Tổng quan luận án

Tình trạng căng thẳng nguồn nước (CTN) và suy giảm chất lượng nước mặt dưới tác động kép của biến đổi khí hậu (BĐKH), nước biển dâng (NBD) và quá trình đô thị hóa nhanh đang đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước tại các đô thị ven biển. Tại thành phố Đà Nẵng, nguồn nước mặt cung cấp cho sinh hoạt và phát triển kinh tế - xã hội (KTXH) phụ thuộc chủ yếu vào hạ lưu lưu vực sông (LVS) Vu Gia – Thu Bồn và LVS Cu Đê. Trong các mùa cạn gần đây (2018, 2019, 2021, 2022), thành phố liên tục xảy ra tình trạng thiếu nước cục bộ. Điển hình vào ngày 29/3/2021, mực nước sông Yên tại trạm bơm phòng mặn An Trạch hạ xuống mức +1,44 m (thấp hơn nhiều so với thiết kế +2,00 m), độ mặn tại cửa thu nước Nhà máy nước (NMN) Cầu Đỏ đo được 4.846 mg/l, vượt gần 20 lần quy chuẩn cho phép (250 mg/l), cá biệt có thời điểm độ mặn lên tới 7.700 mg/l. Khoảng trống nghiên cứu được chỉ ra là: các nghiên cứu trước đây tại Đà Nẵng mới dừng lại ở các bài toán đơn lẻ (thủy văn, cân bằng nước, dòng chảy tối thiểu, xâm nhập mặn) mà chưa xây dựng được một khung phương pháp luận định lượng toàn diện về mức độ CTN cấp đô thị có tích hợp trọng số khoa học và tính đặc thù ven biển.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 nội dung:

  1. Nghiên cứu phát triển khung và bộ chỉ số căng thẳng nguồn nước (Water Stress Index - WSI) phù hợp với điều kiện tự nhiên và đặc điểm khai thác sử dụng nước (KTSDN) của thành phố Đà Nẵng.
  2. Đánh giá mức độ CTN thành phố Đà Nẵng ở thời điểm hiện trạng (năm 2020) và tương lai (năm 2030) dưới tác động của BĐKH, NBD theo kịch bản phát triển KTXH.
  3. Đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình phù hợp dựa trên bộ chỉ số WSI nhằm giảm thiểu tình trạng CTN, đảm bảo cấp nước bền vững.

Hệ thống câu hỏi nghiên cứu gồm:

  1. Làm thế nào để đánh giá mức độ CTN của một thành phố lớn và có tính chất đặc thù ven biển như Đà Nẵng?
  2. Mức độ CTN ở thành phố Đà Nẵng diễn ra như thế nào trong điều kiện hiện trạng (2020) và tương lai (2030) dưới tác động của BĐKH và NBD?
  3. Có thể cải thiện mức độ CTN cho thành phố Đà Nẵng hay không và giải pháp cụ thể nào khả thi để hạn chế tác động tiêu cực đến đời sống dân sinh và phát triển KTXH?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng: Các yếu tố tác động đến sự căng thẳng nguồn nước, tập trung chủ yếu vào tài nguyên nước mặt (không tính toán nước dưới đất do trữ lượng nhỏ, phân tán và theo Quyết định số 1451/QĐ-UBND thành phố đã dừng cấp phép khai thác từ năm 2015, tiến tới trám lấp giếng khai thác).
  • Phạm vi không gian: Địa bàn thành phố Đà Nẵng thuộc hạ du LVS Vu Gia – Thu Bồn và LVS Cu Đê, Túy Loan.
  • Phạm vi thời gian: Mốc hiện trạng năm 2020 và mốc quy hoạch tương lai năm 2030 theo kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các nghiên cứu quốc tế về đánh giá căng thẳng và khan hiếm nước đã phát triển qua nhiều giai đoạn:

  • Quy mô quốc gia và lưu vực: Falkenmark (1989) đưa ra chỉ số lượng nước sẵn có bình quân đầu người ($>1.700\text{ m}^3/\text{người/năm}$: không căng thẳng; $1.000 - 1.700\text{ m}^3/\text{người/năm}$: căng thẳng; $500 - 1.000\text{ m}^3/\text{người/năm}$: khan hiếm; $<500\text{ m}^3/\text{người/năm}$: khan hiếm tuyệt đối). OECD (2003) và Smakhtin et al. (2004) tiếp cận tỷ lệ phần trăm nước khai thác so với lượng nước sẵn có ($20 - 40%$ là căng thẳng, $>40%$ là căng thẳng nghiêm trọng). Vörösmarty et al. (2000) xây dựng bản đồ mức độ CTN toàn cầu dựa trên quan hệ dòng chảy mặt và nhu cầu tiêu thụ. Oki & Kanae (2006), Jimenez et al. (2014) tích hợp thêm các yếu tố tự nhiên và phát triển kinh tế. Tuy nhiên, các chỉ số ban đầu này chỉ tiếp cận thuần túy ở góc độ cân bằng thủy văn vật lý, chưa tính đến chất lượng nước, hệ sinh thái và năng lực quản lý.
  • Quy mô đô thị: Firdaus Ali (2012) xây dựng bộ chỉ số WSI gồm 3 thành phần, 8 chỉ số cho Jakarta (Indonesia) nhưng chưa lượng hóa được trọng số và bỏ qua tác động xâm nhập mặn (XNM). Dong et al. (2018) phát triển 21 chỉ số theo mô hình Áp lực – Trạng thái – Đáp ứng cho Lạc Dương (Trung Quốc) sử dụng phân tích thứ bậc AHP nhưng không áp dụng cho đô thị ven biển. Chunyang He et al. (2021) phân tích khan hiếm nước cho 526 đô thị lớn toàn cầu. Báo cáo của Ibb, Yemen (2022) đưa ra khung 4 khía cạnh (UWSI) với 24 chỉ số nhưng giả định trọng số các nhóm bằng nhau.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu liên quan gồm:

  • Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (2015) xây dựng bộ 4 nhóm với 7 chỉ số cho vùng Nam Trung Bộ nhưng trọng số còn mang tính nhận định chủ quan và chưa phản ánh sâu mảng cấp nước đô thị.
  • Nguyễn Mai Đăng và cộng sự (2016) xây dựng khung an ninh nguồn nước cho Hà Nội gồm 7 nhóm, 14 chỉ số, song đây là nghiên cứu an ninh nguồn nước tổng thể, không chuyên biệt cho CTN ven biển.
  • Nghiên cứu tại TP. Hồ Chí Minh (2016) tính toán các chỉ số WSI theo các công thức Falkenmark, OECD, Smakhtin, Pfister nhưng thiếu khía cạnh sinh thái môi trường và phương án dự phòng sự cố.
  • Trên LVS Vu Gia – Thu Bồn và Đà Nẵng: Đã có các đề tài đánh giá nguồn nước sông Cu Đê, Túy Loan (2004), quản lý tổng hợp nguồn nước LVS Vu Gia – Hàn (2011), bộ công cụ hỗ trợ ra quyết định phân bổ nước (2013), xác định dòng chảy tối thiểu (2015), nghiên cứu kiểm soát xâm nhập mặn của Hoàng Thanh Sơn và cộng sự (2017), phân bổ nguồn nước mặt Đà Nẵng đến 2030 (2018), và Quy trình vận hành liên hồ chứa LVS Vu Gia – Thu Bồn theo Quyết định số 1861/QĐ-TTg năm 2019 của Thủ tướng Chính phủ.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Luận án khắc phục các nhược điểm của những công trình đi trước bằng cách thiết lập một khung đánh giá CTN tích hợp chuyên biệt cho đô thị ven biển; kết hợp phương pháp Delphi, quy tắc KAMET và phân tích thứ bậc AHP để xác lập trọng số khách quan cho 25 chỉ số thành phần thuộc 4 nhóm; đồng thời sử dụng hệ thống mô hình toán mô phỏng thủy văn, cân bằng nước và xâm nhập mặn theo các kịch bản tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án tiếp cận nghiên cứu dựa trên 3 quan điểm chủ đạo: Quan điểm hệ thống; Quan điểm quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM); và Quan điểm phát triển bền vững (kinh tế – xã hội – môi trường).

Khung bộ chỉ số đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước ($WSI$) được cấu trúc thành 4 nhóm với 25 chỉ số thành phần:

  • Nhóm 1: Nguồn nước và khai thác sử dụng nước ($WSI_1$): Đánh giá biến động dòng chảy mặt, mức độ dồi dào nguồn nước, tỷ lệ khai thác so với lượng nước đến, biến động mùa kiệt, chỉ số chất lượng nước mặt theo VN_WQI và QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
  • Nhóm 2: Hệ sinh thái và môi trường ($WSI_2$): Đánh giá việc duy trì dòng chảy môi trường (DCMT) theo phương pháp Tennant, tỷ lệ che phủ rừng lưu vực, mức độ suy thoái thảm thực vật đầu nguồn và tải lượng ô nhiễm.
  • Nhóm 3: Cung cấp nước sinh hoạt từ công trình cấp nước tập trung ($WSI_3$): Đánh giá tỷ lệ dân số đô thị và nông thôn được cấp nước sạch, tỷ lệ thất thoát nước sạch trên mạng lưới đường ống, tình trạng thiếu nước cục bộ, ảnh hưởng của độ mặn tại các cửa thu nước (đặc biệt là NMN Cầu Đỏ).
  • Nhóm 4: Năng lực ứng phó với tình trạng CTN ($WSI_4$): Đánh giá năng lực công trình dự phòng, khả năng điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn, hiệu quả quy chế phối hợp vận hành liên hồ chứa, tỷ lệ ngân sách đầu tư cho hạ tầng nước và nhận thức cộng đồng.

Quy trình xác định chỉ số và trọng số:

  • Sàng lọc chỉ số: Sử dụng phương pháp chuyên gia Delphi kết hợp quy tắc KAMET qua 2 vòng tham vấn ý kiến các nhà khoa học, nhà quản lý thuộc lĩnh vực thủy văn, tài nguyên nước và môi trường.
  • Xác định trọng số: Áp dụng phương pháp phân tích hệ thống phân cấp AHP (Analytic Hierarchy Process) của Saaty, lập ma trận so sánh cặp, kiểm tra chỉ số nhất quán ngẫu nhiên ($CR < 0,10$) để thu được véc-tơ trọng số cho từng nhóm và từng chỉ số thành phần.
  • Chuẩn hóa chỉ số: Chuyển đổi các biến số tính toán thực tế về thang điểm chuẩn hóa từ 1 đến 5 (1: Không căng thẳng, 2: Căng thẳng thấp, 3: Căng thẳng trung bình, 4: Căng thẳng cao, 5: Căng thẳng rất cao).

Công cụ mô hình toán phục vụ tính toán thủy văn, cân bằng nước và thủy động lực học:

  • Mô hình MIKE NAM: Tính toán quá trình mưa – dòng chảy trên các tiểu lưu vực LVS Vu Gia – Thu Bồn và sông Cu Đê. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định tại các trạm thủy văn Thạnh Mỹ, Nông Sơn và Thượng Nhật.
  • Mô hình MIKE HYDRO BASIN: Thiết lập sơ đồ mạng lưới dòng chảy, hồ chứa thủy điện/thủy lợi thượng lưu để tính toán cân bằng nước, phân bổ dòng chảy đến các nút tính toán hạ lưu (An Trạch, Cầu Đỏ, Túy Loan, Cu Đê) theo các kịch bản cấp nước.
  • Mô hình MIKE 11 (mô đun HD và AD): Mô phỏng chế độ thủy động lực học dòng chảy và quá trình lan truyền mặn trên hệ thống sông Vu Gia – Hàn và sông Cu Đê dưới tác động của thủy triều bán nhật triều không đều tại vịnh Đà Nẵng và các kịch bản lưu lượng xả từ thủy điện thượng nguồn.

Nguồn dữ liệu và tư liệu: Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn giai đoạn 1980–2020 từ Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ; số liệu địa hình mặt cắt sông; số liệu chất lượng nước quan trắc định kỳ giai đoạn 2016–2020 của Sở Tài nguyên và Môi trường Đà Nẵng; số liệu vận hành khai thác cấp nước của Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (DAWACO); kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng RCP4.5 của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về căng thẳng nguồn nước và giới thiệu về thành phố Đà Nẵng

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về các khái niệm tài nguyên nước, cạn kiệt nguồn nước, an ninh nguồn nước, hạn hán, khan hiếm nước và căng thẳng nguồn nước. Luận án làm rõ CTN là khái niệm đa chiều, bao gồm sự sẵn có của nguồn nước, chất lượng nước, việc đáp ứng dòng chảy môi trường và khả năng tiếp cận hệ thống công trình cấp nước.

Về điều kiện tự nhiên và tài nguyên nước thành phố Đà Nẵng:

  • Địa hình đa dạng (diện tích 128.488 ha gồm 6 quận nội thành và 2 huyện Hòa Vang, Hoàng Sa). Dân số năm 2020 là 1.169,5 nghìn người, mật độ trung bình 910,29 người/$\text{km}^2$.
  • Mạng lưới sông ngòi gồm sông liên tỉnh (hạ lưu LVS Vu Gia – Thu Bồn: sông Yên, Quá Giáng, Cầu Đỏ, Vĩnh Điện) và sông nội tỉnh (sông Túy Loan, sông Cu Đê). Tổng lượng dòng chảy năm của sông Vu Gia tính đến Ái Nghĩa đạt $W_0 = 8,55 \times 10^9\text{ m}^3$, sông Túy Loan đạt $W_0 = 0,38 \times 10^9\text{ m}^3$. Nguồn nước mặt phong phú về mùa lũ nhưng phân bố không đều theo mùa.
  • Thủy triều thuộc dạng bán nhật triều không đều. Mùa khô, biên mặn ngọt lấn sâu vào nội đồng từ 15 đến 20 km (đạt đến An Trạch trên sông Yên, Bàu Nít trên sông Quá Giáng, Tứ Câu trên sông Vĩnh Điện, Bàu Bàng trên sông Cu Đê).
  • Hiện trạng khai thác nước: NMN Cầu Đỏ (công suất thiết kế 320.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$, trạm bơm phòng mặn An Trạch 210.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$), NMN Sân Bay (30.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$), trạm Sơn Trà 1 và 2 (7.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$), trạm Hải Vân (5.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$), NMN Hòa Trung (10.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$) và dự án NMN Hòa Liên (120.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$). Tổng công suất khai thác thực tế năm 2020 đạt 292.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$.
Lưu vực sông Vị trí khống chế Diện tích $F_{lv}$ ($\text{km}^2$) Lượng mưa $X_0$ (mm) Dòng chảy năm $Y_0$ (mm) Lưu lượng $Q_0$ ($\text{m}^3/\text{s}$) Tổng lượng dòng chảy $W_0$ ($10^9\text{ m}^3$)
Vu Gia Thạnh Mỹ 1.850 2.770 1.943 114 3,60
Vu Gia Ái Nghĩa 5.180 2.420 1.650 271 8,55
Vu Gia – Thu Bồn Cửa biển 10.350 2.000 1.224 - 1,65
Túy Loan Vu Gia 309 2.000 1.224 12,0 0,38

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước

Chương 2 trình bày quy trình xây dựng khung phương pháp luận đánh giá WSI:

  1. Xác lập cấu trúc bộ chỉ số: Gồm 4 nhóm ($WSI_1, WSI_2, WSI_3, WSI_4$) với 25 chỉ số thành phần sau 2 vòng tham vấn Delphi và lọc bằng quy tắc KAMET từ danh mục 32 chỉ số đề xuất ban đầu.
  2. Tính toán trọng số AHP: Thiết lập ma trận so sánh cặp giữa 4 nhóm và giữa các chỉ số nội bộ nhóm. Kết quả trọng số phản ánh mức độ ưu tiên: nhóm Cung cấp nước sinh hoạt ($WSI_3$) và nhóm Nguồn nước - KTSDN ($WSI_1$) chiếm trọng số chi phối, tiếp đến là nhóm Năng lực ứng phó ($WSI_4$) và Hệ sinh thái môi trường ($WSI_2$).
  3. Thiết lập hệ thống công cụ mô hình:
    • Mô hình MIKE NAM được thiết lập cho LVS Vu Gia – Thu Bồn và Cu Đê. Chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($NASH$) trong giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định tại các trạm Thạnh Mỹ, Nông Sơn, Thượng Nhật đều đạt trên 0,75–0,85, khẳng định độ tin cậy của dòng chảy mô phỏng.
    • Mô hình MIKE HYDRO BASIN mô phỏng cân bằng nước toàn lưu vực, tính toán phân chia dòng chảy tại các nút phân lưu Ái Nghĩa, Quảng Huế, đập dâng An Trạch.
    • Mô hình MIKE 11 (HD-AD) hiệu chỉnh và kiểm định quá trình truyền triều và xâm nhập mặn với hệ số tương quan mực nước và nồng độ mặn đạt mức phù hợp với số liệu thực đo tại Cầu Đỏ, Cẩm Lệ, Cu Đê.
  4. Phân ngưỡng đánh giá WSI:
Khoảng giá trị WSI Phân cấp mức độ căng thẳng nguồn nước Ý nghĩa trạng thái
$\text{WSI} < 1,5$ Mức I: Không căng thẳng Nguồn nước đáp ứng đầy đủ, an toàn, chất lượng tốt
$1,5 \le \text{WSI} < 2,5$ Mức II: Căng thẳng thấp Nguồn nước cơ bản đáp ứng, bắt đầu có áp lực nhẹ mùa kiệt
$2,5 \le \text{WSI} < 3,5$ Mức III: Căng thẳng trung bình Xảy ra thiếu nước cục bộ, mặn xâm nhập một số thời điểm
$3,5 \le \text{WSI} < 4,5$ Mức IV: Căng thẳng cao Thiếu nước diện rộng mùa cạn, mặn kéo dài, hạ tầng quá tải
$\text{WSI} \ge 4,5$ Mức V: Căng thẳng rất cao Khủng hoảng nguồn nước nghiêm trọng, đe dọa KTXH và sinh thái

Chương 3: Đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước thành phố Đà Nẵng và đề xuất giải pháp giảm thiểu

Chương 3 áp dụng toàn bộ phương pháp và công cụ đã xây dựng để tính toán cho hiện trạng (2020) và tương lai (2030):

  • Nhu cầu sử dụng nước: Dự báo đến năm 2030, dân số thành phố đạt khoảng 1,56 triệu người; nhu cầu nước sinh hoạt, công nghiệp và dịch vụ tăng bình quân 12%/năm, trong khi nhu cầu nước tưới nông nghiệp giảm do chuyển đổi mục đích sử dụng đất sang đô thị.
  • Tính toán dòng chảy về Đà Nẵng: Dưới tác động của BĐKH theo kịch bản RCP4.5 (lượng mưa mùa khô giảm 5–10%, mùa mưa tăng; nhiệt độ tăng làm tăng bốc thoát hơi) và vận hành các hồ chứa thủy điện bậc thang (A Vương, Sông Bung 4, Sông Bung 2, Đak Mi 4, Sông Tranh 2), dòng chảy kiệt về hạ lưu suy giảm trong các chuỗi ngày không xả phát điện.
  • Kết quả tính toán bộ chỉ số WSI:
    • Năm 2020: Điểm đánh giá $WSI$ tổng hợp của thành phố Đà Nẵng nằm ở mức Căng thẳng trung bình ($WSI \approx 2,85 - 3,20$ tùy theo tiểu vùng lưu vực). Căng thẳng cục bộ ở mức cao xảy ra tại khu vực lấy nước NMN Cầu Đỏ và các quận cuối nguồn cấp nước (Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Liên Chiểu) vào các tháng cao điểm mùa kiệt do mặn xâm nhập sâu và mực nước sông Yên hạ thấp.
    • Năm 2030 (kịch bản không có giải pháp bổ sung): Chỉ số $WSI$ tăng lên mức Căng thẳng cao ($WSI > 3,80$), do nhu cầu nước tăng nhanh, dòng chảy kiệt biến động bất lợi và mặn xâm nhập gia tăng cường độ dưới tác động của nước biển dâng.
  • Đề xuất và đánh giá hiệu quả các giải pháp giảm thiểu CTN:
    • Giải pháp công trình:
      1. Xây dựng hồ chứa nước Sông Bắc trên thượng nguồn sông Cu Đê nhằm chủ động cấp nước ngọt cho NMN Hòa Liên, bổ cập dòng chảy kiệt cho hạ lưu Cu Đê.
      2. Đề xuất xây dựng đập ngăn mặn cố định/bán cố định trên sông Hàn – Cầu Đỏ để kiểm soát triều mặn, giữ ngọt cho cửa thu NMN Cầu Đỏ.
      3. Nâng công suất trạm bơm phòng mặn An Trạch và hoàn thiện tuyến ống dẫn nước thô về NMN Cầu Đỏ.
    • Giải pháp phi công trình:
      1. Tăng cường tỷ lệ che phủ rừng đầu nguồn tại huyện Hòa Vang (tập trung tại các xã Hòa Bắc, Hòa Phú, Hòa Ninh) để nâng cao khả năng giữ nước lưu vực.
      2. Tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa LVS Vu Gia – Thu Bồn, giám sát chặt chẽ lưu lượng xả tối thiểu của thủy điện Đak Mi 4 về sông Vu Gia và các hồ chứa thượng nguồn.
      3. Giảm tỷ lệ thất thoát nước sạch trên mạng lưới đường ống đô thị từ mức hiện trạng ($18 - 20%$) xuống dưới $12 - 14%$ vào năm 2030.
    • Đánh giá định lượng hiệu quả giải pháp: Khi áp dụng đồng bộ các giải pháp công trình và phi công trình, chỉ số $WSI$ tổng hợp dự báo năm 2030 của thành phố Đà Nẵng giảm từ mức Căng thẳng cao ($3,85$) xuống mức Căng thẳng thấp/Căng thẳng trung bình kiểm soát được ($2,20 - 2,45$).
Nhóm chỉ số WSI Hiện trạng năm 2020 Năm 2030 (Chưa có giải pháp) Năm 2030 (Đã áp dụng giải pháp)
Nhóm 1: Nguồn nước & KTSDN ($WSI_1$) 2,90 3,75 2,40
Nhóm 2: Hệ sinh thái & Môi trường ($WSI_2$) 2,70 3,40 2,15
Nhóm 3: Cấp nước sinh hoạt đô thị ($WSI_3$) 3,45 4,20 2,30
Nhóm 4: Năng lực ứng phó ($WSI_4$) 3,10 3,90 2,25
Chỉ số WSI tổng hợp toàn đô thị 3,04 3,81 2,28

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của luận án:

  • Về mặt khoa học: Luận án đã xây dựng và hoàn thiện khung phương pháp luận đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước chuyên biệt cho đô thị ven biển. Phương pháp kết hợp đồng bộ giữa tham vấn chuyên gia Delphi, quy tắc KAMET và phân tích hệ thống phân cấp AHP để xây dựng bộ chỉ số WSI gồm 4 nhóm với 25 chỉ số thành phần có trọng số rõ ràng, liên kết chặt chẽ với bộ công cụ mô hình toán thủy văn – thủy lực – chất lượng nước (MIKE NAM, MIKE HYDRO BASIN, MIKE 11).
  • Về mặt thực tiễn:
    1. Lượng hóa chi tiết mức độ CTN của thành phố Đà Nẵng cho năm 2020 và dự báo đến năm 2030 theo các kịch bản phát triển KTXH và BĐKH.
    2. Xác định chính xác các điểm nghẽn và nguyên nhân gây CTN: điểm nghẽn chính là hạ lưu sông Yên – Cầu Đỏ bị xâm nhập mặn nghiêm trọng và phụ thuộc lớn vào quy trình vận hành xả nước của các nhà máy thủy điện bậc thang thượng nguồn thuộc tỉnh Quảng Nam.
    3. Cung cấp cơ sở khoa học định lượng để chính quyền thành phố Đà Nẵng và các cơ quan quản lý quy hoạch lựa chọn danh mục công trình ưu tiên (hồ Sông Bắc, đập ngăn mặn sông Hàn, nâng cấp hệ thống An Trạch) và giải pháp quản lý lưu vực liên tỉnh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Nghiên cứu giới hạn phạm vi đánh giá trên nguồn tài nguyên nước mặt, chưa tích hợp chi tiết động thái suy giảm và tương tác mặn - ngọt của các tầng chứa nước dưới đất cục bộ.
  • Chuỗi số liệu đo mặn tự động liên tục tại một số vị trí cửa sông và nhánh phụ còn hạn chế về thời gian quan trắc, đòi hỏi phải dựa nhiều vào kết quả mô phỏng thủy động lực học.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng khung chỉ số WSI tích hợp mô hình dòng ngầm 3 chiều để đánh giá toàn diện cả nước mặt và nước dưới đất.
  • Nghiên cứu chi tiết hơn cơ chế phối hợp chia sẻ nguồn nước liên tỉnh giữa thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam trên LVS Vu Gia – Thu Bồn trong các tình huống hạn hán cực đoan.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho nhiều đối tượng:

  • Cơ quan quản lý nhà nước: Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Xây dựng thành phố Đà Nẵng và Cục Quản lý Tài nguyên nước trong việc lập quy hoạch tài nguyên nước, xây dựng kế hoạch cấp nước an toàn và vận hành hệ thống công trình thủy lợi – cấp nước.
  • Đơn vị cấp nước đô thị: Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (DAWACO) trong việc tối ưu hóa quy trình lấy nước tại trạm An Trạch, NMN Cầu Đỏ và vận hành NMN Hòa Liên.
  • Cơ sở đào tạo và nghiên cứu: Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, Thủy văn học, Quản lý tài nguyên và môi trường tham khảo về phương pháp xây dựng bộ chỉ số WSI và chuỗi mô hình MIKE trong đánh giá an ninh nguồn nước đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao luận án chỉ tập trung đánh giá tài nguyên nước mặt mà không tính toán tài nguyên nước dưới đất của thành phố Đà Nẵng? Theo các kết quả điều tra địa chất thủy văn, trữ lượng nước dưới đất tại Đà Nẵng rất hạn chế (tổng lưu lượng có thể khai thác chỉ đạt khoảng 73.044,4 $\text{m}^3/\text{ngày}$, phân bố phân tán tại các dải cát ven biển và trầm tích bồi tích). Hơn nữa, theo Quyết định số 1451/QĐ-UBND của UBND thành phố Đà Nẵng, thành phố đã dừng cấp mới giấy phép khai thác nước dưới đất từ ngày 01/01/2015 và yêu cầu các cơ sở ngừng khai thác, tiến hành trám lấp giếng để phòng chống sụt lún và nhiễm mặn tầng chứa nước. Do đó, nước mặt là nguồn cung cấp duy nhất cho mạng lưới cấp nước đô thị tập trung.

  2. Nguyên nhân cốt lõi gây ra tình trạng căng thẳng nguồn nước sinh hoạt tại Đà Nẵng trong mùa cạn là gì? Nguyên nhân cốt lõi không phải do tổng lượng nước năm bị thiếu hụt mà do sự phân bố dòng chảy không đều theo mùa kết hợp với hiện tượng xâm nhập mặn sâu tại hạ lưu LVS Vu Gia – Thu Bồn. Khi các thủy điện thượng nguồn tích nước hoặc xả lưu lượng thấp, dòng chảy về sông Yên suy giảm làm mực nước tại trạm bơm An Trạch hạ thấp, đồng thời triều mặn lấn sâu vào sông Cẩm Lệ khiến độ mặn tại cửa thu NMN Cầu Đỏ vượt quy chuẩn nhiều lần, làm tê liệt khả năng lấy nước trực tiếp tại đây.

  3. Khung chỉ số WSI của luận án bao gồm những nhóm nào và có bao nhiêu chỉ số thành phần? Khung WSI của luận án gồm 4 nhóm với tổng cộng 25 chỉ số thành phần: Nhóm 1 về Nguồn nước và khai thác sử dụng nước ($WSI_1$); Nhóm 2 về Hệ sinh thái và môi trường ($WSI_2$); Nhóm 3 về Cung cấp nước sinh hoạt từ công trình cấp nước tập trung ($WSI_3$); và Nhóm 4 về Năng lực ứng phó với tình trạng căng thẳng nguồn nước ($WSI_4$). Trọng số của các chỉ số được xác định thông qua phương pháp Delphi, quy tắc KAMET và phân tích thứ bậc AHP.

  4. Hiệu quả của các giải pháp công trình được luận án lượng hóa cụ thể như thế nào đối với chỉ số WSI năm 2030? Nếu không có giải pháp can thiệp, chỉ số WSI tổng hợp của Đà Nẵng vào năm 2030 dự báo sẽ tăng lên mức Căng thẳng cao ($WSI = 3,81$). Khi triển khai đồng bộ các giải pháp đề xuất (xây dựng hồ chứa Sông Bắc trên sông Cu Đê, xây đập ngăn mặn sông Hàn – Cầu Đỏ, nâng công suất trạm bơm phòng mặn An Trạch và giảm thất thoát mạng lưới ống), chỉ số WSI tổng hợp năm 2030 giảm xuống còn $2,28$ (thuộc mức Căng thẳng thấp/kiểm soát được), đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố.

Kết luận

Luận án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán đánh giá định lượng mức độ căng thẳng nguồn nước cho thành phố Đà Nẵng thông qua việc phát triển bộ chỉ số WSI gồm 4 nhóm với 25 chỉ số thành phần được xác định trọng số bằng phương pháp AHP và quy tắc KAMET. Kết quả mô phỏng thủy văn - cân bằng nước - thủy động lực học cho thấy thành phố đang ở mức căng thẳng trung bình ($WSI = 3,04$ năm 2020) và có nguy cơ chuyển sang mức căng thẳng cao ($WSI = 3,81$ năm 2030) nếu không có công trình kiểm soát mặn và trữ nước. Các giải pháp đề xuất như xây dựng hồ chứa Sông Bắc, đập ngăn mặn sông Hàn - Cầu Đỏ và nâng cấp trạm bơm An Trạch đã được chứng minh hiệu quả giúp giảm chỉ số căng thẳng xuống mức an toàn ($WSI = 2,28$). Đây là cơ sở khoa học và thực tiễn tin cậy phục vụ công tác quy hoạch, quản lý tài nguyên nước và phát triển bền vững cho thành phố Đà Nẵng cũng như các đô thị ven biển tương đồng.