Luận Văn Thạc Sĩ Về Cân Bằng Nước Cho Lưu Vực Sông Cả Trong Bối Cảnh Biến Đổi Khí Hậu

Luận văn thạc sĩ toán học nghiên cứu tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông cả trong điều kiện biến đổi khí hậu, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Đàm Đăng Ninh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Kiên Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy Văn Học
• Đề tài: Cân Bằng Nước Lưu Vực Sông Cả Dưới Ảnh Hưởng Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước
• 1.1.1. Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước trên thế giới
• 1.1.2. Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam
• 1.1.3. Các nghiên cứu cân bằng nước ở lưu vực sông Cả
• 1.2. Tổng quan các mô hình tính toán cân bằng nước
• 1.2.1. Hệ thống mô hình GIBSI
• 1.2.2. Chương trình sử dụng nước (Water Utilization Project)
• 1.2.3. Mô hình BASINS
• 1.2.4. Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP
• 1.2.5. Bộ mô hình MIKE(DHI)
• 1.3. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lưu vực sông Cả
• 1.3.1. Vị trí địa lý
• 1.3.2. Đặc điểm địa hình
• 1.3.3. Đặc điểm thổ nhưỡng
• 1.3.4. Thảm phủ thực vật
• 1.3.5. Đặc điểm khí tượng thủy văn
• 1.3.6. Đặc điểm nước dưới đất
• 1.4. Tổng quan về kinh tế - xã hội lưu vực sông Cả
• 1.4.1. Tình hình phát triển kinh tế - xã hội
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH MIKE BASIN
• 2.1. Cơ sở lý thuyết về cân bằng nước hệ thống
• 2.1.1. Cân bằng nước hệ thống
• 2.1.2. Cơ sở lý thuyết về hệ thống nguồn nước
• 2.1.3. Phương pháp tính cân bằng nước hệ thống
• 2.2. Tổng quan về mô hình MIKE BASIN
• 2.2.1. Giới thiệu chung
• 2.2.2. Giới thiệu về MIKE BASIN
• 2.2.3. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN
• 2.2.4. Mô hình thủy văn mưa - dòng chảy MIKE NAM
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN ĐỂ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC CHO LƯU VỰC SÔNG CẢ
• 3.1. Thiết lập mô hình Mike Basin
• 3.1.1. Xác định các tiểu lưu vực
• 3.1.2. Xác định dòng chảy đến lưu vực
• 3.1.3. Nhu cầu sử dụng nước hiện trạng
• 3.2. Tính toán cân bằng nước hiện trạng cho lưu vực sông Cả
• 3.3. Tính toán cân bằng nước theo kịch bản biến đổi khí hậu
• 3.3.1. Mô phỏng kịch bản biến đổi khí hậu
• 3.3.2. Nhu cầu nước cho kịch bản biến đổi khí hậu
• 3.3.3. Lượng nước đến theo kịch bản BĐKH
• 3.3.4. Cân bằng nước theo kịch bản RCP
• 3.4. Giải pháp
• 3.4.1. Giải pháp công trình
• 3.4.2. Giải pháp phi công trình
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu về cân bằng nước trong lưu vực sông Cả là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra mạnh mẽ. Lưu vực sông Cả, với diện tích lớn và vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội, đang phải đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến tài nguyên nước. Việc tính toán cân bằng nước giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình tài nguyên nước, từ đó đưa ra các quyết định hợp lý trong quản lý nước và phát triển bền vững. Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới, tác động của biến đổi khí hậu đến cân bằng nước chưa được quan tâm đúng mức, dẫn đến việc cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này.

1.1 Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước trên thế giới

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng biến đổi khí hậu có thể gây ra những tác động đáng kể đến tài nguyên nước thông qua sự thay đổi trong chu trình thủy văn. Các nghiên cứu từ các quốc gia như Mỹ, Anh, và Úc đã phát triển nhiều mô hình để tính toán cân bằng nước. Ví dụ, mô hình của Vincent Marc và Mark Robinson đã nghiên cứu cân bằng nước dài hạn tại Plynlimon, xứ Wales. Những nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tài nguyên nước mà còn cung cấp cơ sở cho việc hoạch định chính sách quản lý nước hiệu quả.

1.2 Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu về cân bằng nước đã phát triển từ những năm 1950. Các nghiên cứu này đã tập trung vào việc đánh giá tài nguyên nước và phát triển bền vững. Giai đoạn đầu, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào cân bằng nước tự nhiên, trong khi giai đoạn sau đã chuyển sang cân bằng nước kinh tế. Các mô hình toán học đã được áp dụng để dự đoán sự thay đổi của nguồn nước, từ đó giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước.

II. Cơ sở lý thuyết về cân bằng nước hệ thống và mô hình MIKE BASIN

Cơ sở lý thuyết về cân bằng nước hệ thống là nền tảng cho việc áp dụng mô hình MIKE BASIN trong nghiên cứu lưu vực sông Cả. Mô hình này cho phép tính toán cân bằng nước dựa trên các yếu tố như lượng mưa, dòng chảy, và nhu cầu sử dụng nước. Việc áp dụng mô hình MIKE BASIN giúp đánh giá chính xác hơn về tình hình tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Mô hình này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc quản lý tài nguyên nước.

2.1 Cơ sở lý thuyết về cân bằng nước hệ thống

Cân bằng nước hệ thống được định nghĩa là sự cân bằng giữa lượng nước vào và lượng nước ra trong một lưu vực. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng nước bao gồm lượng mưa, bốc hơi, và dòng chảy. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để xây dựng các mô hình dự đoán chính xác về tình hình tài nguyên nước trong tương lai. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi các yếu tố này, dẫn đến sự thay đổi trong cân bằng nước.

2.2 Tổng quan về mô hình MIKE BASIN

Mô hình MIKE BASIN là một công cụ mạnh mẽ trong việc tính toán cân bằng nước cho các lưu vực. Mô hình này cho phép người dùng mô phỏng các kịch bản khác nhau về biến đổi khí hậu và nhu cầu sử dụng nước. Việc sử dụng mô hình MIKE BASIN giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình tài nguyên nước, từ đó đưa ra các quyết định hợp lý trong việc quản lý và phát triển bền vững. Mô hình này đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia và đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc dự đoán và quản lý tài nguyên nước.

III. Kết quả ứng dụng mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cả

Kết quả ứng dụng mô hình MIKE BASIN cho thấy tình hình cân bằng nước trong lưu vực sông Cả đang gặp nhiều thách thức do biến đổi khí hậu. Mô hình đã chỉ ra rằng lượng nước đến lưu vực có xu hướng giảm trong các kịch bản biến đổi khí hậu. Điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội, đặc biệt là trong mùa khô. Việc tính toán cân bằng nước giúp các nhà quản lý nhận diện được các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các giải pháp kịp thời.

3.1 Thiết lập mô hình Mike Basin

Quá trình thiết lập mô hình MIKE BASIN bao gồm việc xác định các tiểu lưu vực, dòng chảy đến và nhu cầu sử dụng nước hiện trạng. Mô hình đã được điều chỉnh để phản ánh chính xác tình hình thực tế của lưu vực sông Cả. Việc thiết lập mô hình là bước quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các kết quả tính toán về cân bằng nước.

3.2 Tính toán cân bằng nước hiện trạng cho lưu vực sông Cả

Kết quả tính toán cho thấy rằng cân bằng nước hiện trạng của lưu vực sông Cả đang ở mức báo động. Lượng nước thiếu hụt trong mùa khô có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hoạt động sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Việc theo dõi và đánh giá thường xuyên tình hình cân bằng nước là cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Cả là một trong những lưu vực lớn và quan trọng nhất của Việt Nam, với tổng diện tích khoảng 27.200 km², trong đó phần thuộc lãnh thổ Việt Nam chiếm 65,2% (khoảng 17.730 km²). Đây là khu vực có vai trò thiết yếu đối với phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng và an ninh của các tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Tuy nhiên, lưu vực này đang phải đối mặt với nhiều thách thức về tài nguyên nước do biến đổi khí hậu, phân bố dòng chảy không đều trong năm và áp lực gia tăng từ các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Mùa lũ tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa, trong khi mùa kiệt kéo dài khiến nguồn nước trở nên khan hiếm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh hoạt và sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cả trong điều kiện biến đổi khí hậu, nhằm đánh giá hiệu quả phân bổ nguồn nước, đáp ứng nhu cầu sử dụng và hỗ trợ quản lý tài nguyên nước bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phần lưu vực sông Cả thuộc lãnh thổ Việt Nam, chủ yếu trên địa bàn hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh, với dữ liệu thu thập và phân tích trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2015, đồng thời dự báo đến năm 2035 theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý và hoạch định chính sách về tài nguyên nước, giúp xây dựng các quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững lưu vực sông Cả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên cơ sở lý thuyết về cân bằng nước hệ thống, trong đó cân bằng nước được hiểu là mối quan hệ định lượng giữa lượng nước đến và đi của hệ thống nguồn nước, bao gồm các thành phần như nước mưa, dòng chảy mặt, nước ngầm, bốc hơi và nhu cầu sử dụng nước. Cân bằng nước hệ thống giúp đánh giá tổng thể tài nguyên nước, nhu cầu sử dụng và khả năng điều tiết của lưu vực.

Hệ thống nguồn nước được xem là một tổ hợp tích hợp gồm ba thành phần chính: hệ thống tài nguyên nước (bao gồm nước mặt, nước ngầm, khí quyển), hệ thống khai thác và quản lý (công trình thủy lợi, chính sách, quy định) và hệ thống sử dụng nước (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, thủy sản). Mối quan hệ tương tác giữa các thành phần này được phân tích để xây dựng các phương án quản lý và sử dụng nước hiệu quả.

Mô hình MIKE BASIN, phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), được lựa chọn làm công cụ chính trong nghiên cứu. Đây là mô hình mạng lưới thủy văn thủy lực tích hợp với hệ thống GIS, cho phép mô phỏng phân phối nước theo không gian và thời gian, tính toán cân bằng nước lưu vực, vận hành hồ chứa, công trình thủy lợi và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước. MIKE BASIN sử dụng phương trình cân bằng nước tổng quát:

$$ (X + Z_1 + Y_1 + W_1) - (Z_2 + Y_2 + W_2) = U_2 - U_1 $$

trong đó các ký hiệu biểu thị lượng nước mưa, nước ngưng tụ, dòng chảy mặt và ngầm vào và ra khỏi lưu vực, cùng sự thay đổi trữ lượng nước trong lưu vực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, dòng chảy), số liệu sử dụng nước của các ngành kinh tế - xã hội, dữ liệu địa hình, thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật của lưu vực sông Cả. Dữ liệu được thu thập từ các trạm quan trắc trên lưu vực trong giai đoạn 2010-2015, cùng các báo cáo dự báo biến đổi khí hậu đến năm 2035.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp thống kê, mô hình toán và chuyên gia. Phương pháp thống kê được sử dụng để tổng hợp và phân tích số liệu nhu cầu sử dụng nước của các ngành. Phương pháp mô hình toán ứng dụng bộ mô hình MIKE BASIN kết hợp với các mô hình phụ trợ như MIKE NAM (mô hình dòng chảy mưa-dòng chảy) và CROPWAT (tính nhu cầu nước cây trồng) để tính toán lượng nước đến, nhu cầu sử dụng và cân bằng nước lưu vực. Phương pháp chuyên gia được áp dụng để lấy ý kiến đánh giá, hiệu chỉnh mô hình và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ các tiểu lưu vực chính trong phần lưu vực sông Cả thuộc Việt Nam, với hơn 660 hồ chứa vừa và nhỏ, 341 đập dâng và 556 trạm bơm được khảo sát. Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân vùng thủy văn và đặc điểm sử dụng nước của từng khu vực. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2010 đến 2018, với các bước chính: thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cân bằng nước hiện trạng lưu vực sông Cả năm 2015: Tổng lượng dòng chảy năm đạt khoảng 23,5 tỷ m³, trong đó 87% hình thành trên lãnh thổ Việt Nam. Nhu cầu sử dụng nước tổng hợp của các ngành trên lưu vực là khoảng 1,2 tỷ m³/năm, trong đó nông nghiệp chiếm 70%, công nghiệp 15%, sinh hoạt 10% và thủy sản 5%. Lượng nước thiếu hụt trung bình hàng năm tại các tiểu vùng dao động từ 5% đến 15%, tập trung chủ yếu vào mùa khô.

2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến cân bằng nước: Theo kịch bản RCP 4.5, nhiệt độ trung bình năm dự báo tăng khoảng 1,2°C đến 1,5°C trong giai đoạn 2016-2035, lượng mưa mùa hè có xu hướng giảm 5-10%, trong khi lượng mưa mùa đông tăng nhẹ 3-5%. Điều này dẫn đến giảm khoảng 8% tổng lượng dòng chảy năm và tăng nhu cầu nước tưới cây trồng lên 10-15% do bốc hơi tăng.

3. Thiếu hụt nước theo kịch bản biến đổi khí hậu: Lượng nước thiếu hụt dự báo tăng lên khoảng 20% vào mùa khô, đặc biệt tại các tiểu vùng trung du và đồng bằng, gây áp lực lớn cho các ngành sử dụng nước. Mô hình MIKE BASIN cho thấy các tiểu lưu vực như sông Hiếu và sông La có nguy cơ thiếu nước nghiêm trọng nhất.

4. Hiệu quả mô hình MIKE BASIN: Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với dữ liệu thực đo tại các trạm thủy văn như trạm Dừa, Quỳ Châu, Sơn Diệm cho kết quả sai số trung bình dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy trong dự báo và phân tích cân bằng nước.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến đổi khí hậu đang làm thay đổi đáng kể chu trình thủy văn lưu vực sông Cả, làm giảm nguồn nước mặt và tăng nhu cầu sử dụng nước, đặc biệt trong nông nghiệp. Sự phân bố không đều của dòng chảy trong năm làm gia tăng nguy cơ thiếu nước vào mùa khô, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của hàng triệu người dân.

So sánh với các nghiên cứu tương tự ở các lưu vực lớn khác trong khu vực Đông Nam Á, kết quả phù hợp với xu hướng chung về giảm lượng nước mặt và tăng áp lực sử dụng nước do biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế. Việc ứng dụng mô hình MIKE BASIN với tích hợp GIS giúp trực quan hóa dữ liệu và hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ dòng chảy theo tháng, bản đồ phân bố lượng nước thiếu hụt theo tiểu vùng và bảng tổng hợp nhu cầu sử dụng nước theo ngành, giúp các nhà quản lý dễ dàng nhận diện các điểm nóng và ưu tiên giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường xây dựng và nâng cấp công trình thủy lợi, hồ chứa nhằm điều tiết nước hiệu quả, giảm thiểu thiếu hụt nước vào mùa khô, đặc biệt tại các tiểu lưu vực có nguy cơ cao. Thời gian thực hiện trong 5 năm tới, do các cơ quan quản lý tài nguyên nước và địa phương chủ trì.

2. Phát triển hệ thống quản lý nước thông minh dựa trên mô hình MIKE BASIN và GIS để theo dõi, dự báo và phân bổ nguồn nước kịp thời, đảm bảo cân bằng cung cầu. Triển khai trong vòng 3 năm, phối hợp giữa Bộ Tài nguyên và Môi trường, các viện nghiên cứu và địa phương.

3. Khuyến khích áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước trong nông nghiệp, giảm lượng nước tưới không hiệu quả, nâng cao hiệu suất sử dụng nước. Thời gian thực hiện 3-5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với các tổ chức nông nghiệp.

4. Tăng cường công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng về sử dụng nước tiết kiệm và bảo vệ nguồn nước, đặc biệt tại các vùng dân cư nông thôn và miền núi. Thực hiện liên tục, do các tổ chức chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội đảm nhiệm.

5. Xây dựng các kịch bản ứng phó với biến đổi khí hậu trong quản lý tài nguyên nước, bao gồm các biện pháp phi công trình như bảo vệ rừng đầu nguồn, phục hồi thảm phủ thực vật để điều hòa dòng chảy. Thời gian thực hiện dài hạn, phối hợp giữa các ngành liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội: Luận văn cung cấp dữ liệu và mô hình phân tích cân bằng nước giúp hoạch định chính sách, quy hoạch sử dụng nước hiệu quả và bền vững.

2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, môi trường: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô hình hóa và kết quả thực nghiệm ứng dụng mô hình MIKE BASIN trong điều kiện biến đổi khí hậu.

3. Các cơ quan quản lý nông nghiệp và thủy lợi: Tham khảo để xây dựng kế hoạch tưới tiêu, quản lý nguồn nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, giảm thiểu rủi ro thiếu nước.

4. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư trong lưu vực sông Cả: Nắm bắt thông tin về tình hình tài nguyên nước, tác động biến đổi khí hậu và các giải pháp bảo vệ nguồn nước, nâng cao nhận thức sử dụng nước tiết kiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình MIKE BASIN có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
   MIKE BASIN tích hợp GIS, cho phép mô phỏng phân bố nước theo không gian và thời gian với độ chính xác cao, dễ sử dụng và hiệu quả trong quản lý lưu vực đa mục tiêu. Ví dụ, mô hình đã được ứng dụng thành công tại nhiều lưu vực lớn trên thế giới.

2. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến cân bằng nước lưu vực sông Cả?
   Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, thay đổi lượng mưa theo mùa, dẫn đến giảm dòng chảy mùa khô và tăng nhu cầu nước tưới, gây thiếu hụt nước nghiêm trọng vào mùa khô.

3. Làm thế nào để giảm thiểu thiếu hụt nước trong lưu vực?
   Có thể tăng cường xây dựng hồ chứa, áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm, quản lý nước thông minh và bảo vệ rừng đầu nguồn để điều hòa dòng chảy, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng về sử dụng nước tiết kiệm.

4. Phương pháp tính nhu cầu nước cho cây trồng được áp dụng như thế nào?
   Nhu cầu nước được tính dựa trên mô hình CROPWAT sử dụng công thức Penman-Monteith để xác định bốc hơi tiềm năng và hệ số cây trồng Kc, từ đó tính lượng nước cần thiết cho từng loại cây trồng theo điều kiện khí hậu cụ thể.

5. Làm sao để áp dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý thực tiễn?
   Kết quả mô hình cung cấp bản đồ, số liệu chi tiết về cân bằng nước và thiếu hụt theo tiểu vùng, giúp các nhà quản lý xây dựng kế hoạch phân bổ nước, vận hành công trình thủy lợi và đề xuất chính sách phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu.

Kết luận

• Luận văn đã ứng dụng thành công mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cả, cung cấp cái nhìn tổng thể về tài nguyên nước và nhu cầu sử dụng trong điều kiện biến đổi khí hậu.
• Kết quả cho thấy biến đổi khí hậu làm giảm nguồn nước mặt và tăng nhu cầu sử dụng, đặc biệt trong nông nghiệp, gây ra thiếu hụt nước nghiêm trọng vào mùa khô.
• Mô hình MIKE BASIN được hiệu chỉnh với sai số dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy trong dự báo và hỗ trợ quản lý tài nguyên nước hiệu quả.
• Đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm cải thiện cân bằng nước, giảm thiểu thiếu hụt và nâng cao hiệu quả sử dụng nước trong lưu vực.
• Các bước tiếp theo cần triển khai áp dụng mô hình trong quản lý thực tiễn, cập nhật dữ liệu liên tục và mở rộng nghiên cứu đến các kịch bản biến đổi khí hậu khác để đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Cả.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững lưu vực sông Cả!

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và kết luận - kiến nghị, luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng baogồm: Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết về cân bằng nƣớc hệ thống và mô hình MIKE BASIN Chƣơng 3: Kết quả ứng dụng mô hình MIKE BASIN để tính cân bằng nƣớc cho lƣu vực sông Cả. 2 Luan van CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu cân bằng nƣớc 1.1 Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước trên thế giới Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 2009 thì tác động của Biến đổi khí hậu đến sự cân bằng nƣớc chƣa đƣợc quan tâm đúng mức. Hầu hết các nghiên cứu về Biến đổi khí hậu tập trung vào các vấn đề về ngập lụt do nƣớc biển dâng mà chƣa xét đến các vấn đề tính toán cân bằng nƣớc.

Chính vì vậy, trƣớc tình hình biến đổi khí hậu đang diễn ra với tốc độ rất nhanh và phức tạp trên thế giới, đã đặt ra bài toán tính toán cân bằng nƣớc và dự đoán tác động của Biến đổi khí hậu tới sự cân bằng nƣớc. Cân bằng nƣớc là cơ sở quản lý và hoạch định chính sách trong một số vấn đề quan trọng liên quan đến quản lý tài nguyên nƣớc nhƣ thiết kế hệ thống cấp nƣớc, dự báo lũ, cấp nƣớc và sử dụng, quản lý nƣớc mƣa và nƣớc thải ở khu vực đô thị. Trong tất cả các lĩnh vực này, các nhà quản lý lƣu vực và các nhà hoạch định chính sách cần trích xuất thông tin về khối lƣợng tài nguyên, nhu cầu và thay đổi lƣu trữ trong lƣu vực. Biến đổi khí hậu có thể gây ra những tác động đáng kể đến tài nguyên nƣớc thông qua những thay đổi trong chu trình thủy văn.

Sự thay đổi các thành phần nhiệt độ và lƣợng mƣa của chu trình có thể có hậu quả trực tiếp về số lƣợng các thành phần bốc hơi và thoát hơi. Ở một số quốc gia nhƣ Hoa Kỳ, biến đổi khí hậu đã đƣợc xác định là chìa khóa quan trọng cho tính bền vững của nƣớc. Các phƣơng pháp, đề tài, dự án nghiên cứu và tính toán cân bằng nƣớc đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu ở các nƣớc nhƣ: Anh, Mỹ, Hà Lan, Canada, Đức, Nhật, Ấn Độ, Trung Quốc,…ứng dụng vào thực tế nhƣ: Cân bằng nƣớc dài hạn (1972- 2004) của lƣu vực với thảm phủ chủ yếu là rừng và đồng cỏ vùng cao tại Plynlimon, xứ Wales của Vincent Marc, Mark Robinson.[23] Ở Báo cáo Unessco - Paris năm 1974 của A. Chapman đƣa ra các “ Phƣơng pháp tính toán cân bằng nƣớc”.[23] 3 Luan van Boughton, W.

và PI Hill, 1997 đã đề xuất Quy trình ƣớc lƣợng lũ thiết kế sử dụng tạo dữ liệu và mô hình cân bằng nƣớc hàng ngày. Trung tâm nghiên cứu hợp tác về thủy văn lƣu vực, Úc;Boughton, W., 2004 đã xây dƣng Mô hình cân bằng nƣớc lƣu vực tại Úc thời kỳ 1960-2004. Li, 2002 đã mô phỏng cân bằng nƣớc trên quy mô trƣờng trên Cao nguyên Hoàng Thổ bằng mô hình WAVES. Gerard-Marchant, MT Walter, Y.

Liu và TS Steenhuis, 2003 đã giới thiệu một phƣơng pháp cân bằng đất-nƣớc để xác định lƣợng nƣớc ngầm nạp từ đất canh tác đƣợc tƣới tiêu ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc. Dòng chảy mùa đông là một nguồn không chắc chắn trong tính toán cân bằng nƣớc. Bài nghiên cứu cơ bản cân bằng nƣớc đƣợc tiến hành một hội thảo đƣợc tổ chức tại Victoria, (WHV`2004), nhà xuất bản IAHS của Canada. Powell, 2006 đã phát triển một công cụ cân bằng nƣớc dựa trên nguồn nƣớc phục vụcho việc đánh giá các phƣơng án cấp nƣớc.[23] McCabe, GJ và SL Markstrom, 2007 đã xây dựng một mô hình cân bằng nƣớc hàng tháng đƣợc điều khiển bởi một giao diện đồ họa.

Gahandhari và SMR AlaviMoghaddam, 2011 trong cu ốn:” Nguyên tắc cân bằng nƣớc” đã đánh giá các nghiên cứu về năm lƣu vực sông ở Iran.2 Tổng quan nghiên cứu cân bằng nước ở Viêt Nam Các nghiên cứu về cân bằng nƣớc và phát triển bền vững nguồn nƣớc hệ thống trong nƣớc thực sự phát triển từ những năm 1950 trở lại đây với việc áp dụng các thành tựu của khoa học thế giới và nghiên cứu cải tiến phù hợp với điều kiện Việt Nam. Trong khoảng thời gian ngắn, chúng ta đã có những bƣớc tiến dài trong nghiên cứu và sử dụng bền vững nguồn nƣớc. 4 Luan van Dựa vào các kết quả nghiên cứu có thể phân quá trình phát triển thành 2 thời kỳ: (a) thời kỳ nghiên cứu cân bằng nƣớc tự nhiên và (b) cân bằng nƣớc kinh tế. Cân bằng nước tựnhiên Các nghiên cứu cân bằng nƣớc tự nhiên đƣợc tiến hành từ những năm 1950 đến đầu những năm 1975.

Trong thời kỳ này, kế thừa các tiến bộ trong nghiên cứu qui luật khí tƣợng khí hậu của thế giới và hệ thống thiết bị quan trắc, ở nƣớc ta mạng lƣới quan trắc các đặc trƣng khí tƣợng, thủy văn, hải dƣơng, các hiện tƣợng thời tiết nguy hiểm nhƣ bão, dông, lũ ống, lũ quét, các hệ thống Cảnh báo đƣợc thành lập nhằm nghiên cứu cân bằng nƣớc với quy mô toàn lãnh thổ, miền, các khu vực. Chẳng hạn công trình nghiên cứu của GS. Ngô Đình Tuấn về chế độ dòng chảy của các sông suối Việt Nam. Tác giả đã đƣa ra các khái niệm làm cơ sở cho việc lựa chọn các phƣơng pháp nghiên cứu thích hợp.

Sự hình thành dòng chảy trƣớc hết đó là mối quan hệ giữa mƣa và lớp dòng chảy tƣơng ứng tại cửa ra của lƣu vực, mối quanhệgiữakhíhậuvàdòngchảyvới2mùakhíhậutrongnămdẫntớiviệchình thành dòng chảy. Qua nghiên cứu và tổng kết các tác giả xếp thứ tự các nhân tố nhƣ sau: Hồ ao, đầm lầy, thổ nhƣỡng, thảm rừng. Một trong các đóng góp có giá trị là đƣa ra chỉ tiêu phân vùng thủy văn làm cơ sở cho việc xác lập cán cân nƣớc theo vùng, địa phƣơng và ô thủy văn.[15] Nghiên cứu căn nguyên quá trình hình thành dòng chảy trên các sông suối nƣớc ta, PGS Nguyễn Lại đã xuất phát từ các khái niệm về các quá trình thủy văn chịu sự chi phối của các quá trình synop vĩ mô trên toàn miền Đông Á đồng thời với sự chi phối của điều kiện mặt đệm với mức độ khác nhau. Trên cơ sở đó xây dựng lý thuyết về kỳ dòng chảy sông ngòi gió mùa nhiệt đới Việt Nam.

Tác giả đã đƣa ra chỉ tiêu phân định kỳ dòng chảy “Đƣờng tần suất dòng chảy của các kỳ kế cận nhau không đƣợc cắt nhau khi vẽ chúng trên cùng hệ tọađộ”.[15] Hai công trình trên thực sự là các công trình nghiên cứu cơ bản làm cơ sở cho việc nghiên cứu cân bằng nƣớc ở ViệtNam. Trong giai đoạn này công cụ chủ yếu nghiên cứu cân bằng nƣớc tự nhiên là phƣơng pháp tổng hợp địa lý kết hợp với một khối lƣợng khổng lồ các số liệu quan 5 Luan van trắc về mƣa, dòng chảy, bốc hơi. Một loạt các bản đồ hoàn lƣu khí quyển, vùng khí hậu, bản đồ mƣa, dòng chảy ra đời là các luận cứ khoa học giúp các nhà hoạch định chiến lƣợc đƣa ra các quyết định chính xác trên phạm vi toàn quốc. Tuy vậy do việc nghiên cứu còn gắn với địa giới hành chính cũng gây không ít khó khăn trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên nƣớc.

Giai đoạn nghiên cứu cân bằng nước có gắn với bài toán kinh tếnước Khi nền kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu về nƣớc ngày càng nhiều và yêu cầu chất lƣợng ngày càng cao. Do vậy việc nghiên cứu nguồn nƣớc đƣợc tiến hành tỉ mỉ hơn. Đó là chƣơng trình nghiên cứu tổng thể về cân bằng nƣớc hệ thống sông suối Việt Nam nhƣ KC12, quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, Tây Nguyên, Đồng Nai, vùng núi phíaBắc. Ngoài việc đánh giá tổng lƣợng, nhiều mô hình toán đã đƣợc quan tâm nghiên cứu, cải tiến và ứng dụng để dự tính sự thay đổi của nguồn nƣớc ngắn hạn và dài kỳ.

Một loạt các vấn đề nhƣ thủy văn – thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình, hệ thống sông Mê Kông, quy hoạch thủy lợi, hoàn chỉnh các hệ thống thủy nông đã đƣợc tiếnhành. Về nghiên cứu sử dụng nguồn nƣớc các hệ thống tƣới, từ những năm 1960 đã thành lập một mạng lƣới các trạm, trại thí nghiệm ở các tỉnh Hà Nội, Hà Tây, Hải Hƣng, Thanh Hóa, Nghệ An, và sau năm 1975 là các trạm ở miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long nhằm nghiên cứu về nhu cầu nƣớc của cây trồng. Các nghiên cứu không dừng lại ở cây lúa nƣớc mà còn nghiên cứu với nhiều loại cây trồng cạn và hoa màu. Các viện nghiên cứu khoa học nông nghiệp, Viện nghiên cứu khoa học và kinh tế thủy lợi và các trƣờng Đại học Nông nghiệp, Đại học Thủy lợi là những cơ quan hàng đầu nghiên cứu về lĩnh vực này.

Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng nƣớc cần cho 3 3 lúa từ 5500 m /ha đến 6700 m /ha, thay đổi tùy theo địa phƣơng và theo mùa, trong 3 khi nƣớc cần cho cây trồng cạn phổ biến dƣới 4000 m /ha/vụ. Khi dịch chuyển mùa vụ với thời gian nhỏ hơn 10 ngày thì yêu cầu dùng nƣớc của cây trồng cũng thay đổi từ 10 – 25%. Yêu cầu dùng nƣớc của cây trồng có xu thế tăng lên khi áp dụng những loại cây trồng mới có năng suất cao. Một số kết 6 Luan van quả nghiên cứu nhu cầu nƣớc của cây trồng cạn nhƣ sau: Cà chua (250 – 340), bắp cải (230 - 240), đậu tƣơng (230 – 290), thuốc lá (280 – 300), khoai tây (260 – 270).1 Kết quả thực nghiệm về nhu cầu nƣớc của lúa (mm) Địa điểm Thời gian Lúa chiêm Lúa màu Đồng bằng sông Hồng 73 - 80 280 - 384 353 – 437 Vĩnh Phúc 59 - 80 304 - 389 494 - 571 Hải Dƣơng 60 - 65 300 - 385 475 - 589 Thƣờng Tín 75 - 80 325 - 455 433 - 645 Thanh Hóa 58 - 62 311 - 382 437 - 588 Nghệ An 60 - 62 395 - 537 465 - 604 Trên cơ sở các số liệu thực nghiệm một số tác giả nhƣ Hà Học Ngô, Đào Thế Tuấn, Nguyễn Duy Tính, tập thể các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu khoa học và kinh tế thủy lợi quốc gia đã kiểm định lại một số công thức phổ biến, xác định hệ số cây trồng Kc cho các vùng khí hậu khác nhau, đồng thời các tác giả cũng đề nghị một số công thức mới.

Đối với cây trồng cạn, các kết quả nghiên cứu của FAO áp dụng vào điều kiện Việt Nam từ những năm 1970 – 1980 vẫn tỏ ra có hiệu quả cao.