Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang là thách thức toàn cầu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường, đặc biệt là lĩnh vực nông nghiệp vốn rất dễ tổn thương. Tại Việt Nam, trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình đã tăng khoảng 0,5-0,7°C, lượng mưa phân bố không đều với mùa lũ tăng mạnh và mùa kiệt giảm, dẫn đến các thiên tai như hạn hán năm 2008 và lũ lụt tháng 10 năm 2010. Tỉnh Thanh Hóa, với nền kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp, đang đối mặt với những tác động tiêu cực của BĐKH lên hệ thống thủy lợi, đặc biệt là hồ chứa nước Sông Mực – công trình cấp nước tưới cho hai huyện Như Thanh và Nông Cống, đồng thời kết hợp phát điện.

Luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp phân bổ tài nguyên nước dưới tác động của BĐKH và phát triển kinh tế - xã hội cho hệ thống thủy lợi hồ chứa nước Sông Mực, nhằm hỗ trợ các nhà quản lý trong việc hoạch định chính sách khai thác và sử dụng nguồn nước hiệu quả, đảm bảo phát triển bền vững kinh tế - xã hội vùng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm hai huyện Như Thanh và Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa, với dữ liệu khí tượng, thủy văn và kinh tế xã hội cập nhật đến năm 2013 và dự báo đến năm 2030.

Nghiên cứu sử dụng mô hình WEAP để mô phỏng cân bằng nước, đánh giá tác động của BĐKH và phát triển kinh tế - xã hội, từ đó đề xuất các phương án phân bổ nước tối ưu. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp và bảo vệ môi trường sinh thái trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

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: Nguyên tắc cơ bản của cân bằng nước được áp dụng để tính toán lượng nước đến và lượng nước sử dụng trong lưu vực, đảm bảo cân đối giữa nguồn cung và nhu cầu sử dụng.
  • Mô hình WEAP (Water Evaluation and Planning System): Đây là công cụ mô phỏng toàn diện, kết hợp giữa mô hình hệ thống và chính sách quản lý nguồn nước, cho phép đánh giá các kịch bản sử dụng nước trong tương lai, phân bổ nước theo mức độ ưu tiên và tính toán cân bằng nước mặt, nước ngầm, hồ chứa.
  • Khái niệm ưu tiên phân bổ nước: Mức độ ưu tiên được xác định từ 1 (cao nhất) đến 99 (thấp nhất), giúp mô hình phân bổ nước hợp lý trong điều kiện thiếu nước.
  • Khái niệm nhu cầu nước các ngành: Bao gồm nhu cầu nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi và thủy sản, được tính toán dựa trên các tiêu chuẩn quốc gia và dữ liệu thực tế.
  • Lý thuyết tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước: Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ tăng, lượng mưa biến đổi và các hiện tượng thời tiết cực đoan đến nguồn nước và nhu cầu sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng, thủy văn từ trạm Như Xuân và Yên Mỹ (1961-2012), số liệu dân số, diện tích gieo trồng, chăn nuôi, công nghiệp, sinh hoạt từ các cơ quan chức năng tỉnh Thanh Hóa đến năm 2013, cùng các dự báo đến năm 2030.
  • Phương pháp chọn mẫu: Dữ liệu được chọn dựa trên tính đại diện và độ tin cậy cao, ưu tiên các trạm gần lưu vực hồ Sông Mực để đảm bảo tính chính xác trong mô hình hóa.
  • Phương pháp phân tích: Áp dụng mô hình WEAP để mô phỏng cân bằng nước hàng tháng, tính toán nhu cầu nước theo từng ngành, đánh giá tác động của BĐKH và phát triển kinh tế - xã hội qua các kịch bản biến đổi khí hậu trung bình (kịch bản B2).
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu từ 1961 đến 2013, mô phỏng và phân tích dự báo đến năm 2030, đề xuất giải pháp phân bổ nước phù hợp cho giai đoạn này.
  • Phương pháp tính toán nhu cầu nước: Sử dụng phần mềm CROPWAT 8 của FAO để tính toán mức tưới mặt ruộng, áp dụng phương pháp Penman để tính lượng bốc hơi chuẩn, kết hợp các tiêu chuẩn quốc gia về nhu cầu nước sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi và thủy sản.
  • Phương pháp đánh giá tác động: So sánh cân bằng nước hiện tại và theo các kịch bản BĐKH, phát triển kinh tế - xã hội, phân tích sự thiếu hụt và thừa nước theo tháng, từ đó đề xuất các phương án phân bổ tối ưu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cân bằng nước hiện tại: Lượng nước đến hồ Sông Mực trung bình hàng năm khoảng 400 triệu m³, trong khi nhu cầu nước các ngành đạt khoảng 148 triệu m³. Tuy nhiên, vào các tháng mùa khô (tháng 1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 12), hồ thường thiếu nước nghiêm trọng, đặc biệt trong nông nghiệp với mức thiếu nước lên đến 5,71 triệu m³ vào tháng 1 và 7,25 triệu m³ vào tháng 2. Mùa mưa lại có lượng nước thừa lớn, ví dụ tháng 8 có lượng nước đến 85,85 triệu m³, vượt xa nhu cầu.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Theo kịch bản BĐKH trung bình (B2), nhiệt độ hồ Sông Mực dự kiến tăng từ 0,4 đến 0,7°C vào các tháng trong năm 2020-2030, làm tăng lượng bốc hơi và giảm nguồn nước mặt. Lượng mưa có xu hướng giảm nhẹ, đặc biệt trong mùa khô, làm gia tăng tình trạng thiếu nước.

  3. Tác động phát triển kinh tế - xã hội: Dân số và diện tích gieo trồng dự kiến tăng khoảng 10-15% đến năm 2030, kéo theo nhu cầu nước tăng tương ứng. Nhu cầu nước cho công nghiệp và sinh hoạt cũng tăng do phát triển các nhà máy và đô thị hóa. Điều này làm gia tăng áp lực lên nguồn nước hồ chứa.

  4. Hiệu quả mô hình WEAP: Mô hình cho phép phân bổ nước theo mức độ ưu tiên, ưu tiên cấp nước sinh hoạt và công nghiệp trước, sau đó mới đến nông nghiệp và thủy sản. Kết quả mô phỏng cho thấy các phương án phân bổ nước có thể giảm thiểu thiếu hụt nước trong mùa khô, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng thiếu nước vào mùa khô là do lượng nước đến hồ giảm, trong khi nhu cầu nước tăng do phát triển kinh tế và dân số. Sự gia tăng nhiệt độ làm tăng bốc hơi, giảm trữ lượng nước mặt, đồng thời lượng mưa không ổn định gây khó khăn trong việc điều tiết hồ chứa. So với các nghiên cứu tương tự ở các lưu vực khác, kết quả này phù hợp với xu hướng chung về tác động tiêu cực của BĐKH đến tài nguyên nước.

Việc sử dụng mô hình WEAP giúp minh họa rõ ràng sự phân bổ nước theo từng ngành và thời gian, có thể trình bày qua biểu đồ nhu cầu và cung cấp nước hàng tháng, bảng cân bằng nước chi tiết, giúp nhà quản lý dễ dàng đánh giá và điều chỉnh chính sách. Kết quả cũng cho thấy cần thiết phải có các giải pháp quản lý nguồn nước linh hoạt, ưu tiên cấp nước cho các ngành thiết yếu và phát triển các công trình thủy lợi bổ sung.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường quản lý và vận hành hồ chứa nước Sông Mực

    • Động từ hành động: Cải thiện, tối ưu hóa
    • Target metric: Giảm thiểu thiếu hụt nước mùa khô ít nhất 30% trong 5 năm tới
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý hồ chứa, Sở Tài nguyên và Môi trường Thanh Hóa
    • Timeline: Triển khai ngay trong năm đầu tiên, đánh giá hiệu quả hàng năm

  2. Phát triển hệ thống kênh tưới tiêu và công trình thủy lợi bổ sung

    • Động từ hành động: Xây dựng, nâng cấp
    • Target metric: Mở rộng diện tích tưới ổn định thêm 10% đến năm 2030
    • Chủ thể thực hiện: UBND các huyện Như Thanh, Nông Cống phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
    • Timeline: Lập kế hoạch trong 2 năm, thi công trong 5 năm tiếp theo

  3. Áp dụng các biện pháp tiết kiệm nước trong nông nghiệp và công nghiệp

    • Động từ hành động: Khuyến khích, áp dụng
    • Target metric: Giảm tiêu thụ nước ngành nông nghiệp và công nghiệp 15% đến năm 2025
    • Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp, hộ nông dân, chính quyền địa phương
    • Timeline: Triển khai chương trình đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật trong 3 năm

  4. Xây dựng và áp dụng các kịch bản quản lý nguồn nước dựa trên mô hình WEAP

    • Động từ hành động: Phát triển, vận hành
    • Target metric: Đảm bảo cân bằng nước theo kịch bản BĐKH và phát triển kinh tế xã hội đến năm 2030
    • Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, Viện nghiên cứu thủy lợi
    • Timeline: Hoàn thiện mô hình và kịch bản trong 1 năm, cập nhật định kỳ hàng năm

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý tài nguyên nước và quy hoạch thủy lợi

    • Lợi ích: Cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô hình WEAP để hoạch định chính sách phân bổ nước hiệu quả, ứng phó với BĐKH.
    • Use case: Lập kế hoạch vận hành hồ chứa, phân bổ nước cho các ngành sử dụng.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp tính toán cân bằng nước, ứng dụng mô hình WEAP trong nghiên cứu thực tiễn.
    • Use case: Nghiên cứu tác động BĐKH đến tài nguyên nước, phát triển các giải pháp quản lý.

  3. Chính quyền địa phương và các cơ quan phát triển kinh tế xã hội

    • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của BĐKH và phát triển kinh tế đến nguồn nước, từ đó xây dựng các chính sách phát triển bền vững.
    • Use case: Quy hoạch phát triển nông nghiệp, công nghiệp, đô thị phù hợp với nguồn nước.

  4. Doanh nghiệp và hộ nông dân trong vùng nghiên cứu

    • Lợi ích: Nắm bắt nhu cầu và khả năng cung cấp nước, áp dụng các giải pháp tiết kiệm nước và nâng cao hiệu quả sử dụng.
    • Use case: Điều chỉnh sản xuất, đầu tư công nghệ tiết kiệm nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình WEAP có ưu điểm gì so với các mô hình khác trong phân bổ tài nguyên nước?
    WEAP tích hợp cả lượng và chất nước, cho phép mô phỏng đa kịch bản, phân bổ nước theo mức độ ưu tiên, dễ sử dụng và trực quan với giao diện đồ họa. Ví dụ, nó giúp đánh giá tác động của BĐKH và phát triển kinh tế đến cân bằng nước một cách hiệu quả.

  2. Làm thế nào để xác định mức độ ưu tiên phân bổ nước trong mô hình?
    Mức độ ưu tiên được đặt từ 1 (cao nhất) đến 99 (thấp nhất) dựa trên tầm quan trọng của từng ngành sử dụng nước. Ví dụ, nước sinh hoạt thường được ưu tiên cao hơn so với tưới tiêu nông nghiệp trong điều kiện thiếu nước.

  3. Tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước hồ Sông Mực như thế nào?
    Nhiệt độ tăng làm tăng bốc hơi, lượng mưa không ổn định gây giảm dòng chảy mùa khô, dẫn đến thiếu nước nghiêm trọng trong các tháng mùa khô, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt.

  4. Các giải pháp tiết kiệm nước trong nông nghiệp được đề xuất là gì?
    Áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm như tưới nhỏ giọt, điều chỉnh lịch tưới phù hợp với thời vụ, sử dụng giống cây trồng chịu hạn, và nâng cao nhận thức người dân về sử dụng nước hiệu quả.

  5. Làm sao để cập nhật mô hình WEAP khi có dữ liệu mới?
    WEAP cho phép nhập dữ liệu mới linh hoạt qua khung Data, người dùng có thể cập nhật số liệu khí tượng, nhu cầu nước, công trình thủy lợi để mô phỏng các kịch bản mới, đảm bảo mô hình luôn phản ánh thực tế.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội đến cân bằng nước hồ chứa Sông Mực, tỉnh Thanh Hóa, với dữ liệu cập nhật và dự báo đến năm 2030.
  • Mô hình WEAP được áp dụng hiệu quả trong việc mô phỏng cân bằng nước, phân bổ nước theo mức độ ưu tiên, hỗ trợ quản lý nguồn nước trong điều kiện biến đổi khí hậu.
  • Kết quả cho thấy tình trạng thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô, đòi hỏi các giải pháp quản lý và kỹ thuật phù hợp để đảm bảo nguồn nước cho các ngành sử dụng.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể bao gồm tối ưu vận hành hồ chứa, phát triển công trình thủy lợi, tiết kiệm nước trong sản xuất và xây dựng kịch bản quản lý nguồn nước dựa trên mô hình WEAP.
  • Khuyến nghị các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng liên quan tiếp tục cập nhật dữ liệu, áp dụng mô hình và triển khai các giải pháp nhằm phát triển bền vững tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai ứng dụng mô hình WEAP trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, đồng thời đẩy mạnh các chương trình đào tạo, nâng cao nhận thức cộng đồng về sử dụng nước bền vững.