Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Đáy, một tiểu lưu vực quan trọng của sông Hồng, có diện tích khoảng 8.000 km², trải dài trên địa bàn 5 tỉnh, thành phố gồm Hòa Bình, Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định. Với dân số khoảng 9,3 triệu người năm 2015 và dự báo tăng lên 21,3 triệu người vào năm 2025, nhu cầu sử dụng tài nguyên nước mặt ngày càng gia tăng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và áp lực phát triển kinh tế - xã hội. Tốc độ tăng trưởng GDP của lưu vực đạt khoảng 10,77%/năm, cao hơn mức bình quân cả nước, với sự chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng giảm tỷ trọng nông nghiệp, tăng công nghiệp và dịch vụ.

Tài nguyên nước mặt trong lưu vực chủ yếu được cung cấp từ các sông chính như sông Đáy, sông Nhuệ, sông Tích, sông Thanh Hà, sông Hoàng Long và sông Ninh Cơ. Tuy nhiên, hiện trạng khai thác và sử dụng nước đang gặp nhiều thách thức như suy thoái nguồn nước, ô nhiễm, xâm nhập mặn và cạnh tranh giữa các ngành sử dụng nước. Mực nước các sông hạ thấp, đặc biệt trong mùa khô, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cấp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng tài nguyên nước mặt, nhu cầu sử dụng nước các ngành trong lưu vực, từ đó đề xuất các giải pháp phân bổ tài nguyên nước mặt hợp lý nhằm phát huy lợi ích cao nhất, giảm thiểu xung đột và bảo vệ môi trường. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ diện tích lưu vực sông Đáy, với dữ liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn, trạm đo lưu lượng và mực nước trong giai đoạn từ 1960 đến 2015. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý tổng hợp tài nguyên nước, đảm bảo phát triển bền vững kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường lưu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết cân bằng nước lưu vực, một nguyên lý định lượng lượng nước đến và đi trong hệ thống lưu vực, bao gồm các thành phần như lượng mưa, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, bốc hơi và sử dụng nước. Cân bằng nước được xem xét dưới các điều kiện tự nhiên và có sự tác động của hoạt động kinh tế - xã hội.

Hai mô hình toán thủy văn chính được áp dụng là mô hình MIKE-NAM và MIKE BASIN của DHI (Đan Mạch). MIKE-NAM là mô hình khái niệm dùng để mô phỏng dòng chảy và cân bằng nước nội sinh từ mưa trên các tiểu lưu vực, trong khi MIKE BASIN được sử dụng để tính toán cân bằng nước toàn lưu vực, hỗ trợ phân tích các kịch bản khai thác và phân bổ nước. Ngoài ra, mô hình thủy lực MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên mạng lưới sông chính, giúp đánh giá mực nước và lưu lượng tại các vị trí quan trọng.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Cân bằng nước lưu vực: sự cân đối giữa lượng nước đến và đi trong lưu vực.
  • Phân vùng chức năng nguồn nước: xác định các vùng có chức năng sử dụng nước khác nhau dựa trên đặc điểm tự nhiên và nhu cầu sử dụng.
  • Mô hình thủy văn: công cụ mô phỏng các quá trình thủy học trong lưu vực để dự báo dòng chảy và cân bằng nước.
  • Phân bổ tài nguyên nước: quá trình xác định lượng nước cấp cho các ngành sử dụng nhằm tối ưu hóa lợi ích và giảm thiểu xung đột.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ 13 trạm khí tượng và 25 trạm đo mưa, 6 trạm đo lưu lượng và mực nước trên các sông chính trong lưu vực, thu thập trong giai đoạn 1960-2015. Dữ liệu địa hình mặt cắt ngang sông được sử dụng từ các khảo sát thực địa và bản đồ DEM với độ phân giải 30m x 30m.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn MIKE-NAM dựa trên số liệu thực đo tại các trạm Lâm Sơn (sông Bôi) và Hưng Thi (sông Hoàng Long), với chỉ số NASH đạt trên 0,7 và sai số tổng lượng dưới 14%, đảm bảo độ tin cậy mô hình.
  • Mô phỏng cân bằng nước toàn lưu vực bằng mô hình MIKE BASIN, tính toán lượng nước nội sinh, dòng chảy nhập lưu và phân bổ nước cho các ngành sử dụng theo các kịch bản khác nhau.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11 được áp dụng để mô phỏng dòng chảy và mực nước trên mạng lưới sông gồm 8 sông chính với 255 mặt cắt, phục vụ đánh giá điều kiện vận hành các công trình thủy lợi và thủy điện.
  • Phân vùng chức năng nguồn nước dựa trên đặc điểm địa hình, chất lượng nước, nhu cầu sử dụng và khả năng khai thác, nhằm xác định thứ tự ưu tiên trong phân bổ nước.
  • Phân tích thống kê và dự báo nhu cầu sử dụng nước cho các ngành nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và dịch vụ đến năm 2025 dựa trên số liệu hiện trạng và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2015 đến 2016, bao gồm thu thập dữ liệu, hiệu chỉnh 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 tài nguyên nước mặt và khai thác sử dụng: Lưu vực sông Đáy có lượng nước nội sinh từ mưa chiếm khoảng 10-15% tổng lượng nước mặt, phần lớn nước được khai thác từ nguồn nước sông Hồng qua các công trình thủy lợi. Mực nước các sông chính như sông Nhuệ, sông Đáy giảm mạnh trong mùa khô, có thời điểm xuống dưới 1,4m, thấp hơn nhiều so với mức đảm bảo 2,5m trước năm 2003.
  2. Nhu cầu sử dụng nước tăng nhanh: Dự báo nhu cầu sử dụng nước toàn lưu vực tăng từ khoảng 3 tỷ m³ năm 2015 lên khoảng 4,5 tỷ m³ năm 2025, trong đó nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất (khoảng 60%), tiếp theo là công nghiệp và sinh hoạt. Tỷ lệ dân số được cấp nước sạch nông thôn đạt 70% năm 2015 và dự kiến đạt 100% vào năm 2020.
  3. Ô nhiễm và suy thoái nguồn nước: Nguồn nước mặt tại các sông như sông Bay, sông Đào bị ô nhiễm nghiêm trọng do nước thải sinh hoạt và công nghiệp chưa được xử lý triệt để, ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp.
  4. Phân vùng chức năng nguồn nước: Lưu vực được phân chia thành 12 tiểu vùng chức năng với các mục đích sử dụng khác nhau như tưới tiêu, thủy sản, công nghiệp, sinh hoạt và giao thông thủy. Việc phân vùng giúp xác định thứ tự ưu tiên cấp nước và quản lý nguồn nước hiệu quả hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng suy giảm tài nguyên nước mặt là do sự gia tăng khai thác nước không hợp lý, biến đổi khí hậu làm giảm lượng mưa và tăng cường độ khô hạn, cùng với ô nhiễm nguồn nước do hoạt động đô thị và công nghiệp phát triển nhanh. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả cho thấy mô hình MIKE BASIN và MIKE 11 là công cụ hiệu quả trong việc mô phỏng cân bằng nước và dòng chảy, hỗ trợ ra quyết định phân bổ nước.

Biểu đồ thể hiện tỷ lệ phân bổ nước theo ngành sử dụng và bảng số liệu dự báo nhu cầu nước theo từng năm sẽ minh họa rõ ràng xu hướng tăng nhu cầu và áp lực lên nguồn nước. Bảng so sánh chỉ số NASH và sai số mô hình trước và sau hiệu chỉnh chứng minh độ chính xác của mô hình thủy văn.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng quy hoạch tài nguyên nước mặt lưu vực, giúp cân bằng lợi ích kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường, đồng thời giảm thiểu xung đột giữa các ngành sử dụng nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và thực hiện quy hoạch phân bổ tài nguyên nước mặt toàn diện: Đề xuất áp dụng mô hình MIKE BASIN để xây dựng kế hoạch phân bổ nước theo từng tiểu vùng chức năng, ưu tiên cấp nước cho sinh hoạt và nông nghiệp trong mùa khô, thực hiện trong giai đoạn 2023-2025, do Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh phối hợp thực hiện.
  2. Tăng cường quản lý và kiểm soát khai thác nước: Thiết lập hệ thống giám sát tự động lưu lượng và chất lượng nước tại các trạm trọng điểm, xử lý nghiêm các hành vi khai thác vượt quy định, hoàn thành trong vòng 2 năm tới, do các cơ quan quản lý tài nguyên nước chủ trì.
  3. Đẩy mạnh xử lý ô nhiễm nguồn nước: Đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp, đặc biệt tại các khu đô thị lớn như Hà Nội và Nam Định, nhằm giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước mặt, mục tiêu đạt chuẩn chất lượng nước cấp sinh hoạt vào năm 2025.
  4. Phát triển các công trình thủy lợi và thủy điện hợp lý: Tái cấu trúc vận hành các công trình thủy lợi, thủy điện để đảm bảo duy trì mực nước tối thiểu trong mùa khô, đồng thời giảm thiểu tác động đến dòng chảy tự nhiên, thực hiện theo kế hoạch 5 năm tới.
  5. Nâng cao nhận thức và đào tạo nguồn nhân lực: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường cho cán bộ quản lý và cộng đồng dân cư trong lưu vực, nhằm tăng cường sự tham gia và trách nhiệm xã hội trong bảo vệ nguồn nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và quy hoạch vùng: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô hình để xây dựng quy hoạch phân bổ nước mặt hiệu quả, hỗ trợ ra quyết định chính sách.
  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, môi trường: Tài liệu chi tiết về ứng dụng mô hình thủy văn và thủy lực trong quản lý tài nguyên nước, cùng với phân tích hiện trạng và dự báo nhu cầu sử dụng nước.
  3. Cơ quan quản lý môi trường và phát triển bền vững: Thông tin về tình trạng ô nhiễm nguồn nước và các giải pháp xử lý, giúp hoạch định các chương trình bảo vệ môi trường lưu vực.
  4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực thủy lợi, cấp nước và xử lý nước thải: Cung cấp dữ liệu và phân tích về nhu cầu sử dụng nước, tiềm năng phát triển các dự án công trình thủy lợi và xử lý nước thải trong lưu vực.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần phân bổ tài nguyên nước mặt trong lưu vực sông Đáy?
    Phân bổ tài nguyên nước mặt giúp cân bằng cung - cầu nước giữa các ngành sử dụng, giảm thiểu xung đột, bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững kinh tế - xã hội trong lưu vực có áp lực khai thác lớn và biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng.

  2. Mô hình MIKE BASIN có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE BASIN là mô hình tổng hợp, có khả năng mô phỏng cân bằng nước toàn lưu vực, tích hợp dữ liệu khí tượng thủy văn và khai thác nước, hỗ trợ đánh giá các kịch bản phân bổ nước, giúp ra quyết định quản lý hiệu quả.

  3. Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước mặt trong lưu vực như thế nào?
    Nguồn nước mặt tại các sông như sông Bay và sông Đào bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và công nghiệp chưa xử lý triệt để, ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và sản xuất, gây nguy cơ sức khỏe và thiệt hại kinh tế.

  4. Các giải pháp chính để cải thiện quản lý tài nguyên nước là gì?
    Bao gồm xây dựng quy hoạch phân bổ nước hợp lý, tăng cường giám sát và kiểm soát khai thác, xử lý ô nhiễm nguồn nước, điều chỉnh vận hành công trình thủy lợi, và nâng cao nhận thức cộng đồng.

  5. Làm thế nào để dự báo nhu cầu sử dụng nước trong tương lai?
    Dựa trên số liệu hiện trạng, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, tốc độ tăng trưởng dân số và chuyển dịch cơ cấu kinh tế, kết hợp mô hình thủy văn để dự báo nhu cầu sử dụng nước cho các ngành đến năm 2025.

Kết luận

  • Đã đánh giá chi tiết hiện trạng tài nguyên nước mặt và nhu cầu sử dụng nước các ngành trong lưu vực sông Đáy, xác định các vấn đề chính như suy thoái nguồn nước, ô nhiễm và áp lực khai thác.
  • Ứng dụng thành công mô hình thủy văn MIKE-NAM, MIKE BASIN và mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng cân bằng nước và dòng chảy, hỗ trợ phân tích các kịch bản phân bổ nước.
  • Đề xuất các giải pháp phân bổ tài nguyên nước mặt hợp lý, ưu tiên cấp nước cho sinh hoạt và nông nghiệp, đồng thời kiểm soát khai thác và xử lý ô nhiễm nguồn nước.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ quản lý hữu ích cho các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và các bên liên quan trong lưu vực.
  • Khuyến nghị triển khai quy hoạch phân bổ nước trong giai đoạn 2023-2025, đồng thời tăng cường giám sát và nâng cao nhận thức cộng đồng để bảo vệ nguồn nước bền vững.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các hoạt động quản lý và phát triển tài nguyên nước mặt lưu vực sông Đáy. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả và phương pháp nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước trong tương lai.