I. Tổng quan hệ thống sông Nhuệ và vai trò cấp nước mùa kiệt
Hệ thống sông Nhuệ là một trong những hệ thống thủy lợi liên tỉnh quan trọng bậc nhất của đồng bằng Bắc Bộ, đóng vai trò then chốt trong việc cấp nước, tiêu thoát, và bảo vệ môi trường cho một vùng lãnh thổ rộng lớn thuộc Thủ đô Hà Nội và tỉnh Hà Nam. Với vị trí chiến lược, hệ thống này không chỉ phục vụ tưới tiêu nông nghiệp cho hàng chục nghìn hecta đất canh tác mà còn đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt, công nghiệp, và duy trì dòng chảy môi trường. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của hệ thống chính là đảm bảo nguồn nước trong mùa khô, khi lưu lượng dòng chảy mùa khô tự nhiên suy giảm nghiêm trọng. Trong bối cảnh này, các giải pháp cấp nước mùa kiệt cho hệ thống sông Nhuệ trở thành nhiệm vụ cấp thiết để đảm bảo an ninh nguồn nước và sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Nguồn cấp chính của hệ thống phụ thuộc gần như hoàn toàn vào việc bổ sung nước sông Hồng thông qua cống Liên Mạc. Do đó, mọi biến động về mực nước và lưu lượng trên sông Hồng đều tác động trực tiếp đến khả năng vận hành của toàn bộ hệ thống thủy lợi sông Nhuệ - sông Đáy. Việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp không chỉ mang tính kỹ thuật mà còn là cơ sở để xây dựng quy trình quản lý tài nguyên nước hiệu quả, thích ứng với các kịch bản phát triển và tác động của biến đổi khí hậu và tài nguyên nước.
1.1. Hiện trạng hệ thống thủy lợi sông Nhuệ sông Đáy
Hệ thống thủy lợi sông Nhuệ - sông Đáy có lịch sử phát triển lâu đời, được giới hạn bởi sông Hồng ở phía Bắc và Đông, sông Đáy ở phía Tây. Sông Nhuệ, với chiều dài khoảng 74km, là trục chính vừa tưới vừa tiêu, nhận nguồn từ sông Hồng qua cống Liên Mạc và đổ ra sông Đáy tại cống Lương Cổ. Theo luận văn của Trần Quốc Lập (2010), hệ thống này phục vụ diện tích tự nhiên trong đê khoảng 107.530 ha. Hạ tầng công trình bao gồm hàng trăm trạm bơm tưới tiêu kết hợp, cống điều tiết và mạng lưới kênh mương chằng chịt. Tuy nhiên, sau nhiều thập kỷ vận hành, nhiều công trình đã xuống cấp, lòng sông bị bồi lắng, làm giảm khả năng dẫn nước và gây tổn thất đầu nước lớn. Việc phân vùng tưới hiện nay chủ yếu dựa vào nguồn nước và biện pháp công trình, bao gồm vùng tưới động lực lấy nước trực tiếp từ sông Hồng, sông Đáy và vùng tưới kết hợp tự chảy-động lực lấy nước qua cống Liên Mạc. Sự phụ thuộc lớn vào một nguồn cấp duy nhất khiến hệ thống dễ bị tổn thương khi mực nước sông Hồng xuống thấp.
1.2. Nhu cầu sử dụng nước đa ngành trong lưu vực
Lưu vực sông Nhuệ là khu vực có tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng, dẫn đến nhu cầu sử dụng nước tăng mạnh ở tất cả các ngành. Nhu cầu cho nông nghiệp, dù diện tích đất canh tác giảm, vẫn rất lớn do yêu cầu thâm canh, tăng vụ và thay đổi cơ cấu cây trồng. Nước cho đô thị, công nghiệp, làng nghề và dịch vụ không chỉ tăng về số lượng mà còn yêu cầu cao hơn về chất lượng. Đặc biệt, sự phát triển của các khu công nghiệp lớn như Đồng Văn, các đô thị mới phía Nam Hà Nội đặt ra áp lực khổng lồ lên nguồn nước. Thêm vào đó, yêu cầu về dòng chảy môi trường để pha loãng, giảm thiểu ô nhiễm sông Nhuệ ngày càng trở nên cấp bách. Việc cân bằng và phân bổ hợp lý nguồn nước giữa các ngành, đặc biệt trong mùa kiệt, là một bài toán phức tạp, đòi hỏi phải có một quy hoạch lưu vực sông toàn diện và các giải pháp cấp nước linh hoạt.
II. Thách thức lớn khi tìm giải pháp cấp nước mùa kiệt sông Nhuệ
Việc đảm bảo an ninh nguồn nước cho hệ thống sông Nhuệ trong mùa khô đối mặt với nhiều thách thức đan xen, đòi hỏi các giải pháp cấp nước mùa kiệt phải mang tính tổng thể và bền vững. Thách thức đầu tiên và lớn nhất là sự suy giảm lưu lượng dòng chảy mùa khô trên sông Hồng. Luận văn Thạc sĩ của Trần Quốc Lập (2010) chỉ ra rằng, sau khi có hồ Hòa Bình, mực nước trung bình tháng I tại Hà Nội (giai đoạn đổ ải) có xu hướng thấp hơn so với trước đây, gây khó khăn cho việc lấy nước tự chảy qua cống Liên Mạc. Thách thức thứ hai là tình trạng ô nhiễm sông Nhuệ ngày càng trầm trọng. Nước thải sinh hoạt, công nghiệp, làng nghề chưa qua xử lý đổ thẳng vào sông, làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng nước sông Nhuệ. Nguồn nước ô nhiễm không chỉ ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp mà còn đe dọa sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Cuối cùng, tác động của biến đổi khí hậu và tài nguyên nước làm gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan, khiến mùa khô kéo dài và hạn hán gay gắt hơn. Những thách thức này buộc các nhà quản lý phải tìm kiếm các giải pháp đồng bộ, từ việc điều tiết nguồn nước thượng nguồn đến cải tạo môi trường nước tại chỗ.
2.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước
Biến đổi khí hậu và tài nguyên nước là một trong những yếu tố tác động sâu sắc đến khả năng cấp nước. Các nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ trung bình tăng, lượng mưa phân bố bất thường hơn, mùa khô có xu hướng kéo dài và khắc nghiệt hơn. Điều này trực tiếp làm giảm dòng chảy kiệt tự nhiên, tăng nhu cầu nước tưới do bốc hơi cao, và gây khó khăn cho việc tích nước của các hồ chứa thượng nguồn. Tình trạng xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu sông Hồng cũng có thể diễn biến phức tạp hơn, ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước tại các cửa lấy nước. Đối phó với biến đổi khí hậu đòi hỏi các giải pháp phải có tầm nhìn dài hạn, không chỉ tập trung vào công trình mà còn cả các giải pháp phi công trình như quản lý nhu cầu, sử dụng nước tiết kiệm và chuyển đổi cơ cấu cây trồng.
2.2. Vấn đề ô nhiễm sông Nhuệ và suy giảm chất lượng nước
Ô nhiễm sông Nhuệ đã đến mức báo động, trở thành một rào cản lớn cho việc sử dụng bền vững nguồn nước. Nguồn ô nhiễm chính đến từ nước thải sinh hoạt của các đô thị lớn như Hà Nội, Hà Đông; nước thải từ hàng trăm làng nghề và các khu công nghiệp không được xử lý triệt để. Chất lượng nước sông Nhuệ thường xuyên không đạt tiêu chuẩn cho mục đích tưới tiêu, đặc biệt ở đoạn hạ lưu. Nồng độ amoni, BOD5, COD vượt ngưỡng cho phép nhiều lần, gây tác động xấu đến cây trồng, vật nuôi và hệ sinh thái thủy sinh. Tình trạng này buộc hệ thống phải lấy thêm một lượng nước đáng kể từ sông Hồng chỉ để pha loãng ô nhiễm, làm gia tăng áp lực lên nguồn nước vốn đã khan hiếm trong mùa kiệt.
III. Phương pháp bổ sung nước sông Hồng Giải pháp cấp nước nền tảng
Giải pháp nền tảng và mang tính quyết định để giải quyết bài toán thiếu nước mùa kiệt cho sông Nhuệ là tăng cường và đảm bảo nguồn cấp từ sông Hồng. Việc bổ sung nước sông Hồng không chỉ cung cấp đủ lưu lượng cho tưới tiêu nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp mà còn có vai trò then chốt trong việc cải thiện dòng chảy, đẩy lùi ô nhiễm. Trọng tâm của giải pháp này xoay quanh hai yếu tố chính: sự điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn và hiệu quả vận hành của công trình đầu mối. Việc vận hành hồ chứa Hòa Bình một cách khoa học, phối hợp chặt chẽ với các hồ chứa khác trên lưu vực, có thể tạo ra dòng chảy bổ sung ổn định cho hạ du trong các đợt cao điểm dùng nước. Đồng thời, việc nâng cấp, hiện đại hóa trạm bơm Liên Mạc và các công trình liên quan là bắt buộc để có thể chủ động lấy nước ngay cả khi mực nước sông Hồng xuống thấp. Sự kết hợp hài hòa giữa điều tiết nguồn nước từ thượng nguồn và năng lực của hạ tầng tại chỗ sẽ tạo thành một cơ chế cấp nước chủ động, linh hoạt, là chìa khóa cho giải pháp cấp nước mùa kiệt cho hệ thống sông Nhuệ.
3.1. Tối ưu vận hành hồ chứa Hòa Bình để tăng lưu lượng
Hồ chứa Hòa Bình, cùng với các hồ khác như Thác Bà, Sơn La, có khả năng điều tiết và bổ sung một lượng nước khổng lồ cho hạ du sông Hồng trong mùa kiệt. Theo nghiên cứu, hồ Hòa Bình có thể tăng thêm cho dòng chảy mùa kiệt khoảng 300 đến 400 m³/s. Việc vận hành hồ chứa Hòa Bình theo một quy trình liên hồ được tối ưu hóa là yếu tố sống còn. Quy trình này cần cân bằng giữa các mục tiêu: phát điện, chống lũ và cấp nước cho hạ du. Trong các đợt đổ ải vụ Đông Xuân, việc xả nước đồng bộ, tập trung từ các hồ chứa sẽ tạo ra một 'dòng chảy nhân tạo' đủ lớn để nâng mực nước tại Hà Nội, giúp các công trình thủy lợi, đặc biệt là cống Liên Mạc, có thể lấy nước hiệu quả. Việc phối hợp thông tin và điều hành giữa các cơ quan quản lý hồ chứa và các đơn vị vận hành hệ thống thủy lợi hạ du là cực kỳ quan trọng để tối đa hóa hiệu quả của mỗi đợt xả nước.
3.2. Vai trò của trạm bơm Liên Mạc trong điều tiết nguồn nước
Trạm bơm Liên Mạc đóng vai trò là 'trái tim' của hệ thống, là cửa ngõ duy nhất đưa nước từ sông Hồng vào sông Nhuệ. Khi mực nước sông Hồng đủ cao, cống Liên Mạc có thể lấy nước tự chảy. Tuy nhiên, trong bối cảnh mực nước ngày càng xuống thấp, vai trò của các máy bơm trở nên tối quan trọng. Nâng cấp công suất và hiệu suất của trạm bơm này là một yêu cầu cấp bách. Các giải pháp kỹ thuật như lắp đặt thêm tổ máy bơm công suất lớn, áp dụng công nghệ bơm hiện đại, và nạo vét kênh dẫn trước cống sẽ giúp trạm bơm có thể hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện thủy văn bất lợi. Trạm bơm Liên Mạc không chỉ là công trình lấy nước mà còn là công cụ để điều tiết nguồn nước một cách chủ động, đảm bảo cung cấp lưu lượng cần thiết theo đúng kế hoạch dùng nước của toàn hệ thống.
IV. Cách cải tạo hệ thống thủy lợi và tối ưu tưới tiêu nông nghiệp
Bên cạnh việc đảm bảo nguồn cấp từ sông Hồng, một giải pháp cấp nước mùa kiệt cho hệ thống sông Nhuệ không thể thiếu việc cải tạo, nâng cấp nội tại hệ thống. Hệ thống kênh mương sau nhiều năm sử dụng đã bị bồi lắng, xuống cấp, gây tổn thất nước lớn và giảm hiệu quả truyền dẫn. Do đó, việc đầu tư nạo vét các trục kênh chính như sông Nhuệ, sông La Khê, kênh Vân Đình, và kiên cố hóa hệ thống kênh mương cấp dưới là vô cùng cần thiết. Giải pháp này giúp giảm tổn thất nước trên đường đi, đưa nước đến mặt ruộng nhanh hơn và duy trì được mực nước thiết kế tại các vị trí xa nguồn. Song song với đó, việc áp dụng các phương pháp tưới tiêu nông nghiệp tiên tiến, tiết kiệm nước như tưới nhỏ giọt, tưới phun, hay kỹ thuật 'nông-lộ-phơi' cho lúa sẽ giúp giảm đáng kể lượng nước cần dùng trên một đơn vị diện tích. Việc quy hoạch lưu vực sông một cách khoa học, phân vùng tưới hợp lý và xây dựng lịch dùng nước chi tiết cho từng khu vực sẽ giúp tối ưu hóa việc phân phối nguồn nước vốn đã hạn hẹp trong mùa khô, góp phần nâng cao hiệu quả tổng thể của hệ thống.
4.1. Nâng cấp hạ tầng thủy lợi và các công trình đầu mối
Hiện trạng hạ tầng của hệ thống thủy lợi sông Nhuệ - sông Đáy cho thấy sự xuống cấp rõ rệt. Giải pháp cải tạo cần tập trung vào việc nạo vét, kè bờ các trục sông chính để tăng khả năng trữ và dẫn nước. Các cống điều tiết trên hệ thống cần được sửa chữa, tự động hóa để vận hành linh hoạt, giảm thời gian và nhân lực. Các trạm bơm nội đồng, đặc biệt là các trạm bơm tưới cho vùng cao, cần được rà soát, thay thế các máy bơm cũ, hiệu suất thấp bằng các loại máy bơm thế hệ mới, tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, cần xây dựng thêm các cụm công trình đầu mối nhỏ và các trạm bơm trung chuyển để tăng cường khả năng cấp nước cho các khu vực cuối nguồn, vốn thường xuyên chịu cảnh thiếu nước trong mùa kiệt.
4.2. Quy hoạch lưu vực sông và phân vùng cấp nước hợp lý
Một quy hoạch lưu vực sông tổng thể và hiện đại là nền tảng cho việc quản lý nước bền vững. Quy hoạch này cần đánh giá lại toàn bộ nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế - xã hội đến năm 2030 và tầm nhìn xa hơn, có tính đến các kịch bản biến đổi khí hậu và tài nguyên nước. Trên cơ sở đó, tiến hành phân vùng cấp nước một cách khoa học, xác định rõ khu vực nào ưu tiên tự chảy, khu vực nào bắt buộc phải dùng bơm, và khu vực nào có thể áp dụng mô hình tưới kết hợp. Việc xây dựng một kế hoạch phân bổ nước chi tiết theo từng giai đoạn của mùa vụ, kết hợp với giám sát chặt chẽ việc lấy nước của các địa phương, sẽ giúp ngăn chặn tình trạng sử dụng lãng phí và đảm bảo sự công bằng trong việc tiếp cận nguồn nước giữa các vùng trong hệ thống.
V. Mô hình toán MIKE 11 Ứng dụng nghiên cứu cấp nước mùa kiệt
Để lựa chọn giải pháp cấp nước mùa kiệt cho hệ thống sông Nhuệ một cách khoa học và tối ưu, việc ứng dụng các mô hình toán học là không thể thiếu. Luận văn của Trần Quốc Lập (2010) đã sử dụng thành công mô hình MIKE 11, một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng thủy lực dòng chảy trong mạng lưới sông kênh. Mô hình này cho phép sơ đồ hóa toàn bộ hệ thống thủy lợi sông Nhuệ - sông Đáy, từ các công trình đầu mối như trạm bơm Liên Mạc đến mạng lưới kênh trục và các điểm lấy nước, tiêu nước chính. Bằng cách nhập vào các dữ liệu về điều kiện biên (mực nước, lưu lượng từ sông Hồng, chế độ xả của hồ chứa), đặc điểm hình học của sông kênh và nhu cầu dùng nước, mô hình có thể tính toán và dự báo diễn biến mực nước, lưu lượng tại mọi điểm trong hệ thống. Dựa trên kết quả mô phỏng, các nhà khoa học và quản lý có thể đánh giá hiệu quả của từng phương án cấp nước, từ đó lựa chọn kịch bản khả thi nhất về kỹ thuật, hiệu quả nhất về kinh tế và ít tác động tiêu cực nhất đến môi trường.
5.1. Kịch bản tính toán thủy lực cho các phương án cấp nước
Mô hình MIKE 11 cho phép xây dựng nhiều kịch bản khác nhau để so sánh. Ví dụ, các kịch bản có thể bao gồm: (1) Kịch bản hiện trạng để đánh giá năng lực cấp nước thực tế; (2) Kịch bản tăng lưu lượng lấy nước tại trạm bơm Liên Mạc; (3) Kịch bản kết hợp xả nước từ hồ chứa Hòa Bình với việc nâng cấp kênh dẫn; (4) Kịch bản có xét đến việc xây dựng thêm các trạm bơm bổ sung nguồn. Mỗi kịch bản sẽ cho ra một bộ kết quả về mực nước và lưu lượng trên toàn hệ thống. Phân tích các kết quả này giúp xác định được những 'nút thắt cổ chai', những vùng thường xuyên bị thiếu nước, và đánh giá mức độ cải thiện khi áp dụng từng giải pháp. Đây là cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất quy mô đầu tư, nâng cấp công trình một cách hợp lý.
5.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế và các tác động môi trường
Sau khi lựa chọn được các phương án kỹ thuật tối ưu dựa trên mô phỏng thủy lực, bước tiếp theo là đánh giá hiệu quả kinh tế và tác động môi trường. Hiệu quả kinh tế được ước tính dựa trên chi phí đầu tư, cải tạo, nâng cấp hệ thống so với lợi ích mang lại (tăng năng suất cây trồng, đảm bảo sản xuất công nghiệp, giảm thiệt hại do hạn hán). Bên cạnh đó, việc đánh giá tác động môi trường là rất quan trọng. Các giải pháp cấp nước phải đi đôi với việc cải tạo môi trường nước. Ví dụ, việc tăng cường dòng chảy không chỉ giúp cấp nước mà còn góp phần pha loãng, đẩy trôi chất ô nhiễm. Ngược lại, việc xây dựng các công trình mới có thể gây ra những tác động tiêu cực trong giai đoạn thi công. Một giải pháp toàn diện phải là giải pháp cân bằng được cả ba yếu tố: kỹ thuật, kinh tế và môi trường để đảm bảo sự phát triển bền vững.
VI. Hướng tới tương lai Đảm bảo an ninh nguồn nước bền vững
Để đảm bảo an ninh nguồn nước cho hệ thống sông Nhuệ một cách bền vững, các giải pháp cấp nước mùa kiệt cần được triển khai một cách đồng bộ và có tầm nhìn dài hạn. Không thể chỉ dựa vào các giải pháp công trình, mà cần kết hợp với các giải pháp phi công trình như hoàn thiện thể chế, chính sách quản lý tài nguyên nước. Việc thành lập một cơ quan quản lý lưu vực sông thống nhất, có đủ thẩm quyền để điều phối việc sử dụng và bảo vệ nguồn nước giữa các ngành và các địa phương là hết sức cần thiết. Bên cạnh đó, cần đẩy mạnh công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức của cộng đồng và doanh nghiệp về việc sử dụng nước tiết kiệm và bảo vệ môi trường. Trong tương lai, việc nghiên cứu các nguồn cấp nước thay thế, tái sử dụng nước thải sau xử lý cho một số mục đích nhất định, và áp dụng công nghệ 4.0 vào quản lý, vận hành hệ thống thủy lợi sẽ là những hướng đi tất yếu. Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một hệ thống thủy lợi sông Nhuệ - sông Đáy hiện đại, linh hoạt, có khả năng chống chịu cao với các tác động của biến đổi khí hậu và áp lực phát triển, đảm bảo sự phát triển thịnh vượng cho toàn vùng.
6.1. Kiến nghị giải pháp tổng thể cải tạo môi trường nước
Giải quyết vấn đề cấp nước không thể tách rời với việc cải tạo môi trường nước. Các kiến nghị trọng tâm bao gồm: (1) Siết chặt quản lý nguồn thải, bắt buộc các khu công nghiệp, đô thị, bệnh viện phải có hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả ra môi trường. (2) Đầu tư xây dựng các nhà máy xử lý nước thải tập trung quy mô lớn, đặc biệt là cho khu vực nội thành Hà Nội. (3) Triển khai các dự án phục hồi sông ngòi, bao gồm nạo vét bùn ô nhiễm, sử dụng các công nghệ sinh học để làm sạch nước, và trồng cây xanh ven bờ để tạo hành lang sinh thái. Việc tách hệ thống tiêu nước thải đô thị khỏi hệ thống kênh tưới nông nghiệp cũng là một giải pháp căn cơ cần được xem xét trong quy hoạch lưu vực sông dài hạn.
6.2. Tầm nhìn chiến lược cho hệ thống thủy lợi sông Nhuệ
Tầm nhìn dài hạn cho hệ thống thủy lợi sông Nhuệ là trở thành một hệ thống đa mục tiêu, thông minh và bền vững. Điều này đòi hỏi một lộ trình nâng cấp và hiện đại hóa rõ ràng, ưu tiên các hạng mục cấp bách như công trình đầu mối và các trục kênh chính. Chiến lược phát triển cần lồng ghép chặt chẽ với các quy hoạch khác như quy hoạch phát triển đô thị, công nghiệp, giao thông để tạo sự đồng bộ. Cần có cơ chế tài chính bền vững cho công tác quản lý, vận hành và bảo trì hệ thống, có thể thông qua việc điều chỉnh giá dịch vụ thủy lợi một cách hợp lý. Cuối cùng, tăng cường hợp tác quốc tế và ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến trong dự báo nguồn nước, giám sát chất lượng nước và điều hành hệ thống sẽ giúp nâng cao đáng kể năng lực quản lý, đảm bảo an ninh nguồn nước cho các thế hệ tương lai.
