Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, với diện tích tự nhiên khoảng 214.932 ha, là một trong những hệ thống thủy lợi quan trọng của đồng bằng sông Hồng, bao gồm các tỉnh Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh và một phần Hà Nội. Hệ thống này phục vụ tưới cho hơn 110.000 ha đất nông nghiệp, cung cấp nước sinh hoạt cho hơn 3 triệu người và hỗ trợ phát triển công nghiệp, thủy sản. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, do biến đổi khí hậu và tác động của các yếu tố tự nhiên, hệ thống đã bộc lộ nhiều hạn chế, đặc biệt là khả năng cấp nước tưới trong mùa kiệt.

Mực nước sông Hồng tại cống Xuân Quan – nguồn cấp nước chính – thường xuyên xuống thấp hơn mức thiết kế, gây thiếu hụt nguồn nước tưới. Ví dụ, vụ Đông Xuân 2012-2013, tổng lượng mưa chỉ đạt 190,5 mm, thấp hơn trung bình nhiều năm 61,6 mm, dẫn đến mực nước tại Xuân Quan thấp hơn trung bình từ 0,73 đến 2,96 m. Tình trạng này buộc hệ thống phải lấy nước ngược từ các cửa cống như Cầu Xe, An Thổ và đặc biệt là âu thuyền Cầu Cắt để bổ sung nguồn nước, chiếm từ 25% đến 50% tổng lượng nước yêu cầu trong các năm hạn hán.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt nhằm bổ sung nguồn nước cho hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội trong giai đoạn hiện tại và tương lai. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng cấp nước của âu thuyền Cầu Cắt, bao gồm một phần huyện Cẩm Giàng, toàn bộ thành phố Hải Dương, huyện Gia Lộc và một phần huyện Tứ Kỳ.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an ninh nguồn nước, nâng cao hiệu quả sử dụng nước tưới, góp phần phát triển bền vững ngành nông nghiệp, công nghiệp và thủy sản trong vùng, đồng thời thích ứng với biến đổi khí hậu và các hiện tượng thời tiết cực đoan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước trong lưu vực: Phân tích sự cân bằng giữa nguồn cung và nhu cầu sử dụng nước, bao gồm các yếu tố khí tượng, thủy văn và sử dụng đất.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11: Ứng dụng mô hình thủy lực để mô phỏng dòng chảy, mực nước và khả năng lấy nước qua các công trình thủy lợi, đặc biệt là âu thuyền Cầu Cắt.
  • Khái niệm về lấy nước ngược: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lấy nước ngược từ sông Thái Bình qua âu thuyền Cầu Cắt, bao gồm mực nước thượng, hạ lưu, lưu lượng dòng chảy và điều kiện thủy văn.
  • Khái niệm nhu cầu nước đa ngành: Xác định nhu cầu nước cho các đối tượng sử dụng như nông nghiệp, chăn nuôi, thủy sản, công nghiệp và sinh hoạt dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam và dự báo phát triển kinh tế - xã hội.
  • Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến nguồn nước: Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lượng mưa, nhiệt độ, mực nước và nhu cầu sử dụng nước trong vùng nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng, thủy văn từ trạm Hải Dương và các trạm quan trắc trong vùng; số liệu dân số, kinh tế xã hội, diện tích đất canh tác, sản lượng nông nghiệp, chăn nuôi, thủy sản và công nghiệp từ các báo cáo chính thức của các tỉnh và Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn vùng cấp nước của âu thuyền Cầu Cắt làm đối tượng nghiên cứu điển hình, do đây là khu vực có nhu cầu nước lớn và có khả năng lấy nước ngược bổ sung cho hệ thống.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy và mực nước, kết hợp phân tích thống kê, tổng hợp số liệu thực địa và số liệu lịch sử để đánh giá khả năng lấy nước ngược.
  • Phương pháp mô hình hóa: Xây dựng mô hình thủy lực chi tiết cho hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu thực đo mực nước và lưu lượng tại các vị trí quan trọng như cống Bá Thủy, âu thuyền Cầu Cắt.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2017, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt chiếm tỷ lệ lớn trong tổng lượng nước bổ sung
    Trong các năm hạn hán điển hình như 1998 và 2004, lượng nước lấy ngược qua âu thuyền Cầu Cắt chiếm từ 40% đến 50% tổng lượng nước yêu cầu lấy vào hệ thống. Trung bình trong giai đoạn đổ ải, lượng nước lấy ngược bổ sung chiếm khoảng 25% đến 38% tổng lượng nước yêu cầu.

  2. Nhu cầu nước tăng mạnh theo dự báo phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030
    Dân số vùng cấp nước dự kiến tăng từ khoảng 3,3 triệu người năm 2016 lên khoảng 3,7 triệu người năm 2030. Tổng nhu cầu nước cho các ngành nông nghiệp, chăn nuôi, thủy sản, công nghiệp và sinh hoạt dự báo tăng khoảng 29% so với hiện tại, với nhu cầu nước tưới cho cây trồng tăng từ 12.836 ha lên 13.617 ha, nhu cầu nước cho chăn nuôi và thủy sản cũng tăng tương ứng.

  3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm giảm nguồn nước tự nhiên trong mùa kiệt
    Lượng mưa mùa khô giảm khoảng 1-26%, nhiệt độ trung bình tăng từ 0,3°C đến 0,5°C so với giai đoạn trước, làm tăng nhu cầu nước do bốc hơi và thoát hơi nước tăng. Mực nước sông Hồng tại Xuân Quan giảm trung bình từ 0,73 đến 2,96 m trong các năm hạn hán, gây khó khăn cho việc lấy nước tự nhiên.

  4. Hiệu quả mô hình thủy lực MIKE 11 trong mô phỏng dòng chảy và mực nước
    Mô hình được hiệu chỉnh với hệ số Nash đạt giá trị cao, cho phép mô phỏng chính xác diễn biến mực nước tại các vị trí thượng, hạ lưu âu thuyền Cầu Cắt, từ đó đánh giá khả năng lấy nước ngược và đề xuất các phương án vận hành tối ưu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng thiếu nước là do biến đổi khí hậu làm giảm lượng mưa mùa khô và mực nước sông Hồng tại các cửa lấy nước chính. Việc lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt trở thành giải pháp quan trọng để bổ sung nguồn nước cho hệ thống, đặc biệt trong các năm hạn hán nghiêm trọng. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về quản lý nguồn nước trong điều kiện biến đổi khí hậu, kết quả nghiên cứu phù hợp với xu hướng tăng nhu cầu nước và giảm nguồn cung tự nhiên.

Việc sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11 giúp minh họa rõ ràng diễn biến mực nước và lưu lượng dòng chảy, có thể trình bày qua biểu đồ mực nước thượng, hạ lưu âu thuyền Cầu Cắt theo thời gian, giúp các nhà quản lý vận hành hệ thống hiệu quả hơn. Kết quả cũng cho thấy cần thiết phải có các giải pháp nâng cao khả năng lấy nước và quản lý vận hành linh hoạt để đảm bảo nguồn nước cho sản xuất và sinh hoạt.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và cải tạo công trình âu thuyền Cầu Cắt
    Thực hiện sửa chữa, nâng cao khả năng vận hành các cổng điều tiết và thiết bị đóng mở để tăng hiệu quả lấy nước ngược, đảm bảo vận hành ổn định trong mùa kiệt. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải phối hợp với các cơ quan quản lý thủy lợi.

  2. Xây dựng quy trình vận hành linh hoạt theo điều kiện thủy văn
    Áp dụng mô hình thủy lực để dự báo mực nước và lưu lượng, từ đó điều chỉnh thời gian và lưu lượng lấy nước ngược phù hợp, giảm thiểu rủi ro thiếu nước và ô nhiễm nguồn nước. Thời gian thực hiện: ngay trong năm nghiên cứu. Chủ thể: Ban quản lý hệ thống thủy lợi và các đơn vị vận hành.

  3. Phát triển các nguồn nước bổ sung khác ngoài âu thuyền Cầu Cắt
    Nghiên cứu và khai thác thêm các nguồn nước ngược từ các cửa cống khác như Cầu Xe, An Thổ, kết hợp với việc xây dựng trạm bơm bổ sung từ sông Hồng để giảm áp lực cho âu thuyền Cầu Cắt. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể: Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, các tỉnh liên quan.

  4. Tăng cường quản lý và sử dụng nước tiết kiệm trong nông nghiệp và công nghiệp
    Áp dụng các công nghệ tưới tiên tiến, chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp với điều kiện nguồn nước, nâng cao hiệu quả sử dụng nước, giảm thất thoát. Thời gian thực hiện: liên tục, ưu tiên giai đoạn 2020-2030. Chủ thể: Các địa phương, nông dân, doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy lợi
    Giúp hiểu rõ về khả năng lấy nước ngược và các giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước, từ đó xây dựng chính sách phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia thủy lợi
    Cung cấp cơ sở khoa học và mô hình thủy lực để thiết kế, vận hành và cải tạo các công trình thủy lợi, đặc biệt là các công trình lấy nước ngược.

  3. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và tài nguyên nước
    Tham khảo các phân tích tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước và nhu cầu sử dụng, từ đó phát triển các nghiên cứu tiếp theo về thích ứng và quản lý nguồn nước.

  4. Các doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực nông nghiệp, thủy sản và công nghiệp
    Hiểu rõ nhu cầu nước và khả năng cung cấp nước trong vùng, giúp hoạch định kế hoạch sản xuất, đầu tư hiệu quả và bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt?
    Do mực nước sông Hồng tại cống Xuân Quan thường xuyên xuống thấp trong mùa kiệt, không đủ cung cấp nước cho hệ thống, việc lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt từ sông Thái Bình giúp bổ sung nguồn nước, đảm bảo tưới tiêu cho diện tích lớn.

  2. Khả năng lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt chiếm bao nhiêu phần trăm tổng lượng nước?
    Trong các năm hạn hán nghiêm trọng, lượng nước lấy ngược qua âu thuyền Cầu Cắt chiếm từ 40% đến 50% tổng lượng nước yêu cầu lấy vào hệ thống, trung bình khoảng 25%-38% trong giai đoạn đổ ải.

  3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến nguồn nước của hệ thống?
    Biến đổi khí hậu làm giảm lượng mưa mùa khô, tăng nhiệt độ và bốc hơi, dẫn đến mực nước sông giảm, nhu cầu nước tăng, gây áp lực lớn lên nguồn nước tự nhiên và hệ thống thủy lợi.

  4. Mô hình thủy lực MIKE 11 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Mô hình MIKE 11 mô phỏng dòng chảy và mực nước trong hệ thống thủy lợi, giúp đánh giá khả năng lấy nước ngược, hiệu chỉnh vận hành công trình và đề xuất các phương án tối ưu.

  5. Giải pháp nào được đề xuất để nâng cao khả năng cấp nước?
    Nâng cấp công trình âu thuyền Cầu Cắt, xây dựng quy trình vận hành linh hoạt, phát triển nguồn nước bổ sung khác, và tăng cường sử dụng nước tiết kiệm trong nông nghiệp và công nghiệp.

Kết luận

  • Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải đang đối mặt với thách thức lớn về nguồn nước do biến đổi khí hậu và mực nước sông Hồng giảm thấp trong mùa kiệt.
  • Lấy nước ngược qua âu thuyền Cầu Cắt là giải pháp quan trọng, chiếm tới 40-50% tổng lượng nước bổ sung trong các năm hạn hán.
  • Nhu cầu nước dự báo tăng khoảng 29% đến năm 2030, đòi hỏi nâng cao hiệu quả cấp nước và quản lý nguồn nước bền vững.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11 là công cụ hiệu quả để đánh giá và tối ưu hóa vận hành hệ thống thủy lợi.
  • Cần triển khai các giải pháp nâng cấp công trình, vận hành linh hoạt và phát triển nguồn nước bổ sung để đảm bảo an ninh nguồn nước cho phát triển kinh tế - xã hội.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục theo dõi, cập nhật số liệu và điều chỉnh quy trình vận hành phù hợp với diễn biến khí hậu và nhu cầu sử dụng nước thực tế.