Nghiên cứu giải pháp khai thác và quản lý nguồn nước mùa kiệt tại ven biển Đồng bằng sông Cửu Long

• Tác giả: Đậu Thị Thanh Hiền
• Người hướng dẫn: TS. Lương Quang Xô
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Quy Hoạch & Quản Lý Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Giải Pháp Khai Thác Và Sử Dụng Hiệu Quả Nguồn Nước Ven Biển Đồng Bằng Sông Cửu Long Trong Điều Kiện Nước Biển Dâng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE DAI VEN BIEN ĐBSCL
• 1.1. Pham vi ving nghiên cứu
• 1.2. Đặc điểm địa hình, dia mạo
• 1.3. Đặc điểm đất đai thổ nhường
• 1.3.1. Cáenhóm log dit
• 1.3.2. Tinh chitly hoe đất
• 1.4. Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn
• 1.4.1. Đặc điểm chung
• 1.4.2. Đặc điểm địa chất công trình
• 1.4.3. Đặc điểm địa chất thủy văn
• 1.5. Đặc điểm khí tượng
• 1.5.1. Đặc điểm chung
• 1.5.2. Nhiệt độ, độ ẩm và bốc hơi
• 1.6. Đặc điểm thủy văn
• 1.6.1. Đặc điểm thủy văn chung
• 1.6.2. Đặc điểm thủy văn vùng cửa sông
• 1.6.3. Chất lượng nước các vùng biển, cửa sông
• 1.7. Dân số, dân tộc và định cư
• 1.8. Hiện trạng sản xuất nông nghiệp của vùng ven biển
• 1.9. Một số vấn đề liên quan đến phát triển thủy sản vùng ven biển ĐBSCL
• 1.10. Hiện trạng hệ thống công trình thủy lợi
• 1.10.1. Hệ thống đê biển, đê cửa sông
• 1.10.2. Hệ thống bờ bao
• 1.10.3. Hệ thống các cấp kênh
• 1.10.4. Hệ thống cống
• 1.10.5. Hệ thống trạm bơm
• 1.11. Định hướng phát triển sản xuất nông nghiệp ở ĐBSCL đến các năm 2020, 2030
• 1.11.1. Mục tiêu phát triển
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN DÒNG CHẢY VÀ XU THẾ XÂM NHẬP MẶN TRONG VÙNG NGHIÊN CỨU THEO CÁC KỊCH BẢN NƯỚC BIẾN ĐẢNG
• 2.1. Cơ sở lựa chọn mô hình mô phỏng di động chảy và xu thế xâm nhập mặn ở dải ven biển ĐBSCL
• 2.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng thủy động lực học
• 2.2.1. Mô phỏng hệ thống mang thủy lực dâng
• 2.3. Quan về BDKH và kịch bản NBD cho Việt Nam
• 2.3.2. Kịch bản NBD cho ĐBSCL
• 2.4. Mô phỏng thay đổi diễn biến ngập lụt
• 2.4.1. Phương pháp xây dựng bản đồ ngập nước
• 2.4.2. Kết quả mô phỏng thay đổi ngập lụt khu vực nghiên cứu
• 2.5. Mô phỏng xâm nhập mặn
• 2.5.1. Phương pháp xây dựng bản đồ xâm nhập mặn
• 2.5.2. Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHAI THÁC, SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC HIỆU QUẢ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC BIẾN ĐẢNG
• 3.1. Đánh giá ảnh hưởng của NBD đến vùng nghiên cứu theo kịch bản tính toán
• 3.1.1. Lựa chọn kịch bản tính toán
• 3.2. Ảnh hưởng của ngập lũ đến vùng ven biển ĐBSCL theo kịch bản chọn
• 3.3. Ảnh hưởng của xâm nhập mặn theo kịch bản tính toán đến vùng nghiên cứu
• 3.4. Đánh giá khả năng khai thác nguồn nước của dải ven biển theo kịch bản
• 3.4.1. Cơ sở định giá
• 3.4.2. Khả năng khai thác các nguồn nước của vùng nghiên cứu
• 3.5. Đề xuất một số giải pháp ứng phó với ngập sâu và xâm nhập mặn cho dải ven biển
• 3.5.1. Giải pháp công trình
• 3.5.2. Giải pháp phi công trình
• KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu chung

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một trong những vùng đất trù phú của Việt Nam, với tiềm năng nông nghiệp lớn. Tuy nhiên, vùng này đang phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là vấn đề nước biển dâng. Khai thác nước hiệu quả tại đây là một yêu cầu cấp bách nhằm bảo đảm nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt. Nước biển dâng không chỉ làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn mà còn ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước, do đó cần có những giải pháp phù hợp để sử dụng nước hiệu quả và bảo vệ môi trường. ĐBSCL có tổng diện tích tự nhiên khoảng 3,96 triệu ha, chiếm 79% diện tích toàn Châu thổ và đóng góp 50% tổng sản lượng lương thực của cả nước. Tuy nhiên, sự biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho vùng này, đòi hỏi các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

II. Đặc điểm nguồn nước ven biển ĐBSCL

Nguồn nước ven biển ĐBSCL rất phong phú nhưng cũng chịu nhiều áp lực từ biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Vùng này có các tầng chứa nước dưới đất, bao gồm phức hệ Holocene, Pleistocene, Pliocene, và Miocene. Tuy nhiên, chất lượng nước ngầm ở nhiều khu vực bị ô nhiễm và nhiễm mặn. Đặc biệt, ở những khu vực ven biển như Trà Vinh, Bạc Liêu, và Cà Mau, nước ngầm ở độ sâu từ 80-120m có chất lượng tốt hơn. Việc quản lý tài nguyên nước trong điều kiện nước biển dâng là rất cần thiết để bảo đảm nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất. Các giải pháp phòng chống xâm nhập mặn và cải tạo chất lượng nước là rất quan trọng để duy trì sản xuất nông nghiệp bền vững trong vùng này.

III. Giải pháp khai thác và sử dụng nguồn nước hiệu quả

Để khai thác nước và sử dụng nước hiệu quả trong điều kiện nước biển dâng, cần áp dụng một số giải pháp như xây dựng hệ thống thủy lợi hiện đại, phát triển các công trình bảo vệ bờ biển và cải tạo chất lượng đất. Việc sử dụng công nghệ mới trong quản lý tài nguyên nước cũng cần được chú trọng, nhằm tối ưu hóa việc phân phối và sử dụng nước. Ngoài ra, cần thiết lập các quy định và chính sách hợp lý để bảo vệ nguồn nước và môi trường. Đặc biệt, việc bảo vệ môi trường và duy trì hệ sinh thái ven biển là rất quan trọng, không chỉ để bảo vệ nguồn nước mà còn để phát triển bền vững cho vùng ĐBSCL. Các giải pháp này cần được thực hiện đồng bộ và có sự tham gia của cộng đồng để đạt được hiệu quả cao nhất.

IV. Kết luận

Việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn nước ven biển ĐBSCL trong điều kiện nước biển dâng là một thách thức lớn nhưng cũng là cơ hội để phát triển bền vững. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng, người dân và các tổ chức để thực hiện các giải pháp đã đề xuất. Sự chủ động trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng sẽ giúp ĐBSCL không chỉ bảo vệ được nguồn nước mà còn phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững. Việc này không chỉ có lợi cho hiện tại mà còn cho các thế hệ tương lai, đảm bảo an ninh nước cho vùng đất này.

Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng đồng bằng lớn nhất Việt Nam, chiếm khoảng 3,96 triệu ha, tương đương 79% diện tích toàn châu thổ sông Mekong. Đây là khu vực có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội quốc gia, đóng góp khoảng 50% tổng sản lượng lương thực và 3-4 triệu tấn gạo xuất khẩu hàng năm. Tuy nhiên, vùng ven biển ĐBSCL đang phải đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng về nguồn nước, đặc biệt là trong mùa kiệt, do tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Mực nước biển dâng trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 0,31 m trong 100 năm qua, với Việt Nam nằm trong top 5 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. ĐBSCL, đặc biệt là các tỉnh ven biển như Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang, đang bị xâm nhập mặn sâu, ngập lụt và suy giảm nguồn nước ngọt.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá diễn biến dòng chảy, xâm nhập mặn và ngập lụt trong vùng ven biển ĐBSCL dưới các kịch bản nước biển dâng, từ đó đề xuất các giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn nước mùa kiệt. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 8 tỉnh ven biển với tổng diện tích khoảng 1,298 triệu ha, chiếm 46,19% diện tích tự nhiên của ĐBSCL. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và phát triển bền vững kinh tế xã hội vùng ven biển trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy động lực học, mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn trong hệ thống sông ngòi ven biển. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết dòng chảy Saint-Venant một chiều: Mô tả dòng chảy trong kênh và sông dựa trên các phương trình động lượng và liên tục, giúp tính toán lưu lượng, vận tốc và mực nước.
• Mô hình thủy động lực MIKE 11: Phần mềm mô phỏng thủy lực đa dụng, cho phép mô phỏng dòng chảy, xâm nhập mặn, ngập lụt và vận hành các công trình thủy lợi với độ chính xác cao theo không gian và thời gian.

Các khái niệm chính bao gồm: xâm nhập mặn, ngập lụt do triều cường và nước biển dâng, biến đổi khí hậu, mô hình số độ cao (DEM), kịch bản nước biển dâng (NBD), và hệ thống công trình thủy lợi ven biển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sử dụng bao gồm số liệu địa hình, thủy văn, khí tượng, chất lượng nước, hiện trạng công trình thủy lợi và sử dụng đất từ các cơ quan quản lý và khảo sát thực địa. Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn gồm hơn 3.900 sông kênh, 5.000 công trình thủy lợi, 900 điểm tính toán mực nước và 500 điểm tính toán lưu lượng. Dữ liệu khí tượng thủy văn được thu thập từ 22 trạm trong vùng và 28 trạm phía Campuchia.

Phương pháp phân tích chính là mô phỏng thủy động lực học 1 chiều bằng phần mềm MIKE 11, kết hợp mô hình số độ cao DEM xây dựng bằng phương pháp nội suy TIN. Các kịch bản mô phỏng bao gồm hiện trạng năm 2005 và các kịch bản nước biển dâng từ 30 cm đến 100 cm đến năm 2050, dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu quốc gia và định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng ĐBSCL.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ thu thập dữ liệu, hiệu chỉnh mô hình (năm 1998-2005), kiểm tra mô hình (năm 2001-2005), đến mô phỏng các kịch bản nước biển dâng và đề xuất giải pháp ứng phó.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Diễn biến xâm nhập mặn gia tăng sâu trong nội đồng: Mô phỏng cho thấy với nước biển dâng 50 cm, diện tích bị xâm nhập mặn tăng khoảng 15-20% so với hiện trạng năm 2005. Ở kịch bản nước biển dâng 100 cm, diện tích xâm nhập mặn có thể tăng lên đến 35-40%, đặc biệt nghiêm trọng tại các tỉnh Bến Tre, Trà Vinh và Sóc Trăng.

2. Ngập lụt do triều cường và nước biển dâng tăng về diện tích và thời gian ngập: Diện tích ngập lụt tăng khoảng 10-25% với nước biển dâng 50 cm, thời gian ngập sâu trên 0,5 m kéo dài thêm 15-30 ngày trong mùa khô. Ở kịch bản 100 cm, diện tích ngập có thể tăng gấp đôi, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản.

3. Ảnh hưởng tiêu cực đến nguồn nước ngọt mùa kiệt: Lưu lượng dòng chảy mùa kiệt giảm mạnh, chỉ còn khoảng 2.600-4.000 m³/s so với 28.000-30.000 m³/s mùa lũ, làm tăng nguy cơ thiếu nước ngọt và tăng độ mặn trong các tầng chứa nước ngầm ven biển.

4. Hiện trạng công trình thủy lợi chưa đáp ứng yêu cầu: Hệ thống đê biển, đê cửa sông và bờ bao hiện có còn thấp, nhỏ và chưa khép kín, chỉ đạt khoảng 35% năng lực thiết kế trạm bơm điện tập trung, gây khó khăn trong việc kiểm soát mặn và ngập lụt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các hiện tượng trên là do sự kết hợp giữa biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và nước biển dâng, cùng với sự suy giảm dòng chảy thượng nguồn do các hồ chứa thủy điện và khai thác nước. So sánh với các nghiên cứu trong khu vực, kết quả mô phỏng phù hợp với xu hướng gia tăng xâm nhập mặn và ngập lụt được ghi nhận trong các báo cáo quốc tế và của Ủy hội sông Mekong.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự gia tăng diện tích xâm nhập mặn theo các kịch bản nước biển dâng, bản đồ ngập lụt với các mức độ sâu khác nhau, và bảng tổng hợp lưu lượng dòng chảy mùa kiệt qua các năm. Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc hoạch định chính sách quản lý tài nguyên nước, phát triển nông nghiệp và bảo vệ môi trường ven biển ĐBSCL.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng và nâng cấp hệ thống đê biển, đê cửa sông và bờ bao nhằm ngăn chặn xâm nhập mặn và ngập lụt, đảm bảo an toàn sản xuất nông nghiệp. Mục tiêu đạt tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại trong vòng 5-10 năm, do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với các địa phương thực hiện.

2. Phát triển hệ thống trạm bơm điện tập trung và công trình thủy lợi nội đồng để điều tiết nước ngọt, nâng cao hiệu quả sử dụng nước mùa kiệt. Tăng công suất phục vụ lên ít nhất 70% diện tích sản xuất trong 3-5 năm tới, do các công ty thủy lợi và chính quyền địa phương quản lý.

3. Áp dụng công nghệ mô phỏng và giám sát thủy văn hiện đại để dự báo kịp thời diễn biến xâm nhập mặn và ngập lụt, hỗ trợ ra quyết định vận hành công trình thủy lợi. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trong vòng 2 năm, do Viện Khoa học Thủy lợi và các đơn vị nghiên cứu thực hiện.

4. Khuyến khích chuyển đổi cơ cấu cây trồng và mô hình nuôi trồng thủy sản thích ứng với điều kiện nước mặn và ngập lụt. Phát triển các giống cây trồng chịu mặn, mô hình nuôi thâm canh, bán thâm canh để tăng năng suất và giảm rủi ro. Thực hiện trong 5 năm, do Sở Nông nghiệp các tỉnh phối hợp với các viện nghiên cứu nông nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong lĩnh vực tài nguyên nước và nông nghiệp, giúp xây dựng chiến lược phát triển bền vững vùng ven biển ĐBSCL.

2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy lợi, môi trường để tham khảo phương pháp mô phỏng thủy động lực và ứng dụng trong quản lý xâm nhập mặn, ngập lụt.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực nông nghiệp, thủy sản nhằm hiểu rõ tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, từ đó điều chỉnh kế hoạch sản xuất phù hợp.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực phát triển bền vững và ứng phó biến đổi khí hậu, giúp nâng cao nhận thức và tham gia vào các giải pháp bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến nguồn nước ven biển ĐBSCL?
   Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và gây nước biển dâng, dẫn đến xâm nhập mặn sâu hơn, ngập lụt kéo dài và suy giảm nguồn nước ngọt mùa kiệt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

2. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
   MIKE 11 là phần mềm mô phỏng thủy động lực học đa dụng, cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy, xâm nhập mặn và vận hành công trình thủy lợi theo không gian và thời gian, phù hợp với hệ thống sông kênh phức tạp của ĐBSCL.

3. Các kịch bản nước biển dâng được xây dựng dựa trên cơ sở nào?
   Các kịch bản dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu quốc gia và định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng ĐBSCL đến năm 2050, với mức nước biển dâng từ 30 cm đến 100 cm, phản ánh các tình huống biến đổi khí hậu khác nhau.

4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiểu xâm nhập mặn?
   Nâng cấp hệ thống đê biển, đê cửa sông kết hợp với trạm bơm điện tập trung và quản lý vận hành công trình thủy lợi chủ động là giải pháp hiệu quả nhất để kiểm soát xâm nhập mặn và bảo vệ nguồn nước ngọt.

5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư thích ứng với biến đổi khí hậu và nước biển dâng?
   Cần tăng cường tuyên truyền, đào tạo kỹ thuật canh tác thích ứng, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, mô hình nuôi trồng phù hợp, đồng thời tham gia vào các chương trình quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường do chính quyền và tổ chức hỗ trợ.

Kết luận

• Nghiên cứu đã mô phỏng thành công diễn biến dòng chảy, xâm nhập mặn và ngập lụt trong vùng ven biển ĐBSCL dưới các kịch bản nước biển dâng đến năm 2050.
• Kết quả cho thấy sự gia tăng đáng kể diện tích xâm nhập mặn và ngập lụt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và nguồn nước ngọt mùa kiệt.
• Hệ thống công trình thủy lợi hiện tại chưa đáp ứng đủ yêu cầu kiểm soát xâm nhập mặn và ngập lụt trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
• Đề xuất các giải pháp nâng cấp công trình thủy lợi, áp dụng công nghệ mô phỏng và chuyển đổi cơ cấu sản xuất để thích ứng hiệu quả.
• Khuyến nghị các bước tiếp theo gồm triển khai thực hiện các giải pháp kỹ thuật, xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và tăng cường hợp tác nghiên cứu liên ngành nhằm bảo vệ bền vững vùng ven biển ĐBSCL.

Hành động kịp thời và đồng bộ là cần thiết để đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế xã hội bền vững cho vùng ven biển ĐBSCL trong tương lai.