Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống tiêu Cổ Đô - Vạn Thắng, thuộc huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội, là một trong năm hệ thống tiêu chính của khu vực với diện tích tự nhiên khoảng 5.548 ha, trong đó diện tích tiêu động lực là 3.305 ha và tiêu tự chảy là 2.243 ha. Qua nhiều năm hoạt động, hệ thống này đã xuống cấp nghiêm trọng, kênh bị bồi lắng, mặt cắt ngang thu hẹp, các công trình trạm bơm đầu mối hư hỏng, không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước hiện tại và tương lai. Đồng thời, quá trình phát triển kinh tế - xã hội, đô thị hóa và công nghiệp hóa đã làm thay đổi nhu cầu tiêu thoát nước, đặc biệt là sự mở rộng diện tích dân cư và khu công nghiệp, làm thu hẹp diện tích sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng đến khả năng trữ nước và thoát nước của hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu là mô phỏng, đánh giá thực trạng khả năng tiêu nước của hệ thống tiêu Cổ Đô - Vạn Thắng, từ đó đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp nhằm đáp ứng yêu cầu tiêu thoát nước trong điều kiện phát triển kinh tế - xã hội hiện nay. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội, dựa trên số liệu thu thập từ các trạm khí tượng, thủy văn và khảo sát thực địa trong giai đoạn từ năm 1970 đến 2009.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống tiêu nước, giảm thiểu ngập úng, bảo vệ sản xuất nông nghiệp và phát triển bền vững kinh tế - xã hội địa phương. Các chỉ số quan trọng như lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.850 mm, phân bố chủ yếu vào mùa mưa chiếm 70% tổng lượng mưa, cùng với các số liệu về mực nước sông, hệ số tiêu nước và năng lực trạm bơm được phân tích chi tiết để làm cơ sở khoa học cho các đề xuất cải tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, đặc biệt là mô hình thủy lực và mô hình toán học mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết cân bằng nước: Xác định hệ số tiêu nước dựa trên cân bằng giữa lượng nước đến (mưa, nước thải, nước chuyển vào) và lượng nước đi (tiêu thoát, tổn thất, tồn lưu) trong khu vực nghiên cứu.

  2. Mô hình SWMM (Storm Water Management Model): Mô hình toán học của Mỹ được sử dụng để mô phỏng dòng chảy, khả năng tiêu thoát nước của hệ thống kênh mương và trạm bơm, từ đó đánh giá hiệu quả hoạt động và đề xuất các phương án cải tạo.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số tiêu nước (q), hệ số đồng chảy (C), mô hình mưa thiết kế (mưa 5 ngày max với tần suất 10%), và các đối tượng tiêu nước như đất trồng lúa, đất màu, khu dân cư, ao hồ chuyên nuôi trồng thủy sản.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm Ba Vì, Suối Hai, Sơn Tây, Trung Hà, Sơn Đà; số liệu khảo sát thực địa về hiện trạng hệ thống tiêu nước; số liệu thống kê dân số, lao động, kinh tế xã hội huyện Ba Vì giai đoạn 2000-2009.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Phương pháp thống kê và mô hình toán học: Tính toán đường tần suất lượng mưa 5 ngày max, xác định mô hình mưa thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế.

  • Phương pháp mô phỏng SWMM: Mô phỏng dòng chảy, kiểm tra khả năng tiêu thoát nước của hệ thống hiện trạng và các phương án cải tạo.

  • Phương pháp phân tích hệ số tiêu nước: Tính toán hệ số tiêu cho từng loại đất và đối tượng tiêu nước dựa trên cân bằng nước và các quy phạm kỹ thuật.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ diện tích hệ thống tiêu Cổ Đô - Vạn Thắng với 7 trạm bơm tiêu chính và các kênh tiêu liên quan. Phương pháp chọn mẫu là khảo sát toàn diện kết hợp phân tích số liệu lịch sử để đảm bảo tính đại diện và chính xác. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 1970 đến 2009, tập trung phân tích dữ liệu 35 năm khí tượng thủy văn và khảo sát thực địa năm 2009.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống tiêu nước: Hệ thống tiêu Cổ Đô - Vạn Thắng có diện tích tiêu động lực 3.305 ha và tiêu tự chảy 2.243 ha. Tuy nhiên, nhiều công trình tiêu nước đã xuống cấp, kênh chính dài 17,2 km bị bồi lắng, mặt cắt ngang thu hẹp, bờ kênh thấp, dẫn đến hiện tượng tràn bờ và ngập úng diện rộng trong mùa mưa. Khoảng vài trăm ha đất canh tác không được tiêu thoát kịp thời, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.

  2. Lượng mưa và mô hình mưa thiết kế: Lượng mưa trung bình hàng năm dao động khoảng 1.850 mm, tập trung chủ yếu từ tháng 4 đến tháng 9, chiếm 70% tổng lượng mưa. Lượng mưa 5 ngày lớn nhất với tần suất 10% được xác định là 456,49 mm. Mưa lớn tập trung trong 3-5 ngày, đặc biệt là tháng 7, có năm chiếm đến 40% lượng mưa cả năm.

  3. Hệ số tiêu nước: Hệ số tiêu nước cho ruộng lúa được tính toán với giá trị trung bình khoảng 0,22 m/ha, trong khi các đối tượng khác như đất màu, khu dân cư, ao hồ có hệ số tiêu dao động từ 0,2 đến 0,9 tùy loại. Hệ số đồng chảy C cho các đối tượng tiêu nước cũng được xác định, ví dụ đất trồng cây xanh có C=0,50, đất khu dân cư nông thôn C=0,65.

  4. Khả năng tiêu thoát nước của trạm bơm và kênh chính: Năng lực bơm hiện tại của các trạm bơm tiêu không đáp ứng được lưu lượng tiêu thoát yêu cầu trong mùa mưa lớn. Mực nước sông Tích tại cửa ra khu tiêu Cổ Đô thường cao, làm giảm khả năng thoát nước của hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ngập úng là do sự xuống cấp của hệ thống tiêu nước, bao gồm bồi lắng kênh, hư hỏng trạm bơm, cùng với sự gia tăng lượng mưa và thay đổi mô hình sử dụng đất do phát triển đô thị và công nghiệp hóa. So với các nghiên cứu trong khu vực đồng bằng Bắc Bộ, hệ số tiêu nước và mô hình mưa thiết kế phù hợp với đặc điểm khí hậu và địa hình của huyện Ba Vì.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường tần suất lượng mưa 5 ngày max, bảng thống kê hệ số tiêu nước theo từng loại đất và đối tượng tiêu nước, cũng như biểu đồ so sánh mực nước trong kênh và mực nước đầu kênh nhánh theo các phương án cải tạo.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu nước nhằm giảm thiểu ngập úng, bảo vệ sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp các trạm bơm tiêu ven kênh Cổ Đô - Vạn Thắng: Tăng công suất bơm, sửa chữa và thay thế máy móc hư hỏng nhằm đảm bảo lưu lượng tiêu thoát nước phù hợp với lượng mưa thiết kế. Thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, chủ thể thực hiện là Ban quản lý thủy lợi huyện Ba Vì phối hợp với các đơn vị kỹ thuật.

  2. Nạo vét và mở rộng kênh chính Cổ Đô - Vạn Thắng: Loại bỏ bồi lắng, mở rộng mặt cắt ngang kênh để tăng khả năng dẫn nước, giảm hiện tượng tràn bờ. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do đơn vị quản lý thủy lợi địa phương đảm nhiệm.

  3. Áp dụng mô hình quản lý và vận hành hệ thống tiêu nước hiện đại: Sử dụng phần mềm mô phỏng SWMM để theo dõi, dự báo và điều phối hoạt động trạm bơm, kênh tiêu nhằm tối ưu hóa hiệu quả tiêu thoát nước. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý tài nguyên nước và thủy lợi.

  4. Tăng cường công tác bảo trì, kiểm tra định kỳ hệ thống tiêu nước: Thiết lập quy trình bảo dưỡng thường xuyên, phát hiện và xử lý kịp thời các hư hỏng, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Thời gian thực hiện liên tục, do Ban quản lý thủy lợi huyện và các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện.

  5. Phối hợp phát triển quy hoạch sử dụng đất và quản lý nước thải khu dân cư, khu công nghiệp: Hạn chế mở rộng diện tích dân cư và công nghiệp trong vùng tiêu, đồng thời xử lý nước thải hợp lý để giảm tải cho hệ thống tiêu nước. Chủ thể thực hiện là chính quyền địa phương và các ngành liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và thủy lợi: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu nước, quản lý vận hành hiệu quả, giảm thiểu ngập úng.

  2. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển nông thôn: Áp dụng các phân tích về mô hình mưa, hệ số tiêu nước để thiết kế quy hoạch phù hợp, đảm bảo cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp mô phỏng, tính toán hệ số tiêu nước và phân tích dữ liệu khí tượng thủy văn trong nghiên cứu thực tiễn.

  4. Chính quyền địa phương và các đơn vị quản lý khu công nghiệp, dân cư: Dựa trên các đề xuất giải pháp để phối hợp quản lý, hạn chế tác động tiêu cực đến hệ thống tiêu nước, bảo vệ sản xuất nông nghiệp và môi trường sống.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống tiêu Cổ Đô - Vạn Thắng có diện tích bao nhiêu và phân bố như thế nào?
    Hệ thống có diện tích tự nhiên khoảng 5.548 ha, trong đó diện tích tiêu động lực là 3.305 ha và tiêu tự chảy là 2.243 ha, trải dài trên địa bàn huyện Ba Vì, Hà Nội.

  2. Lượng mưa thiết kế được sử dụng trong nghiên cứu là gì?
    Lượng mưa 5 ngày lớn nhất với tần suất 10% được xác định là 456,49 mm, đây là cơ sở để mô phỏng và tính toán khả năng tiêu thoát nước của hệ thống.

  3. Nguyên nhân chính gây ngập úng trong vùng nghiên cứu là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là do hệ thống tiêu nước xuống cấp, kênh bị bồi lắng, trạm bơm hư hỏng, cùng với sự gia tăng lượng mưa và thay đổi mô hình sử dụng đất do phát triển đô thị và công nghiệp hóa.

  4. Phương pháp mô phỏng nào được sử dụng để đánh giá hệ thống tiêu nước?
    Mô hình SWMM của Mỹ được áp dụng để mô phỏng dòng chảy và khả năng tiêu thoát nước, giúp đánh giá hiệu quả hệ thống hiện trạng và các phương án cải tạo.

  5. Các giải pháp cải tạo hệ thống tiêu nước được đề xuất là gì?
    Bao gồm nâng cấp trạm bơm, nạo vét kênh chính, áp dụng mô hình quản lý hiện đại, tăng cường bảo trì định kỳ và phối hợp quản lý quy hoạch sử dụng đất, nước thải khu dân cư và công nghiệp.

Kết luận

  • Hệ thống tiêu Cổ Đô - Vạn Thắng hiện nay không đáp ứng được yêu cầu tiêu thoát nước do xuống cấp và thay đổi điều kiện sử dụng đất.
  • Lượng mưa thiết kế 5 ngày max với tần suất 10% là 456,49 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9.
  • Hệ số tiêu nước cho các đối tượng tiêu nước được xác định chi tiết, làm cơ sở cho tính toán và mô phỏng hệ thống.
  • Mô hình SWMM được sử dụng hiệu quả trong việc đánh giá hiện trạng và đề xuất các phương án cải tạo, nâng cấp.
  • Các giải pháp cải tạo bao gồm nâng cấp trạm bơm, nạo vét kênh, áp dụng quản lý hiện đại và phối hợp quy hoạch sử dụng đất, nhằm giảm thiểu ngập úng và phát triển bền vững.

Tiếp theo, cần triển khai thực hiện các giải pháp cải tạo theo lộ trình đề xuất, đồng thời tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả vận hành hệ thống để điều chỉnh kịp thời. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước tại địa phương.