Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An quản lý tiêu thoát nước cho diện tích khoảng 19.472 ha, đóng vai trò quan trọng trong việc phòng chống lũ lụt, hạn hán và cung cấp nước cho nông nghiệp, thủy sản, sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. Vùng nghiên cứu nằm giữa các dãy núi Sông Mã và Trường Sơn, bao gồm các huyện Nam Đàn, Hưng Nguyên, Nghĩa Lộc, thành phố Vinh và thị xã Cửa Lò. Địa hình đa dạng với đồi núi cao từ 450-500m và đồng bằng thấp dần từ Tây sang Đông, tạo nên thách thức trong việc quản lý và tiêu thoát nước.

Nhu cầu tiêu nước của hệ thống ngày càng tăng do sự phát triển kinh tế - xã hội, chuyển dịch cơ cấu cây trồng từ lúa sang các loại cây trồng cạn, cùng với sự hình thành các khu công nghiệp và khu dân cư mới làm thu hẹp diện tích sản xuất nông nghiệp. Hệ thống thủy lợi hiện tại không đáp ứng đầy đủ yêu cầu tiêu nước, gây ra tình trạng úng ngập cục bộ và giảm hiệu quả sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng tiêu nước của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An, xác định chế độ tiêu và đề xuất các giải pháp tiêu nước hợp lý nhằm đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội bền vững của vùng đến năm 2030. Nghiên cứu sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Vinh trong 30 năm (1985-2014), kết hợp mô hình toán học MIKE 11 để phân tích và dự báo nhu cầu tiêu nước trong điều kiện biến đổi khí hậu và đô thị hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết quản lý tài nguyên nước: Tập trung vào cân bằng cung - cầu nước trong hệ thống thủy lợi, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến nhu cầu sử dụng nước.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11: Mô hình thủy lực một chiều dùng để mô phỏng dòng chảy trên hệ thống sông, kênh và kênh tiêu, giúp đánh giá khả năng tiêu thoát nước hiện tại và dự báo trong tương lai.
  • Khái niệm hệ số tiêu nước (C): Hệ số phản ánh khả năng thoát nước của từng loại đất và diện tích sử dụng, ảnh hưởng đến tính toán nhu cầu tiêu nước.
  • Khái niệm mưa tiêu thiết kế: Mưa có tần suất 10% được chọn làm cơ sở tính toán nhu cầu tiêu nước, dựa trên phân bố lượng mưa 3 ngày max trong mùa mưa.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Vinh (1985-2014), số liệu địa chất, địa hình, hiện trạng công trình thủy lợi, quy hoạch sử dụng đất và phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Nghệ An.
  • Phương pháp điều tra, khảo sát: Thu thập số liệu thực tế về hệ thống công trình đầu mối, kênh mương, trạm bơm tiêu và hiện trạng tiêu nước.
  • Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực tế năm hiện tại, từ đó tính toán nhu cầu tiêu nước hiện tại và đến năm 2030.
  • Phân tích hệ thống: Đánh giá tổng thể khả năng tiêu thoát nước, xác định các điểm nghẽn và đề xuất giải pháp tối ưu.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong 6 tháng đầu, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình trong 4 tháng tiếp theo, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp trong 2 tháng cuối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng công trình đầu mối và kênh tiêu: Công trình đầu mối như cống Nam Đàn, cống Bến Thủy và trạm bơm Hưng Châu đã xuống cấp, hoạt động chỉ đạt khoảng 65-60% công suất thiết kế. Hệ thống kênh tiêu chính như kênh Thấp, kênh Gai và kênh Lam Trà bị bồi lắng, xói mòn, gây giảm lưu lượng dẫn nước. Ví dụ, kênh Thấp hiện chỉ dẫn được lưu lượng 3,67 m³/s trong khi nhu cầu là 4,04 m³/s.

  2. Nhu cầu tiêu nước tăng do biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội: Lượng mưa hiệu dụng và yêu cầu tưới trong mùa mưa dự báo tăng khoảng 7,1% so với hiện tại do biến đổi khí hậu. Đồng thời, sự phát triển các khu công nghiệp và đô thị làm tăng hệ số tiêu nước, gây áp lực lớn lên hệ thống tiêu thoát.

  3. Khả năng tiêu thoát nước hiện tại không đáp ứng yêu cầu: Trong các trận mưa lớn với lượng mưa trung bình 268 mm (trận mưa tháng 7/2004), hệ thống tiêu nước không kịp thoát nước, gây úng ngập kéo dài trên 10 ngày. Hệ thống kênh tiêu nội đồng xuống cấp, không được nạo vét thường xuyên, làm giảm khả năng tiêu thoát nước.

  4. Dự báo nhu cầu tiêu nước đến năm 2030: Theo mô hình MIKE 11, nhu cầu tiêu nước sẽ tăng khoảng 15-20% so với hiện tại, đặc biệt trong các khu vực đô thị hóa và phát triển công nghiệp. Lượng mưa thiết kế 3 ngày max với tần suất 10% được sử dụng làm cơ sở tính toán, lượng mưa trung bình 3 ngày max là 36,09 mm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện trạng tiêu nước kém hiệu quả là do hệ thống công trình thủy lợi xuống cấp, không đồng bộ và thiếu sự đầu tư nâng cấp. Sự gia tăng nhu cầu tiêu nước do biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội làm tăng áp lực lên hệ thống. Kết quả mô hình cho thấy rõ sự cần thiết phải cải tạo, nâng cấp hệ thống kênh tiêu và công trình đầu mối để đáp ứng nhu cầu trong tương lai.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực và quốc tế, như nghiên cứu tại Đài Loan và Tây Ban Nha, cho thấy biến đổi khí hậu làm tăng nhu cầu tưới và tiêu nước, đồng thời đô thị hóa làm thay đổi cơ cấu sử dụng đất và nhu cầu nước. Việc áp dụng mô hình thủy lực MIKE 11 đã giúp mô phỏng chính xác dòng chảy và đánh giá hiệu quả các giải pháp tiêu nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lưu lượng dòng chảy trên các kênh chính, bảng so sánh công suất hoạt động trạm bơm và biểu đồ dự báo nhu cầu tiêu nước đến năm 2030, giúp minh họa rõ ràng các vấn đề và giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và sửa chữa công trình đầu mối: Tiến hành sửa chữa triệt để cống Nam Đàn, cống Bến Thủy và trạm bơm Hưng Châu để đạt công suất thiết kế tối thiểu 90% trong vòng 3 năm tới. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án thủy lợi tỉnh Nghệ An phối hợp với các đơn vị thi công chuyên ngành.

  2. Nạo vét và cải tạo hệ thống kênh tiêu chính và nội đồng: Thực hiện nạo vét định kỳ các kênh Thấp, Gai, Lam Trà và kênh tiêu nội đồng nhằm đảm bảo lưu lượng dẫn nước theo thiết kế, giảm thiểu bồi lắng và tắc nghẽn. Mục tiêu đạt 100% diện tích kênh chính được nạo vét trong 5 năm tới.

  3. Áp dụng mô hình quản lý và vận hành thông minh: Sử dụng mô hình MIKE 11 để xây dựng hệ thống quản lý vận hành tiêu nước tự động, điều chỉnh linh hoạt theo tình hình mưa lũ và nhu cầu sử dụng nước. Thời gian triển khai trong 2 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

  4. Xây dựng quy hoạch sử dụng đất và phát triển kinh tế phù hợp: Kiểm soát chặt chẽ việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang phi nông nghiệp, hạn chế san lấp ao hồ và kênh mương, đồng thời phát triển các vùng trồng cây chịu ngập để giảm áp lực tiêu nước. Chủ thể là UBND tỉnh và các địa phương, thực hiện liên tục đến năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý thủy lợi và quy hoạch tài nguyên nước: Nhận diện các vấn đề hiện trạng và giải pháp nâng cao hiệu quả hệ thống thủy lợi, phục vụ công tác quản lý và đầu tư phát triển.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, môi trường và phát triển bền vững: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô hình toán và dữ liệu thực tiễn để nghiên cứu sâu hơn về tác động biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến hệ thống thủy lợi.

  3. Các cơ quan chính quyền địa phương và tỉnh Nghệ An: Hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển kinh tế - xã hội gắn với quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp trong lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp và đô thị: Hiểu rõ nhu cầu và thách thức về cấp thoát nước, từ đó có kế hoạch đầu tư phù hợp, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An cần được nâng cấp?
    Hệ thống hiện tại hoạt động chỉ đạt khoảng 60-65% công suất thiết kế do xuống cấp, bồi lắng kênh và công trình đầu mối không đồng bộ, không đáp ứng được nhu cầu tiêu nước ngày càng tăng do biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội.

  2. Mô hình MIKE 11 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều giúp mô phỏng dòng chảy trên hệ thống sông, kênh, từ đó đánh giá khả năng tiêu thoát nước hiện tại và dự báo nhu cầu tiêu nước tương lai, hỗ trợ đề xuất giải pháp tối ưu.

  3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng ra sao đến nhu cầu tiêu nước?
    Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa hiệu dụng và nhiệt độ, dẫn đến nhu cầu tưới và tiêu nước tăng khoảng 7,1% so với hiện tại, gây áp lực lớn lên hệ thống thủy lợi.

  4. Giải pháp nào ưu tiên để cải thiện hệ thống tiêu nước?
    Ưu tiên nâng cấp công trình đầu mối, nạo vét kênh tiêu chính và nội đồng, áp dụng quản lý vận hành thông minh và kiểm soát quy hoạch sử dụng đất để giảm áp lực tiêu nước.

  5. Làm thế nào để đảm bảo tính bền vững của hệ thống thủy lợi trong tương lai?
    Cần kết hợp đầu tư kỹ thuật, quản lý hiệu quả, quy hoạch sử dụng đất hợp lý và thích ứng với biến đổi khí hậu, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng và chính sách hỗ trợ từ chính quyền.

Kết luận

  • Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An hiện đang xuống cấp, không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu nước cho phát triển kinh tế - xã hội.
  • Biến đổi khí hậu và đô thị hóa làm tăng nhu cầu tiêu nước, đòi hỏi phải có giải pháp nâng cấp và quản lý hiệu quả.
  • Mô hình MIKE 11 là công cụ hiệu quả để đánh giá và dự báo nhu cầu tiêu nước, hỗ trợ đề xuất giải pháp kỹ thuật.
  • Đề xuất các giải pháp đồng bộ gồm nâng cấp công trình đầu mối, nạo vét kênh tiêu, áp dụng quản lý thông minh và quy hoạch sử dụng đất phù hợp.
  • Tiếp tục nghiên cứu và triển khai các giải pháp trong giai đoạn 2024-2030 để đảm bảo phát triển bền vững hệ thống thủy lợi và kinh tế - xã hội vùng Nam Nghệ An.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời theo dõi, đánh giá hiệu quả để điều chỉnh kịp thời. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ với Ban Quản lý dự án thủy lợi tỉnh Nghệ An.