Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi (HTTL) Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định, với diện tích tự nhiên 25.455 ha, trong đó diện tích cần tiêu nằm trong đê là 17.672 ha, đóng vai trò quan trọng trong phát triển nông nghiệp và kinh tế xã hội địa phương. Hệ thống này chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ thủy triều biển Đông, với hình thức tiêu chủ yếu là bán tự chảy, chỉ một số vùng trũng cục bộ sử dụng tiêu động lực. Theo kịch bản biến đổi khí hậu, mực nước biển khu vực Nam Định dự kiến tăng khoảng 8 cm vào năm 2020 và từ 11 đến 14 cm vào năm 2030, làm giảm khả năng tiêu tự chảy và gia tăng nguy cơ úng ngập.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực tiêu nước cho HTTL Nghĩa Hưng giai đoạn 2020-2030, phù hợp với kịch bản nước biển dâng, nhằm đảm bảo hiệu quả tiêu thoát nước, giảm thiểu thiệt hại do úng ngập, đồng thời đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình tiêu nước hiện có trong hệ thống, phân tích hiện trạng, tính toán yêu cầu tiêu nước và cân bằng nước, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật và phi công trình thích hợp.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc bảo đảm an toàn sản xuất nông nghiệp, phát triển thủy sản, công nghiệp và đô thị hóa tại huyện Nghĩa Hưng, đồng thời góp phần thực hiện chiến lược quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Các chỉ số như diện tích cần tiêu, lưu lượng tiêu thiết kế của các công trình đầu mối, cùng các số liệu khí tượng thủy văn từ năm 1990 đến 2013 được sử dụng làm cơ sở phân tích và đề xuất giải pháp.

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 thủy lợi, tiêu thoát nước và biến đổi khí hậu, bao gồm:

  • Lý thuyết cân bằng nước trong hệ thống thủy lợi: Phân tích mối quan hệ giữa lượng nước mưa, nước tưới, nước tiêu và nước bốc hơi để xác định yêu cầu tiêu nước và năng lực tiêu của công trình.
  • Mô hình phân vùng tiêu nước: Phân chia hệ thống thành các vùng tiêu tự chảy và vùng tiêu động lực dựa trên đặc điểm địa hình, thủy văn và công trình tiêu nước.
  • Khái niệm hệ số tiêu nước (q): Là chỉ tiêu quan trọng đánh giá năng lực tiêu nước, được tính toán dựa trên các yếu tố như diện tích, loại đất, ảnh hưởng thủy triều và biến đổi khí hậu.
  • Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng: Đánh giá tác động của mực nước biển tăng lên đến khả năng tiêu thoát nước và đề xuất các biện pháp thích ứng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ khảo sát thực địa tại HTTL Nghĩa Hưng, tài liệu khoa học, báo cáo của Công ty TNHH Một thành viên Khai thác công trình thủy lợi Nghĩa Hưng, Chi cục Thủy lợi tỉnh Nam Định, cùng các số liệu khí tượng thủy văn từ năm 1990 đến 2013.
  • Phương pháp điều tra: Khảo sát hiện trạng công trình tiêu nước, điều kiện tự nhiên, sử dụng đất, và công tác quản lý khai thác thủy lợi.
  • Phân tích thống kê và mô hình hóa: Sử dụng phương pháp xác suất thống kê để xác định mô hình mưa tiêu thiết kế, tính toán hệ số tiêu và cân bằng nước trong hệ thống.
  • Phương pháp chuyên gia: Phỏng vấn các nhà khoa học, quản lý để lấy ý kiến về giải pháp nâng cao năng lực tiêu nước.
  • Phương pháp tính toán bằng phần mềm: Ứng dụng các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và tính toán yêu cầu tiêu nước, cân bằng nước, và đánh giá hiệu quả các giải pháp đề xuất.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn hiện tại đến năm 2030, với các mốc tính toán yêu cầu tiêu nước cho hiện trạng, năm 2020 và năm 2030 theo kịch bản biến đổi khí hậu.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ diện tích HTTL Nghĩa Hưng với 67 cống tiêu qua đê, 91 đập điều tiết cấp 1, 548 cống đập cấp 2 và hệ thống kênh tiêu dài hàng trăm km. Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân vùng tiêu nước và đặc điểm công trình tiêu nước hiện có.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân vùng tiêu nước rõ ràng: HTTL Nghĩa Hưng được chia thành hai vùng tiêu chính gồm vùng tiêu động lực Hoàng Nam (1.223 ha) và vùng tiêu tự chảy phía Bắc và Nam Ninh Cơ với tổng diện tích 16.449 ha. Vùng tiêu tự chảy chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều, làm giảm thời gian tiêu nước hiệu quả.

  2. Tăng mực nước biển ảnh hưởng tiêu cực đến năng lực tiêu nước: Mực nước biển dự kiến tăng 8 cm vào năm 2020 và 11-14 cm vào năm 2030 làm giảm khả năng tiêu tự chảy, dẫn đến tăng diện tích úng ngập. Kết quả tính toán cân bằng nước cho thấy năng lực tiêu nước hiện tại chỉ đáp ứng khoảng 70-80% nhu cầu tiêu, với xu hướng giảm dần do biến đổi khí hậu.

  3. Hệ số tiêu nước tăng theo thời gian: Hệ số tiêu thiết kế của HTTL Nghĩa Hưng đã tăng từ khoảng 2,9 l/s/ha trước năm 1973 lên trung bình 5,0 l/s/ha trong giai đoạn 2000-2010, phản ánh yêu cầu tiêu nước ngày càng cao do phát triển kinh tế - xã hội và đô thị hóa.

  4. Hiện trạng công trình tiêu nước xuống cấp và không đồng bộ: Nhiều công trình tiêu nước xây dựng từ những năm 60 đã xuống cấp nghiêm trọng, mặt cắt kênh bị thu hẹp do bồi lắng và vi phạm lòng kênh, làm giảm năng lực tiêu nước. Tình trạng này làm gia tăng nguy cơ úng ngập, ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống dân cư.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng năng lực tiêu nước không đáp ứng được nhu cầu là do sự kết hợp của biến đổi khí hậu, nước biển dâng, và sự phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng làm thay đổi cơ cấu sử dụng đất, tăng hệ số dòng chảy bề mặt. So với các nghiên cứu trước đây về các HTTL khác trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, kết quả nghiên cứu tại Nghĩa Hưng cho thấy mức độ ảnh hưởng của thủy triều và biến đổi khí hậu là đặc biệt nghiêm trọng do vị trí gần biển.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số tiêu nước qua các giai đoạn, bảng tổng hợp năng lực tiêu nước hiện tại và dự kiến năm 2020, 2030, cùng bản đồ phân vùng tiêu nước chi tiết. Các số liệu khí tượng thủy văn như lượng mưa trung bình năm 1.910 mm, mực nước đỉnh triều và chân triều trung bình các tháng cũng minh họa rõ ràng ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến năng lực tiêu nước.

Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết phải nâng cấp, cải tạo hệ thống công trình tiêu nước, đồng thời áp dụng các giải pháp kỹ thuật và phi công trình để thích ứng với biến đổi khí hậu, đảm bảo phát triển bền vững kinh tế - xã hội địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo, nâng cấp công trình tiêu nước đầu mối: Tăng kích thước cửa cống, nâng cao công suất trạm bơm, đặc biệt tại các vùng tiêu động lực và vùng chịu ảnh hưởng thủy triều mạnh. Mục tiêu nâng năng lực tiêu nước lên ít nhất 90% nhu cầu tiêu thiết kế, hoàn thành trong giai đoạn 2020-2025, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Nam Định chủ trì.

  2. Xây dựng hệ thống kênh tiêu đồng bộ, nạo vét thường xuyên: Giải tỏa vi phạm lòng kênh, nạo vét bồi lắng để đảm bảo mặt cắt kênh đạt thiết kế, giảm thiểu ách tắc dòng chảy. Mục tiêu giảm diện tích úng ngập xuống dưới 5% diện tích canh tác, thực hiện liên tục từ 2020 đến 2030, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các đơn vị quản lý thủy lợi.

  3. Áp dụng công nghệ quản lý nước thông minh: Sử dụng hệ thống cảm biến mực nước, tự động điều khiển cống tiêu và trạm bơm để tối ưu hóa thời gian tiêu nước, giảm thiểu tác động của thủy triều và mưa lớn. Thời gian triển khai từ 2022-2027, do Trung tâm Công trình Ngầm – Viện Thủy Công phối hợp với các đơn vị công nghệ.

  4. Phát triển các giải pháp phi công trình: Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ công trình thủy lợi, quản lý sử dụng đất hợp lý, hạn chế lấn chiếm kênh mương và xả thải gây ô nhiễm. Thực hiện liên tục, đặc biệt tập trung vào các vùng có mật độ dân cư cao và khu công nghiệp, do chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội thực hiện.

  5. Lập quy hoạch sử dụng đất tích hợp với quy hoạch thủy lợi: Điều chỉnh cơ cấu sử dụng đất phù hợp với khả năng tiêu thoát nước, ưu tiên phát triển các vùng nuôi trồng thủy sản và cây trồng chịu úng tốt ở vùng trũng thấp. Thời gian thực hiện từ 2020-2030, phối hợp giữa Sở Tài nguyên và Môi trường và Sở Nông nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy lợi: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp cụ thể để nâng cao năng lực tiêu nước, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển bền vững hệ thống thủy lợi trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  2. Các kỹ sư, chuyên gia thủy lợi và môi trường: Tài liệu chi tiết về phân vùng tiêu nước, tính toán hệ số tiêu và cân bằng nước giúp chuyên gia thiết kế, cải tạo công trình thủy lợi phù hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu phát triển.

  3. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và quản lý tài nguyên nước: Luận văn phân tích tác động của nước biển dâng và biến đổi khí hậu đến năng lực tiêu nước, cung cấp dữ liệu và mô hình nghiên cứu tham khảo cho các đề tài liên quan.

  4. Cơ quan quản lý địa phương và cộng đồng dân cư: Giúp nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của công tác quản lý, bảo vệ công trình thủy lợi, đồng thời hiểu rõ các giải pháp kỹ thuật và phi kỹ thuật để tham gia bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao năng lực tiêu nước của HTTL Nghĩa Hưng chưa đáp ứng được nhu cầu?
    Nguyên nhân chính là do công trình tiêu nước xuống cấp, bồi lắng kênh mương, vi phạm lòng kênh, cùng với tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm giảm khả năng tiêu tự chảy. Ví dụ, mực nước biển tăng 8 cm vào năm 2020 đã làm giảm thời gian tiêu nước hiệu quả.

  2. Phân vùng tiêu nước trong HTTL Nghĩa Hưng được thực hiện như thế nào?
    Hệ thống được chia thành vùng tiêu động lực Hoàng Nam và vùng tiêu tự chảy phía Bắc và Nam Ninh Cơ dựa trên đặc điểm địa hình, thủy văn và công trình tiêu nước. Mỗi vùng lại phân thành các tiểu vùng theo lưu vực sông và hướng tiêu nước.

  3. Các giải pháp nâng cao năng lực tiêu nước được đề xuất là gì?
    Bao gồm cải tạo công trình đầu mối, nạo vét kênh mương, áp dụng công nghệ quản lý nước thông minh, tuyên truyền cộng đồng và điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất. Mục tiêu là nâng năng lực tiêu nước đáp ứng ít nhất 90% nhu cầu thiết kế.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến hệ thống thủy lợi như thế nào?
    Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa cường độ cao và nước biển dâng làm tăng mực nước triều, giảm khả năng tiêu thoát nước tự chảy, gây úng ngập diện rộng. Ví dụ, mực nước biển dự kiến tăng 11-14 cm vào năm 2030 sẽ làm giảm hiệu quả tiêu nước.

  5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư tham gia bảo vệ hệ thống thủy lợi?
    Thông qua tuyên truyền nâng cao nhận thức, phối hợp giải tỏa vi phạm lòng kênh, hạn chế xả thải và lấn chiếm kênh mương, đồng thời tham gia giám sát và báo cáo các hành vi phá hoại công trình. Đây là giải pháp phi công trình quan trọng để duy trì năng lực tiêu nước.

Kết luận

  • HTTL Nghĩa Hưng có diện tích cần tiêu 17.672 ha, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều và biến đổi khí hậu, đặc biệt là nước biển dâng.
  • Năng lực tiêu nước hiện tại chỉ đáp ứng khoảng 70-80% nhu cầu, với xu hướng giảm do công trình xuống cấp và biến đổi khí hậu.
  • Hệ số tiêu nước đã tăng từ 2,9 l/s/ha trước năm 1973 lên trên 5,0 l/s/ha trong giai đoạn 2000-2010, phản ánh yêu cầu tiêu nước ngày càng cao.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và phi kỹ thuật nhằm nâng cao năng lực tiêu nước, thích ứng với biến đổi khí hậu, đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội bền vững đến năm 2030.
  • Tiếp tục nghiên cứu, ứng dụng công nghệ quản lý nước thông minh và tăng cường sự tham gia của cộng đồng là bước đi quan trọng trong giai đoạn tiếp theo.

Luận văn kêu gọi các cơ quan quản lý, nhà khoa học và cộng đồng cùng phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để bảo vệ và phát huy hiệu quả hệ thống thủy lợi Nghĩa Hưng, góp phần phát triển bền vững vùng đồng bằng ven biển Nam Định.