Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu đang là thách thức lớn đối với quản lý tài nguyên nước toàn cầu, đặc biệt tại các vùng nhiệt đới gió mùa như Việt Nam. Theo ước tính, nhiệt độ trung bình tại Bắc Bộ Việt Nam đã tăng khoảng 0,1°C trong 50 năm qua, trong khi lượng mưa có xu hướng giảm khoảng 2% trên toàn quốc. Hệ thống thủy lợi Cầu Sơn, nằm giữa hai dòng sông Thương và Lục Nam, phục vụ tưới tiêu cho hơn 24.000 ha đất nông nghiệp tại tỉnh Bắc Giang, đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu và sự xuống cấp của công trình. Nguồn nước cung cấp chủ yếu từ hồ chứa Cắm Sơn với dung tích hữu ích khoảng 228 triệu m³, tuy nhiên hiện trạng công trình và hệ thống kênh mương đã xuống cấp, gây thất thoát nước và giảm hiệu quả cấp nước.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng cấp nước của hệ thống thủy lợi Cầu Sơn dưới tác động của biến đổi khí hậu, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước phù hợp với điều kiện hiện tại và tương lai. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tính toán nhu cầu nước cho các đối tượng sử dụng như nông nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi và du lịch trong giai đoạn hiện tại và dự báo đến năm 2065. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an ninh nguồn nước, nâng cao năng suất cây trồng và phát triển kinh tế xã hội bền vững tại vùng nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến tài nguyên nước: Biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ khí tượng thủy văn, ảnh hưởng đến lượng mưa, nhiệt độ, bốc hơi và dòng chảy, từ đó tác động đến cân bằng nước trong lưu vực.
  • Mô hình cân bằng nước: Tính toán cân bằng giữa nguồn nước đến và nhu cầu sử dụng nước trong hệ thống thủy lợi, bao gồm các yếu tố như dòng chảy, bốc hơi, nhu cầu tưới tiêu, sinh hoạt và môi trường.
  • Khái niệm hiệu quả cấp nước: Đánh giá hiệu quả sử dụng nước dựa trên tỷ lệ nước cung cấp thực tế so với nhu cầu, đồng thời xem xét tổn thất nước trên hệ thống kênh mương và công trình.
  • Quản lý tổng hợp nguồn nước (IWRM): Áp dụng nguyên tắc quản lý đồng bộ các nguồn nước và các đối tượng sử dụng nhằm tối ưu hóa hiệu quả và bền vững.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp:

  • Thu thập số liệu thực đo: Dữ liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, bốc hơi, dòng chảy) được thu thập từ các trạm quan trắc tại Bắc Giang và lưu vực sông Thương, Lục Nam trong giai đoạn 1986-2005 và cập nhật đến 2014.
  • Phân tích thống kê và mô hình toán: Sử dụng phương pháp thống kê xác suất để phân tích biến động khí tượng thủy văn, mô hình thủy văn và thủy lực để tính toán dòng chảy, phân phối nước và cân bằng nước trong hệ thống.
  • Tính toán nhu cầu nước: Xác định nhu cầu nước cho các đối tượng nông nghiệp (lúa, ngô, cây màu), sinh hoạt, chăn nuôi và du lịch dựa trên đặc điểm sinh trưởng cây trồng, quy mô dân số và phát triển kinh tế xã hội.
  • Phân tích kịch bản biến đổi khí hậu: Áp dụng các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 để dự báo biến đổi khí hậu trong các giai đoạn 2016-2035 và 2046-2065, từ đó đánh giá tác động đến nguồn nước và nhu cầu sử dụng.
  • Khảo sát hiện trạng công trình và quản lý: Đánh giá thực trạng công trình thủy lợi, hệ thống kênh mương, trạm bơm và công tác quản lý vận hành qua khảo sát thực tế và số liệu từ Công ty KTCT Thủy lợi Cầu Sơn.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ 5 trạm chính, khảo sát hiện trạng 4 công trình đầu mối và hơn 2000 km kênh mương. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho vùng nghiên cứu và tính khả thi trong thu thập dữ liệu. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa: Nhiệt độ trung bình tại vùng nghiên cứu dự báo tăng từ 0,8°C đến 3,2°C trong 3 thập niên tới, lượng mưa mùa mưa tăng khoảng 7-10% nhưng phân bố không đều, mùa khô có xu hướng khô hạn hơn. Lượng mưa trung bình năm tại trạm Bắc Giang dao động từ 1310 đến 1600 mm, trong đó tháng 7 và 8 chiếm 36% tổng lượng mưa năm.

  2. Nguồn nước đến hồ Cắm Sơn giảm và phân bố không đồng đều: Dòng chảy trung bình năm tại hồ Cắm Sơn giảm khoảng 15-20% trong giai đoạn 2046-2065 so với thời kỳ nền 1986-2005, đặc biệt vào mùa khô dòng chảy giảm mạnh, gây khó khăn trong việc cung cấp nước tưới.

  3. Nhu cầu nước tăng do phát triển kinh tế xã hội và thay đổi cơ cấu cây trồng: Tổng nhu cầu nước toàn hệ thống dự báo tăng khoảng 25-30% đến năm 2035 và tiếp tục tăng đến năm 2065, trong đó nhu cầu nước cho nông nghiệp chiếm trên 60%, sinh hoạt và chăn nuôi chiếm khoảng 30%.

  4. Hiệu quả cấp nước hiện tại thấp do công trình xuống cấp và tổn thất nước lớn: Diện tích tưới tự chảy thực tế chỉ đạt khoảng 60% so với thiết kế, tổn thất nước trên kênh chính và kênh nhánh ước tính từ 15-25%, trạm bơm hoạt động kém hiệu quả do thiết bị cũ kỹ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm hiệu quả cấp nước là do tác động kép của biến đổi khí hậu và sự xuống cấp của hệ thống công trình thủy lợi. Nhiệt độ tăng và lượng mưa không đều làm tăng bốc hơi và giảm nguồn nước mặt, trong khi công trình cũ kỹ, kênh mương bị bồi lắng, sụt lún làm giảm khả năng dẫn nước. So sánh với các nghiên cứu tại các lưu vực khác cho thấy tình trạng tương tự, nhưng mức độ tổn thất nước tại Cầu Sơn cao hơn do công tác quản lý và bảo trì chưa hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động nhiệt độ và lượng mưa theo các kịch bản RCP, bảng cân bằng nước năm thiết kế và hiện tại, cùng biểu đồ phân phối nhu cầu nước theo đối tượng sử dụng. Các kết quả này nhấn mạnh sự cần thiết phải nâng cấp công trình và áp dụng các giải pháp quản lý tổng hợp để thích ứng với biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo, nâng cấp công trình đầu mối và hệ thống kênh mương: Thực hiện kiên cố hóa, nạo vét kênh chính và kênh nhánh, sửa chữa cổng lấy nước và trạm bơm nhằm giảm tổn thất nước ít nhất 10% trong vòng 3 năm tới. Chủ thể thực hiện là Công ty KTCT Thủy lợi Cầu Sơn phối hợp với chính quyền địa phương.

  2. Áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước và quản lý thông minh: Triển khai hệ thống tưới nhỏ giọt, tưới phun tự động cho các vùng canh tác trọng điểm, đồng thời sử dụng phần mềm quản lý nguồn nước để điều phối hiệu quả, mục tiêu giảm nhu cầu nước tưới 15% trong 5 năm.

  3. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực quản lý vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ quản lý và công nhân vận hành, nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ công trình và sử dụng nước tiết kiệm, thực hiện trong 2 năm đầu.

  4. Phát triển mô hình quản lý tổng hợp nguồn nước (IWRM): Xây dựng kế hoạch phối hợp giữa các bên liên quan trong lưu vực sông Thương và Lục Nam, đảm bảo cân bằng nước bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu trong dài hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách tài nguyên nước: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách phát triển hệ thống thủy lợi và quản lý nguồn nước hiệu quả, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  2. Cơ quan quản lý công trình thủy lợi và nông nghiệp: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và quản lý đề xuất để nâng cao hiệu quả cấp nước, giảm tổn thất và tăng năng suất cây trồng.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, thủy lợi: Tham khảo phương pháp luận, mô hình tính toán và phân tích tác động biến đổi khí hậu trong nghiên cứu thực tiễn.

  4. Cộng đồng nông dân và hợp tác xã nông nghiệp: Nắm bắt thông tin về biến đổi khí hậu và các giải pháp tưới tiêu tiết kiệm, nâng cao nhận thức và tham gia quản lý nguồn nước bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến nguồn nước của hệ thống Cầu Sơn?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa, dẫn đến giảm dòng chảy mùa khô và tăng bốc hơi, làm giảm nguồn nước sẵn có cho hệ thống thủy lợi.

  2. Hiệu quả cấp nước hiện tại của hệ thống thủy lợi Cầu Sơn ra sao?
    Hiệu quả cấp nước thấp, diện tích tưới tự chảy chỉ đạt khoảng 60% thiết kế, tổn thất nước trên kênh từ 15-25% do công trình xuống cấp và quản lý chưa hiệu quả.

  3. Các giải pháp chính để nâng cao hiệu quả cấp nước là gì?
    Bao gồm cải tạo công trình, áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm, nâng cao năng lực quản lý vận hành và phát triển mô hình quản lý tổng hợp nguồn nước.

  4. Nhu cầu nước trong tương lai có thay đổi như thế nào?
    Dự báo nhu cầu nước tăng khoảng 25-30% đến năm 2035 và tiếp tục tăng đến năm 2065 do phát triển kinh tế xã hội và thay đổi cơ cấu cây trồng.

  5. Ai là chủ thể thực hiện các giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước?
    Chủ yếu là Công ty KTCT Thủy lợi Cầu Sơn phối hợp với chính quyền địa phương, cộng đồng nông dân và các tổ chức liên quan.

Kết luận

  • Biến đổi khí hậu đã và đang ảnh hưởng tiêu cực đến nguồn nước và hiệu quả cấp nước của hệ thống thủy lợi Cầu Sơn.
  • Nhiệt độ tăng và lượng mưa không đều làm giảm dòng chảy mùa khô, gây khó khăn trong cung cấp nước tưới.
  • Công trình thủy lợi và hệ thống kênh mương hiện tại xuống cấp, tổn thất nước lớn, hiệu quả cấp nước thấp.
  • Nhu cầu nước dự báo tăng mạnh trong các thập niên tới, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ.
  • Cần triển khai ngay các giải pháp cải tạo công trình, áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm, nâng cao năng lực quản lý và phát triển mô hình quản lý tổng hợp để đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững.

Hành động tiếp theo: Khuyến nghị các cơ quan chức năng và đơn vị quản lý khẩn trương thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cập nhật dữ liệu biến đổi khí hậu để điều chỉnh kế hoạch phù hợp.