Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, với diện tích tự nhiên khoảng 214.932 ha, là hệ thống thủy lợi lớn nhất đồng bằng Bắc Bộ, bao gồm các tỉnh Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh và một phần Hà Nội. Hệ thống được bao bọc bởi bốn con sông lớn: sông Hồng, sông Đuống, sông Thái Bình và sông Luộc, với tổng chiều dài sông chính khoảng 200 km. Nguồn nước chính phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt lấy từ sông Hồng qua cống Xuân Quan với lưu lượng thiết kế 75 m³/s. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, mực nước sông Hồng bị hạ thấp đáng kể, đặc biệt trong mùa khô, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lấy nước của hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá và đề xuất các giải pháp lấy nước phục vụ sản xuất trong điều kiện mực nước sông Hồng bị hạ thấp, tập trung phân tích giải pháp công trình đập dâng hạ lưu cống Xuân Quan nhằm nâng cao mực nước và đảm bảo an ninh nguồn nước cho hệ thống. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải và vùng tới của cống Xuân Quan, với đối tượng nghiên cứu là các nguồn cấp nước chính và các đối tượng sử dụng nước như nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi, thủy sản, môi trường và giao thông.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng, giúp đảm bảo nguồn nước ổn định, nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và phát triển bền vững vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước: Phân tích sự cân bằng giữa nguồn nước cung cấp và nhu cầu sử dụng trong hệ thống thủy lợi, đặc biệt trong điều kiện mực nước sông bị hạ thấp.
  • Mô hình thủy lực hệ thống thủy lợi: Mô phỏng dòng chảy, mực nước và khả năng lấy nước qua các công trình đầu mối như cống Xuân Quan, nhằm đánh giá hiệu quả các giải pháp công trình.
  • Khái niệm an ninh nguồn nước: Đảm bảo cung cấp nước ổn định cho các ngành kinh tế và sinh hoạt trong vùng, đồng thời bảo vệ môi trường và giao thông thủy.
  • Lý thuyết quản lý tổng hợp tài nguyên nước: Tích hợp các giải pháp kỹ thuật và chính sách nhằm tối ưu hóa việc khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn nước.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu thu thập từ các trạm quan trắc thủy văn, các công trình thủy lợi trong hệ thống Bắc Hưng Hải, báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cùng các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các tiểu vùng thủy lợi đại diện cho toàn bộ hệ thống, gồm 10 tiểu vùng với diện tích và đặc điểm kinh tế xã hội khác nhau, nhằm phản ánh đa dạng điều kiện thực tế.
  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phương pháp thống kê, mô hình hóa thủy lực, phân tích chuyên gia và khảo sát thực địa để đánh giá nhu cầu nước, cân bằng nước và hiệu quả các giải pháp công trình.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến 2019, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khách quan và phù hợp với thực tiễn vận hành hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mực nước sông Hồng bị hạ thấp ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lấy nước
    Mực nước trung bình tháng tại cống Xuân Quan trong giai đoạn 1988-2004 thấp hơn so với giai đoạn trước khi có hồ Hòa Bình khoảng 0,10 m vào mùa khô, đặc biệt giảm sâu vào các tháng 7 đến 11 với mức giảm lên đến 1,51 m (tháng 9). Điều này làm giảm lưu lượng lấy nước từ 75 m³/s xuống thấp hơn, gây khó khăn cho việc tưới tiêu trên diện tích hơn 111.000 ha.

  2. Nhu cầu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt tăng cao
    Tổng nhu cầu nước hiện tại cho hệ thống Bắc Hưng Hải vào khoảng 75 m³/s, trong đó nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất. Dự báo đến năm 2030, nhu cầu nước sẽ tăng khoảng 20-30% do phát triển công nghiệp, đô thị hóa và tăng trưởng dân số, đòi hỏi các giải pháp nâng cao khả năng lấy nước.

  3. Giải pháp đập dâng hạ lưu cống Xuân Quan có hiệu quả tích cực
    Phân tích mô hình thủy lực cho thấy việc xây dựng đập dâng tại hạ lưu cống Xuân Quan có thể nâng cao mực nước lên khoảng 0,5-1,0 m, tăng khả năng lấy nước lên đến 90 m³/s, đáp ứng nhu cầu tưới tiêu và sinh hoạt trong mùa khô. Hiệu quả dự án dự kiến cải thiện ổn định nguồn nước cho hơn 3 triệu dân và các khu công nghiệp trong vùng.

  4. Giải pháp trạm bơm dã chiến hỗ trợ trong mùa kiệt
    Việc sử dụng các trạm bơm dã chiến đã được áp dụng từ năm 2007, giúp bù đắp thiếu hụt nước khi mực nước sông xuống thấp dưới 1,0 m. Chi phí vận hành tăng thêm khoảng 56 tỷ đồng tại Hưng Yên và 28 tỷ đồng tại Bắc Ninh trong vụ Đông-Xuân 2005-2006, tuy nhiên giải pháp này vẫn được xem là cấp bách và hiệu quả trong ngắn hạn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc hạ thấp mực nước sông Hồng là do tác động của các nhà máy thủy điện thượng nguồn, biến đổi khí hậu và sự phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, giải pháp đập dâng nước hạ lưu là phương án kỹ thuật đã được áp dụng thành công tại nhiều lưu vực như sông Murray (Úc) và các công trình đập cao su tại Trung Quốc, mang lại hiệu quả trong việc nâng cao mực nước và đảm bảo an ninh nguồn nước.

Việc kết hợp giải pháp đập dâng với trạm bơm dã chiến và điều tiết xả nước từ các hồ chứa thủy điện thượng nguồn tạo thành hệ thống đa tầng, linh hoạt ứng phó với biến động mực nước. Tuy nhiên, giải pháp đập dâng cần được tính toán kỹ lưỡng để hạn chế tác động môi trường và xã hội, đồng thời đảm bảo khả năng tiêu thoát lũ và giao thông thủy.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mực nước trung bình tháng trước và sau khi có hồ Hòa Bình, bảng cân bằng nước theo từng tiểu vùng và mô hình mô phỏng thủy lực thể hiện hiệu quả nâng cao mực nước khi xây dựng đập dâng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng đập dâng hạ lưu cống Xuân Quan
    Thực hiện trong vòng 3-5 năm, nhằm nâng cao mực nước sông Hồng tại vị trí lấy nước, tăng lưu lượng lấy nước lên 20-30%, đảm bảo tưới tiêu cho hơn 111.000 ha và cung cấp nước sinh hoạt cho hơn 3 triệu dân. Chủ thể thực hiện là Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với các địa phương.

  2. Mở rộng và nâng cấp hệ thống trạm bơm dã chiến
    Triển khai lắp đặt thêm các trạm bơm dã chiến tại các vị trí trọng điểm, đặc biệt trong mùa kiệt, nhằm bù đắp thiếu hụt nước tạm thời. Thời gian thực hiện linh hoạt theo mùa vụ, chủ yếu do các công ty thủy lợi địa phương quản lý.

  3. Tăng cường công tác nạo vét, duy tu kênh mương
    Thực hiện nạo vét các tuyến kênh chính và kênh nhánh để giảm bồi lắng, tăng khả năng dẫn nước, đảm bảo hiệu quả vận hành hệ thống thủy lợi. Thời gian thực hiện hàng năm trước mùa khô, do các đơn vị quản lý thủy lợi phối hợp với địa phương thực hiện.

  4. Phối hợp điều tiết xả nước từ các hồ chứa thủy điện thượng nguồn
    Đề xuất EVN và các đơn vị quản lý hồ chứa phối hợp điều tiết xả nước hợp lý, đảm bảo mực nước sông Hồng duy trì ở mức tối thiểu 1,85 m tại cống Xuân Quan trong mùa khô, phục vụ nhu cầu nước đa ngành. Giải pháp này cần được nghiên cứu và điều chỉnh theo từng năm dựa trên dự báo khí tượng thủy văn.

  5. Nâng cao năng lực quản lý và vận hành hệ thống thủy lợi
    Đào tạo cán bộ kỹ thuật, áp dụng công nghệ giám sát hiện đại để theo dõi mực nước, lưu lượng và chất lượng nước, từ đó điều chỉnh vận hành phù hợp, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả sử dụng nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành thủy lợi và tài nguyên nước
    Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để hoạch định chính sách, quy hoạch và quản lý nguồn nước hiệu quả trong điều kiện biến đổi mực nước sông.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước
    Tài liệu tham khảo chi tiết về mô hình thủy lực, cân bằng nước và các giải pháp công trình trong hệ thống thủy lợi lớn, phục vụ nghiên cứu và phát triển khoa học.

  3. Các đơn vị thi công và thiết kế công trình thủy lợi
    Cung cấp thông tin kỹ thuật, phân tích hiệu quả các giải pháp đập dâng, trạm bơm, giúp thiết kế và thi công các công trình phù hợp với điều kiện thực tế.

  4. Các địa phương và doanh nghiệp trong vùng Bắc Hưng Hải
    Hiểu rõ về tình hình nguồn nước, nhu cầu sử dụng và các giải pháp ứng phó, từ đó phối hợp thực hiện các biện pháp bảo đảm an ninh nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao mực nước sông Hồng bị hạ thấp ảnh hưởng lớn đến hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải?
    Mực nước thấp làm giảm lưu lượng lấy nước qua cống Xuân Quan, gây thiếu nước tưới cho hơn 111.000 ha đất nông nghiệp và ảnh hưởng đến sinh hoạt của hơn 3 triệu dân. Ví dụ, mực nước trung bình tháng giảm đến 1,51 m vào tháng 9 đã làm nhiều trạm bơm bị treo đáy, không thể hoạt động hiệu quả.

  2. Giải pháp đập dâng hạ lưu cống Xuân Quan có ưu điểm gì?
    Đập dâng giúp nâng cao mực nước sông, tăng khả năng lấy nước, ổn định nguồn nước trong mùa khô, đồng thời không làm ảnh hưởng lớn đến tiêu thoát lũ và giao thông thủy. Đây là giải pháp lâu dài, bền vững hơn so với trạm bơm dã chiến.

  3. Tại sao vẫn cần sử dụng trạm bơm dã chiến khi đã có đập dâng?
    Trạm bơm dã chiến là giải pháp bổ sung, linh hoạt trong những năm mực nước sông xuống quá thấp hoặc khi đập dâng chưa hoàn thành. Tuy nhiên, chi phí vận hành cao và tuổi thọ máy bơm hạn chế nên không thể thay thế hoàn toàn giải pháp công trình.

  4. Giải pháp điều tiết xả nước từ hồ chứa thủy điện có hiệu quả như thế nào?
    Xả nước từ hồ chứa giúp duy trì mực nước tối thiểu trong mùa khô, hỗ trợ lấy nước cho sản xuất và sinh hoạt. Tuy nhiên, dung tích hồ chứa hiện tại chưa đủ lớn để đáp ứng toàn bộ nhu cầu, và việc xả nước phải cân nhắc giữa phát điện và cấp nước.

  5. Làm thế nào để đảm bảo an ninh nguồn nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu?
    Cần kết hợp các giải pháp kỹ thuật như xây dựng đập dâng, nâng cấp trạm bơm, nạo vét kênh mương, cùng với quản lý tổng hợp tài nguyên nước, điều tiết hồ chứa và nâng cao nhận thức cộng đồng để sử dụng nước tiết kiệm và hiệu quả.

Kết luận

  • Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải đang đối mặt với thách thức lớn do mực nước sông Hồng bị hạ thấp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lấy nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt.
  • Giải pháp xây dựng đập dâng hạ lưu cống Xuân Quan được đánh giá là phương án kỹ thuật hiệu quả, có khả năng nâng cao mực nước và tăng lưu lượng lấy nước lên đến 90 m³/s.
  • Kết hợp với giải pháp trạm bơm dã chiến và điều tiết xả nước từ hồ chứa thủy điện tạo thành hệ thống đa tầng, linh hoạt ứng phó với biến động nguồn nước.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và các đơn vị thi công trong việc phát triển và quản lý hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải.
  • Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm triển khai xây dựng đập dâng, nâng cấp trạm bơm, tăng cường nạo vét kênh mương và phối hợp điều tiết hồ chứa, nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước bền vững cho vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Hành động khuyến nghị: Các cơ quan chức năng cần ưu tiên đầu tư và phối hợp thực hiện các giải pháp công trình, đồng thời nâng cao năng lực quản lý và vận hành hệ thống thủy lợi để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội.