Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực tiêu trạm bơm Khai Thái, thuộc huyện Phú Xuyên, TP. Hà Nội, có diện tích tự nhiên khoảng 4.208 ha, trong đó diện tích đất canh tác chiếm khoảng 3.139 ha. Hệ thống thủy lợi này được thiết kế với hệ số tiêu 4,8 l/s/ha nhằm tiêu thoát nước cho khu vực phía đông huyện Phú Xuyên gồm 8 xã và thị trấn Phú Xuyên. Tuy nhiên, do sự phát triển kinh tế - xã hội, quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa và biến đổi khí hậu, nhu cầu tiêu nước đã vượt xa năng lực thiết kế ban đầu, dẫn đến tình trạng úng ngập thường xuyên, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống người dân.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp nhằm tăng năng lực tiêu nước cho hệ thống tiêu của trạm bơm Khai Thái, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực tiêu trạm bơm Khai Thái với các điều kiện tự nhiên đặc trưng của đồng bằng Bắc Bộ, khí hậu nhiệt đới gió mùa, địa hình thấp, đất phù sa và hệ thống sông ngòi phức tạp. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước, giảm thiểu ngập úng, góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước: Xác định mối quan hệ giữa lượng nước mưa, tiêu thoát và sử dụng nước trong lưu vực, làm cơ sở tính toán hệ số tiêu và nhu cầu tiêu nước.
  • Mô hình mưa tiêu thiết kế: Áp dụng mô hình mưa 3 ngày với tần suất thiết kế 10% theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 04-05:2012/BNNPTNT và TCVN 10406:2015, nhằm xác định lưu lượng tiêu thiết kế cho hệ thống.
  • Khái niệm hệ số tiêu nước: Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tiêu thoát nước của hệ thống thủy lợi, ảnh hưởng bởi điều kiện tự nhiên, cơ cấu sử dụng đất và biến đổi khí hậu.
  • Mô hình vận hành trạm bơm và hệ thống kênh tiêu: Phân tích các yếu tố kỹ thuật, vận hành cống, bể xả và kênh tiêu để đánh giá hiệu quả tiêu nước hiện tại và đề xuất giải pháp nâng cấp.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu mưa từ trạm Phú Xuyên (1980-2013), số liệu thủy văn, địa chất, khí hậu, sử dụng đất và dân số từ các cơ quan quản lý địa phương và công ty khai thác công trình thủy lợi.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê xác suất để phân tích mô hình mưa tiêu thiết kế, kết hợp với phương pháp cân bằng nước và mô hình vận hành hệ thống thủy lợi.
  • Phương pháp điều tra thực tế: Khảo sát hiện trạng công trình tiêu nước, hệ thống kênh mương, trạm bơm và các công trình phụ trợ trong lưu vực.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu dữ liệu lịch sử 34 năm (1980-2013), phân tích hiện trạng và dự báo nhu cầu tiêu nước đến năm 2030, đề xuất giải pháp trong giai đoạn 2015-2030.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng công trình tiêu nước: Trạm bơm Khai Thái với 3 tổ máy bơm công suất 7 m³/s mỗi tổ, tiêu cho 4.208 ha đất tự nhiên, trong đó 3.139 ha đất canh tác. Tuy nhiên, hệ số tiêu thiết kế 4,8 l/s/ha hiện không đáp ứng được nhu cầu thực tế do thay đổi cơ cấu sử dụng đất và biến đổi khí hậu.
  2. Tình trạng ngập úng: Diện tích ngập úng trung bình hàng năm khoảng 9.900 ha, với các xã như Nam Phong, Nam Triều, Hồng Thái có diện tích ngập lớn nhất, lên đến trên 1.800 ha mỗi xã.
  3. Mô hình mưa tiêu thiết kế: Phân tích 199 trận mưa gây úng trong 34 năm cho thấy mô hình mưa 3 ngày có tần suất xuất hiện cao nhất (22,11%), với lượng mưa trung bình từ 50 đến 150 mm, phù hợp để làm cơ sở tính toán lưu lượng tiêu thiết kế.
  4. Hiệu quả vận hành hệ thống: Hệ thống kênh cấp 1 và 2 hiện nay bị bồi lắng, xuống cấp, kích thước công trình nhỏ, tổn thất cột nước lớn, dẫn đến khả năng tiêu nước thực tế chỉ đạt dưới 50% so với thiết kế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là do hệ thống tiêu nước được thiết kế từ những năm 1990 với mục tiêu chủ yếu phục vụ nông nghiệp, chưa tính đến sự thay đổi lớn về cơ cấu sử dụng đất, đô thị hóa và biến đổi khí hậu. So sánh với các nghiên cứu trong khu vực đồng bằng Bắc Bộ, tỷ lệ khai thác năng lực tiêu nước thực tế thấp dưới 50% là phổ biến, phản ánh sự xuống cấp và thiếu đồng bộ trong hệ thống thủy lợi.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố diện tích ngập úng theo xã qua các năm, bảng thống kê các trận mưa gây úng và biểu đồ mô hình phân phối mưa 3 ngày. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết của việc nâng cấp hệ thống kênh mương, cải tạo công trình tiêu và điều chỉnh hệ số tiêu phù hợp với điều kiện hiện tại và tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nạo vét, cải tạo hệ thống kênh cấp 1 và 2: Thực hiện nạo vét, nâng cao bờ kênh, mở rộng tiết diện kênh để giảm tổn thất cột nước, nâng cao khả năng dẫn nước. Mục tiêu tăng năng lực tiêu nước lên ít nhất 80% so với thiết kế, hoàn thành trong giai đoạn 2023-2027, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với UBND huyện Phú Xuyên thực hiện.
  2. Nâng cấp trạm bơm Khai Thái: Thay thế hoặc sửa chữa các tổ máy bơm, cải tiến hệ thống vận hành cống tiêu, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả, đáp ứng nhu cầu tiêu nước tăng lên đến năm 2030. Thời gian thực hiện 2024-2028, do Công ty TNHH một thành viên khai thác công trình thủy lợi Sông Nhuệ chủ trì.
  3. Điều chỉnh hệ số tiêu thiết kế: Căn cứ vào phân tích cân bằng nước và mô hình mưa tiêu thiết kế, đề xuất hệ số tiêu mới phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu và cơ cấu sử dụng đất hiện tại, áp dụng trong quy hoạch và thiết kế công trình mới.
  4. Xây dựng hệ thống cảnh báo và quản lý nước thông minh: Áp dụng công nghệ giám sát mực nước, dự báo mưa và điều khiển tự động các công trình tiêu nước nhằm tối ưu hóa vận hành, giảm thiểu ngập úng. Thời gian triển khai 2025-2030, phối hợp giữa các cơ quan quản lý thủy lợi và công nghệ thông tin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý thủy lợi và tài nguyên nước: Sử dụng kết quả nghiên cứu để điều chỉnh quy hoạch, nâng cấp hệ thống tiêu nước, đảm bảo hiệu quả quản lý và vận hành.
  2. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển kinh tế - xã hội: Tham khảo để cân đối phát triển đô thị, công nghiệp và nông nghiệp phù hợp với khả năng tiêu thoát nước của vùng.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, môi trường: Là tài liệu tham khảo khoa học về mô hình mưa tiêu thiết kế, cân bằng nước và giải pháp kỹ thuật nâng cao năng lực tiêu nước.
  4. Người dân và doanh nghiệp trong vùng nghiên cứu: Hiểu rõ về hiện trạng và kế hoạch cải tạo hệ thống thủy lợi, từ đó phối hợp và tham gia bảo vệ công trình, giảm thiểu thiệt hại do ngập úng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao hệ số tiêu thiết kế ban đầu không còn phù hợp?
    Hệ số tiêu thiết kế ban đầu dựa trên điều kiện sử dụng đất và khí hậu những năm 1990, chưa tính đến sự phát triển đô thị, công nghiệp hóa và biến đổi khí hậu làm tăng nhu cầu tiêu nước vượt khả năng thiết kế.

  2. Mô hình mưa 3 ngày được chọn dựa trên cơ sở nào?
    Phân tích 199 trận mưa gây úng trong 34 năm cho thấy mô hình mưa 3 ngày có tần suất xuất hiện cao nhất (22,11%), phù hợp để làm cơ sở tính toán lưu lượng tiêu thiết kế.

  3. Hiện trạng hệ thống kênh tiêu có ảnh hưởng thế nào đến năng lực tiêu nước?
    Hệ thống kênh cấp 1 và 2 bị bồi lắng, kích thước nhỏ, tổn thất cột nước lớn làm giảm khả năng dẫn nước, khiến năng lực tiêu nước thực tế chỉ đạt dưới 50% so với thiết kế.

  4. Giải pháp phi công trình nào được đề xuất?
    Xây dựng hệ thống cảnh báo, quản lý nước thông minh, áp dụng công nghệ giám sát mực nước và điều khiển tự động nhằm tối ưu hóa vận hành hệ thống tiêu nước.

  5. Làm thế nào để đảm bảo các giải pháp được thực hiện hiệu quả?
    Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý, đơn vị khai thác, cộng đồng dân cư và doanh nghiệp, đồng thời xây dựng kế hoạch thực hiện rõ ràng, có giám sát và đánh giá định kỳ.

Kết luận

  • Trạm bơm Khai Thái hiện tại không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu nước do thay đổi cơ cấu sử dụng đất và biến đổi khí hậu, dẫn đến ngập úng nghiêm trọng.
  • Mô hình mưa 3 ngày với tần suất thiết kế 10% là cơ sở khoa học để tính toán lưu lượng tiêu thiết kế phù hợp.
  • Hệ thống kênh tiêu hiện nay xuống cấp, bồi lắng, cần được nạo vét, cải tạo đồng bộ để nâng cao năng lực tiêu nước.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và phi công trình nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý và cộng đồng phối hợp thực hiện các giải pháp, đồng thời tiếp tục nghiên cứu, cập nhật dữ liệu để điều chỉnh phù hợp trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp cải tạo hệ thống kênh mương và nâng cấp trạm bơm trong giai đoạn 2023-2030, đồng thời xây dựng hệ thống quản lý nước thông minh để đảm bảo hiệu quả tiêu nước bền vững.