Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Ba là một trong những hệ thống sông lớn và quan trọng nhất khu vực miền Trung - Tây Nguyên với tổng diện tích lưu vực tự nhiên đạt 13.900 km2 và chiều dài dòng chính là 388 km. Trong đó, phần lưu vực nằm trên địa bàn tỉnh Gia Lai chiếm khoảng 50% diện tích toàn lưu vực, trải rộng qua 10 đơn vị hành chính cấp huyện và thị xã trọng điểm như K’Bang, An Khê, Đăk Đoa, Mang Yang, Đăk Pơ, Kông Chro, Chư Sê, Phú Thiện, Ia Pa và Ayun Pa. Nguồn tài nguyên nước của lưu vực giữ vai trò sống còn đối với sự phát triển kinh tế, an ninh lương thực và đời sống dân sinh của hàng trăm nghìn người dân địa phương.

Tuy nhiên, tài nguyên nước sông Ba đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng. Đặc điểm địa hình đồi núi dốc đứng kết hợp với sự phân hóa sâu sắc của khí hậu nhiệt đới gió mùa đã tạo nên sự chênh lệch dòng chảy cực đoan giữa mùa mưa và mùa khô. Trong các tháng mùa lũ, lượng nước tập trung chiếm từ 60% đến 65% tổng dòng chảy năm, gây ra ngập lụt cục bộ tại các thung lũng thấp trũng. Ngược lại, vào mùa khô, lượng dòng chảy suy giảm nghiêm trọng dẫn đến tình trạng hạn hán khốc liệt. Điển hình như đợt thiên tai El Nino lịch sử năm 2016 đã làm cho 11.352 ha cây trồng tại Gia Lai bị khô hạn, gây thiệt hại kinh tế gần 100 tỷ đồng và đẩy hơn 1.300 hộ dân tại huyện Chư Sê vào cảnh thiếu nước sinh hoạt trầm trọng. Cùng với đó, áp lực từ quá trình công nghiệp hóa, sự vận hành của 14 nhà máy thủy điện và nhu cầu tưới tiêu cho hơn 20.083 ha đất nông nghiệp đã làm gia tăng căng thẳng cung - cầu nguồn nước.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng tài nguyên nước mặt và nước dưới đất trên lưu vực sông Ba thuộc địa phận tỉnh Gia Lai, phân tích thực trạng khai thác sử dụng và xây dựng hệ thống giải pháp quản lý tích hợp, bền vững. Phạm vi nghiên cứu bao quát chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn và địa chất thủy văn liên tục trong giai đoạn 2000 - 2019 kết hợp tài liệu lịch sử nhiều năm. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp luận cứ định lượng giúp các cơ quan quản lý điều phối hiệu quả nguồn nước mặt với tổng lượng dòng chảy bình quân 10 tỷ m3/năm, đồng thời bảo vệ an toàn trữ lượng nước dưới đất trong các tầng chứa nước trầm tích và bazan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM - Integrated Water Resources Management) theo định hướng của Tuyên bố Dublin và Kế hoạch hành động Mar del Plata. Lý thuyết này tiếp cận lưu vực sông như một thể thống nhất về mặt tự nhiên và kinh tế - sinh thái, đòi hỏi sự cân bằng hài hòa giữa nhu cầu phát triển kinh tế, an sinh xã hội và bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh.

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng lý thuyết cân bằng nước và động thái dòng chảy bề mặt - dòng chảy ngầm để mô hình hóa quá trình hình thành, phân bổ và suy giảm tài nguyên nước. Các khái niệm và chỉ số chuyên ngành chủ đạo được sử dụng bao gồm:

  • Mô đun dòng chảy năm (M0, đơn vị l/s.km2) và mô đun dòng chảy kiệt (Mmin).
  • Dòng chảy môi trường và ngưỡng khai thác an toàn nước dưới đất.
  • Hệ số biến động dòng chảy (Cv) và hệ số không đối xứng (Cs).
  • Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích bở rời (Holocen, Pleistocen) và tầng chứa nước khe nứt - lỗ hổng trong trầm tích Neogen, đá bazan.
  • Các chỉ số chất lượng nước theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT (đối với nước mặt) và QCVN 09-MT:2015/BTNMT (đối với nước dưới đất).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ hệ sinh thái quan trắc đa ngành. Dữ liệu thủy văn bao gồm chuỗi quan trắc lưu lượng và mực nước tại 4 trạm thủy văn chủ lực (An Khê, Củng Sơn, Sông Hinh, Krông H'năng) với thời gian theo dõi từ 10 đến 34 năm. Dữ liệu địa chất thủy văn được thu thập từ 16 lỗ khoan thăm dò chuyên sâu thuộc hệ tầng sông Ba (như CR1 đến CR9, KP751, KP754, KT02) và mạng lưới 707 công trình quan trắc nước dưới đất trên toàn vùng Tây Nguyên. Dữ liệu chất lượng nước được lấy từ kết quả phân tích hóa lý của hơn 10 vị trí mặt cắt ngang trọng điểm trên dòng chính sông Ba và các phụ lưu lớn (sông Ayun, sông Krông H'năng).

Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu không gian phân tầng đại diện, chia lưu vực thành 3 khu vực địa mạo đặc thù: vùng núi cao thượng lưu An Khê, vùng thung lũng máng trũng trung lưu Cheo Reo - Phú Túc và vùng bán sơn địa giáp hạ lưu. Tần suất lấy mẫu được thực hiện theo chu kỳ mùa mưa và mùa khô nhằm ghi nhận sự dao động tự nhiên của các thông số.

Phương pháp phân tích thống kê thủy văn toán học kết hợp phương pháp chuyên gia và xử lý dữ liệu địa lý GIS được lựa chọn nhờ khả năng xử lý chuỗi số liệu lớn, loại bỏ sai số thô và tái hiện chính xác quy luật biến động dòng chảy trong giai đoạn 2000 - 2019. Toàn bộ quy trình khảo sát thực địa, thu thập số liệu thứ cấp và thực nghiệm mô hình hóa được tiến hành đồng bộ từ năm 2018 đến năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tài nguyên nước mặt sông Ba có tổng lượng dòng chảy dồi dào nhưng phân bố cực kỳ bất đối xứng theo không gian và thời gian. Tổng lượng dòng chảy trung bình hàng năm của toàn lưu vực đạt khoảng 10 tỷ m3, tương ứng mô đun dòng chảy đạt 22,8 l/s.km2. Lượng mưa trung bình năm đạt 1.740 mm nhưng phân hóa rõ rệt: khu vực sườn đón gió dãy Phượng Hoàng (trạm Sông Hinh) nhận lượng mưa lên tới 2.377 mm/năm, trong khi khu vực lòng chảo thung lũng Phú Túc chỉ đạt 1.214 mm/năm (chênh lệch gần 2 lần). Về thời gian, dòng chảy 3 tháng mùa lũ chiếm tới 60 - 65% tổng lượng nước cả năm, riêng tháng 11 chiếm từ 24% đến 26%. Vào mùa kiệt, mô đun dòng chảy tại trạm An Khê giảm sâu chỉ còn 0,22 l/s.km2 vào những năm khô hạn gay gắt, tạo ra sự chênh lệch dòng chảy giữa năm nước lớn và năm nước nhỏ từ 3 đến 6 lần.

Thứ hai, chất lượng nước mặt bị suy giảm cục bộ do chất hữu cơ và kim loại nặng. Giá trị pH nguồn nước mặt dao động ổn định trong khoảng 6,01 - 8,1. Hàm lượng oxy hòa tan (DO) đạt 3,22 - 7,53 mg/l và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) dao động từ 10,0 đến 84,0 mg/l. Tuy nhiên, các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ có xu hướng vượt ngưỡng quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT: hàm lượng COD dao động từ 6,0 đến 89,0 mg/l và BOD5 dao động từ 0,58 đến 52,0 mg/l tại các vị trí tiếp nhận nước thải như Cầu sông Ba (An Khê), Cầu Bến Mộng (Ayun Pa) và Cầu Ayun (Mang Yang). Hàm lượng sắt tổng (Fe) cũng ghi nhận các giá trị cao từ 0 đến 9,99 mg/l, gây hiện tượng nước có mùi tanh và ố vàng cục bộ.

Thứ ba, tiềm năng nước dưới đất phân hóa rõ rệt giữa các cấu trúc địa chất, trong đó tầng Neogen giữ vai trò chiến lược. Tầng chứa nước trầm tích Neogen (Nsb) lấp đầy vùng trũng Cheo Reo - Phú Túc có bề dày lớn từ 450 m đến 500 m, lộ ra trên diện tích 190 km2. Kết quả bơm thí nghiệm từ 16 lỗ khoan cho thấy lưu lượng khai thác dao động từ 0,78 l/s đến 8,04 l/s (lỗ khoan CR2 đạt 8,04 l/s), hệ số thấm trung bình K đạt 1,7 m/ngày và độ khoáng hóa nhạt từ 0,23 đến 0,97 g/l. Ngược lại, tầng chứa nước bở rời Holocen (qh) chỉ dày từ 0,5 đến 34 m với lưu lượng giếng nghèo nàn từ 0,03 đến 0,5 l/s, thường xuyên bị cạn kiệt trong mùa khô.

Thảo luận kết quả

Sự biến động dòng chảy mặt phức tạp trên lưu vực sông Ba bắt nguồn từ sự giao thoa của hai chế độ khí hậu Đông - Tây Trường Sơn và địa hình lòng chảo phân cắt mạnh. Hệ số biến động dòng chảy năm tại các trạm đo trên lưu vực sông Ba đạt từ Cv = 0,30 đến 0,50, cao hơn đáng kể so với các hệ thống sông thuần Tây Nguyên khác (thường có Cv dao động 0,15 - 0,25). Hiện tượng này được minh chứng cụ thể thông qua bảng phân phối lưu lượng nước trung bình các tháng tại trạm An Khê (lưu lượng tháng 4 chỉ đạt 7,71 m3/s nhưng tăng vọt lên 104 m3/s vào tháng 11) và chuỗi biểu đồ dao động mực nước tại các lỗ khoan quan trắc LK10T, LK16T, C7a.

Hệ thống 156 công trình thủy lợi kiên cố (gồm 27 hồ chứa, 102 đập dâng, 27 trạm bơm) hiện cung cấp khoảng 241 triệu m3 nước/năm cho hơn 20.083 ha cây trồng. Dù vậy, trước nhu cầu nước nông nghiệp ngày càng tăng (dự kiến đạt 339,43 triệu m3/năm) và nhu cầu của các nhà máy công nghiệp lớn (Nhà máy đường An Khê tiêu thụ trên 11.300 m3/ngày đêm, Nhà máy tinh bột sắn sử dụng trên 3.000 m3/ngày đêm), nguy cơ thiếu hụt nguồn nước mặt mùa khô là hiện hữu nếu không khai thác bổ trợ hợp lý từ nguồn nước dưới đất tầng Neogen.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết bài toán cân bằng nước và phát triển kinh tế - xã hội bền vững trên lưu vực sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai, bốn nhóm giải pháp hành động được đề xuất:

  1. Hoàn thiện quy chế vận hành liên hồ chứa và giám sát dòng chảy môi trường: Rà soát, điều chỉnh quy trình vận hành liên hồ chứa của 14 nhà máy thủy điện (đặc biệt là các công trình lớn như Thủy điện An Khê - Kanak công suất 173 MW và hồ Ayun Hạ). Thiết lập hệ thống cảm biến giám sát tự động để cam kết duy trì lưu lượng xả đáy tối thiểu về hạ du trong mùa khô không thấp hơn 15 - 20 m3/s, đảm bảo cân bằng hệ sinh thái. Thời gian thực hiện: 2021 - 2023. Chủ thể chủ trì: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Gia Lai phối hợp cùng Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN).

  2. Hiện đại hóa hệ thống thủy lợi và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm: Nâng cấp, kiên cố hóa 156 công trình thủy lợi hiện có nhằm nâng cao năng lực cấp nước tưới từ 20.083 ha lên trên 25.000 ha cây trồng ngắn và dài ngày. Đẩy mạnh chuyển giao kỹ thuật tưới nhỏ giọt, tưới phun mưa cho các vùng chuyên canh cà phê, mía, hồ tiêu tại Chư Sê, Đăk Đoa, hướng tới mục tiêu giảm thất thoát nước tưới từ 15% đến 20%. Thời gian thực hiện: 2021 - 2025. Chủ thể chủ trì: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Gia Lai.

  3. Quy hoạch và cấp phép khai thác an toàn nguồn nước dưới đất tầng Neogen: Xây dựng bản đồ phân vùng khai thác nước dưới đất chi tiết cho vùng trũng Cheo Reo - Phú Túc, khống chế tổng lưu lượng khai thác không vượt quá 70% trữ lượng động có thể khai thác. Phát triển hệ thống giếng khoan công nghiệp công suất 500 - 1.000 m3/ngày để hỗ trợ cấp nước sinh hoạt cho đô thị thị xã Ayun Pa và huyện Phú Thiện. Thời gian thực hiện: 2022 - 2024. Chủ thể chủ trì: UBND tỉnh Gia Lai và Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước quốc gia.

  4. Tăng cường kiểm soát nguồn thải và xử lý ô nhiễm nước mặt công nghiệp: Lắp đặt hệ thống quan trắc nước thải tự động truyền dữ liệu liên tục 24/7 tại 4 khu công nghiệp quy hoạch (An Khê, Đăk Đoa, Ayun Pa, Chư Sê) và các nhà máy chế biến nông sản lớn. Yêu cầu 100% cơ sở xả thải xử lý nước đạt chuẩn cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra sông, nhằm kiểm soát chỉ số COD trung bình dòng sông dưới 30 mg/l. Thời gian thực hiện: Hoàn thành trước năm 2025. Chủ thể chủ trì: Chi cục Bảo vệ Môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Gia Lai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chính:

  1. Cán bộ quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học và bộ chỉ số định lượng giúp Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Gia Lai xây dựng Quy hoạch tài nguyên nước cấp tỉnh giai đoạn 2021 - 2030, tầm nhìn 2050 và ban hành các chính sách điều tiết hạn mặn, ứng phó biến đổi khí hậu.
  2. Kỹ sư thủy lợi, thủy điện và các đơn vị quản lý vận hành hồ chứa: Hỗ trợ cán bộ kỹ thuật tại các công ty khai thác công trình thủy lợi, các nhà máy thủy điện trên sông Ba tối ưu hóa quy trình đóng mở cống, xả lũ và tích nước dựa trên chuỗi số liệu lưu lượng dòng chảy mùa kiệt (0,22 - 3,51 l/s.km2) và đỉnh lũ thiết kế.
  3. Doanh nghiệp cấp nước đô thị và chủ đầu tư khu công nghiệp: Giúp các đơn vị phát triển hạ tầng nước sạch (như Công ty Cổ phần Nước Sài Gòn - An Khê với nhà máy công suất 9.500 m3/ngày đêm) xác định tọa độ và tầng chứa nước tối ưu (tầng Neogen chiều dày lên tới 500 m) để khoan khai thác nước thô phục vụ dân sinh và sản xuất.
  4. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo chuyên khảo về phương pháp luận đánh giá tài nguyên nước liên vùng, phương pháp xử lý dữ liệu địa chất thủy văn và phân tích động thái nước ngầm trong thành tạo đá trầm tích và bazan Tây Nguyên.

Câu hỏi thường gặp

Đặc trưng dòng chảy sông Ba thuộc tỉnh Gia Lai biến đổi như thế nào giữa các mùa trong năm?
Dòng chảy sông Ba phân hóa sâu sắc theo mùa với tổng lượng nước hàng năm đạt khoảng 10 tỷ m3. Mùa lũ kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12, đóng góp 60 - 65% tổng lượng dòng chảy năm, đỉnh lũ lịch sử đo được tại Củng Sơn đạt 20.700 m3/s. Ngược lại, vào mùa cạn (tháng 1 đến tháng 8), dòng chảy kiệt suy giảm mạnh, mô đun kiệt trung bình tại An Khê chỉ đạt 3,51 l/s.km2.

Tầng chứa nước dưới đất nào trên lưu vực có tiềm năng khai thác lớn nhất?
Tầng chứa nước vỉa lỗ hổng trong trầm tích Neogen (Nsb) phân bố tại trũng Cheo Reo - Phú Túc là tầng chứa nước giàu triển vọng nhất. Tầng có bề dày từ 450 m đến 500 m, lưu lượng các lỗ khoan thử nghiệm đạt từ 0,78 đến 8,04 l/s (tiêu biểu như lỗ khoan CR2 đạt 8,04 l/s), độ khoáng hóa nhạt từ 0,23 đến 0,97 g/l, đủ điều kiện cấp nước quy mô lớn.

Hiện tượng hạn hán cực đoan tác động như thế nào đến nguồn nước khu vực nghiên cứu?
Các hiện tượng thời tiết cực đoan như El Nino năm 2016 đã gây thiệt hại kinh tế gần 100 tỷ đồng, làm khô hạn 11.352 ha cây trồng và khiến dung tích trữ các hồ thủy lợi giảm xuống chỉ còn 10 - 40%. Hơn 1.300 hộ dân tại huyện Chư Sê và hàng nghìn người dân dọc sông Ba rơi vào tình trạng thiếu nước sinh hoạt nghiêm trọng.

Chất lượng nước mặt sông Ba hiện nay có đáp ứng tiêu chuẩn sử dụng cho sinh hoạt không?
Nước mặt sông Ba có độ pH ổn định (6,01 - 8,1) nhưng nhiều mặt cắt quan trắc ghi nhận hàm lượng COD cao (6,0 - 89,0 mg/l), BOD5 (0,58 - 52,0 mg/l) và sắt tổng (lên tới 9,99 mg/l) vượt giới hạn QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Do đó, nguồn nước mặt bắt buộc phải qua hệ thống xử lý lắng lọc, khử trùng đạt chuẩn trước khi cấp cho sinh hoạt.

Hiện trạng cấp nước sạch tập trung tại vùng nghiên cứu đạt quy mô ra sao?
Toàn vùng hiện có 6 khu vực cấp nước đô thị tập trung với công suất khai thác từ 300 đến 5.000 m3/ngày đêm, phục vụ khoảng 56.000 dân cư. Một số công trình tiêu biểu mới được đầu tư bao gồm Nhà máy nước An Khê với công suất thiết kế 9.500 m3/ngày đêm (định hướng nâng lên 19.000 m3/ngày đêm) và Nhà máy nước Chư Sê công suất 9.000 m3/ngày đêm.

Kết luận

  • Luận văn đã định lượng hóa toàn diện tài nguyên nước mặt sông Ba thuộc Gia Lai với tổng lượng dòng chảy bình quân 10 tỷ m3/năm, đồng thời chỉ rõ sự bất đối xứng sâu sắc khi 60 - 65% lượng nước tập trung trong 3 tháng mùa lũ.
  • Xác định tầng chứa nước trầm tích Neogen (Nsb) tại trũng Cheo Reo - Phú Túc là cấu trúc chứa nước dưới đất có giá trị chiến lược cao nhất với chiều dày lên đến 500 m và lưu lượng lỗ khoan đạt tới 8,04 l/s.
  • Cảnh báo hiện trạng suy giảm chất lượng nước mặt cục bộ với các chỉ số COD (đạt tới 89 mg/l), BOD5 (đạt tới 52 mg/l) và sắt tổng vượt chuẩn do tiếp nhận nước thải đô thị và chế biến nông nghiệp.
  • Đánh giá năng lực của 156 công trình thủy lợi kiên cố đang tưới cho 20.083 ha cây trồng và đặt ra yêu cầu tái cấu trúc quy trình vận hành liên hồ chứa đối với 14 nhà máy thủy điện.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ từ quy hoạch nước ngầm đến kiểm soát nguồn thải tự động, định hướng hoàn thành trước năm 2025.

Đóng góp chính của công trình là xây dựng cơ sở dữ liệu tích hợp, chuẩn hóa về khí tượng - thủy văn - địa chất thủy văn lưu vực sông Ba trên địa bàn tỉnh Gia Lai giai đoạn 2000 - 2019. Trong các bước tiếp theo, các cơ quan ban ngành cần tiến hành lắp đặt mạng lưới quan trắc tự động liên tục và số hóa bản đồ tài nguyên nước trên nền tảng WebGIS. Hãy chủ động liên hệ các đơn vị chuyên môn và tham khảo đầy đủ luận văn để ứng dụng hiệu quả các giải pháp quản lý tài nguyên nước bền vững cho địa phương.