Tổng quan nghiên cứu

Khu vực phía Nam tỉnh Bình Thuận là vùng đất có tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa đặc trưng với nền nhiệt độ cao quanh năm, tổng tích ôn đạt trên 9.100 độ C và tổng lượng bốc hơi trung bình năm lên tới 1.400 mm. Mặc dù tổng lượng mưa trung bình nhiều năm dao động từ 1.133 mm đến 2.354 mm tùy theo tiểu vùng, nguồn tài nguyên nước mặt lại có sự phân bố bất cân xứng nghiêm trọng theo không gian và thời gian. Mùa khô kéo dài liên tục từ 6 đến 7 tháng nhưng chỉ mang lại từ 10% đến 15% tổng lượng mưa cả năm, trong khi mùa mưa chỉ tập trung trong 5 đến 6 tháng nhưng chiếm tới 85% đến 90% lượng dòng chảy. Sự phân bố lệch pha sâu sắc này dẫn đến tình trạng suy kiệt dòng chảy nghiêm trọng vào mùa kiệt, gây ra các đợt hạn hán khốc liệt và đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước của địa phương. Điển hình trong đợt hạn hán lịch sử mùa khô giai đoạn 2015 - 2016, tổng dung tích hữu ích của toàn bộ các hồ chứa thủy lợi trên địa bàn tỉnh chỉ còn 13,81% dung tích thiết kế, khiến 45.423 ha diện tích canh tác lúa phải cắt giảm sản xuất và hơn 90.000 nhân khẩu tại các huyện Hàm Tân, Hàm Thuận Nam rơi vào tình trạng thiếu nước sinh hoạt trầm trọng.

Trước thách thức đó, nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện tiềm năng nguồn nước mặt, dự báo chính xác nhu cầu sử dụng nước đa mục tiêu và định lượng mức độ khan hiếm nước trên các lưu vực sông chính thuộc vùng Nam Bình Thuận theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu đến năm 2030. Phạm vi nghiên cứu bao quát trên diện tích nội tỉnh 3.806 km2 thuộc 5 lưu vực sông gồm sông La Ngà, sông Dinh, sông Phan, sông Cà Ty và suối Cô Kiều, trải dài qua địa bàn hành chính các huyện Đức Linh, Tánh Linh, Hàm Tân, Hàm Thuận Nam, một phần huyện Hàm Thuận Bắc và thành phố Phan Thiết. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thủy văn và cân bằng nước đáng tin cậy với độ chi tiết cao, phục vụ công tác quy hoạch, điều tiết liên hồ chứa và đề xuất các giải pháp kỹ thuật công trình nhằm giảm thiểu thiệt hại do hạn hán, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững tài nguyên nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) và nguyên lý cân bằng nước lưu vực sông, kết hợp với lý thuyết đánh giá tính dễ bị tổn thương của nguồn nước dưới tác động của biến đổi khí hậu. Cấu trúc lý thuyết tập trung vào mối quan hệ tương hỗ giữa lượng nước đến tự nhiên từ lưu vực, dung tích điều tiết của hệ thống hồ chứa và tổng nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế xã hội theo từng thời đoạn tính toán.

Trong khuôn khổ đánh giá mức độ căng thẳng tài nguyên nước, đề tài ứng dụng các chỉ số chuẩn hóa quốc tế gồm:

  • Chỉ số khan hiếm nước Falkenmark: Đo lường ngưỡng áp lực nước dựa trên tổng lượng nước mặt có thể khai thác tính bình quân trên đầu người hàng năm, xác định các ngưỡng căng thẳng dưới 1.700 m3/người/năm, khan hiếm nước dưới 1.000 m3/người/năm và khan hiếm tuyệt đối dưới 500 m3/người/năm.
  • Chỉ số áp lực nước WSI (Water Stress Index) theo phương pháp luận của Smakhtin: Đánh giá tỷ lệ giữa tổng lượng nước khai thác sử dụng của con người so với tổng lượng dòng chảy sẵn có sau khi đã khấu trừ lượng dòng chảy môi trường tối thiểu cần thiết để duy trì hệ sinh thái thủy sinh.
  • Khái niệm dòng chảy môi trường (Environmental Flow): Lượng dòng chảy tối thiểu được duy trì trên sông suối nhằm bảo vệ hệ sinh thái thủy vực, chống xâm nhập mặn vùng cửa sông và bảo tồn đa dạng sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn đồng bộ với thời gian thực đo trên 30 năm (từ năm 1985 đến 2015) tại hệ thống các trạm đo đại diện gồm Phan Thiết, Hàm Tân, Tà Pao, Mũi Né và Di Linh. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ mạng lưới thủy văn của 5 lưu vực sông chính cùng 40 nhánh sông suối cấp 1 và cấp 2, với quy mô diện tích lưu vực nội tỉnh đạt 3.378 km2 và diện tích lưu vực ngoại tỉnh tiếp nhận là 443 km2. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc đại diện theo vùng địa hình và mạng lưới phân vùng thủy văn đồng nhất, kết hợp phân tích tương quan không gian qua phương pháp đa giác Thiessen để tính toán lượng mưa bình quân lưu vực.

Hệ thống mô hình toán chuyên ngành được tích hợp đồng bộ bao gồm:

  • Mô hình khí hậu và thủy văn NAM (thuộc bộ phần mềm MIKE 11): Mô hình thông số tập trung mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên bề mặt và dòng chảy ngầm cho các tiểu lưu vực chưa có trạm quan trắc. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định tại trạm thủy văn Tà Pao, đạt chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe trên 0,85 và sai số tổng lượng dòng chảy dưới 5%, đảm bảo độ tin cậy vượt trội.
  • Mô hình cân bằng và phân bổ tài nguyên nước MIKE BASIN: Được lựa chọn để mô phỏng mạng lưới phân phối dòng chảy phức tạp, vận hành 11 hồ chứa thủy lợi vừa và lớn (như hồ Sông Móng dung tích 37 triệu m3, hồ Sông Dinh 3 dung tích 62,04 triệu m3) và tính toán chi tiết cán cân cung - cầu nước theo bước thời gian tháng cho từng tiểu lưu vực.
  • Phần mềm CROPWAT: Được sử dụng để tính toán nhu cầu nước tưới thực tế cho hơn 84.000 ha đất sản xuất nông nghiệp dựa trên hệ số cây trồng Kc và chuỗi bốc thoát hơi tiềm năng FAO Penman-Monteith.

Toàn bộ quá trình tính toán được thực hiện theo 4 kịch bản phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu (kịch bản cơ sở năm 2016, kịch bản phát triển năm 2020 và năm 2030 kết hợp kịch bản RCP4.5 và RCP8.5) với các tần suất dòng chảy thiết kế P = 10% (năm nhiều nước), P = 50% (năm trung bình) và P = 90% (năm ít nước, hạn hán nghiêm trọng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tiềm năng dòng chảy tự nhiên có sự chênh lệch rất lớn theo không gian và thời gian. Tổng lượng dòng chảy mặt trung bình nhiều năm của toàn vùng đạt khoảng 6,41 tỷ m3, nhưng có tới 5,00 tỷ m3 (chiếm khoảng 78% đến 86%) tập trung dồn dập trong mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 12. Trong khi đó, tổng lượng dòng chảy mùa cạn chỉ đạt xấp xỉ 1,41 tỷ m3 (chiếm từ 14% đến 22%). Dòng chảy kiệt trong các tháng 2, 3 và 4 suy giảm nghiêm trọng, nhiều sông suối nhỏ có mô đun dòng chảy hạ xuống mức 0 đến 14 l/s/km2.

Thứ hai, cơ cấu nhu cầu sử dụng nước cho thấy ngành sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng áp đảo tuyệt đối. Trong năm hiện trạng 2016, tổng nhu cầu nước của vùng là 412,5 triệu m3/năm, trong đó nông nghiệp tiêu thụ trên 88,5% tổng lượng nước. Dự báo đến năm 2030, khi dân số vùng nghiên cứu tăng lên 763.500 người và diện tích các khu công nghiệp mở rộng lên 1.900 ha, tổng nhu cầu nước sẽ tăng vọt lên khoảng 580 triệu m3/năm, tạo ra áp lực khai thác khổng lồ lên hệ thống nguồn nước mặt.

Thứ ba, kết quả mô phỏng cân bằng nước bằng mô hình MIKE BASIN cho thấy tình trạng thiếu hụt nước diễn ra gay gắt trên diện rộng trong mùa khô, đặc biệt ứng với tần suất nước đến P = 90%. Lưu vực sông Phan và sông Dinh là hai điểm nóng khan hiếm nghiêm trọng nhất, với lượng nước thiếu hụt trong mùa kiệt kịch bản năm 2030 lên tới hơn 45 triệu m3, khiến nhiều hệ sinh thái hạ du bị suy thoái và nhiều vùng trồng cây ăn trái thanh long bị thiếu nước tưới liên tục từ 3 đến 4 tháng.

Thứ tư, chỉ số áp lực nước WSI theo phương pháp Smakhtin vào các tháng mùa kiệt (từ tháng 2 đến tháng 5) tại các lưu vực sông Cà Ty, sông Phan và sông Dinh đều vượt ngưỡng 0,8 đến 1,0. Điều này xác nhận các lưu vực này đang rơi vào trạng thái khan hiếm nước ở mức độ đặc biệt nghiêm trọng, nguồn nước không đủ đáp ứng đồng thời cho các ngành kinh tế và duy trì dòng chảy môi trường. Ngược lại, lưu vực sông La Ngà nhờ có nguồn nước bổ sung từ cao nguyên và các công trình thủy điện lớn nên chỉ số WSI duy trì ở mức an toàn dưới 0,4.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của tình trạng khan hiếm nước xuất phát từ sự kết hợp bất lợi giữa điều kiện khí hậu tự nhiên khô hạn cục bộ và hạ tầng thủy lợi chưa được kết nối đồng bộ. Mặc dù toàn vùng có 11 công trình hồ chứa, nhưng phần lớn các công trình hiện hữu có quy mô nhỏ, dung tích điều tiết năm hạn chế và chưa có hệ thống kênh chuyển nước liên lưu vực để san sẻ nguồn nước dồi dawg từ lưu vực sông La Ngà sang lưu vực sông Dinh và sông Phan.

Khi so sánh với các nghiên cứu tài nguyên nước tại lưu vực sông Đồng Nai hay lưu vực duyên hải Nam Trung Bộ, vùng Nam Bình Thuận có độ nhạy cảm cao hơn nhiều trước các biến động khí hậu cực đoan như El Nino. Các kết quả tính toán có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua hệ thống bản đồ GIS phân vùng chỉ số WSI và biểu đồ đường quá trình cân bằng nước tháng, giúp các cơ quan quản lý dễ dàng nhận diện các tiểu lưu vực chịu rủi ro cao để ưu tiên phân bổ ngân sách đầu tư công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để bài toán khan hiếm nước và đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng Nam Bình Thuận đến năm 2030, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  1. Đẩy nhanh tiến độ hoàn thiện và liên thông hệ thống công trình thủy lợi liên lưu vực:
  • Hành động: Tập trung nguồn vốn hoàn thiện xây dựng các cụm công trình đầu mối lớn gồm hồ Sông Móng (dung tích 37 triệu m3), hồ Sông Dinh 3 (dung tích 62,04 triệu m3) và đập dâng Tà Pao; đồng thời quy hoạch tuyến kênh chuyển nước liên lưu vực kết nối chuyển tiếp nước từ sông La Ngà sang vùng khô hạn sông Phan và sông Dinh.
  • Chỉ số mục tiêu: Nâng tổng dung tích trữ nước chủ động của vùng lên trên 300 triệu m3, đảm bảo năng lực cấp nước tưới tin cậy cho hơn 84.000 ha đất canh tác và tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho trên 90% dân số.
  • Lộ trình: Giai đoạn 2020 – 2025.
  • Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Thuận, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi.
  1. Tái cơ cấu sản xuất nông nghiệp và ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm:
  • Hành động: Thực hiện chuyển đổi khoảng 3.000 đến 5.000 ha đất lúa vụ Hè Thu thường xuyên thiếu nước sang các cây trồng cạn có nhu cầu nước thấp như bắp, đậu phụng, mè; áp dụng đại trà công nghệ tưới phun mưa cục bộ và tưới nhỏ giọt có kiểm soát cho hơn 15.000 ha thanh long tại huyện Hàm Thuận Nam và Hàm Tân.
  • Chỉ số mục tiêu: Cắt giảm từ 20% đến 25% định mức lượng nước tưới nông nghiệp trên 1 ha, nâng cao hiệu quả kinh tế trên một đơn vị mét khối nước sử dụng.
  • Lộ trình: Thực hiện thường xuyên trong giai đoạn 2021 – 2030.
  • Chủ thể thực hiện: Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tỉnh Bình Thuận, Trung tâm Khuyến nông và các hợp tác xã nông nghiệp.
  1. Hiện đại hóa hệ thống quan trắc, dự báo và vận hành hồ chứa thông minh:
  • Hành động: Lắp đặt mạng lưới trạm đo mưa tự động, cảm biến mực nước tự động tại các lưu vực sông chính và xây dựng phần mềm hỗ trợ ra quyết định (DSS) vận hành điều tiết tối ưu liên hồ chứa theo thời gian thực dựa trên kịch bản khí tượng thủy văn.
  • Chỉ số mục tiêu: Nâng cao độ chính xác của các bản tin dự báo nguồn nước trước mùa cạn lên trên 85%, giảm thiểu 40% thiệt hại do thiếu nước đột ngột trong mùa khô.
  • Lộ trình: Giai đoạn 2022 – 2026.
  • Chủ thể thực hiện: Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Khai thác công trình thủy lợi Bình Thuận phối hợp cùng Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh.
  1. Tăng cường bảo vệ thảm phủ rừng đầu nguồn và thực thi quy chế chia sẻ nguồn nước:
  • Hành động: Bảo vệ nghiêm ngặt diện tích rừng tự nhiên hiện có, trồng mới và phục hồi 2.000 ha rừng phòng hộ đầu nguồn trên lưu vực sông La Ngà, sông Cà Ty để tăng cường khả năng giữ nước ngầm mùa kiệt; xây dựng quy chế vận hành phối hợp chia sẻ nguồn nước giữa các nhà máy thủy điện (Hàm Thuận - Đa Mi, Đại Ninh) với nhu cầu dân sinh hạ du.
  • Chỉ số mục tiêu: Tăng độ che phủ rừng lưu vực lên trên 45%, duy trì dòng chảy môi trường đạt tối thiểu 10% dòng chảy trung bình năm.
  • Lộ trình: Thực hiện liên tục từ năm 2020 đến năm 2030.
  • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Thuận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách cấp tỉnh:
  • Lợi ích: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban nhân dân các huyện Hàm Tân, Tánh Linh, Hàm Thuận Nam có thể sử dụng trực tiếp bộ cơ sở dữ liệu cân bằng nước và dự báo nhu cầu dùng nước để phê duyệt quy hoạch tài nguyên nước, cấp phép khai thác và xây dựng phương án ứng phó khẩn cấp với hạn hán.
  1. Các đơn vị tư vấn thiết kế, quản lý và khai thác công trình thủy lợi:
  • Lợi ích: Công ty Khai thác công trình thủy lợi Bình Thuận và các kỹ sư chuyên ngành có thể tham khảo chuỗi dòng chảy mô phỏng tần suất và thông số điều tiết hồ chứa để lập quy trình vận hành liên hồ chứa Sông Móng - Sông Dinh 3 tối ưu nhất trong mùa cạn.
  1. Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Thủy văn, Kỹ thuật Tài nguyên nước:
  • Lợi ích: Là tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu về phương pháp kết hợp mô hình NAM và MIKE BASIN trong phân bổ nước, cũng như phương pháp định lượng áp lực nước bằng chỉ số WSI và Falkenmark dưới tác động của biến đổi khí hậu.
  1. Các tổ chức phát triển, doanh nghiệp đầu tư nông nghiệp công nghệ cao và khu công nghiệp:
  • Lợi ích: Đánh giá chính xác mức độ rủi ro an ninh nguồn nước tại từng tiểu lưu vực, từ đó xây dựng kế hoạch dự trữ nước, lựa chọn vị trí đầu tư dự án và áp dụng công nghệ xử lý tái sử dụng nước tuần hoàn hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Yếu tố nào là nguyên nhân chính gây ra tình trạng khan hiếm nước trầm trọng tại Nam Bình Thuận?
  • Trả lời: Nguyên nhân cốt lõi là sự phân bố lượng mưa lệch pha cực đoan với mùa khô dài 6 đến 7 tháng chỉ nhận 10% đến 15% lượng mưa năm, kết hợp với lượng bốc hơi cao tới 1.400 mm và thảm phủ thực vật suy giảm, trong khi các công trình điều tiết lớn chưa hoàn thiện đồng bộ.
  1. Ứng dụng mô hình MIKE BASIN mang lại ưu điểm gì vượt trội so với các phương pháp tính toán cân bằng nước truyền thống?
  • Trả lời: MIKE BASIN cho phép mô phỏng động học mạng lưới sông phức tạp với nhiều nút hồ chứa và kênh dẫn, tính toán phân bổ nước đa mục tiêu theo bước thời gian tháng và định lượng chính xác lượng nước thiếu hụt tại từng tiểu lưu vực cụ thể.
  1. Chỉ số áp lực nước WSI phản ánh điều gì về tình trạng tài nguyên nước vùng nghiên cứu?
  • Trả lời: Chỉ số WSI của phương pháp Smakhtin chỉ ra rằng vào các tháng mùa kiệt (tháng 2 đến tháng 5), tỷ lệ khai thác nước tại sông Cà Ty, Phan và Dinh vượt quá 0,8, khẳng định nguồn nước tự nhiên bị khai thác quá mức và hệ sinh thái hạ du bị đe dọa nghiêm trọng.
  1. Biến đổi khí hậu theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 tác động như thế nào đến nguồn nước của tỉnh đến năm 2030?
  • Trả lời: Nhiệt độ trung bình năm dự báo tăng từ 0,7 đến 1,8 độ C làm tăng lượng bốc hơi bề mặt, đồng thời mùa khô có xu hướng kéo dài thêm từ 10 đến 30 ngày, khiến tần suất và cường độ các đợt hạn hán trở nên khốc liệt hơn.
  1. Giải pháp công trình nào được đánh giá là cấp thiết nhất để giải quyết dứt điểm tình trạng thiếu nước sinh hoạt cho huyện Hàm Tân?
  • Trả lời: Hoàn thành đưa vào vận hành hồ Sông Dinh 3 với dung tích 62,04 triệu m3 và xây dựng hệ thống đường ống dẫn nước thô liên huyện kết hợp chuyển nước từ hệ thống sông La Ngà là giải pháp mang tính quyết định để cấp nước ổn định cho hơn 160.000 dân.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết lập thành công mô hình mô phỏng mưa - dòng chảy và cân bằng nước chi tiết cho 5 lưu vực sông chính vùng Nam Bình Thuận trên diện tích 3.806 km2, đạt độ tin cậy khoa học cao với chỉ số Nash-Sutcliffe trên 0,85.
  • Đã xác định rõ bức tranh phân bố dòng chảy mặt trung bình 6,41 tỷ m3/năm nhưng bị lệch pha sâu sắc, trong đó mùa kiệt chỉ chiếm khoảng 1,41 tỷ m3 gây ra thâm hụt nước nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp vốn chiếm tới trên 88% tổng nhu cầu nước.
  • Định lượng chính xác mức độ khan hiếm nước qua chỉ số WSI vượt ngưỡng báo động 0,8 trong các tháng cao điểm mùa khô tại các lưu vực sông Phan, sông Dinh và sông Cà Ty.
  • Đóng góp hệ thống giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ, trọng tâm là xây dựng hồ Sông Dinh 3, hồ Sông Móng, liên thông chuyển nước liên lưu vực và chuyển đổi cơ cấu cây trồng tiết kiệm nước cho giai đoạn 2020 – 2030.
  • Để biến các kết quả nghiên cứu thành hành động thực tế, các cơ quan ban ngành và đơn vị quản lý tài nguyên nước cần nhanh chóng ứng dụng bộ công cụ tính toán này vào quy hoạch phân bổ nguồn nước và kế hoạch điều tiết hồ chứa hàng năm. Quý độc giả, nhà khoa học và các đơn vị quan tâm có thể khai thác toàn văn tài liệu nghiên cứu để triển khai các mô hình quản trị tài nguyên nước thông minh và bền vững cho khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ.