Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Hà Tĩnh, thuộc khu vực Bắc Trung Bộ Việt Nam, có tổng diện tích tự nhiên khoảng 5.997 km² và hệ thống hồ chứa nước đa dạng với 345 hồ chứa, tổng dung tích khoảng 742,9 triệu m³ tính đến năm 2013. Ngoài ra, hai hồ chứa lớn là Ngàn Trươi và Rào Trổ đang trong quá trình xây dựng, dự kiến nâng tổng dung tích lên 1,644 tỷ m³. Hệ thống hồ chứa này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và điều tiết lũ, giảm thiểu thiên tai. Tuy nhiên, các công trình này phần lớn được xây dựng từ những năm 1960-1970 với kỹ thuật và đầu tư hạn chế, chưa đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế xã hội hiện nay, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) ngày càng phức tạp.

Biến đổi khí hậu đã làm tăng nhiệt độ trung bình từ 0,5 đến 0,7°C trong 50 năm qua, gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, lũ lụt, và làm thay đổi chế độ thủy văn, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước và an toàn công trình hồ chứa. Nhu cầu sử dụng nước của tỉnh dự kiến tăng 20-25% đến năm 2020, trong khi khả năng khai thác nước hiện tại chỉ đạt khoảng 51,2% công suất thiết kế. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến nhu cầu nước và an toàn hồ chứa, đồng thời đề xuất các giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa nước, đặc biệt áp dụng cho hồ Nhà Đường nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và đảm bảo an toàn trong điều kiện khí hậu biến đổi.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tỉnh Hà Tĩnh, với dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc và các kịch bản BĐKH đến năm 2060, phù hợp với tuổi thọ công trình cấp III của hồ Nhà Đường. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, vận hành và nâng cấp hồ chứa, góp phần phát triển kinh tế bền vững và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về biến đổi khí hậu và quản lý tài nguyên nước, bao gồm:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu toàn cầu và khu vực: Phân tích các kịch bản phát thải khí nhà kính (A1, A2, B1, B2) theo báo cáo IPCC và Bộ Tài nguyên & Môi trường Việt Nam, làm cơ sở dự báo nhiệt độ, lượng mưa, bốc hơi và các chỉ số ẩm ướt trong khu vực Bắc Trung Bộ.
  • Mô hình cân bằng nước hồ chứa: Áp dụng các công thức tính toán cân bằng nước dựa trên lượng nước đến, nhu cầu sử dụng và tổn thất bốc hơi, nhằm xác định dung tích hữu ích và khả năng điều tiết hồ chứa.
  • Khái niệm và mô hình điều tiết lũ: Nghiên cứu các giải pháp công trình và phi công trình nhằm nâng cao khả năng điều tiết lũ, giảm thiểu rủi ro vỡ đập và ngập lụt hạ du.
  • Khái niệm về hệ thống nguồn nước và nhu cầu dùng nước đa mục tiêu: Bao gồm các khái niệm về nhu cầu nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và môi trường, cùng với các hệ số tưới và phương pháp tính toán nhu cầu nước theo chuẩn FAO.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: biến đổi khí hậu, cân bằng nước hồ chứa, điều tiết lũ, hệ số tưới, và an toàn công trình thủy lợi.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh và lưu vực sông Cả, dữ liệu địa chất, địa hình, cùng các tài liệu thiết kế, quản lý hồ chứa hiện có.
  • Phương pháp phân tích:
    • Phân tích số liệu khí hậu và thủy văn theo các kịch bản BĐKH, đặc biệt kịch bản B2 với mức phát thải trung bình, dự báo đến năm 2060.
    • Tính toán cân bằng nước hồ chứa, nhu cầu nước tưới nông nghiệp và các ngành khác bằng mô hình Cropwat và các công thức thủy văn.
    • Đánh giá hiện trạng công trình, phân tích các yếu tố kỹ thuật, địa chất và vận hành hồ chứa.
    • Đề xuất và tính toán các giải pháp nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa Nhà Đường, bao gồm nâng cao ngưỡng tràn, mở rộng khẩu độ tràn, thay thế tràn tự do bằng tràn có cửa van, gia cố đập đất và cải tạo cống lấy nước.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tập trung nghiên cứu hồ Nhà Đường với dung tích 3,61 triệu m³, là hồ tiêu biểu cho các hồ chứa vừa và nhỏ trong tỉnh, có hiện trạng xuống cấp và chịu ảnh hưởng rõ rệt của BĐKH.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu từ năm 2012 đến 2014, lựa chọn năm tính toán 2060 phù hợp với tuổi thọ công trình cấp III theo quy chuẩn Việt Nam.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, mô hình hóa thủy văn và khảo sát thực tế nhằm đảm bảo tính chính xác và khả thi của các giải pháp đề xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhiệt độ và lượng mưa: Nhiệt độ trung bình vùng Bắc Trung Bộ dự kiến tăng từ 1,6 đến 2,8°C vào năm 2060 theo kịch bản B2. Lượng mưa năm tăng khoảng 4,3-4,7% so với giai đoạn 1980-1999, trong khi lượng mưa mùa khô giảm, mùa mưa tăng, làm thay đổi chế độ thủy văn và nhu cầu nước.
  2. Biến đổi dòng chảy sông Cả: Dòng chảy trung bình năm tại trạm thủy văn Dừa dự kiến tăng 7,3% vào năm 2060, dòng chảy mùa lũ tăng 9%, dòng chảy mùa cạn tăng 5,6%. Sự gia tăng dòng chảy mùa lũ đặt ra yêu cầu nâng cấp công trình để đảm bảo an toàn.
  3. Nhu cầu nước tăng do BĐKH: Nhu cầu nước tưới nông nghiệp tăng từ 2-5% do nhiệt độ tăng và lượng mưa giảm trong mùa khô, hệ số tưới mặt ruộng tăng, dẫn đến dung tích hữu ích hồ chứa cần được điều chỉnh tăng. Thực tế, diện tích tưới đạt 51,2% công suất thiết kế, thấp hơn nhiều so với nhu cầu.
  4. Hiện trạng công trình hồ chứa: Nhiều hồ chứa, đặc biệt hồ Nhà Đường, có hiện trạng xuống cấp như thấm thân đập, tràn xả lũ không đủ khả năng thoát lũ, cống lấy nước nhỏ và không có hành lang kiểm tra. Các công trình được xây dựng từ lâu, chưa tính đến yếu tố BĐKH trong thiết kế.
  5. Giải pháp nâng cấp hồ Nhà Đường: Các phương án nâng cao ngưỡng tràn kết hợp mở rộng khẩu độ tràn hoặc thay thế tràn tự do bằng tràn có cửa van được tính toán cho thấy khả năng tăng lưu lượng xả lũ lên đến 15-20% so với hiện trạng, đồng thời gia cố đập đất và cải tạo cống lấy nước giúp nâng cao an toàn và hiệu quả khai thác.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy biến đổi khí hậu làm tăng áp lực lên hệ thống hồ chứa nước ở Hà Tĩnh, đặc biệt là trong việc cân bằng giữa nguồn nước đến và nhu cầu sử dụng. Sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa làm tăng nhu cầu nước tưới, trong khi dòng chảy mùa lũ tăng đòi hỏi công trình phải có khả năng thoát lũ cao hơn. Hiện trạng nhiều hồ chứa chưa đáp ứng được yêu cầu này, gây nguy cơ mất an toàn và giảm hiệu quả khai thác.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực miền Trung, xu hướng tăng nhiệt độ và biến đổi dòng chảy tương tự được ghi nhận, khẳng định tính cấp thiết của việc nâng cấp và quản lý hồ chứa. Việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật như nâng cao ngưỡng tràn, mở rộng khẩu độ tràn, sử dụng tràn có cửa van và gia cố đập đất là phù hợp với điều kiện địa chất, địa hình và kinh tế của Hà Tĩnh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến đổi nhiệt độ, lượng mưa, dòng chảy trung bình và mùa lũ theo các kịch bản BĐKH, cùng bảng so sánh các phương án nâng cấp công trình về lưu lượng xả lũ và chi phí đầu tư. Điều này giúp minh họa rõ ràng tác động của BĐKH và hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao ngưỡng tràn và mở rộng khẩu độ tràn xả lũ: Thực hiện trong vòng 3-5 năm, ưu tiên hồ Nhà Đường và các hồ có hiện trạng tràn không đảm bảo, nhằm tăng khả năng thoát lũ lên 15-20%, giảm nguy cơ vỡ đập trong mùa mưa lũ. Chủ thể thực hiện là Sở NN&PTNT phối hợp với các đơn vị tư vấn kỹ thuật.
  2. Gia cố thân đập và xử lý chống thấm: Áp dụng các biện pháp đắp áp trúc, tôn cao đập, xử lý nền đập đất tại các hồ chứa có dấu hiệu thấm và mất ổn định, đảm bảo an toàn công trình trong điều kiện dòng chảy lũ tăng. Thời gian thực hiện 5 năm, do các công ty xây dựng thủy lợi và đơn vị quản lý hồ chịu trách nhiệm.
  3. Cải tạo và nâng cấp hệ thống cống lấy nước: Mở rộng khẩu độ cống, xây dựng hành lang kiểm tra và lắp đặt thiết bị điều khiển tự động để nâng cao hiệu quả khai thác nước và an toàn vận hành. Thời gian thực hiện 2-3 năm, do các đơn vị quản lý hồ và công ty thủy lợi phối hợp thực hiện.
  4. Tăng cường quan trắc và quản lý hồ chứa: Lắp đặt hệ thống quan trắc thủy văn, khí tượng và an toàn đập tại các hồ chứa lớn và vừa, xây dựng cơ sở dữ liệu vận hành, đào tạo cán bộ quản lý chuyên môn. Thời gian triển khai liên tục, ưu tiên các hồ trọng điểm. Chủ thể là Sở Tài nguyên Môi trường và Sở NN&PTNT.
  5. Phát triển rừng phòng hộ đầu nguồn và cải thiện lưu vực: Tăng cường trồng rừng, bảo vệ thảm thực vật nhằm giảm dòng chảy lũ đột ngột, tăng khả năng điều tiết nước tự nhiên. Đây là giải pháp phi công trình, cần sự phối hợp của các ngành nông lâm và chính quyền địa phương, thực hiện dài hạn.

Các giải pháp trên cần được đồng bộ triển khai nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo an toàn công trình và thích ứng với biến đổi khí hậu, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững của tỉnh Hà Tĩnh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và thủy lợi: Sở NN&PTNT, Sở Tài nguyên Môi trường các tỉnh miền Trung có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch nâng cấp hồ chứa phù hợp với biến đổi khí hậu.
  2. Các đơn vị tư vấn, thiết kế công trình thủy lợi: Tham khảo các phương pháp tính toán cân bằng nước, điều tiết lũ và giải pháp kỹ thuật nâng cấp công trình nhằm áp dụng vào thiết kế, cải tạo hồ chứa nước trong điều kiện khí hậu thay đổi.
  3. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, môi trường và biến đổi khí hậu: Nghiên cứu lý thuyết, mô hình và số liệu thực tế về tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước và công trình thủy lợi, phục vụ cho các đề tài khoa học và luận văn chuyên ngành.
  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư vùng hạ du: Hiểu rõ về vai trò, hiện trạng và các giải pháp nâng cấp hồ chứa nước, từ đó phối hợp trong công tác quản lý, bảo vệ công trình và ứng phó với thiên tai.

Việc tham khảo luận văn giúp các đối tượng trên có cái nhìn toàn diện, khoa học và thực tiễn để nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển bền vững nguồn nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến hồ chứa nước ở Hà Tĩnh?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình từ 1,6 đến 2,8°C và thay đổi lượng mưa, dẫn đến dòng chảy mùa lũ tăng khoảng 9% và mùa cạn tăng 5,6%. Điều này gây áp lực lên khả năng điều tiết lũ và nhu cầu nước tưới, đòi hỏi nâng cấp công trình để đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác.

  2. Tại sao cần nâng cấp hồ chứa nước Nhà Đường?
    Hồ Nhà Đường có dung tích 3,61 triệu m³, hiện trạng đập đất và tràn xả lũ xuống cấp, không đáp ứng được yêu cầu thoát lũ trong điều kiện BĐKH. Nâng cấp giúp tăng dung tích trữ, cải thiện khả năng điều tiết lũ và đảm bảo an toàn công trình, phục vụ đa mục tiêu phát triển kinh tế xã hội.

  3. Các giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa gồm những gì?
    Bao gồm nâng cao ngưỡng tràn, mở rộng khẩu độ tràn, thay thế tràn tự do bằng tràn có cửa van, gia cố thân đập và xử lý chống thấm, cải tạo cống lấy nước, đồng thời tăng cường quan trắc và quản lý hồ chứa.

  4. Làm thế nào để tính toán nhu cầu nước trong điều kiện biến đổi khí hậu?
    Sử dụng mô hình Cropwat của FAO, tính lượng bốc hơi tiềm năng ET0 theo công thức Perman-Monteith, xác định hệ số tưới Kc cho từng loại cây trồng, kết hợp với lượng mưa hiệu quả để tính nhu cầu nước tưới, từ đó xác định dung tích hồ chứa cần thiết.

  5. Ai là chủ thể thực hiện các giải pháp nâng cấp hồ chứa?
    Chủ yếu là các Sở NN&PTNT, Sở Tài nguyên Môi trường, các công ty thủy lợi, đơn vị tư vấn thiết kế và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện theo kế hoạch và nguồn vốn được phân bổ.

Kết luận

  • Tỉnh Hà Tĩnh có hệ thống hồ chứa nước đa dạng với tổng dung tích trên 1,6 tỷ m³, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và phòng chống thiên tai.
  • Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và dòng chảy, gây áp lực lớn lên công tác quản lý, vận hành và an toàn hồ chứa.
  • Nhu cầu nước tưới và sử dụng tăng từ 2-5%, trong khi nhiều hồ chứa hiện trạng xuống cấp, chưa đáp ứng được yêu cầu mới.
  • Các giải pháp nâng cấp công trình như nâng cao ngưỡng tràn, gia cố đập đất, cải tạo cống lấy nước được đề xuất và tính toán cụ thể cho hồ Nhà Đường, đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác.
  • Khuyến nghị triển khai đồng bộ các giải pháp công trình và phi công trình, tăng cường quan trắc, quản lý và phát triển rừng phòng hộ để thích ứng với biến đổi khí hậu.

Next steps: Triển khai các giải pháp nâng cấp theo lộ trình 3-5 năm, đồng thời xây dựng hệ thống quan trắc và đào tạo cán bộ quản lý. Mời các cơ quan, đơn vị liên quan phối hợp nghiên cứu và áp dụng kết quả để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước.

Call-to-action: Các nhà quản lý, chuyên gia và học viên ngành thủy lợi, môi trường nên nghiên cứu sâu hơn và áp dụng các giải pháp nâng cấp hồ chứa phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu nhằm phát triển bền vững tài nguyên nước tại Hà Tĩnh và khu vực miền Trung.