Luận văn: Giải pháp lấy nước cống Cầu Xe, An Thổ trong biến đổi khí hậu

Luận văn phân tích và đề xuất giải pháp lấy nước hiệu quả cho cống Cầu Xe, An Thổ (Bắc Hưng Hải) trước tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng.

• Tác giả: Nguyễn Văn Toàn
• Người hướng dẫn: Ngô Đăng Hải
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu đề xuất giải pháp lấy nước của cống Cầu Xe và An Thổ thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải

Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải là một công trình quan trọng phục vụ cấp nước nông nghiệp và sinh hoạt cho vùng đồng bằng sông Hồng. Nghiên cứu từ Trường Đại học Thủy lợi đã chỉ ra rằng giải pháp lấy nước cống Cầu Xe và An Thổ cần được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Hệ thống này bao gồm các công trình lấy nước quan trọng, đặc biệt là cống Cầu Xe và cống An Thổ được thiết kế để quản lý nguồn nước từ sông Hồng. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, việc tối ưu hóa khả năng cấp nước trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

1.1. Vị trí và vai trò của cống Cầu Xe trong hệ thống

Cống Cầu Xe đóng vai trò chính trong việc lấy nước cho các vùng tưới tiêu phía bắc. Công trình này được xây dựng để cấp nước ổn định, nhưng hiện nay phải đối mặt với những thách thức từ nước biển dâng và thay đổi chế độ thủy văn. Nghiên cứu cho thấy cần phải cải tiến công nghệ lấy nước để nâng cao hiệu suất.

1.2. Vai trò của cống An Thổ trong cấp nước vùng

Cống An Thổ hỗ trợ cấp nước cho các khu vực nông thôn và công nghiệp. Công trình này cần được tích hợp với các giải pháp lấy nước hiện đại để đảm bảo cấp nước đều đặn trong điều kiện khí hậu biến đổi. Khả năng lấy nước của cống An Thổ cần được đánh giá lại dưới kịch bản phát triển kinh tế mới.

II. Tác động của biến đổi khí hậu đến khả năng cấp nước

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng tạo ra những áp lực lớn đối với hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải. Luận văn thạc sĩ của Nguyễn Văn Toàn đã phân tích chi tiết các kịch bản BĐKH ảnh hưởng đến dòng chảy sông, lượng mưa và tình trạng ngập nước. Dự báo cho thấy nhu cầu nước sẽ tăng trong giai đoạn 2030-2050, trong khi nguồn nước lại có khả năng giảm. Việc nâng cao khả năng cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ là giải pháp cấp bách để đảm bảo an ninh nước cho vùng.

2.1. Xu hướng thay đổi chế độ thuỷ văn

Các số liệu khí tượng cho thấy mực nước sông biến động không ổn định. Nước biển dâng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lấy nước ở vùng hạ du. Dự báo dân số tăng kéo theo nhu cầu nước cao hơn giai đoạn hiện tại, yêu cầu phải cải tiến công nghệ lấy nước.

2.2. Kịch bản phát triển kinh tế xã hội đến 2050

Phát triển ngành nông nghiệp, công nghiệp và du lịch sẽ làm tăng nhu cầu nước đáng kể. Nghiên cứu mô phỏng thủy lực cho thấy cần nâng cao khả năng cấp nước của hệ thống. Giải pháp lấy nước phải linh hoạt và bền vững để ứng phó với những thay đổi này.

III. Đánh giá hiện trạng khả năng cấp nước của hai cống

Hiện nay, khả năng cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ chưa đáp ứng đủ nhu cầu. Mô phỏng thủy lực hệ thống cho thấy cần phải tính toán nhu cầu nước chi tiết hơn để xác định lượng nước cần thiết cho từng giai đoạn phát triển. Cân bằng nước của hệ thống cho thấy tồn tại khoảng trống cấp nước vào mùa khô. Để đáp ứng nhu cầu nước 2030 và 2050, cần phải cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất lấy nước, và đối với nước biển dâng, cần có các biện pháp bảo vệ công trình.

3.1. Khả năng lấy nước hiện tại

Theo số liệu từ Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải, cống Cầu Xe có công suất lấy nước khoảng 1.5 m³/s và cống An Thổ khoảng 0.8 m³/s. Tuy nhiên, hiệu suất thực tế thấp hơn do tình trạng bồi lắng và nước biển dâng. Cần cải tiến để nâng cao khả năng cấp nước.

3.2. Những hạn chế trong điều kiện BĐKH

Biến đổi khí hậu làm giảm lưu lượng sông trong mùa khô, trong khi nước biển dâng tác động ngược dòng. Công trình lấy nước gặp khó khăn trong kiểm soát chất lượng nước. Cần các giải pháp lấy nước hiện đại để vượt qua những thách thức này.

IV. Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng cấp nước

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp lấy nước toàn diện để nâng cao khả năng cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ. Các giải pháp bao gồm: cải tiến công trình thủy lợi, nâng cấp hệ thống máy bơm, ứng dụng công nghệ lọc nước, và phát triển các nguồn nước phụ trợ. Các nguyên tắc đề xuất dựa trên nhu cầu nước dự báo, tính khả thi kinh tế, và khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu. Việc triển khai những giải pháp này sẽ đảm bảo cấp nước ổn định cho vùng trong những thập kỷ tới.

4.1. Cải tiến công trình lấy nước và hệ thống máy bơm

Nâng cấp cống Cầu Xe bằng cách sử dụng công nghệ sục bơm hiện đại, loại bỏ bồi lắng định kỳ. Cải tiến cống An Thổ bằng hệ thống máy bơm tăng áp. Các công trình này cần được thiết kế để chống lại nước biển dâng và biến động chế độ thuỷ văn.

4.2. Phát triển nguồn nước bổ sung và quản lý tài nguyên nước

Xây dựng các công trình chứa nước nhỏ, hệ thống tái sử dụng nước, và quản lý nước mưa. Giải pháp lấy nước phải đa dạng để giảm áp lực lên cống Cầu Xe và cống An Thổ. Ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm để giảm nhu cầu nước ngành nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về biến đổi khí hậu và nước biển dâng toàn cầu và Việt Nam Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự thay đổi trạng thái của khí hậu có thể nhận dạng được bằng việc đánh giá thay đổi của trị số trung bình và/hoặc các thay đổi thuộc tính của nó và tiếp tục tiếp diễn theo thời gian dài (tính từ thập kỷ hoặc hơn). Đối với định nghĩa của IPCC, BĐKH là bất cứ sự thay đổi nào về khí hậu theo thời gian, dù là sự thay đổi do biến đổi tự nhiên hay là do tác động của con người. Theo Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về Biến đổi khí hậu (UNFCCC), BĐKH là do các tác động trực tiếp hoặc gián tiếp của con người làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu, làm tăng thêm sự BĐKH tự nhiên. [9] Các quan trắc trên thế giới cho thấy rằng nhiệt độ trung bình toàn cầu đang tăng và mức độ gia tăng cao hơn ở những vùng vĩ độ cực Bắc.

Trong 100 năm qua (1906 - 2005), nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 0,74°C cao hơn so với xu thế 100 năm (1901-2000) của báo cáo Tổng hợp lần 3.Tốc độ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gần gấp đôi so với 50 năm trước đó. [10] Trên phạm vi toàn cầu lượng mưa tăng lên ở các đới phía Bắc vĩ độ 30° thời kỳ 1901 - 2005 và giảm đi ở các vĩ độ nhiệt đới, kể từ giữa những năm 1970. Ở khu vực nhiệt đới, mưa giảm đi ở Nam Á và Tây Phi với trị số xu thế là 7,5% cho cả thời kỳ 1901 - 2005. Ở đới vĩ độ trung bình và vĩ độ cao, lượng mưa tăng lên rõ rệt ở miền Trung Bắc Mỹ, Đông Bắc Mỹ, Bắc Âu, Bắc Á và Trung Á.

Tần số mưa lớn tăng lên trên nhiều khu vực, kể cả những nơi lượng mưa có xu thế giảm đi (IPCC, 2014).000km bờ biển, Việt Nam được coi là quốc gia có mức độ dễ bị tổn thương cao hơn trước sự biến đổi khí hậu. Sự tác động của biến đổi khí hậu mà cụ thể là sự gia tăng của mực nước biển đang có xu hướng làm thu hẹp dần diện tích đất nông nghiệp của nước ta, đặc biệt là các vùng đất ven biển. Như ở Nam Định, từ 2005 đến nay, mực nước biển tại huyện Giao Thủy đã dâng cao thêm 20 cm. Số liệu quan trắc tại các trạm hải văn dọc bờ biển Việt Nam, trong giai đoạn từ 1998 – 2008, tốc độ dâng lên của mực nước biển ở Việt Nam là khoảng 3 mm/năm.

Trong khoảng 50 năm qua, mực nước biển tại Trạm hải văn Hòn Dấu dâng lên khoảng 20 cm. 4 Dự báo đến năm 2100, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam sẽ tăng lên 3oC và mực nước biển sẽ tăng lên khoảng 1m. Nếu mực nước biển dâng 1m sẽ có khoảng 10% dân số bị ảnh hưởng trực tiếp, khoảng 90% diện tích trồng lúa đồng bằng sông Cửu Long bị ngập hoàn toàn, 4,4% lãnh thổ Việt Nam bị ngập vĩnh viễn, đồng nghĩa với khoảng 20% xã trên cả nước, 9.200 km đường bộ bị xóa sổ.Tại vùng đồng bằng duyên hải Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ, mực nước biển dâng sẽ thu hẹp diện tích rừng ngập mặn, tạo điều kiện xói lở bờ biển, gây khó khăn cho nghề cá do những thay đổi theo hướng xấu đi của phần lớn nguồn lợi thủy sản. Diện tích sinh sống của các khu dân cư ven biển bị thu hẹp, khả năng xói lở bờ biển tăng lên, trực tiếp đe dọa các công trình giao thông, xây dựng, công nghiệp và một số đô thị trên nhiều tuyến bờ biển.

Riêng đồng bằng sông Cửu Long, dự báo vào năm 2030, khoảng 45% diện tích của khu vực này sẽ bị nhiễm mặn cục độ và gây thiệt hại mùa màng nghiêm trọng do lũ lụt và ngập úng. Nếu không có kế hoạch đối phó, phần lớn diện tích của đồng bằng sông Cửu Long sẽ ngập trắng nhiều thời gian trong năm và thiệt hại ước tính sẽ là 17 tỷ USD. Gần 6 triệu người – chiếm 7,3% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp do hiện tượng ngập lụt khi nước biển dâng, 82,5% hệ thống cấp nước ở các vùng trũng Nam Bộ trong đó 71,7% là ở đồng bằng Sông Cửu Long và 10,8% ở Đông Nam bộ sẽ bị ảnh hưởng. Hiện tượng ngập lụt này sẽ dẫn tới sự thay đổi độ mặn của nước, thay đổi điều kiện sinh sống, sản xuất và đa dạng sinh học.

Khu vực vùng núi tuy không chịu tác động trực tiếp của nước biển dâng nhưng chúng chịu những ảnh hưởng gián tiếp như: gia tăng các hiện tượng lũ ống, lũ quét, vấn đề về nước sạch và đất ở. Còn đối với khu vực miền núi, tuy không chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước biển dâng nhưng lại chịu không ít các tác động gián tiếp như về an ninh lương thực, vấn đề nước sạch, vấn đề về chỗ ở và đất sản xuất…. Biến đổi khí hậu nói chung và nước biển dâng nói riêng không còn là nguy cơ mà nó đã hiển hiện trong cuộc sống, đang là thách thức không của riêng quốc gia nào. Vì vậy mỗi quốc gia, mỗi con người trên Trái đất cần có những hành động cụ thể để cứu lấy mái nhà chung như lời kêu gọi của Tổng Thư ký Liên hợp quốc Ban-Ki-moon phát biểu tại Lễ khai mạc Năm Quốc tế các tiểu quốc đảo đang phát triển 2014 : “Trái Đất chính là hòn đảo chung của tất cả chúng ta, vì vậy hãy cùng nhau bảo vệ trái đất”.1 Xu thế Biến đổi khí hậu ở Việt Nam Nhiệt độ có xu thế tăng ở hầu hết các trạm quan trắc, tăng nhanh trong những thập kỷ gần đây.

Trung bình cả nước, nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1958-2014 tăng khoảng 0,62oC, riêng giai đoạn (1985-2014) nhiệt độ tăng khoảng 0,42oC. Theo các kịch bản biến đổi khí hậu, ở Việt Nam, nhiệt độ trung bình năm sẽ tăng thêm 20C vào năm 2050 và 2,50C vào năm 2070 so với trung bình thời kỳ 1961 – 1990. Dự tính đến năm 2100, nhiệt độ sẽ tăng khoảng 30C. Nhiệt độ trung bình tăng sẽ làm tăng số đợt nắng nóng và số ngày nắng nóng hàng năm.

Lượng mưa trung bình năm có xu thế giảm ở hầu hết các trạm phía Bắc; tăng ở hầu hết các trạm phía Nam. Lượng mưa mùa mưa ở phần lớn các vùng, nhất là Trung Bộ tăng 5 – 10% vào các mốc thời gian nói trên, nhưng lượng mưa mùa khô ở nhiều vùng có thể giảm 0 – 5%, vì thế tình hình lũ lụt trong mùa mưa và hạn hán trong mùa khô ở một số vùng có thể nghiêm trọng hơn, nhất là trong những điều kiện có sự xuất hiện của El Nino và La Nina. Sự nóng lên toàn cầu và tan băng ở các vùng cực và trên núi cao tác động đến hoàn lưu khí quyển và hoàn lưu biển. Về cơ bản, gió mùa nhiệt đới sẽ yếu đi do hoàn lưu kinh hướng suy giảm vì chênh lệch nhiệt độ giữa vĩ độ cao và vĩ độ thấp giảm đi.

Điều đó dẫn đến phân bố lại nhiệt độ và lượng mưa, cũng như thời tiết các mùa ở nước ta. Cực trị nhiệt độ tăng ở hầu hết các vùng, ngoại trừ nhiệt độ tối cao có xu thế giảm ở một số trạm phía Nam. Hạn hán xuất hiện thường xuyên hơn trong mùa khô. Mưa cực đoan giảm đáng kể ở vùng Đồng Bằng Bắc Bộ, tăng mạnh ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.

Số lượng bão mạnh có xu hướng tăng. Số ngày rét đậm, rét hại có xu thế giảm nhưng xuất hiện những đợt rét dị thường. Ảnh hưởng của El Nino và La Nina có xu thế tăng. Như vậy, ngoài biến đổi khí hậu với sự tăng lên của nhiệt độ và mực nước biển trung bình diễn ra một cách từ từ, có tác động lâu dài, tính cực đoan và dị thường của thời tiết, khí hậu, đặc biệt là thiên tai 6 cũng trở nên lớn hơn, có thể gây ra những tổn thất lớn về người và tài sản và làm cho công tác dự báo, phòng tránh trở nên khó khăn hơn.2 Tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu ở Việt Nam đối với tài nguyên nước và các công trình thủy lợi 1.

Tác động tới tài nguyên nước Giai đoạn sau năm 2020, mực nước ngầm có thể giảm đáng kể do chịu ảnh hưởng của hoạt động khai thác và suy giảm lượng nước cung cấp cho dòng chảy ngầm trong mùa khô. Tác động của biến đổi khí hậu với dòng chảy sông ngòi Biến đổi khí hậu sẽ làm cho dòng chảy sông ngòi thay đổi về lượng và sự phân bố theo thời gian, vùng lãnh thổ. Tác động của biến đổi khí hậu lên dòng chảy năm, dòng chảy mùa lũ, dòng chảy mùa cạn các thời kỳ tương lai được đánh giá dựa trên phương pháp mô hình mưa-dòng chảy và các kịch bản biến đổi khí hậu đã nêu ở trên. a/ Dòng chảy năm Tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy năm rất khác nhau giữa các vùng/ hệ thống sông trên lãnh thổ Việt Nam.

Dòng chảy năm trên các sông ở Bắc Bộ, phần phía bắc của Bắc Trung Bộ có xu hướng tăng phổ biến dưới 2% vào thời kỳ 2040 - 2059 và lên tới 2% đến 4% vào thời kỳ 2080 - 2099. Trái lại, từ phần phía nam Bắc Trung Bộ đến phần phía bắc của Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ (hệ thống sông Đồng Nai), dòng chảy năm lại có xu thê giảm, thường dưới 2% ở sông Thu Bồn, Ngàn Sâu, nhưng giảm mạnh ở hệ thống sông Đồng Nai, sông Bé từ 4% đến 7% vào thời kỳ 2040 - 2059 và 7% đến 9% vào thời kỳ 2080 - 2099 b/ Dòng chảy mùa lũ Dòng chảy mùa lũ của hầu hết các sông có xu thế tăng so với hiện nay, song với mức độ khác nhau, phổ biến tăng từ 2% đến 4% vào thời kỳ 2040 - 2059 và từ 5% - 7% vào thời kỳ 2080 - 2099. c/ Dòng chảy mùa cạn 7 Biến đổi khí hậu có xu hướng làm suy giảm dòng chảy mùa cạn, so với hiện tại dòng chảy mùa cạn phổ biến giảm từ 2% đến 9% vào thời kỳ 2040 - 2059 và từ 4% đến 12% vào thời kỳ 2080 - 2099. Tác động đến bốc thoát hơi nước Lượng bốc thoát hơi tiềm năng năm đều tăng khoảng 7% đến 10% vào thời kỳ 2040- 2059, 12% đến 16% vào thời kỳ 2080-2099 so với hiện tại.

Đặc biệt Nam Trung Bộ và Nam Bộ có tỷ lệ tăng lượng bốc thoát hơi tiềm năng cao nhất là 10% đến 13% và 18% đến 22% vào các thời kỳ trên .