Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang là thách thức toàn cầu, ảnh hưởng sâu rộng đến tài nguyên nước và các hệ thống thủy lợi, đặc biệt tại các vùng đồng bằng và trung du như hệ thống thủy lợi Liễn Sơn, tỉnh Vĩnh Phúc. Việt Nam là một trong năm quốc gia chịu tác động nặng nề nhất của BĐKH, với nhiệt độ trung bình tăng khoảng 0,5-0,7°C trong 50 năm qua và mực nước biển dâng trung bình 5mm/năm. Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn phục vụ tưới tiêu cho hơn 63.000 ha đất nông nghiệp, đồng thời cung cấp nước cho nuôi trồng thủy sản và sinh hoạt của 7 huyện, thị xã trong tỉnh. Tuy nhiên, do tác động của BĐKH, lượng nước cung cấp giảm, phân bố không đều, cùng với sự phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng đã làm gia tăng nhu cầu sử dụng nước, gây áp lực lớn lên hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích, đánh giá hiện trạng và dự báo nhu cầu sử dụng nước của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn trong giai đoạn 2030-2050 dưới tác động của BĐKH, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước. Nghiên cứu tập trung vào khu vực địa lý gồm các huyện Lập Thạch, Vĩnh Tường, Tam Dương, Yên Lạc, Bình Xuyên và thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc đảm bảo an ninh nguồn nước, nâng cao hiệu quả tưới tiêu, góp phần phát triển bền vững nông nghiệp và kinh tế địa phương trong bối cảnh khí hậu biến đổi phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến tài nguyên nước: Định nghĩa BĐKH theo IPCC, các kịch bản phát thải khí nhà kính (RCPs), ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng mưa đến cân bằng nước trong lưu vực.
  • Mô hình cân bằng nước và quản lý tài nguyên nước: Phân tích cân bằng nước đầu vào - đầu ra, nhu cầu sử dụng nước trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt.
  • Mô hình mô phỏng thủy lực MIKE 11: Ứng dụng mô hình thủy lực để mô phỏng dòng chảy, mực nước và vận hành công trình thủy lợi, đánh giá hiệu quả sử dụng nước.
  • Các khái niệm chính bao gồm: hiệu quả sử dụng nước, nhu cầu nước theo ngành, cân bằng nước hệ thống, kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5, và các giải pháp công trình và phi công trình.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, lượng mưa, mực nước sông), số liệu sử dụng nước năm 2016, dữ liệu dân số và phát triển kinh tế dự báo đến 2050, thông tin kỹ thuật hệ thống thủy lợi Liễn Sơn.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích thống kê số liệu hiện trạng, dự báo nhu cầu nước theo kịch bản BĐKH RCP4.5, mô phỏng thủy lực bằng phần mềm MIKE 11 để đánh giá cân bằng nước và hiệu quả vận hành hệ thống.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu thu thập từ toàn bộ hệ thống thủy lợi Liễn Sơn, bao gồm các trạm bơm, kênh chính, kênh nhánh và các công trình điều tiết. Lựa chọn phương pháp mô hình hóa thủy lực nhằm phản ánh chính xác đặc điểm vận hành và tác động của BĐKH.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu hiện trạng (2016), dự báo và mô phỏng cho các năm 2030 và 2050, đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả trong giai đoạn nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhiệt độ và lượng mưa dự báo tăng: Theo kịch bản RCP4.5, nhiệt độ trung bình khu vực Liễn Sơn dự kiến tăng khoảng 0,6°C vào năm 2030 và 1,6°C vào năm 2050 so với giai đoạn 1986-2005. Lượng mưa trung bình ngày cũng tăng từ 4-28% tùy mùa, với mùa hè và thu có mức tăng cao nhất (lên đến 28% vào mùa thu năm 2050).

  2. Nhu cầu sử dụng nước tăng rõ rệt: Tổng nhu cầu nước của hệ thống năm 2016 là khoảng 38 triệu m³, dự báo tăng lên khoảng 45 triệu m³ vào năm 2030 và 52 triệu m³ vào năm 2050, tương ứng mức tăng 18% và 37%. Nhu cầu nước ngành trồng trọt chiếm tỷ trọng lớn nhất, tăng do mở rộng diện tích và thay đổi cơ cấu cây trồng.

  3. Nguồn nước cung cấp giảm và không ổn định: Lưu lượng nước đến đập Liễn Sơn dao động từ 5,36 m³/s đến 17,16 m³/s, thấp hơn nhiều so với lưu lượng thiết kế 38 m³/s cần thiết để tưới cho 26.000 ha diện tích canh tác. Mực nước sông Phó Đáy và sông Hồng giảm vào mùa khô, ảnh hưởng đến khả năng vận hành các trạm bơm Bạch Hạc và Đại Định.

  4. Hiệu quả sử dụng nước còn thấp: Tổn thất nước qua kênh mương và công trình điều tiết chiếm khoảng 50% tổng lượng nước cung cấp, do hệ thống kênh mương xuống cấp, công trình cũ kỹ, quản lý vận hành chưa chặt chẽ. Diện tích tưới tự chảy giảm, diện tích tưới tạo nguồn tăng, gây khó khăn trong việc đảm bảo nước tưới cho toàn bộ diện tích.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng thiếu nước và hiệu quả sử dụng thấp là do tác động kép của BĐKH làm thay đổi chế độ mưa, nhiệt độ tăng dẫn đến bốc hơi cao hơn, cùng với sự gia tăng nhu cầu nước do phát triển kinh tế xã hội. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng chung về tác động của BĐKH đến tài nguyên nước và hệ thống thủy lợi.

Dữ liệu mô phỏng mực nước và lưu lượng tại các trạm điều tiết cho thấy chỉ số Nash đạt trên 80%, chứng tỏ mô hình MIKE 11 phản ánh chính xác thực trạng vận hành hệ thống. Biểu đồ thay đổi nhu cầu nước theo mùa và ngành sử dụng minh họa rõ sự gia tăng áp lực lên nguồn nước trong tương lai.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để điều chỉnh quy hoạch, nâng cấp công trình và quản lý vận hành hệ thống thủy lợi Liễn Sơn nhằm thích ứng với BĐKH, đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững nông nghiệp địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và cải tạo hệ thống kênh mương và công trình đầu mối

    • Mục tiêu: Giảm tổn thất nước qua kênh mương từ 50% xuống dưới 30%.
    • Thời gian: Triển khai trong 5 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Công ty Thủy lợi Liễn Sơn phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Vĩnh Phúc.

  2. Xây dựng và vận hành các trạm bơm bổ sung, nâng công suất trạm hiện có

    • Mục tiêu: Đảm bảo lưu lượng nước cung cấp đạt tối thiểu 38 m³/s trong mùa khô.
    • Thời gian: Hoàn thành trước năm 2030.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án đầu tư công tỉnh, Công ty Thủy lợi Liễn Sơn.

  3. Áp dụng công nghệ quản lý nước thông minh và mô hình vận hành tối ưu

    • Mục tiêu: Tăng hiệu quả sử dụng nước, giảm thất thoát và điều tiết linh hoạt theo nhu cầu thực tế.
    • Thời gian: Triển khai thí điểm trong 2 năm, mở rộng sau đó.
    • Chủ thể thực hiện: Công ty Thủy lợi Liễn Sơn phối hợp với các viện nghiên cứu và đơn vị công nghệ.

  4. Tuyên truyền, đào tạo nâng cao nhận thức và kỹ năng sử dụng nước tiết kiệm cho nông dân và các bên liên quan

    • Mục tiêu: Giảm nhu cầu nước không hợp lý, tăng cường áp dụng kỹ thuật tưới tiên tiến.
    • Thời gian: Liên tục trong giai đoạn 2023-2050.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp, các tổ chức nông dân, chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành thủy lợi và tài nguyên nước

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách thích ứng BĐKH, quy hoạch phát triển hệ thống thủy lợi hiệu quả.

  2. Các kỹ sư, chuyên gia thủy lợi và môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo mô hình mô phỏng thủy lực MIKE 11, phương pháp đánh giá cân bằng nước và giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả sử dụng nước.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên cao học, nghiên cứu sinh trong lĩnh vực biến đổi khí hậu, quản lý tài nguyên nước

    • Lợi ích: Tài liệu tham khảo về tác động BĐKH đến hệ thống thủy lợi, phương pháp dự báo nhu cầu nước và đề xuất giải pháp thích ứng.

  4. Các tổ chức phát triển nông nghiệp và cộng đồng nông dân trong vùng nghiên cứu

    • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của BĐKH đến nguồn nước, từ đó điều chỉnh phương thức sản xuất, áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống thủy lợi Liễn Sơn?
    BĐKH làm tăng nhiệt độ trung bình, thay đổi lượng mưa và phân bố không đều, dẫn đến nguồn nước cung cấp giảm và không ổn định, gây khó khăn trong việc đảm bảo nước tưới cho nông nghiệp và sinh hoạt.

  2. Nhu cầu sử dụng nước của hệ thống Liễn Sơn dự báo tăng bao nhiêu trong tương lai?
    Dự báo nhu cầu nước tăng khoảng 18% vào năm 2030 và 37% vào năm 2050 so với năm 2016, chủ yếu do mở rộng diện tích canh tác và phát triển kinh tế xã hội.

  3. Hiệu quả sử dụng nước hiện tại của hệ thống như thế nào?
    Hiệu quả sử dụng nước còn thấp, với tổn thất nước qua kênh mương và công trình điều tiết chiếm khoảng 50%, do hệ thống xuống cấp và quản lý vận hành chưa tối ưu.

  4. Giải pháp nào được đề xuất để nâng cao hiệu quả sử dụng nước?
    Nâng cấp hệ thống kênh mương, xây dựng trạm bơm bổ sung, áp dụng công nghệ quản lý nước thông minh và đào tạo nâng cao nhận thức sử dụng nước tiết kiệm.

  5. Làm thế nào để mô hình MIKE 11 hỗ trợ nghiên cứu này?
    Mô hình MIKE 11 mô phỏng dòng chảy, mực nước và vận hành công trình thủy lợi, giúp đánh giá cân bằng nước và hiệu quả vận hành hệ thống dưới các kịch bản BĐKH, từ đó đề xuất giải pháp phù hợp.

Kết luận

  • Nhiệt độ và lượng mưa khu vực Liễn Sơn dự báo tăng đáng kể trong giai đoạn 2030-2050, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước và nhu cầu sử dụng.
  • Nhu cầu nước của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn tăng khoảng 37% vào năm 2050, trong khi nguồn nước cung cấp giảm và không ổn định.
  • Hiệu quả sử dụng nước hiện tại thấp, với tổn thất nước qua kênh mương và công trình chiếm khoảng 50%.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp công trình, bổ sung nguồn nước, áp dụng công nghệ quản lý và đào tạo người dân nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho quản lý, quy hoạch và vận hành hệ thống thủy lợi Liễn Sơn trong bối cảnh biến đổi khí hậu, góp phần phát triển bền vững nông nghiệp và kinh tế địa phương.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp đề xuất, tiếp tục theo dõi và cập nhật dữ liệu khí hậu, nước để điều chỉnh chính sách và kỹ thuật vận hành phù hợp. Các nhà quản lý và chuyên gia được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững.