Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Phú Yên, thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, có diện tích khoảng 5.060 km² và dân số gần 900.000 người (ước tính năm 2014). Đây là khu vực có vị trí địa lý chiến lược với hệ thống giao thông phát triển, bao gồm Quốc lộ 1A, đường sắt Bắc – Nam và cảng biển Vũng Rô. Nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế, tuy nhiên diện tích đất sản xuất nông nghiệp được tưới chỉ đạt khoảng 58%, còn lại diện tích đất hoang hóa do thiếu nước. Các hồ chứa nước trên địa bàn tỉnh chủ yếu là các hồ vừa và nhỏ, được xây dựng từ trước năm 2000, với mục tiêu chính là phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, chưa đáp ứng được nhu cầu đa mục tiêu như công nghiệp, dịch vụ. Biến đổi khí hậu và đặc điểm khí hậu khô nóng, mưa tập trung đã làm gia tăng nguy cơ thiếu nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và đời sống.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực các hồ chứa nước trên địa bàn tỉnh Phú Yên, đặc biệt ứng dụng cho hồ chứa nước Đồng Tròn nhằm đảm bảo khả năng cấp nước, tăng dung tích trữ và nâng cao hiệu quả khai thác trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hồ chứa nước Đồng Tròn, huyện Tuy An, với dữ liệu khí tượng thủy văn, địa chất và hiện trạng công trình được thu thập và phân tích kỹ lưỡng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, đồng thời góp phần phát triển bền vững kinh tế nông nghiệp và công nghiệp tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về quản lý hồ chứa nước, vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đa mục tiêu và kỹ thuật nâng cao năng lực hồ chứa. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết vận hành hồ chứa đa mục tiêu: Tập trung vào cân bằng giữa các mục tiêu như cấp nước, phòng chống lũ, phát điện và bảo vệ an toàn công trình. Mô hình Pareto được sử dụng để đánh giá hiệu quả vận hành và lựa chọn phương án tối ưu.

  2. Kỹ thuật nâng cao năng lực hồ chứa: Bao gồm các giải pháp công trình như tôn cao đập, mở rộng tràn xả lũ, xây dựng tràn bổ sung, và các giải pháp phi công trình như dự báo thủy văn, quản lý khai thác nước hiệu quả.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: dung tích hữu ích hồ chứa, khả năng tháo lũ, áp lực thấm, ổn định mái đập, và hiệu quả khai thác nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp dữ liệu thứ cấp và khảo sát thực địa, kết hợp với mô hình toán học và thủy lực để phân tích hiện trạng và đề xuất giải pháp. Cụ thể:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng dòng chảy), địa chất, hiện trạng công trình hồ chứa Đồng Tròn và các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Phú Yên.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình thủy lực để tính toán cân bằng nước, điều tiết lũ, tính toán áp lực thấm và ổn định mái đập. Phân tích kỹ thuật các giải pháp nâng cao năng lực dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật và điều kiện thực tế.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tập trung nghiên cứu hồ chứa Đồng Tròn với quy mô lưu vực và dung tích đặc trưng, đại diện cho các hồ chứa vừa và nhỏ tại Phú Yên. Lựa chọn phương pháp phân tích mô hình vì tính phức tạp và yêu cầu chính xác trong đánh giá kỹ thuật.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu trong vòng 6 tháng, mô hình hóa và đề xuất giải pháp trong 4 tháng tiếp theo, hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng năng lực hồ chứa nước Đồng Tròn: Hồ có dung tích toàn bộ khoảng 19,55 triệu m³, diện tích lưu vực 1500 km², lượng mưa trung bình năm khoảng 1500 mm. Tuy nhiên, dung tích hữu ích hiện tại không đáp ứng đủ nhu cầu cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, đặc biệt trong mùa khô. Diện tích tưới thiết kế là 7.944 ha nhưng thực tế chỉ đạt khoảng 3.000 ha (38%).

  2. Khả năng tháo lũ và an toàn công trình: Tràn xả lũ hiện hữu có khả năng tháo lũ hạn chế, chưa đáp ứng được các lũ thiết kế với tần suất 5-10%. Áp lực thấm và ổn định mái đập còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn nếu không được nâng cấp.

  3. Hiệu quả các giải pháp nâng cao năng lực: Phương án tôn cao đập kết hợp mở rộng tràn xả lũ được tính toán cho thấy có thể tăng dung tích hữu ích lên khoảng 20-30%, đồng thời nâng cao khả năng tháo lũ, giảm thiểu nguy cơ ngập lụt hạ lưu. Việc xây dựng tràn bổ sung có cửa van giúp tăng khả năng điều tiết lũ linh hoạt, giảm thiểu thiệt hại do lũ vượt thiết kế.

  4. So sánh với các hồ chứa khác trong tỉnh: Các hồ chứa như Phú Xuân, La Bách cũng đã được nâng cấp tương tự, cho hiệu quả tăng dung tích trữ từ 15-50%, góp phần cải thiện khả năng cấp nước và phòng chống thiên tai.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến năng lực phục vụ thấp của hồ Đồng Tròn là do thiết kế ban đầu chưa tính đến nhu cầu đa mục tiêu hiện nay, cùng với sự xuống cấp của công trình do thiếu bảo dưỡng. Biến đổi khí hậu làm giảm dòng chảy mùa khô và tăng cường độ lũ mùa mưa, đòi hỏi phải nâng cao dung tích và khả năng tháo lũ của hồ.

So với các nghiên cứu quốc tế và trong nước, việc kết hợp các giải pháp công trình và phi công trình là xu hướng tối ưu để nâng cao năng lực hồ chứa. Việc áp dụng mô hình toán học trong tính toán điều tiết và ổn định đập giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi dung tích hữu ích trước và sau nâng cấp, bảng so sánh khả năng tháo lũ của các phương án tràn, và mô hình ổn định mái đập minh họa hiệu quả kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tôn cao đập đất hồ Đồng Tròn: Thực hiện tôn cao đập phía hạ lưu với chiều cao tăng khoảng 2-3 m, nhằm tăng dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ. Thời gian thực hiện dự kiến 12-18 tháng, do Ban Quản lý dự án thủy lợi tỉnh Phú Yên chủ trì.

  2. Mở rộng tràn xả lũ hiện hữu: Mở rộng khẩu độ tràn xả lũ để nâng cao khả năng tháo lũ, giảm áp lực lên đập trong mùa mưa. Thời gian thi công 6-9 tháng, phối hợp với công tác tôn cao đập.

  3. Xây dựng tràn bổ sung có cửa van: Lắp đặt tràn xả lũ bổ sung với cửa van điều khiển để tăng tính linh hoạt trong vận hành, giảm thiểu ngập lụt hạ lưu và đảm bảo an toàn công trình. Thời gian thực hiện 9-12 tháng, cần sự phối hợp giữa các đơn vị kỹ thuật và quản lý vận hành.

  4. Nâng cao năng lực quản lý và vận hành hồ chứa: Đào tạo đội ngũ cán bộ thủy nông chuyên môn cao, áp dụng công nghệ dự báo thủy văn hiện đại, xây dựng quy trình vận hành khoa học. Thời gian triển khai liên tục, cần sự hỗ trợ từ các cơ quan chuyên môn và chính quyền địa phương.

  5. Tăng cường bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ: Thiết lập kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa các hạng mục công trình để duy trì hiệu quả và an toàn hồ chứa. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án và các đơn vị khai thác thủy lợi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý thủy lợi tỉnh Phú Yên: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch nâng cấp, bảo trì các hồ chứa, đảm bảo cung cấp nước hiệu quả và an toàn công trình.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp phân tích kỹ thuật, mô hình toán học và các giải pháp nâng cao năng lực hồ chứa.

  3. Chính quyền địa phương và các đơn vị phát triển kinh tế nông nghiệp: Áp dụng các giải pháp nâng cao năng lực hồ chứa để phát triển sản xuất nông nghiệp bền vững, giảm thiểu rủi ro thiên tai.

  4. Các nhà hoạch định chính sách về tài nguyên nước và biến đổi khí hậu: Tham khảo để xây dựng chính sách quản lý nguồn nước hiệu quả, thích ứng với biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nâng cao năng lực hồ chứa nước Đồng Tròn?
    Hồ chứa hiện tại không đáp ứng đủ nhu cầu cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt, đặc biệt trong mùa khô. Biến đổi khí hậu làm giảm dòng chảy mùa khô và tăng lũ mùa mưa, gây nguy cơ thiếu nước và mất an toàn công trình.

  2. Giải pháp tôn cao đập có ưu điểm gì?
    Tôn cao đập giúp tăng dung tích hữu ích, nâng cao khả năng phòng chống lũ, đồng thời giảm chi phí quản lý vận hành so với xây dựng hồ mới. Tuy nhiên cần đảm bảo kỹ thuật thi công và an toàn công trình.

  3. Mở rộng tràn xả lũ có tác động gì đến môi trường?
    Mở rộng tràn giúp tăng khả năng tháo lũ, giảm ngập lụt hạ lưu. Tuy nhiên có thể làm tăng diện tích ngập tạm thời và ảnh hưởng đến hệ sinh thái vùng hạ lưu, cần đánh giá kỹ lưỡng trước khi thực hiện.

  4. Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi nâng cấp hồ chứa?
    Cần thực hiện các tính toán kỹ thuật về áp lực thấm, ổn định mái đập, kiểm tra khả năng tháo lũ, đồng thời áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và giám sát thi công chặt chẽ.

  5. Có thể áp dụng các giải pháp này cho các hồ chứa khác ở Phú Yên không?
    Có, các giải pháp như tôn cao đập, mở rộng tràn, xây dựng tràn bổ sung và nâng cao quản lý vận hành có thể áp dụng cho nhiều hồ chứa vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước.

Kết luận

  • Hồ chứa nước Đồng Tròn hiện có dung tích hữu ích và khả năng tháo lũ chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu.
  • Các giải pháp nâng cao năng lực như tôn cao đập, mở rộng tràn xả lũ và xây dựng tràn bổ sung có cửa van được đề xuất và tính toán kỹ thuật phù hợp.
  • Nâng cao năng lực quản lý, vận hành và bảo dưỡng công trình là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả lâu dài.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc nâng cấp hồ chứa nước Đồng Tròn, góp phần phát triển bền vững nguồn nước tại Phú Yên.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm giải pháp, đánh giá hiệu quả thực tế và mở rộng áp dụng cho các hồ chứa khác trong tỉnh.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững kinh tế xã hội tại Phú Yên!