách thức đối với khả năng cấp nước của các công trình thủy lợi, đặc biệt là trong mùa kiệt.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại, một công trình đầu mối quan trọng trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, phục vụ tưới cho khoảng 1.600 ha đất canh tác tại huyện Tứ Kỳ và Gia Lộc, tỉnh Hải Dương. Nghiên cứu sử dụng kịch bản biến đổi khí hậu RCP 8.5, dự báo đến năm 2030, nhiệt độ trung bình năm có thể tăng từ 3,3 đến 4,0°C ở phía Bắc, lượng mưa tăng trên 20% ở nhiều khu vực, đồng thời nhu cầu sử dụng nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt cũng gia tăng đáng kể do phát triển kinh tế và tăng dân số.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho sản xuất và sinh hoạt trong vùng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải với trọng tâm là vùng tưới của cống Ngọc Trại, sử dụng dữ liệu khí tượng thủy văn, số liệu dân số, cơ cấu kinh tế xã hội và mô hình thủy lực để phân tích.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến nguồn nước: Phân tích các biến đổi về nhiệt độ, lượng mưa, mực nước biển dâng và các hiện tượng thời tiết cực đoan ảnh hưởng đến nguồn nước mặt và nước ngầm.
  • Mô hình cân bằng nước và mô phỏng thủy lực: Sử dụng mô hình MIKE NAM, MIKE BASIN và MIKE 11 để tính toán dòng chảy, nhu cầu nước và mô phỏng thủy lực hệ thống thủy lợi, từ đó đánh giá khả năng cấp nước của công trình.
  • Khái niệm về nhu cầu nước theo ngành kinh tế: Bao gồm nhu cầu nước cho nông nghiệp (tưới tiêu cây trồng, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản), công nghiệp, sinh hoạt và môi trường.
  • Phân tích phát triển kinh tế xã hội: Đánh giá sự tăng trưởng dân số, chuyển dịch cơ cấu kinh tế và tác động đến nhu cầu sử dụng nước trong vùng nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, tốc độ gió), số liệu dân số, cơ cấu kinh tế xã hội, hiện trạng hệ thống thủy lợi và công trình cống Ngọc Trại. Dữ liệu được lấy từ các trạm khí tượng, báo cáo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Hải Dương và các tài liệu chuyên ngành.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn cống Ngọc Trại làm đối tượng nghiên cứu điển hình trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải do tính cấp thiết và khả năng tác động rõ ràng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến công trình này.
  • Phương pháp phân tích:
    • Phân tích thống kê các biến đổi khí hậu trong giai đoạn 1958-2014 và dự báo đến năm 2030 theo kịch bản RCP 8.5.
    • Tính toán nhu cầu nước hiện tại và dự báo nhu cầu nước năm 2030 cho các ngành kinh tế trong vùng cấp nước của cống Ngọc Trại.
    • Mô phỏng thủy lực hệ thống thủy lợi và khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại hiện nay và trong các kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế.
    • Đánh giá hiệu quả các giải pháp nâng cấp công trình và quản lý vận hành.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến 2019, bao gồm thu thập số liệu, phân tích, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng rõ rệt đến nguồn nước: Nhiệt độ trung bình năm tại khu vực nghiên cứu tăng khoảng 0,62°C trong giai đoạn 1958-2014, dự báo đến năm 2030 có thể tăng từ 3,3 đến 4,0°C theo kịch bản RCP 8.5. Lượng mưa năm tăng trên 20% ở nhiều khu vực, tuy nhiên phân bố không đều giữa các mùa, mùa khô có xu hướng giảm lượng mưa, gây áp lực lên nguồn nước mùa kiệt.

  2. Nhu cầu sử dụng nước tăng mạnh: Dân số vùng cấp nước cống Ngọc Trại dự báo tăng từ khoảng 14.719 người hiện tại lên khoảng 16.200 người vào năm 2030. Nhu cầu nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản đều tăng, trong đó nhu cầu nước cho nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất, tăng khoảng 15-20% so với hiện tại.

  3. Khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại hiện nay bị hạn chế: Qua mô phỏng thủy lực, khả năng lấy nước của cống không đáp ứng đủ nhu cầu trong mùa kiệt, đặc biệt trong các năm hạn hán nghiêm trọng. Mực nước thượng lưu và hạ lưu cống có sự biến động lớn, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành.

  4. Các giải pháp nâng cao khả năng cấp nước có hiệu quả: Mô phỏng các phương án mở rộng khẩu độ cống, nâng cấp trạm bơm và cải tạo hệ thống kênh mương nội đồng cho thấy khả năng cấp nước được cải thiện đáng kể, đáp ứng nhu cầu tưới tiêu và sinh hoạt trong điều kiện biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm khả năng cấp nước là do biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn, giảm dòng chảy mùa kiệt và tăng nhu cầu sử dụng nước do phát triển kinh tế xã hội. So sánh với các nghiên cứu trong lưu vực sông Hồng - Thái Bình cho thấy xu hướng tương tự về giảm dòng chảy mùa kiệt và tăng nhu cầu nước. Kết quả mô phỏng thủy lực cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá hiệu quả các giải pháp công trình và phi công trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến đổi nhiệt độ, lượng mưa theo thời gian, bảng tổng hợp nhu cầu nước theo ngành và mô hình mực nước thượng lưu, hạ lưu cống Ngọc Trại trong các kịch bản khác nhau. Việc áp dụng mô hình MIKE 11 giúp mô phỏng chính xác dòng chảy và mực nước, hỗ trợ đánh giá khả năng cấp nước và đề xuất giải pháp phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và mở rộng công trình cống Ngọc Trại: Tăng khẩu độ cống từ 4,4x3,15 m lên kích thước lớn hơn để tăng lưu lượng lấy nước, dự kiến hoàn thành trong vòng 3-5 năm, do Ban Quản lý dự án thủy lợi phối hợp với chính quyền địa phương thực hiện.

  2. Xây dựng và nâng công suất trạm bơm bổ sung: Lắp đặt trạm bơm công suất lớn bên cạnh cống Ngọc Trại để bơm bổ sung nước trong mùa kiệt, đảm bảo cung cấp đủ nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, thực hiện trong 2-3 năm tới.

  3. Cải tạo, nâng cấp hệ thống kênh mương nội đồng: Sửa chữa, nạo vét và cải tạo kênh mương để giảm thất thoát nước, nâng cao hiệu quả dẫn nước, đồng thời áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước, triển khai trong 3 năm, do các đơn vị quản lý thủy lợi và nông dân phối hợp thực hiện.

  4. Xây dựng kế hoạch quản lý vận hành linh hoạt: Áp dụng mô hình dự báo khí tượng thủy văn và mô phỏng thủy lực để điều chỉnh vận hành cống và trạm bơm theo tình hình thực tế, giảm thiểu rủi ro thiếu nước, thực hiện ngay và duy trì liên tục.

  5. Tăng cường giám sát và nghiên cứu tiếp tục: Thiết lập hệ thống giám sát mực nước, dòng chảy và chất lượng nước, đồng thời nghiên cứu bổ sung các kịch bản biến đổi khí hậu mới để cập nhật phương án ứng phó kịp thời, do các cơ quan khoa học và quản lý thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý thủy lợi và chính quyền địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách, kế hoạch phát triển hệ thống thủy lợi, nâng cao hiệu quả quản lý nguồn nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia môi trường: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy lực, phân tích tác động biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến nguồn nước, phục vụ cho các nghiên cứu tương tự hoặc mở rộng.

  3. Người dân và nông dân vùng tưới: Hiểu rõ về tình hình nguồn nước, các giải pháp nâng cao khả năng cấp nước, từ đó phối hợp với các cơ quan chức năng trong việc sử dụng nước tiết kiệm và hiệu quả.

  4. Các nhà hoạch định chính sách phát triển kinh tế xã hội: Dựa trên dự báo nhu cầu nước và tác động biến đổi khí hậu để xây dựng các chiến lược phát triển bền vững, đảm bảo an ninh nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, thay đổi lượng mưa và phân bố mùa vụ, dẫn đến giảm dòng chảy mùa kiệt và tăng nhu cầu sử dụng nước, gây áp lực lên khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại, đặc biệt trong mùa khô.

  2. Nhu cầu nước trong vùng cấp nước của cống Ngọc Trại dự báo thay đổi ra sao đến năm 2030?
    Dân số tăng khoảng 10%, nhu cầu nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản đều tăng từ 15-20%, đòi hỏi nâng cao khả năng cấp nước và quản lý hiệu quả nguồn nước.

  3. Các giải pháp nâng cao khả năng cấp nước được đề xuất là gì?
    Bao gồm mở rộng khẩu độ cống, xây dựng trạm bơm bổ sung, cải tạo hệ thống kênh mương nội đồng, áp dụng quản lý vận hành linh hoạt và tăng cường giám sát nguồn nước.

  4. Phương pháp mô hình hóa thủy lực được sử dụng trong nghiên cứu như thế nào?
    Sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy và mực nước trong hệ thống thủy lợi, đánh giá khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại dưới các kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý nguồn nước?
    Kết quả cung cấp cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh quy hoạch, nâng cấp công trình, xây dựng kế hoạch vận hành linh hoạt và chính sách sử dụng nước tiết kiệm, giúp đảm bảo an ninh nguồn nước trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Kết luận

  • Biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội đã và đang tác động mạnh mẽ đến khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại trong hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải.
  • Nhiệt độ tăng từ 3,3 đến 4,0°C và lượng mưa tăng trên 20% theo kịch bản RCP 8.5 đến năm 2030, đồng thời nhu cầu nước tăng khoảng 15-20%.
  • Khả năng lấy nước hiện tại của cống Ngọc Trại không đáp ứng đủ nhu cầu trong mùa kiệt, đòi hỏi các giải pháp nâng cấp công trình và quản lý vận hành.
  • Các giải pháp mở rộng cống, xây trạm bơm bổ sung, cải tạo kênh mương và quản lý linh hoạt được mô phỏng và đánh giá có hiệu quả cao.
  • Đề nghị triển khai các giải pháp trong vòng 3-5 năm tới, đồng thời tăng cường giám sát và nghiên cứu tiếp tục để thích ứng với biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế bền vững.

Call to action: Các cơ quan quản lý, nhà khoa học và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp đề xuất, đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững vùng thủy lợi Bắc Hưng Hải.