MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về BĐKH tác động đến các lĩnh vực và đời sống của con người. Kết quả của những nghiên cứu đã chỉ ra rằng BĐKH sẽ tác động nghiêm trọng tới sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn cầu, đặc biệt là lĩnh vực nông nghiệp sẽ dễ bị tổn thương nhất.
Ở Việt Nam, trong khoảng 50 năm qua, diễn biến của khí hậu theo chiều hướng cực đoan. Cụ thể, lượng mưa tăng mạnh vào mùa lũ và giảm vào mùa kiệt cùng với nhiệt độ trung bình đã tăng khoảng 0,5-0,70C; mực nước biển đã dâng khoảng 0,2 m. Hiện tượng El-Nino, La- Nina càng tác động mạnh mẽ đến Việt Nam. BĐKH thực sự đã làm cho các thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng ác liệt.
Theo tính toán, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam có thể tăng lên 30C và mực nước biển có thể dâng 1,0 m vào năm 2100. Nếu mực nước biển dâng (NBD) 1,0 m, thì hàng năm sẽ có khoảng 40 nghìn km2 đồng bằng ven biển Việt Nam sẽ bị ngập, trong đó 90% diện tích thuộc các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long bị ngập hầu như hoàn toàn (Bộ TNMT, 2003). Hà Tĩnh cũng là một trong những địa phương chịu tác động lớn do BĐKH và NBD. Theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Tĩnh năm 2016, nhiệt độ trung bình trên địa bàn tỉnh tính theo thập kỷ tăng từ 0,1 – 0,2oC, nhiệt độ trung bình giai đoạn 2000 – 2010 so với 10 – 30 năm trước tăng từ 0,3 – 0,6oC, riêng vùng Hương Khê tăng từ 0,7 – 1,4oC.
Trong khi đó, lượng mưa lại có xu hướng giảm hẳn với sự biến động lớn cả về không gian, thời gian cũng như cường độ. Tuy lượng mưa ít nhưng cường độ mưa lớn gây lũ, lũ quét ngày một gia tăng. Theo đó, tần suất và quy luật của các cơn bão cũng thay đổi. Thông thường mùa mưa bão ở Hà Tĩnh là từ tháng 9 đến tháng 11 và chỉ các cơn bão số 7, 8, 9 mới đổ bộ vào.
Nhưng gần đây, xu hướng bão có sự thay đổi rõ rệt. Khoảng thời gian có khả năng xẩy ra bão mở rộng từ tháng 8 đến tháng 12 và ngay từ cơn bão số 1 đã có thể đổ vào Hà Tĩnh. Tình trạng BĐKH đã có tác động lớn tới nhiều lĩnh vực. Đối với nông nghiệp, có tác động lớn đến năng suất, thời vụ gieo trồng, tăng nguy cơ lây lan sâu bệnh trên cây trồng, dịch bệnh ở gia 1 súc, gia cầm.
Trong thời gian qua, hiện tượng mất trắng mùa màng xẩy ra ở nhiều địa phương gây thiệt hại nặng nề đến nền kinh tế. Hệ thống tưới hồ Kẽ Gỗ - Hà Tĩnh là một công trình đại thủy nông, quan trọng và là hệ thống điển hình của vùng Bắc Trung Bộ. Hệ thống hồ Kẽ Gỗ có tầm quan trọng hết sức to lớn tới việc phát triển kinh tế xã hội của Bắc Trung Bộ nói chung và tỉnh Hà Tĩnh nói riêng. Hồ không chỉ đảm nhận tưới cho 21.136 ha đất canh tác của huyện Cẩm Xuyên, huyện Thạch Hà và thị xã Hà Tĩnh, chống lũ quét, chống xói mòn cho vùng hạ du; cung cấp nước tưới phục vụ công nghiệp và sinh hoạt trong vùng với lưu lượng 1,6m3/s, phát điện công suất lắp máy 2,3MW mà còn góp phần quan trọng cải tạo môi trường sinh thái, cảnh quan thiên nhiên của cả một vùng rộng lớn, đã trở thành một khu bảo tồn thiên nhiên có giá trị, một điểm du lịch sinh thái lý thú.
Tuy nhiên, trước điều kiện BĐKH hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ sẽ chịu những tác động lớn đến việc cung cấp nước phục vụ đa mục tiêu của tỉnh Hà Tĩnh. Trước những thực trạng và biến động thời tiết khó lường như vậy, vấn đề đặt ra là chúng ta phải đánh giá được những ảnh hưởng của BĐKH, đồng thời phải có kế hoạch dài hạn nhằm trước hết là phòng ngừa, giảm thiểu các thiên tai, lũ lụt sau đó là có biện pháp ứng phó kịp thời trợ giúp ngành nông nghiệp khắc phục các ảnh hưởng của BĐKH. Do những vấn đề nêu trên việc “Nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả khai thác đa mục tiêu trong điều kiện biến đổi khí hậu của hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ – Tỉnh Hà Tĩnh” là hết sức cần thiết để đáp ứng nhu cầu nước và hoàn thiện hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ – tỉnh Hà Tĩnh, phục vụ sự phát triển kinh tế - xã hội hiện tại và định hướng lâu dài về tương lai. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá được ảnh hưởng của BĐKH đến nhu cầu nước của hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ trong hiện tại và kịch bản BĐKH trong tương lai; - Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả quản lý vận hành hồ trong điều kiện BĐKH cho hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hiệu quả trong khai thác đa mục tiêu trong điều kiện biến đổi khí hậu của hệ thống thủy lợi Kẻ Gỗ.
- Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ thuộc địa bàn huyện Cẩm Xuyên, Thạch Hà, Thành phố Hà Tĩnh.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: * Cách tiếp cận: - Theo quan điểm hệ thống; - Theo quan điểm thực tiễn và tổng hợp đa mục tiêu; - Theo quan điểm bền vững; - Theo sự tham gia của người hưởng lợi. * Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thu nhập tài liệu: điều tra thực tế, thu nhập số liệu về hiện trạng của hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ; tài liệu khí tượng, thuỷ văn và các kịch bản BĐKH toàn quốc; - Phương pháp ứng dụng các lý thuyết về thủy nông, thủy văn; - Phương pháp phân tích tổng hợp; - Phương pháp mô hình toán, thủy văn, thủy lực; - Phương pháp chuyên gia; - Phương pháp kế thừa. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1 Tổng quan nghiên cứu trên Thế giới về hiệu quả cấp nước của hệ thống thủy lợi trong điều kiện BĐKH Trên thế giới đã xây dựng hơn 10.000 hồ chứa, phục vụ nhiều mục đích kinh tế xã hội như: sản xuất điện tiêu thụ, trữ và cấp nước tưới cho các vùng đất nông nghiệp, điều tiết chế độ dòng chảy, cắt lũ và tăng cường dòng chảy kiệt, cải thiện hệ sinh thái,.
Các hồ chứa lớn trên thế giới đều được xây dựng theo phương thức đắp đập ngăn sông. Tốc độ xây dựng đập tăng nhanh và đến cuối thế kỷ trước đã có khoảng 45.000 đập lớn đang hoạt động. Tổng chi phí của việc xây dựng đập trong thế kỷ XX ước tính khoảng 2000 tỷ USD. Trung Quốc là nước có nhiều đập lớn nhất, với khoảng hơn 20.000 đập, Mỹ có khoảng 6.000, Nhật và Tây Ban Nha có hơn 1.
Năm 1992, Trung Quốc đã tiến hành thi công công trình đập trên sông Dương Tử trị giá 30 tỷ USD với đập nước cao 185m có chức năng cấp nước, điều tiết lũ, cung cấp điện (12% nhu cầu toàn quốc). Những nghiên cứu của các quốc gia trên thế giới về hồ chứa trong điều kiện BĐKH hiện nay tập trung ở nhiều lĩnh vực. Tại Hoa Kỳ tác giả NimaEhsani và công sự trong nghiên cứu về “Hoạt động của hồ chứa dưới tác động của BĐKH: Các lựa chọn năng lực để giảm rủi ro” ở Đông Bắc Hoa Kỳ đã cho thấy rằng: Hồ chứa có chức năng cân bằng nước cắt giảm lũ lụt, cung cấp nước khi hạn hán, tạo hệ sinh thái, cung cấp nhu cầu nước của con người (trong nước, nông nghiệp và công nghiệp) và sản xuất năng lượng (thủy điện). Trong bối cảnh BĐKH, tăng dân số và nhu cầu dùng nước ngày một tăng.
Việc nâng cấp, mở rộng đập phụ ở một số hồ Đông Bắc Hoa Kỳ nhằm tăng dung tích hồ trước các tác động của BĐKH, đặc biệt ở các vùng mật độ dân số cao [5]. Trong một nghiên cứu khác, về độ nhạy cảm và tính dễ bị tổn thương của hồ chứa trong điều kiện BĐKH tại Hoa Kỳ, tác giả M. Cristina Mateus và cộng sự tại các hồ chứa lưu vực sông Santiam đã chỉ ra rằng: Biến đổi khí hậu có thể làm giảm đáng kể hoạt động của các hồ chứa trong việc đáp ứng các mục tiêu hoạt động, nhưng các hồ chứa cũng có thể hỗ trợ thích ứng với biến đổi khí hậu. Tính dễ bị tổn thương của hồ 4 chứa trong điều kiện BĐKH đó chính là dòng chảy đến hồ.
Khi nhiệt độ không khí tăng lên làm giảm dòng chảy trong mùa hè khoảng 12% đối với lưu vực nước ngầm và lưu vực mặt nước ảnh hưởng tới nguồn nước tiếp nhận của các hồ trong lưu vực sông Santiam. Tại Nhật Bản, nghiên cứu của tác Sunmin KIM và cộng sự về xem xét hoạt động của hồ chứa trong điều kiện BĐKH-Nghiên cứu trường hợp với đập Yagisawa cho thấy, thông qua mô phỏng kịch bản vỡ đạp trong điều kiện BĐKH cho thấy có nguy cơ đập bị rò rỉ vào tháng 4 và tháng 5, và mực nước tròng hồ sẽ tăng lên do băng tan. Theo kịch bản trong tương lai một số lượng nước từ tháng 4 đến tháng 6 sẽ cần xả để đảm bảo an toàn đập. Kịch bản cũng cho thấy, mùa hè nước trong hồ có nguy cơ bị thiếu do sự suy giảm của nguồn nước đến hồ [7].
Những nghiên cứu của các nhà khoa học ở một số quốc gia trên thế giới như Hoa Kỳ, Nhật Bản về BĐKH tác động đến hồ chứa thủy lợi thường chuyên sâu trong từng hạng mục của hồ, hoặc yếu tố cụ thể của BĐKH tác động đến hồ chứa. Đây là dữ liệu tham khảo quan trọng trong luận văn, góp phần hoàn thiện hướng nghiên cứu đánh giá tổng thể khả năng đáp ứng đa mục tiêu của hồ chứa trong điều kiện BĐKH. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước Hồ chứa ở nước ta đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ. Tính đến thời điểm hiện nay, nước ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m3 nước.
