Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Đa Độ, nằm ở phía Nam thành phố Hải Phòng, có diện tích tự nhiên khoảng 32.587 ha, phục vụ cấp nước tưới tiêu cho hơn 32.000 ha đất nông nghiệp, đồng thời cung cấp nước thô cho các nhà máy nước sạch, công nghiệp, du lịch và dân sinh với sản lượng trên 30 triệu m³/năm. Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc phòng chống úng lụt, hạn hán và duy trì cân bằng sinh thái vùng ven biển. Tuy nhiên, nhiều công trình thủy lợi được xây dựng từ những năm 1980-1990 đã xuống cấp, không đáp ứng được nhu cầu đa mục tiêu hiện nay. Sự phát triển nhanh chóng của đô thị hóa, khu công nghiệp và dân cư đã làm thay đổi cơ cấu sử dụng đất, thu hẹp diện tích nông nghiệp và giảm trữ lượng nước nội tại, đồng thời làm gia tăng nhu cầu cấp nước đa dạng.

Biến đổi khí hậu với các hiện tượng như xâm nhập mặn, suy giảm dòng chảy thượng nguồn và nước biển dâng đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng cấp nước của hệ thống, đặc biệt trong mùa khô. Nhiệt độ trung bình tại trạm Phù Liễn đã tăng, lượng mưa phân bố không đều, cùng với sự gia tăng tần suất và cường độ các hiện tượng thời tiết cực đoan. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá cân bằng nước hiện trạng và tương lai (đến năm 2050) của hệ thống thủy lợi Đa Độ, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực cấp nước nhằm đảm bảo phát triển bền vững kinh tế - xã hội và thích ứng với biến đổi khí hậu. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên lưu vực hệ thống thủy lợi Đa Độ, bao gồm 5 đơn vị hành chính với các tiểu vùng cấp nước phân chia rõ ràng, sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu mới nhất của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình quản lý tài nguyên nước tổng hợp, trong đó:

  • Lý thuyết cân bằng nước: Nguyên lý bảo toàn vật chất được áp dụng để xác định mối quan hệ giữa lượng nước đến, lượng nước đi và lượng nước trữ lại trong lưu vực, làm cơ sở cho tính toán và quy hoạch tài nguyên nước.

  • Mô hình MIKE BASIN: Là mô hình mạng lưới thủy văn tích hợp trong môi trường GIS, cho phép mô phỏng phân phối nước theo không gian và thời gian trên lưu vực sông. Mô hình này hỗ trợ đánh giá tiềm năng nguồn nước, cân bằng cung cầu, tác động của biến đổi khí hậu và các giải pháp quản lý nguồn nước.

  • Khái niệm biến đổi khí hậu và kịch bản RCP: Sử dụng các kịch bản phát thải khí nhà kính (RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5) để dự báo các biến đổi về nhiệt độ, lượng mưa, xâm nhập mặn và tác động đến nguồn nước.

Các khái niệm chính bao gồm: cân bằng nước lưu vực, năng lực cấp nước đa mục tiêu, biến đổi khí hậu và nước biển dâng, quản lý tổng hợp tài nguyên nước, và mô hình hóa thủy văn.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn (nhiệt độ, mưa, độ ẩm, bốc hơi, mực nước triều), thủy văn (dòng chảy, lưu lượng nước qua cống), địa chất, thổ nhưỡng, dân số, kinh tế - xã hội và hiện trạng công trình thủy lợi từ các cơ quan chức năng và khảo sát thực tế.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng phương pháp thống kê, xác suất để xử lý số liệu khí tượng thủy văn; phân tích hệ thống để đánh giá hiện trạng và vận hành hệ thống thủy lợi; sử dụng mô hình MIKE BASIN để mô phỏng cân bằng nước lưu vực và dự báo nhu cầu cấp nước đến năm 2050 theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được thu thập từ các trạm quan trắc khí tượng thủy văn, thủy văn trên lưu vực, số liệu vận hành công trình thủy lợi và điều tra xã hội học tại các địa phương trong lưu vực. Việc lựa chọn các tiểu vùng cấp nước dựa trên tiêu chí địa lý, hành chính và đặc điểm sử dụng nước nhằm đảm bảo tính đại diện và khả năng quản lý.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2020-2021, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng cấp nước và năng lực công trình: Hệ thống thủy lợi Đa Độ hiện phục vụ cấp nước tưới cho hơn 32.000 ha đất nông nghiệp, cung cấp trên 30 triệu m³ nước thô cho các ngành kinh tế. Tuy nhiên, công trình thủy lợi đã xuống cấp nghiêm trọng, hệ thống kênh cấp I, II bị bồi lắng, nhiều cống không có hệ thống điều tiết, gây ách tắc dòng chảy và hạn chế năng lực cấp nước. Số giờ vận hành cống đầu mối Trung Trang giảm 10% từ năm 2014 đến 2018, lưu lượng trung bình giảm còn 57,5 m³/s.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Nhiệt độ trung bình năm tại trạm Phù Liễn tăng lên khoảng 0,7°C trong 50 năm qua, lượng mưa phân bố không đều, mùa mưa chiếm 80% lượng mưa năm. Xâm nhập mặn tăng mạnh, nồng độ mặn tại cống Trung Trang lên đến 5‰ vào mùa khô năm 2019-2020, làm giảm 50% năng lực lấy nước. Mực nước biển dâng khoảng 20 cm trong 50 năm qua, ảnh hưởng đến trữ lượng nước ngọt.

  3. Nhu cầu cấp nước tăng cao đến năm 2050: Dân số lưu vực dự kiến tăng lên khoảng 600.000 người, nhu cầu nước sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và thủy sản tăng tương ứng. Nhu cầu nước tưới cho cây trồng và nuôi trồng thủy sản tăng khoảng 15-20% so với hiện trạng, đặc biệt trong các kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5.

  4. Kết quả mô phỏng cân bằng nước: Mô hình MIKE BASIN cho thấy cân bằng nước hiện trạng có thể đáp ứng khoảng 90% nhu cầu, nhưng đến giai đoạn 2035-2050, dưới tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội, nguồn nước nội tại không đủ đáp ứng nhu cầu, đặc biệt trong mùa khô. Tỷ lệ thiếu hụt nước có thể lên đến 10-15% tùy tiểu vùng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự suy giảm năng lực cấp nước là do sự xuống cấp của hệ thống công trình thủy lợi, bồi lắng kênh mương, và ảnh hưởng ngày càng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu như xâm nhập mặn và giảm dòng chảy thượng nguồn. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng gia tăng áp lực lên nguồn nước tại các vùng ven biển chịu tác động của biến đổi khí hậu.

Việc sử dụng mô hình MIKE BASIN giúp minh họa rõ ràng sự phân bố nguồn nước và nhu cầu sử dụng theo không gian và thời gian, có thể trình bày qua biểu đồ lưu lượng nước qua các cống đầu mối, bảng tổng hợp nhu cầu nước theo ngành và tiểu vùng, cũng như bản đồ phân vùng cấp nước. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc hoạch định chính sách và đầu tư nâng cấp hệ thống thủy lợi, đồng thời hỗ trợ quản lý tài nguyên nước hiệu quả trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp, sửa chữa công trình thủy lợi: Tập trung cải tạo các cống đầu mối, kênh cấp I, II bị bồi lắng và xuống cấp, lắp đặt hệ thống điều tiết tự động để tăng năng lực cấp nước và giảm thất thoát. Thời gian thực hiện trong vòng 5-10 năm, do Công ty TNHH MTV Khai thác công trình thủy lợi Đa Độ phối hợp với các địa phương.

  2. Xây dựng hệ thống giám sát và quản lý nước thông minh: Ứng dụng công nghệ IoT, cảm biến đo mực nước, chất lượng nước và điều khiển từ xa nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu rủi ro do biến đổi khí hậu. Triển khai trong 3-5 năm, phối hợp với các đơn vị công nghệ và chính quyền địa phương.

  3. Phát triển nguồn nước bổ sung và chuyển nước liên lưu vực: Nghiên cứu xây dựng các hồ chứa mới, tận dụng nguồn nước ngầm và các dự án chuyển nước từ lưu vực khác để bù đắp thiếu hụt nước trong mùa khô. Thời gian nghiên cứu và triển khai dài hạn, từ 10-20 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hải Phòng chủ trì.

  4. Tăng cường quản lý, bảo vệ hành lang công trình thủy lợi và kiểm soát ô nhiễm: Ban hành và thực thi nghiêm các quy định về bảo vệ hành lang công trình, xử lý vi phạm lấn chiếm, xả thải không đạt chuẩn, nhằm bảo vệ chất lượng nguồn nước. Thực hiện liên tục, phối hợp giữa các cấp chính quyền và các cơ quan chức năng.

  5. Đào tạo nâng cao năng lực quản lý và vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho cán bộ quản lý, kỹ thuật viên về vận hành hệ thống thủy lợi trong điều kiện biến đổi khí hậu, sử dụng mô hình và công nghệ mới. Thời gian thực hiện hàng năm, do trường Đại học Thủy lợi và các viện nghiên cứu phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và thủy lợi: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách, quy hoạch phát triển hệ thống thủy lợi và quản lý nguồn nước hiệu quả.

  2. Các công ty khai thác công trình thủy lợi và nhà máy nước: Công ty TNHH MTV Khai thác công trình thủy lợi Đa Độ và các nhà máy nước sạch có thể áp dụng các giải pháp kỹ thuật và quản lý đề xuất để nâng cao năng lực cấp nước, đảm bảo chất lượng và ổn định nguồn nước.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô hình hóa và phân tích tác động biến đổi khí hậu, là tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu và đào tạo.

  4. Các tổ chức phát triển và hoạch định đô thị, nông nghiệp: Các đơn vị liên quan đến quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, nông nghiệp, công nghiệp và đô thị ven biển có thể sử dụng kết quả để cân đối nhu cầu nước, đảm bảo phát triển bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống thủy lợi Đa Độ phục vụ những mục đích gì?
    Hệ thống cấp nước tưới cho hơn 32.000 ha nông nghiệp, cung cấp nước thô cho các nhà máy nước sạch, công nghiệp, du lịch và dân sinh với sản lượng trên 30 triệu m³/năm, đồng thời phòng chống úng lụt và duy trì cân bằng sinh thái vùng ven biển.

  2. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến năng lực cấp nước của hệ thống?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, thay đổi lượng mưa, gia tăng xâm nhập mặn và mực nước biển dâng, dẫn đến giảm dòng chảy thượng nguồn, giảm trữ lượng nước ngọt và làm giảm thời gian, năng lực lấy nước của các công trình thủy lợi.

  3. Mô hình MIKE BASIN được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE BASIN mô phỏng phân phối nước theo không gian và thời gian trên lưu vực, giúp đánh giá cân bằng nước hiện trạng và tương lai, dự báo nhu cầu cấp nước và tác động của biến đổi khí hậu, từ đó hỗ trợ đề xuất các giải pháp quản lý và nâng cao năng lực cấp nước.

  4. Các giải pháp chính để nâng cao năng lực cấp nước là gì?
    Bao gồm nâng cấp sửa chữa công trình thủy lợi, xây dựng hệ thống giám sát thông minh, phát triển nguồn nước bổ sung, tăng cường quản lý bảo vệ hành lang công trình và đào tạo nâng cao năng lực quản lý vận hành.

  5. Ai nên sử dụng kết quả nghiên cứu này?
    Các cơ quan quản lý nhà nước, công ty khai thác thủy lợi, nhà máy nước, nhà nghiên cứu chuyên ngành tài nguyên nước và các tổ chức hoạch định phát triển kinh tế - xã hội ven biển nên tham khảo để ứng dụng trong quản lý và phát triển bền vững.

Kết luận

  • Hệ thống thủy lợi Đa Độ là công trình đa mục tiêu quan trọng của Hải Phòng, phục vụ cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, dân sinh và bảo vệ môi trường sinh thái.
  • Công trình hiện trạng đã xuống cấp, năng lực cấp nước giảm sút, đặc biệt chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn.
  • Nhu cầu cấp nước đến năm 2050 dự kiến tăng khoảng 15-20%, đòi hỏi nâng cao năng lực cấp nước và quản lý hiệu quả.
  • Mô hình MIKE BASIN là công cụ hiệu quả để đánh giá cân bằng nước và hỗ trợ đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quản lý phù hợp.
  • Cần triển khai đồng bộ các giải pháp nâng cấp công trình, ứng dụng công nghệ mới, phát triển nguồn nước bổ sung và tăng cường quản lý để đảm bảo phát triển bền vững hệ thống thủy lợi Đa Độ trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan chức năng và đơn vị quản lý cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cập nhật dữ liệu và mô hình để thích ứng linh hoạt với các biến động trong tương lai.