Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Cân Bằng Nước Lưu Vực Sông Hương Dưới Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu

• Tác giả: Nong Bao Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thu Hiền
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Quản lý tổng hợp tài nguyên nước
• Đề tài: Cân bằng nước lưu vực sông Hương trong bối cảnh biến đổi khí hậu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• ABSTRACT
• ACKNOWLEDGMENT
• ABBREVIATIONS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background Huong River, with its length of 128 km, is the largest river system in Thua Thien Hue province
• 1.2. Problem statement Huong River basin lies in Thua Thien Hue Province, which located in the specific monsoon climate area of Central Part of Vietnam with severe hydrological regime
• 1.3. Research questions Several main questions have to be answered in order to clarify the issue for the purpose of bringing out water management measures
• 1.4. Methodology In order to carry out this research, relevant data and information in the study area must be collected, analyzed and simulated
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Water allocation: An overview
• 2.2. Integrated Water Resources Management
• 2.3. Climate change impacts on water resources
• 2.4. Climate change scenarios
• 2.5. Models for IVRM
• 3. CHAPTER 3: DESCRIPTION OF STUDY SITE
• 3.1. Geographical location and topography
• 3.2. Socio-economic development
• 3.3. Water Storage
• 3.4. Water use activities
• 4. CHAPTER 4: WATER BALANCE SIMULATION FOR THE HUONG RIVER BASIN
• 4.1. Schematization of the Huong River Basin
• 4.2. The return flow
• 4.3. The computation of scenarios
• 5. CHAPTER 5: RESULTS ANALYSIS
• 5.1. Water supply and water requirement results
• 6. CHAPTER 6: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 6.1. Recommendations
• REFERENCES
• APPENDICES

I. Giới thiệu

Luận văn thạc sĩ 'Cân bằng nước lưu vực sông Hương trong bối cảnh biến đổi khí hậu' của tác giả Nong Bao Anh tập trung vào việc phân tích tình hình nước tại lưu vực sông Hương, một khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề từ biến đổi khí hậu. Nghiên cứu chỉ ra rằng, nước là nguồn tài nguyên thiết yếu nhưng lại có giới hạn và dễ bị tổn thương. Tình trạng khan hiếm nước đã trở thành một vấn đề toàn cầu, đặc biệt tại các nước đang phát triển. Tác giả đã sử dụng mô hình WEAP để mô phỏng và phân tích sự mất cân bằng giữa cung và cầu nước trong mùa khô, đặc biệt là trong các tháng 3 và 4. Kết quả cho thấy, nhu cầu nước gia tăng do sự phát triển kinh tế và dân số đã dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng trong mùa khô.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Lưu vực sông Hương nằm trong tỉnh Thừa Thiên Huế, nơi có khí hậu gió mùa đặc trưng với mùa khô kéo dài và mùa mưa ngắn. Tình trạng khan hiếm nước trong mùa khô đã trở thành một vấn đề cấp bách, đặc biệt khi nhu cầu nước từ các hoạt động như nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt ngày càng tăng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, biến đổi khí hậu không chỉ làm giảm lượng nước cung cấp mà còn làm tăng nhu cầu nước do nhiệt độ cao hơn và sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan.

II. Tình hình nước và nhu cầu nước

Nghiên cứu đã phân tích tình hình cung cấp và nhu cầu nước trong lưu vực sông Hương. Kết quả cho thấy, trong năm 2010, hệ thống không thể cung cấp đủ nước cho nhu cầu dự kiến trong các tháng mùa khô, đặc biệt là tháng 6 và tháng 7. Nhu cầu nước tăng cao do sự phát triển kinh tế và dân số đã dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng. Tác giả đã chỉ ra rằng, trong bối cảnh biến đổi khí hậu, tình trạng thiếu nước sẽ trở nên nghiêm trọng hơn, với lượng nước thiếu hụt gấp bốn lần so với kịch bản chỉ phản ánh sự phát triển kinh tế xã hội.

2.1. Phân tích nhu cầu nước

Nhu cầu nước trong lưu vực sông Hương được phân chia theo các lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản. Mỗi lĩnh vực đều có những yêu cầu riêng về lượng nước cần thiết. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong mùa khô, nhu cầu nước từ nông nghiệp chiếm tỷ lệ lớn nhất, trong khi đó, nhu cầu từ các lĩnh vực khác cũng không kém phần quan trọng. Việc quản lý nước hiệu quả giữa các lĩnh vực này là rất cần thiết để đảm bảo nguồn nước cho tất cả các bên liên quan.

III. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đã và đang tác động mạnh mẽ đến nguồn nước tại lưu vực sông Hương. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự gia tăng nhiệt độ và sự thay đổi trong lượng mưa đã dẫn đến sự thay đổi trong dòng chảy của sông. Các kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy, lượng mưa sẽ giảm trong mùa khô, trong khi đó, nhiệt độ cao hơn sẽ làm tăng lượng nước bốc hơi. Điều này dẫn đến tình trạng thiếu nước ngày càng trầm trọng hơn trong tương lai.

3.1. Kịch bản biến đổi khí hậu

Nghiên cứu đã xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu dựa trên mô hình B2, cho thấy sự thay đổi trong lượng mưa và nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến nguồn nước trong lưu vực. Các kịch bản này cho thấy, trong tương lai, tình trạng khan hiếm nước sẽ trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt là trong các tháng mùa khô. Việc dự đoán và chuẩn bị cho những thay đổi này là rất quan trọng để đảm bảo quản lý nước bền vững.

IV. Giải pháp quản lý nước

Dựa trên các kết quả phân tích, nghiên cứu đã đề xuất một số giải pháp quản lý nước nhằm giảm thiểu tình trạng thiếu nước trong mùa khô. Các giải pháp này bao gồm việc cải thiện hệ thống lưu trữ nước, tối ưu hóa việc sử dụng nước trong nông nghiệp và công nghiệp, cũng như tăng cường công tác quản lý và bảo vệ nguồn nước. Tác giả nhấn mạnh rằng, việc áp dụng các giải pháp này cần phải được thực hiện đồng bộ và có sự tham gia của tất cả các bên liên quan.

4.1. Các giải pháp cụ thể

Một số giải pháp cụ thể được đề xuất bao gồm: xây dựng thêm các hồ chứa nước, cải thiện hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp, và áp dụng công nghệ tiết kiệm nước trong công nghiệp. Ngoài ra, việc nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước cũng là một yếu tố quan trọng trong quản lý nước bền vững. Các giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu tình trạng thiếu nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững cho khu vực.

Tổng quan nghiên cứu

Huong River Basin, với diện tích khoảng 3.000 km², là lưu vực sông lớn nhất tại tỉnh Thừa Thiên Huế, nơi sinh sống của hơn 1,1 triệu người vào năm 2010, trong đó 92% cư trú ở khu vực nông thôn. Lưu vực này nằm trong vùng khí hậu gió mùa đặc thù của miền Trung Việt Nam với mùa khô kéo dài và mùa mưa ngắn nhưng lượng nước chảy lớn. Trung bình hàng năm, lượng mưa dao động từ 2.800 đến 3.200 mm, trong đó gần 80% tập trung trong 4 tháng mùa mưa, gây ra sự phân bố nước không đều theo mùa. Tình trạng thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô, đặc biệt trong các tháng 3 và 4, đang trở thành vấn đề cấp bách do sự gia tăng nhu cầu nước từ phát triển kinh tế - xã hội và tác động của biến đổi khí hậu.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích cân bằng nước trong lưu vực sông Huong dưới ba kịch bản: hiện trạng năm 2010, dự báo phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030 và kịch bản biến đổi khí hậu theo kịch bản B2 của IPCC. Nghiên cứu sử dụng mô hình WEAP kết hợp với MIKE-NAM để tính toán dòng chảy và CROPWAT để xác định nhu cầu nước cho cây trồng. Kết quả sẽ giúp đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả nhằm giảm thiểu tình trạng thiếu nước trong mùa khô, góp phần phát triển bền vững lưu vực.

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:

• Quản lý tài nguyên nước tích hợp (IWRM): Phương pháp tiếp cận toàn diện, phối hợp phát triển và quản lý nước, đất và các nguồn lực liên quan nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế - xã hội một cách công bằng mà không làm tổn hại đến hệ sinh thái (GWP, 2000). IWRM nhấn mạnh sự tham gia của các bên liên quan và quản lý theo lưu vực sông thay vì theo ranh giới hành chính.

• Mô hình cân bằng nước (Water Balance Model): Dựa trên nguyên lý bảo toàn khối lượng nước, cân bằng giữa nguồn cung (dòng chảy, mưa, nước dự trữ) và nhu cầu sử dụng (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, môi trường).

• Kịch bản biến đổi khí hậu SRES B2: Kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình, phù hợp với định hướng phát triển kinh tế - xã hội của lưu vực, dự báo tăng nhiệt độ trung bình từ 0,5 đến 2,8°C và biến động lượng mưa theo mùa đến năm 2100.

Các khái niệm chính bao gồm: cân bằng nước, nhu cầu nước theo ngành, mô hình mô phỏng dòng chảy, mô hình tính nhu cầu nước cây trồng, và kịch bản phát triển kinh tế - xã hội.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu khí tượng thủy văn (mưa, nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi), dòng chảy sông, dân số, diện tích canh tác, nhu cầu nước các ngành (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, thủy sản), thông tin về các hồ chứa (dung tích, quy trình vận hành).

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình MIKE-NAM để tính toán dòng chảy dựa trên dữ liệu mưa và bốc hơi; mô hình CROPWAT 8.0 để xác định nhu cầu nước tưới cho cây lúa; mô hình WEAP để mô phỏng cân bằng nước toàn lưu vực, phân bổ nước cho các ngành sử dụng theo các kịch bản phát triển và biến đổi khí hậu.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu thu thập từ 10 trạm khí tượng và 8 trạm thủy văn trong giai đoạn 1977-2010, cùng số liệu dân số và kinh tế xã hội năm 2010 và dự báo đến 2030. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các trạm quan trắc và các khu vực sử dụng nước chính trong lưu vực.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu (2014-2015), xây dựng mô hình và hiệu chỉnh (tháng 1-3/2015), mô phỏng các kịch bản (tháng 4-5/2015), phân tích kết quả và đề xuất giải pháp (tháng 5/2015).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tình trạng thiếu nước hiện tại: Mùa khô năm 2010, đặc biệt tháng 3 và 4, lưu vực sông Huong đã xuất hiện tình trạng thiếu hụt nước nghiêm trọng. Lượng nước cung cấp không đáp ứng đủ nhu cầu, với mức thiếu hụt khoảng 15-20% so với nhu cầu tổng thể.

2. Ảnh hưởng của phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030: Dự báo nhu cầu nước tăng khoảng 30% do gia tăng dân số và phát triển công nghiệp, dịch vụ. Mùa khô tháng 6 và 7 năm 2030, lượng nước không đáp ứng được nhu cầu, mức thiếu hụt tăng nhẹ so với hiện trạng, khoảng 20-25%.

3. Tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản B2: Khi tính đến biến đổi khí hậu, lượng nước thiếu hụt trong mùa khô tăng gấp 4 lần so với kịch bản chỉ tính phát triển kinh tế - xã hội. Thiếu hụt kéo dài từ tháng 2 đến tháng 7, ảnh hưởng đến hầu hết các khu vực trong lưu vực.

4. Phân bố nguồn nước và nhu cầu theo khu vực: Khu vực phía Tây Bắc (dựa vào sông Bo) và khu vực Trung tâm (sông Huu Trach) chịu áp lực thiếu nước lớn nhất do mật độ dân cư và hoạt động kinh tế cao. Khu vực phía Đông và Nam có nguồn nước tương đối dồi dào hơn nhưng cũng có xu hướng thiếu hụt trong mùa khô.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng thiếu nước là sự phân bố không đều của lượng mưa theo mùa, với 70-80% lượng mưa tập trung trong 4 tháng mùa mưa, dẫn đến lượng nước dồi dào trong mùa mưa nhưng thiếu hụt nghiêm trọng trong mùa khô. Sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế làm tăng nhu cầu nước, đặc biệt trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt.

Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình từ 0,5 đến 2,8°C, làm tăng bốc hơi và giảm lượng nước sẵn có trong mùa khô. Mô hình mô phỏng cho thấy lượng nước thiếu hụt tăng gấp 4 lần khi tính đến tác động của biến đổi khí hậu, điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đến cân bằng nước ở các lưu vực sông có khí hậu gió mùa.

Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện lượng nước cung cấp và nhu cầu theo tháng, so sánh các kịch bản hiện tại, phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu, cũng như bản đồ phân bố thiếu hụt nước theo khu vực.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường quản lý và vận hành hồ chứa: Điều chỉnh quy trình vận hành các hồ chứa Ta Trach, Binh Dien và Huong Dien nhằm tối ưu tích trữ nước mùa mưa và điều tiết cung cấp nước mùa khô, giảm thiểu thiếu hụt nước. Thời gian thực hiện: ngay trong vòng 1-2 năm. Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Quản lý hồ chứa.

2. Phát triển hệ thống tưới tiết kiệm nước trong nông nghiệp: Áp dụng công nghệ tưới nhỏ giọt, tưới phun sương và cải tiến kỹ thuật canh tác để giảm nhu cầu nước tưới, đặc biệt cho cây lúa. Mục tiêu giảm 15-20% nhu cầu nước tưới trong 5 năm tới. Chủ thể: Trung tâm Khuyến nông, các hợp tác xã nông nghiệp.

3. Xây dựng chính sách phân bổ nước ưu tiên: Thiết lập hệ thống phân bổ nước theo thứ tự ưu tiên, đảm bảo cung cấp đủ nước cho sinh hoạt và môi trường trước khi phân bổ cho các ngành khác. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể: UBND tỉnh, Sở Tài nguyên và Môi trường.

4. Nâng cao nhận thức và tham gia cộng đồng: Tổ chức các chương trình tuyên truyền, đào tạo về tiết kiệm nước và quản lý tài nguyên nước bền vững cho người dân và các bên liên quan. Mục tiêu tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong 3 năm tới. Chủ thể: Hội Nông dân, các tổ chức xã hội.

5. Theo dõi và cập nhật mô hình cân bằng nước định kỳ: Cập nhật dữ liệu khí tượng, thủy văn và nhu cầu sử dụng nước để điều chỉnh mô hình WEAP, phục vụ công tác dự báo và quản lý hiệu quả. Thời gian: hàng năm. Chủ thể: Viện Khoa học Thủy lợi, Sở Tài nguyên và Môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và chính sách công: Giúp hiểu rõ tình trạng cân bằng nước hiện tại và dự báo tương lai, từ đó xây dựng chính sách phân bổ và quản lý nước hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, môi trường: Cung cấp phương pháp luận mô hình hóa cân bằng nước tích hợp biến đổi khí hậu, ứng dụng mô hình WEAP, MIKE-NAM và CROPWAT trong nghiên cứu lưu vực sông.

3. Các tổ chức phát triển và tư vấn kỹ thuật: Hỗ trợ thiết kế các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu thiếu hụt nước, phát triển hệ thống tưới tiết kiệm và vận hành hồ chứa.

4. Cộng đồng dân cư và các bên liên quan trong lưu vực sông: Nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến nguồn nước, từ đó tham gia tích cực vào quản lý và bảo vệ tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao lưu vực sông Huong lại gặp vấn đề thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô?
   Do lượng mưa tập trung chủ yếu trong mùa mưa ngắn, chiếm gần 80% tổng lượng mưa hàng năm, trong khi mùa khô kéo dài và nhiệt độ cao làm tăng bốc hơi, dẫn đến nguồn nước mặt giảm mạnh. Ngoài ra, nhu cầu nước tăng do phát triển kinh tế - xã hội cũng làm trầm trọng thêm tình trạng này.

2. Mô hình WEAP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   WEAP mô phỏng cân bằng nước lưu vực dựa trên nguyên lý bảo toàn khối lượng, kết hợp dữ liệu dòng chảy từ MIKE-NAM và nhu cầu nước từ CROPWAT, giúp đánh giá sự cân bằng giữa cung và cầu nước theo các kịch bản phát triển và biến đổi khí hậu.

3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng ra sao đến cân bằng nước trong lưu vực?
   Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, tăng bốc hơi và thay đổi phân bố lượng mưa theo mùa, dẫn đến giảm lượng nước sẵn có trong mùa khô và tăng nguy cơ thiếu nước, đặc biệt trong các kịch bản phát thải trung bình như B2.

4. Các giải pháp nào được đề xuất để giảm thiểu thiếu nước?
   Bao gồm tối ưu vận hành hồ chứa, áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm, xây dựng chính sách phân bổ nước ưu tiên, nâng cao nhận thức cộng đồng và cập nhật mô hình cân bằng nước định kỳ.

5. Làm thế nào để các bên liên quan tham gia hiệu quả vào quản lý nước?
   Thông qua các chương trình đào tạo, tuyên truyền, tạo điều kiện cho cộng đồng tham gia vào quá trình ra quyết định và giám sát việc sử dụng nước, đồng thời xây dựng cơ chế phối hợp giữa các ngành và địa phương.

Kết luận

• Lưu vực sông Huong đang đối mặt với tình trạng thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô, đặc biệt trong các tháng 3-4 và dự báo sẽ trầm trọng hơn do phát triển kinh tế và biến đổi khí hậu.
• Mô hình WEAP kết hợp MIKE-NAM và CROPWAT đã cung cấp công cụ hiệu quả để phân tích cân bằng nước và dự báo các kịch bản tương lai.
• Biến đổi khí hậu theo kịch bản B2 làm tăng gấp 4 lần mức thiếu hụt nước so với kịch bản chỉ tính phát triển kinh tế - xã hội.
• Các giải pháp quản lý tích hợp, bao gồm vận hành hồ chứa, tưới tiết kiệm, chính sách phân bổ nước và nâng cao nhận thức cộng đồng, là cần thiết để đảm bảo nguồn nước bền vững.
• Nghiên cứu đề xuất cập nhật mô hình và dữ liệu định kỳ, đồng thời kêu gọi sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý, nhà khoa học và cộng đồng để ứng phó hiệu quả với thách thức thiếu nước trong lưu vực.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan chức năng cần triển khai ngay các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu, giám sát và điều chỉnh chính sách quản lý nước phù hợp với diễn biến biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội.