Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Thạch Hãn – Ô Lâu trải dài trên địa bàn hai tỉnh Quảng Trị và Thừa Thiên Huế với tổng diện tích tự nhiên đạt 372.485 ha, là nơi sinh sống của hơn 525.280 người dân (thống kê năm 2013). Khu vực giữ vai trò trung tâm kinh tế - nông nghiệp trọng điểm nhưng liên tục đối mặt với các hình thái thiên tai khắc nghiệt như hạn hán mùa khô, ngập úng mùa mưa lũ, xâm nhập mặn sâu và nạn cát bay, cát nhảy lấn chiếm đồng ruộng. Mặc dù hệ thống thủy lợi trong vùng đã được đầu tư xây dựng 234 công trình với năng lực thiết kế tưới cho 31.808,4 ha, nhưng trên thực tế chỉ đáp ứng được 18.243,2 ha (đạt khoảng 55,6% công suất thiết kế). Khoảng 44,4% diện tích canh tác còn lại hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự mất cân đối nghiêm trọng giữa nhu cầu dùng nước ngày càng gia tăng và năng lực điều tiết thực tế của các công trình đầu mối, kết hợp với chế độ mưa phân bố cực đoan (lượng mưa năm dao động từ 2.000 đến 2.800 mm, tập trung tới 80% vào các tháng mùa lũ). Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích cơ sở khoa học và thực tiễn để đề xuất đồng bộ các giải pháp công trình và phi công trình nhằm giải quyết dứt điểm bài toán cấp nước, tiêu thoát úng và giảm nhẹ thiên tai. Phạm vi nghiên cứu bao quát 9 huyện, thị xã gồm 117 xã, phường trên lưu vực với định hướng phát triển đến năm 2020. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc đảm bảo an ninh nguồn nước cho hơn 26.314 ha đất canh tác và giảm thiểu thiệt hại bão lũ vốn gây tổn thất kinh tế trung bình khoảng 50 tỷ đồng mỗi năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn xây dựng trên nền tảng lý thuyết cân bằng nước lưu vực sông kết hợp với lý thuyết quy hoạch hệ thống thủy lợi và lý thuyết thủy văn công trình. Trọng tâm của khung lý thuyết là việc thiết lập phương trình cân bằng nước tổng thể, mô hình hóa tương quan giữa nguồn nước đến tự nhiên và nhu cầu tiêu thụ đa mục tiêu của các ngành kinh tế - xã hội.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa và áp dụng gồm: dòng chảy kiệt với chỉ số mô số dòng chảy kiệt đặc trưng (tại trạm Gia Vòng đạt 5,54 l/s.km2), hệ số lợi dụng kênh mương biểu thị mức độ tổn thất nước, phân vùng thủy lợi theo lưu vực và địa hình, cùng tiêu chuẩn chống lũ thiết kế cho đê bao vụ Hè Thu ứng với tần suất lũ P = 10%. Khung lý thuyết này tạo cơ sở vững chắc để phân tích bài toán điều tiết liên hồ chứa và quy hoạch không gian cấp thoát nước bền vững.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn nhiều năm tại các trạm đại biểu như Đông Hà, Khe Sanh, Gia Vòng, kết hợp tài liệu điều tra hiện trạng của 234 công trình thủy nông và quy hoạch sử dụng đất trên toàn địa bàn. Cỡ mẫu nghiên cứu bao trùm toàn bộ 117 đơn vị hành chính cấp xã, phường thuộc 9 huyện, thị xã trên tổng diện tích 372.485 ha. Phương pháp chọn mẫu là khảo sát toàn diện theo đặc trưng lưu vực sông chính và các tiểu vùng địa hình (núi cao, gò đồi, đồng bằng và cồn cát ven biển).

Phương pháp phân tích xác suất thống kê toán học (hàm phân bố Pearson type III) được lựa chọn nhằm mô phỏng chính xác tính chất cực đoan của dòng chảy năm, xác định lưu lượng kiệt ứng với tần suất thiết kế (P = 75%, 85%, 95%) và mực nước lũ thiết kế (P = 1%, 5%, 10%). Tác giả ứng dụng phần mềm chuyên ngành thủy văn để tính toán cân bằng nước chi tiết và kết hợp phương pháp chuyên gia nhằm tham vấn các nhà khoa học đầu ngành về tính khả thi của công trình đề xuất. Timeline nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2013 - 2015, định hướng quy hoạch dữ liệu đến năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu chỉ ra sự thiếu hụt nghiêm trọng về năng lực phục vụ thực tế của hệ thống thủy nông hiện hữu. Toàn vùng có 67 hồ chứa (thiết kế 8.323,5 ha, thực tế tưới 3.916,5 ha), 91 đập dâng (thiết kế 15.948,9 ha, thực tế tưới 9.830,3 ha) và 76 trạm bơm (thiết kế 7.536 ha, thực tế tưới 4.496,4 ha), tổng năng lực tưới thực tế chỉ đạt 55,6% so với thiết kế. Điển hình tại Vùng 4 (Thượng lưu Thạch Hãn), diện tích tưới thực tế chỉ đạt 23% năng lực thiết kế, khiến 3.732 ha đất canh tác chưa có nước tưới chủ động.

Thứ hai, nghiên cứu làm rõ sự phân hóa dòng chảy theo không gian và thời gian rất khắc nghiệt. Lượng mưa trung bình năm đạt từ 2.023 mm (Khe Sanh) đến 2.535 mm (Gia Vòng), nhưng 80% tổng lượng mưa dồn dập vào các tháng 9, 10 và 11. Dòng chảy mùa kiệt tháng 7 suy giảm sâu (lưu lượng tháng kiệt tại Gia Vòng ứng với tần suất 95% chỉ còn 0,598 m3/s), gây nên các đợt hạn hán nghiêm trọng như năm 1998 làm mất trắng 9.200 ha lúa Hè Thu và làm chết hơn 620 ha cây cao su.

Thứ ba, năng lực tiêu úng và phòng lũ chưa đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Diện tích tiêu động lực thực tế mới đạt 3.810 ha thông qua 35 trạm tưới tiêu kết hợp và 7 trạm bơm tiêu. Hệ thống đê bao chống lũ Hè Thu dài 96,6 km và 40 km đê ngăn cát ven biển phần lớn chưa đảm bảo cao trình và mặt cắt kỹ thuật, gây tổn thất bão lũ bình quân ước tính 50 tỷ đồng mỗi năm.

Thứ tư, xâm nhập mặn đe dọa nghiêm trọng an ninh nguồn nước. Độ mặn 4‰ đã lấn sâu vào sông Thạch Hãn đến khu vực Triệu Giang do cạn kiệt dòng chảy hạ lưu, ảnh hưởng lớn đến nguồn cấp nước sinh hoạt đô thị công suất 15.000 m3/ngày đêm tại Đông Hà và 525.280 người dân toàn vùng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gốc rễ của tình trạng trên là do công trình đầu mối xây dựng đã lâu bị xuống cấp, kênh mương đất gây thất thoát lớn khiến hệ số lợi dụng nước chỉ đạt 0,50 - 0,55, kết hợp với áp lực gia tăng diện tích gieo trồng dự kiến lên 32.909 ha vào năm 2020. Trong nghiên cứu, hệ thống dữ liệu được trực quan hóa thông qua các bảng cân bằng nước chi tiết cho từng phân vùng và biểu đồ quá trình lũ các năm lịch sử 1983, 1999 để minh chứng rõ nét áp lực dòng chảy. Việc thể hiện dạng bảng đối chiếu cung - cầu nước giúp làm rõ vai trò của việc xả bổ sung 10,8 m3/s từ thủy điện Rào Quán (dung tích 163 triệu m3) cho hệ thống Nam Thạch Hãn.

So với các dự án quy hoạch trước đây vốn chỉ dừng lại ở khảo sát vĩ mô, luận văn đã đi sâu phân tích cơ sở khoa học liên kết 7 tiểu vùng thủy lợi. Nghiên cứu khắc phục hoàn toàn tính đơn lẻ của các công trình nghiên cứu trên sông Trí hay sông Bến Hải, đưa ra bức tranh điều tiết tổng thể giữa hồ chứa thượng nguồn, đập dâng trung du và công trình ngăn mặn giữ ngọt Cửa Lác, Việt Yên ở hạ du.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, kiên cố hóa và nâng cấp đồng bộ hệ thống kênh dẫn. Cải tạo toàn diện 85 km kênh chính và kênh cấp 1 thuộc hệ thống thủy nông Nam Thạch Hãn cùng mạng lưới kênh hồ Hà Thượng, Trúc Kinh. Mục tiêu nâng hệ số lợi dụng kênh mương từ mức 0,50 lên 0,75 - 0,80, bảo đảm tưới chắc cho 32.909 ha diện tích gieo trồng đến năm 2020. Chủ thể thực hiện là Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn hai tỉnh Quảng Trị và Thừa Thiên Huế.

Thứ hai, vận hành tối ưu quy trình điều tiết liên hồ chứa và đẩy mặn. Thực hiện xả dòng chảy kiệt ổn định 10,8 m3/s từ hồ thủy điện Rào Quán về đập dâng Nam Thạch Hãn kết hợp khai thác đập cao su bổ sung 10 triệu m3 nước ngọt. Biện pháp này giúp đẩy lùi ranh mặn 4‰ tại ngã ba Triệu Giang, duy trì nguồn cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu thường xuyên trong mùa kiệt. Chủ thể điều hành là Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Quản lý Khai thác Công trình Thủy lợi.

Thứ ba, nâng cấp hệ thống đê bao ngăn lũ Hè Thu và mở rộng tiêu úng động lực. Tu bổ, nâng cao trình 96,6 km đê bao đạt tiêu chuẩn chống lũ tần suất P = 10%, kiên cố 40 km đê ngăn cát bay từ Triệu Trạch đến Điền Lộc. Đồng thời, cải tạo 13 trạm bơm vùng Nam Thạch Hãn và 6 trạm bơm vùng Phong Điền nhằm mở rộng diện tích tiêu úng động lực vượt mức 3.810 ha hiện nay trước năm 2020. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng Công trình Nông nghiệp.

Thứ tư, chuyển dịch cơ cấu cây trồng và củng cố mô hình quản lý nước cơ sở. Chuyển đổi linh hoạt 7.451 ha đất màu vụ Đông Xuân và 8.637 ha vụ Hè Thu tại các khu vực cuối kênh sang cây trồng cạn có giá trị kinh tế cao. Thành lập các tổ hợp tác dùng nước tại 117 xã, phường giai đoạn 2016 - 2020 nhằm giảm lãng phí nước do Ủy ban nhân dân cấp huyện chỉ đạo thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và nông nghiệp (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Thủy lợi). Luận văn là cơ sở khoa học vững chắc để rà soát, điều chỉnh quy hoạch phân bổ nguồn nước và kế hoạch đầu tư công trình thủy lợi trung hạn.

Thứ hai, các đơn vị quản lý, khai thác công trình thủy nông tại địa phương. Cung cấp tài liệu hướng dẫn vận hành chi tiết quy trình xả kiệt 10,8 m3/s của hồ Rào Quán và cách thức phối hợp đóng mở đập Cửa Lác, đập Việt Yên để gạn triều, tiêu úng, ngăn mặn.

Thứ ba, kỹ sư thiết kế và các đơn vị tư vấn xây dựng công trình thủy lợi. Luận văn cung cấp hệ thống thông số thủy văn thiết kế, chuỗi số liệu mô số dòng chảy kiệt và giải pháp kỹ thuật kiên cố hóa kênh mương qua vùng cát chảy.

Thứ tư, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, Thủy văn. Đề tài là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận tính toán cân bằng nước liên lưu vực 7 phân vùng đặc trưng tại khu vực duyên hải miền Trung.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hệ thống thủy lợi vùng Thạch Hãn – Ô Lâu chỉ đạt 55,6% năng lực thiết kế? Nguyên nhân do hệ thống kênh mương chủ yếu là kênh đất chưa được kiên cố hóa dẫn đến thất thoát nước lớn với hệ số lợi dụng chỉ đạt 0,50 - 0,55. Ngoài ra, các công trình đầu mối xây dựng lâu năm bị bồi lắng, hư hỏng và dòng chảy mùa kiệt suy giảm mạnh.

Hồ Rào Quán đóng vai trò như thế nào trong giải pháp cấp nước hạ du? Hồ Rào Quán với dung tích 163 triệu m3 đóng vai trò là nguồn bổ cập nước kiệt chủ lực, duy trì xả đều đặn 10,8 m3/s về hạ du đập Nam Thạch Hãn. Nguồn nước này giúp phục vụ tưới cho hàng nghìn hecta nông nghiệp và đẩy mặn trên dòng chính sông Thạch Hãn.

Giải pháp nào được đưa ra để hạn chế tác hại của hiện tượng cát bay, cát nhảy? Nghiên cứu đề xuất kiên cố hóa tuyến đê ngăn cát dài gần 40 km chạy từ xã Triệu Trạch đến Điền Lộc, kết hợp trồng rừng phòng hộ ven biển. Công trình giúp ngăn chặn triệt để cát lấp đồng ruộng canh tác và bồi lấp hệ thống kênh tiêu nội đồng.

Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống đê bao chống lũ Hè Thu được tính toán ở mức nào? Tuyến đê bao chống lũ Hè Thu dài 96,6 km được đề xuất chuẩn hóa theo tần suất lũ thiết kế P = 10%. Mức thiết kế này bảo đảm ngăn lũ tiểu mãn và lũ sớm, giúp nông dân thu hoạch an toàn toàn bộ diện tích lúa Hè Thu trước tháng 9.

Luận văn chia lưu vực thành bao nhiêu vùng thủy lợi để tính toán cân bằng nước? Lưu vực được phân chia khoa học thành 7 vùng thủy lợi: Vùng sông Hiếu, Vùng Vĩnh Phước – Ái Tử, Vùng Rào Quán, Vùng Thượng lưu Thạch Hãn, Vùng sau đập Thạch Hãn, Vùng sông Ô Lâu và Vùng cát ven biển Nam Thạch Hãn.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng 234 công trình thủy nông trên lưu vực sông Thạch Hãn – Ô Lâu với năng lực phục vụ thực tế mới đạt 55,6% diện tích thiết kế.
  • Xác lập phương pháp luận tính toán thủy văn chính xác cho 7 tiểu vùng sinh thái, xác định các chỉ số dòng chảy kiệt và đỉnh lũ theo chuỗi tần suất thiết kế.
  • Đề xuất giải pháp vận hành điều tiết tối ưu liên hồ chứa, khai thác hiệu quả lưu lượng xả kiệt 10,8 m3/s từ hồ Rào Quán để ngăn mặn và cấp nước.
  • Hoàn thiện gói giải pháp công trình trọng điểm gồm kiên cố hóa 85 km kênh dẫn, nâng cấp 96,6 km đê bao ngăn lũ P = 10% và 40 km đê chắn cát.
  • Định hướng chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp thích ứng cho 32.909 ha đất canh tác, góp phần giảm thiểu thiệt hại thiên tai 50 tỷ đồng mỗi năm.

Đóng góp cốt lõi của luận văn là đã cung cấp hệ thống giải pháp thủy lợi mang tính liên vùng và liên hồ chứa đồng bộ, giải quyết triệt để mâu thuẫn giữa cấp nước mùa khô và tiêu thoát mùa lũ. Các đề xuất kỹ thuật cần được đưa vào kế hoạch đầu tư công trung hạn giai đoạn 2016 - 2020 của địa phương. Các nhà quản lý, kỹ sư chuyên ngành và các viện nghiên cứu hãy tham khảo toàn văn luận văn thạc sĩ để ứng dụng hiệu quả vào công tác quy hoạch và phát triển bền vững tài nguyên nước miền Trung.