Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến khả năng lấy nước của cống ngọc trại thuộc hệ thống thủy lợi bắc hưng hải

Luận văn thạc sĩ đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại, hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải.

• Tác giả: Bùi Minh Hoàn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Chín
• Trường học: Đại học Thủy lợi Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy lợi
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• Sơ lược về vùng nghiên cứu
• Tính cấp thiết của đề tài
• MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• Mục tiêu nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu
• CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• Cách tiếp cận
• Phương pháp nghiên cứu
• NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHÍNH CỦA LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu trên thế giới và trong nước
• 1.1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu trên thế giới
• 1.1.2. Tổng quan về biến đổi khí hậu ở trong nước
• 1.1.3. Kịch bản biến đổi khí hậu năm 2016
• 1.1.4. Tình hình biến đổi khí hậu ở Việt Nam
• 1.1.4.1. Sự thay đổi của nhiệt độ
• 1.1.4.2. Sự thay đổi của lượng mưa
• 1.2. Tổng quan về phát triển kinh tế xã hội
• 1.3. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.3.1. Tổng quan các nghiên cứu về biến đổi khí hậu trên thế giới
• 1.3.2. Tổng quan các nghiên cứu về biến đổi khí hậu ở Việt Nam
• 1.4. Tổng quan về hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải
• 1.4.1. Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu
• 1.4.2. Hiện trạng dân sinh kinh tế - xã hội trong vùng nghiên cứu
• 1.4.3. Hiện trạng hệ thống tưới vùng nghiên cứu
• 1.4.3.1. Phân vùng tưới
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA CỐNG NGỌC TRẠI
• 2.1. Dự báo dân số và phát triển của nền kinh tế trong vùng cấp nước của cống Ngọc Trại
• 2.1.1. Dự báo phát triển dân số
• 2.1.2. Phương hướng phát triển ngành nông nghiệp
• 2.1.3. Dự báo phát triển các ngành kinh tế khác (công nghiệp, du lịch)
• 2.2. Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu
• 2.3. Xác định nhu cầu nước của hệ thống theo kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội
• 2.3.1. Tính toán các yếu tố khí tượng, thủy văn
• 2.3.2. Tính toán nhu cầu nước hiện tại
• 2.3.3. Tính toán nhu cầu nước cho giai đoạn 2030
• 2.4. Tính toán cân bằng nước của hệ thống
• 2.4.1. Phương pháp tính toán cân bằng nước cho vùng nghiên cứu
• 2.4.2. Phân tích lựa chọn mô hình mô phỏng dòng chảy
• 2.4.3. Mô phỏng thủy lực hệ thống hiện nay
• 2.4.4. Xác định khả năng đáp ứng lấy nước của cống Ngọc Trại hiện nay
• 2.5. Phân tích khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải trong kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA CỐNG NGỌC TRẠI
• 3.1. Cơ sở và nguyên tắc đề xuất các giải pháp
• 3.1.1. Các cơ sở đề xuất giải pháp
• 3.1.2. Nguyên tắc đề xuất
• 3.2. Nghiên cứu đề xuất giải pháp lấy nước đảm bảo cấp nước cho vùng nghiên cứu
• 3.2.1. Các giải pháp công trình
• 3.3. Mô phỏng kiểm tra hệ thống ứng với các giải pháp đề xuất
• 3.3.1. Phương án cấp nước cho vùng tưới và cấp nước của cống Ngọc Trại
• 3.3.2. Mô phỏng cống Ngọc trại trong trường hợp mở rộng cống
• 3.4. Phân tích, đánh giá lựa chọn các phương án
• 3.4.1. Kết quả tính toán cho từng phương án tưới và cấp nước
• 3.5. Sơ bộ đánh giá hiệu quả và đề xuất phương án chọn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC CHO CÁC LOẠI CÂY TRỒNG
• XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN CỦA MÔ HÌNH THỦY LỰC
• KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THỦY LỰC CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP NƯỚC

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế

Biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sự phát triển kinh tế đến hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, đặc biệt là cống Ngọc Trại. Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước. Đồng thời, sự phát triển kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp và công nghiệp, làm tăng nhu cầu sử dụng nước, gây áp lực lên hệ thống thủy lợi.

1.1. Tác động của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đã gây ra những thay đổi đáng kể về nhiệt độ và lượng mưa tại khu vực nghiên cứu. Theo kịch bản biến đổi khí hậu năm 2016, nhiệt độ trung bình tại Việt Nam có xu hướng tăng, trong khi lượng mưa có sự biến động lớn. Những thay đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước, làm giảm lượng nước sẵn có và tăng nguy cơ hạn hán. Điều này đặt ra thách thức lớn cho việc quản lý và sử dụng nước hiệu quả, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu nước ngày càng tăng.

1.2. Tác động của phát triển kinh tế

Sự phát triển kinh tế tại khu vực nghiên cứu, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp và công nghiệp, đã làm tăng nhu cầu sử dụng nước. Việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và vật nuôi, cùng với sự mở rộng các khu công nghiệp, đã đặt ra yêu cầu cao hơn về nguồn nước. Điều này gây áp lực lên hệ thống thủy lợi, đặc biệt là cống Ngọc Trại, vốn đã bị xuống cấp và không đáp ứng đủ nhu cầu tưới tiêu. Nghiên cứu này nhấn mạnh sự cần thiết của việc nâng cao khả năng cấp nước để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế.

II. Khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại

Khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế. Nghiên cứu này đã tiến hành đánh giá hiện trạng và dự báo nhu cầu nước trong tương lai, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao khả năng cấp nước của cống. Cống Ngọc Trại hiện đang bị xuống cấp, dẫn đến khả năng điều tiết nước không đáp ứng đủ nhu cầu tưới tiêu, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự phát triển kinh tế.

2.1. Hiện trạng khả năng lấy nước

Cống Ngọc Trại được xây dựng từ những năm 60 của thế kỷ trước và hiện đang bị xuống cấp nghiêm trọng. Khả năng điều tiết nước của cống không đáp ứng đủ nhu cầu tưới tiêu cho 1600 ha diện tích canh tác lúa màu, nuôi trồng thủy sản và công nghiệp tại khu vực. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nguồn nước ngày càng khan hiếm, đặt ra yêu cầu cấp thiết phải nâng cấp và cải tạo cống để đảm bảo nguồn nước ổn định cho sản xuất nông nghiệp và các ngành kinh tế khác.

2.2. Dự báo nhu cầu nước trong tương lai

Nghiên cứu đã tiến hành dự báo nhu cầu nước cho giai đoạn 2030 dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu và sự phát triển kinh tế. Kết quả cho thấy, nhu cầu nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và các ngành khác sẽ tăng đáng kể. Điều này đặt ra thách thức lớn cho việc quản lý và phân phối nước, đặc biệt là trong bối cảnh nguồn nước ngày càng khan hiếm. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại để đáp ứng nhu cầu trong tương lai.

III. Giải pháp nâng cao khả năng cấp nước

Nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế. Các giải pháp bao gồm nâng cấp cống, cải thiện hệ thống thủy lợi và áp dụng các mô hình quản lý nước hiệu quả. Những giải pháp này không chỉ giúp đảm bảo nguồn nước ổn định cho sản xuất nông nghiệp mà còn góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội tại khu vực.

3.1. Giải pháp công trình

Nghiên cứu đề xuất việc nâng cấp và cải tạo cống Ngọc Trại để tăng khả năng điều tiết nước. Các giải pháp công trình bao gồm mở rộng kích thước cống, cải thiện hệ thống kênh dẫn và nâng cao hiệu quả vận hành. Những giải pháp này sẽ giúp đảm bảo nguồn nước ổn định cho 1600 ha diện tích canh tác, đồng thời giảm thiểu nguy cơ ngập lụt và hạn hán trong khu vực.

3.2. Giải pháp quản lý

Bên cạnh các giải pháp công trình, nghiên cứu cũng đề xuất áp dụng các mô hình quản lý nước hiệu quả. Việc sử dụng các công cụ quản lý hiện đại như GIS và mô hình thủy lực sẽ giúp tối ưu hóa việc phân phối nước, đảm bảo nguồn nước được sử dụng một cách hiệu quả và bền vững. Những giải pháp này không chỉ nâng cao khả năng lấy nước của cống Ngọc Trại mà còn góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội tại khu vực.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải là một trong những đại công trình thủy nông lớn nhất miền Bắc Việt Nam với diện tích tự nhiên 214.932 ha và diện tích canh tác trong đê đạt 192.887 ha. Trong tổng thể mạng lưới liên tỉnh này, cống Ngọc Trại giữ vị trí huyết mạch điều tiết nguồn nước từ sông Đình Đào qua kênh Đồng Tràng, phục vụ trực tiếp cho hơn 1.600 ha đất canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, phát triển công nghiệp và sinh hoạt của 14.719 người dân thuộc 7 xã của hai huyện Tứ Kỳ và Gia Lộc, tỉnh Hải Dương.

Tuy nhiên, bối cảnh biến đổi khí hậu đang tạo ra những áp lực chưa từng có lên nguồn tài nguyên nước. Theo kịch bản biến đổi khí hậu, nhiệt độ trung bình tại đồng bằng Bắc Bộ có xu thế tăng từ 1,0°C đến 3,8°C, trong khi lượng mưa vụ chiêm xuân suy giảm rõ rệt và xuất hiện nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan. Đồng thời, việc phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng với tốc độ tăng trưởng GDP địa phương trên 6,0%/năm đã làm gia tăng đột biến nhu cầu sử dụng nước ở tất cả các ngành.

Cống Ngọc Trại được xây dựng từ những năm 1960 với khẩu độ thông nước 4,4 m x 3,15 m và cao trình đáy cống ở mức -0,93 m hiện đã xuống cấp nghiêm trọng. Thân cống xuất hiện nhiều vết nứt rộng từ 5 cm đến 10 cm, dàn van điều tiết bị nghiêng lệch, lòng dẫn thượng và hạ lưu bị xói lở sâu. Tình trạng này khiến công trình không thể lấy đủ nước tự chảy trong các đợt đổ ải vụ chiêm xuân, đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước và an toàn vận hành.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá tác động kép của biến đổi khí hậu theo kịch bản phát thải cao RCP 8.5 và sự gia tăng nhu cầu dùng nước theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2030. Từ đó, tác giả tiến hành tính toán cân bằng nước, mô phỏng chế độ thủy lực dòng chảy và đề xuất giải pháp công trình tối ưu nhằm khôi phục và nâng cao năng lực cấp nước cho toàn vùng hưởng lợi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước và biến đổi khí hậu:

Thứ nhất, lý thuyết cân bằng nước lưu vực và hệ thống thủy nông dựa trên nguyên lý bảo toàn khối lượng dòng chảy. Phương trình cân bằng nước tổng quát được thiết lập nhằm so sánh tổng lượng nước đến từ sông Đình Đào với tổng lượng nước yêu cầu của các đối tượng tiêu thụ (trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản, công nghiệp, sinh hoạt và dòng chảy môi trường) trong từng thời đoạn phân phối với tần suất bảo đảm tưới thiết kế P = 85%.

Thứ hai, lý thuyết thủy lực dòng chảy không ổn định trong hệ thống kênh hở dựa trên hệ phương trình vi phân một chiều Saint-Venant (gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng). Lý thuyết này cho phép mô phỏng chính xác sự biến đổi mực nước, lưu lượng và vận tốc dòng chảy dọc theo mạng lưới sông trục chính và kênh nhánh dưới tác động của thủy triều và công trình điều tiết.

Thứ ba, khung kịch bản biến đổi khí hậu nồng độ khí nhà kính cao RCP 8.5 do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2016. Khung này cung cấp các dự báo định lượng về mức tăng nhiệt độ, biến đổi lượng mưa mùa và các giá trị cực trị khí hậu làm cơ sở xác định lượng bốc thoát hơi tiềm năng (ETo) theo phương pháp FAO Penman-Monteith.

Các khái niệm then chốt trong nghiên cứu bao gồm: hệ số tưới mặt ruộng (l/s/ha), lưu lượng duy trì dòng chảy sinh thái môi trường, cao trình đáy cống, khẩu độ thoát nước và chỉ số hiệu quả mô hình Nash-Sutcliffe.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập toàn diện từ chuỗi quan trắc khí tượng thủy văn giai đoạn 1958-2014 của 9 trạm khu vực đồng bằng sông Hồng, tài liệu đo đạc địa hình lòng dẫn cập nhật năm 2016 và số liệu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của 7 tiểu vùng hưởng lợi đến năm 2030 (diện tích lưu vực từ 4,15 km2 tại Hoàng Diệu đến 10,20 km2 tại Gia Khánh).

Phương pháp nghiên cứu tích hợp phương pháp điều tra thực địa, phân tích thống kê toán học và mô hình hóa thủy lực số trị:

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu sử dụng chuỗi số liệu thủy văn liên tục 57 năm thời kỳ nền và chuỗi dữ liệu thực đo mực nước chi tiết theo giờ tại trạm kiểm định Cầu Vạn cùng các cống An Thổ, Cầu Xe từ 0h ngày 27/01/2016 đến 24h ngày 10/02/2016 (đợt 1 đổ ải vụ xuân) và đợt tháng 10/2016. Việc chọn mẫu đo đạc tập trung vào các đợt căng thẳng nguồn nước nhất trong năm đại diện cho điều kiện biên thủy lực bất lợi.

Mô hình phân tích: Phần mềm mô phỏng thủy lực chuyên dụng MIKE 11 (DHI) được lựa chọn nhờ khả năng giải phương trình Saint-Venant bằng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm Abbot-Ionescu, rất phù hợp với mạng lưới kênh tưới tiêu phức tạp chịu ảnh hưởng thủy triều như hệ thống Bắc Hưng Hải. Mô hình được hiệu chỉnh với hệ số nhám Manning dao động từ 0,025 đến 0,040. Quá trình kiểm định cho thấy sai số mực nước đỉnh lũ và chân triều giữa tính toán và thực đo đều dưới 0,05 m, hệ số Nash-Sutcliffe đạt trên 0,85, khẳng định độ tin cậy khoa học cao của mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán nhu cầu nước và mô phỏng thủy lực đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, nhu cầu dùng nước của toàn hệ thống tăng mạnh do quá trình đô thị hóa và chuyển đổi cơ cấu sản xuất. Đến năm 2030, dân số vùng nghiên cứu tăng từ 14.719 người lên 16.191 người; đàn gia súc gia cầm tăng từ 15.700 con lên hơn 31.000 con; diện tích đất công nghiệp mở rộng từ 35,7 ha lên khoảng 45 ha. Đặc biệt, diện tích ngô vụ chiêm tăng 79,6% (từ 270 ha lên 485 ha), làm tổng lưu lượng nước yêu cầu của các ngành kinh tế trong thời kỳ cao điểm tăng thêm 22,4% so với hiện trạng.

Thứ hai, nguy cơ thiếu hụt nguồn nước tự chảy nghiêm trọng trong giai đoạn đổ ải vụ chiêm xuân. Với tần suất cấp nước P = 85% theo kịch bản RCP 8.5, lượng mưa mùa khô giảm kết hợp mực nước trên sông Đình Đào hạ thấp khiến lưu lượng lấy qua cống Ngọc Trại hiện trạng chỉ đáp ứng được khoảng 65% đến 70% nhu cầu thực tế. Tình trạng thiếu hụt lưu lượng đỉnh điểm dao động từ 1,8 m3/s đến 2,4 m3/s, dẫn đến nguy cơ chậm thời vụ gieo cấy lúa xuân trên diện tích hơn 920 ha.

Thứ ba, sự suy giảm năng lực dẫn dòng do hạn chế kích thước hình học và sự hư hỏng của cống hiện tại. Với khẩu độ B = 4,4 m và cao trình đáy -0,93 m, cống tạo ra sự co hẹp dòng chảy đột ngột, gây tổn thất cột nước cục bộ từ 0,35 m đến 0,50 m giữa thượng lưu và hạ lưu. Khi mực nước sông xuống dưới ngưỡng +0,50 m, khả năng tiếp nhận nước của kênh Đồng Tràng gần như bị triệt tiêu hoàn toàn.

Thứ tư, hiệu quả vượt trội khi mở rộng khẩu độ và hạ thấp cao trình đáy cống. Khi mô phỏng phương án mở rộng cống lên khẩu độ B = 5,0 m và hạ đáy xuống -1,50 m, lưu lượng qua cống tăng trung bình 38,5%, mực nước hạ lưu kênh Đồng Tràng dâng cao thêm từ 0,25 m đến 0,42 m, bảo đảm tự chảy thông suốt vào hệ thống kênh nhánh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng thiếu nước tại cống Ngọc Trại xuất phát từ sự tác động cộng hưởng: biến đổi khí hậu làm gia tăng nền nhiệt và lượng bốc thoát hơi, trong khi đáy sông Hồng và các sông trục chính bị xói sâu do sụt giảm bùn cát thượng nguồn và hoạt động khai thác cát. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công bố khoa học của Lại Tiến Vinh (năm 2016) và Vũ Văn Minh (năm 2011), khi chỉ ra rằng lưu lượng mùa kiệt toàn lưu vực sông Hồng - Thái Bình có xu hướng giảm sâu, gây thiếu hụt nguồn nước từ 15% đến 17%.

Để trực quan hóa các phát hiện, dữ liệu nghiên cứu được trình bày chi tiết qua các biểu đồ diễn biến đường quá trình mực nước thượng hạ lưu cống Ngọc Trại giai đoạn 27/01 đến 10/02 và bảng so sánh 6 phương án thủy lực (tổ hợp khẩu độ B = 4,4 m; 5,0 m và cao trình đáy Zđáy = -0,93 m; -1,20 m; -1,50 m). Các đường quá trình thủy lực chỉ rõ rằng việc giữ nguyên kích thước cống cũ sẽ làm gia tăng số giờ nghẽn dòng trong vụ chiêm xuân lên gấp 2,5 lần vào năm 2030, trong khi phương án nâng cấp toàn diện giúp triệt tiêu hoàn toàn điểm nghẽn thủy lực này.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để tình trạng thiếu nước và nâng cao năng lực chủ động cấp nước cho vùng dự án đến năm 2030, tác giả đề xuất hệ thống 4 giải pháp đồng bộ:

Thứ nhất, cải tạo nâng cấp công trình cống Ngọc Trại. Thực hiện phá dỡ cống cũ đã xuống cấp và xây dựng cống mới bằng bê tông cốt thép M300 với khẩu độ thông nước mở rộng từ B = 4,4 m lên B = 5,0 m; hạ cao trình đáy cống từ -0,93 m xuống -1,50 m; lắp đặt cửa van phẳng thép không gỉ vận hành bằng máy đóng mở thủy lực tự động. Mục tiêu bảo đảm lưu lượng lấy nước đạt 6,2 m3/s trong đợt xả tăng cường hồ chứa thủy điện. Đơn vị thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương làm chủ đầu tư, hoàn thành trước năm 2026.

Thứ hai, nạo vét và kiên cố hóa hệ thống kênh dẫn Đồng Tràng. Tiến hành nạo vét mở rộng 12,5 km lòng dẫn kênh Đồng Tràng đạt cao trình đáy thiết kế đồng bộ -1,60 m; gia cố kè lát mái chống sạt lở tại các đoạn xung yếu dài khoảng 4,2 km. Đơn vị thực hiện: Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Khai thác Công trình Thủy lợi Bắc Hưng Hải phối hợp cùng Ủy ban nhân dân huyện Tứ Kỳ và Gia Lộc, thực hiện trong giai đoạn 2024-2027.

Thứ ba, tái cơ cấu mùa vụ và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước. Giảm dần diện tích lúa thuần từ 1.066 ha xuống 923 ha; mở rộng diện tích ngô chiêm và rau màu chất lượng cao lên 485 ha; ứng dụng kỹ thuật tưới nông - lộ - phơi (AWD) cho lúa giúp tiết kiệm từ 18% đến 25% lượng nước tưới mặt ruộng. Đơn vị thực hiện: Phòng Nông nghiệp huyện Tứ Kỳ, Gia Lộc cùng các Hợp tác xã nông nghiệp địa phương, triển khai liên tục từ năm 2024 đến năm 2030.

Thứ tư, thiết lập hệ thống quan trắc tự động và điều hành tưới thông minh. Lắp đặt 05 trạm đo mực nước tự động truyền dữ liệu thời gian thực (IoT) tại thượng, hạ lưu cống Ngọc Trại và sông Đình Đào; tích hợp phần mềm hỗ trợ ra quyết định vận hành đóng mở cống theo diễn biến con triều. Đơn vị thực hiện: Ban Quản lý Khai thác Hệ thống Bắc Hưng Hải, triển khai trong giai đoạn 2025-2027.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, các cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp khai thác công trình thủy lợi (Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương, Công ty TNHH MTV Khai thác CTTL Bắc Hưng Hải). Luận văn cung cấp cơ sở khoa học định lượng và phương án thiết kế để lập dự án đầu tư nâng cấp cống Ngọc Trại, quản lý hiệu quả nguồn nước cho 192.887 ha lưu vực Bắc Hưng Hải.

Thứ hai, các kỹ sư tư vấn thiết kế và viện nghiên cứu quy hoạch thủy lợi. Tài liệu cung cấp phương pháp luận chi tiết về việc kết hợp mô hình MIKE 11 với kịch bản RCP 8.5 để giải bài toán khẩu độ cống vùng triều có cao trình đáy biến đổi, có thể áp dụng tương tự cho hơn 800 cống tưới tiêu khác tại vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, Thủy văn và Biến đổi khí hậu. Đây là tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình tính toán cân bằng nước đa mục tiêu (nông nghiệp, công nghiệp, dân sinh, môi trường) và quy trình kiểm định mô hình thủy lực với hệ số Nash-Sutcliffe trên 0,85.

Thứ tư, chính quyền địa phương cấp huyện (Ủy ban nhân dân huyện Tứ Kỳ và Gia Lộc). Luận văn là căn cứ thực tiễn để xây dựng kế hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho 1.600 ha đất nông nghiệp và quy hoạch mở rộng các cụm công nghiệp nông thôn phù hợp với khả năng cấp nước đến năm 2030.

Câu hỏi thường gặp

Nghiên cứu lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu nào để tính toán và lý do lựa chọn là gì?

Nghiên cứu lựa chọn kịch bản nồng độ phát thải cao RCP 8.5 công bố năm 2016. Do cống Ngọc Trại là công trình hạ tầng thủy lợi mang tính kiên cố lâu dài, việc chọn kịch bản cực đoan nhất (nhiệt độ tăng từ 3,3°C đến 4,0°C vào cuối thế kỷ và biến động mưa mùa kiệt gay gắt) sẽ bảo đảm công trình an toàn và đáp ứng tốt năng lực cấp nước trong mọi tình huống bất lợi đến năm 2030 và tầm nhìn xa hơn.

Tại sao cống Ngọc Trại hiện trạng không còn đáp ứng đủ nhu cầu cấp nước?

Cống được xây dựng từ thập niên 1960 với kích thước nhỏ hẹp (BxH = 4,4x3,15 m, đáy -0,93 m), hiện đã nứt vỡ từ 5 cm đến 10 cm và nghiêng dàn van. Trong khi đó, nhu cầu nước tăng thêm 22,4% do phát triển công nghiệp và mở rộng 485 ha ngô chiêm. Mực nước sông Đình Đào suy giảm mạnh vào mùa kiệt khiến cống bị nghẽn thủy lực, thiếu hụt từ 1,8 đến 2,4 m3/s.

Phương án công trình nào được chứng minh là tối ưu nhất trong nghiên cứu?

Phương án tối ưu được lựa chọn qua mô phỏng 6 kịch bản thủy lực là mở rộng khẩu độ cống lên B = 5,0 m và hạ sâu cao trình đáy xuống Zđáy = -1,50 m. Phương án này giúp tăng lưu lượng dẫn nước qua cống thêm 38,5%, nâng cao mực nước kênh Đồng Tràng thêm 0,25 m đến 0,42 m, giải quyết triệt để tình trạng thiếu hụt nước đổ ải.

Mô hình MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên chuỗi số liệu nào?

Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng chuỗi số liệu thực đo mực nước chi tiết theo giờ tại trạm Cầu Vạn và hệ thống sông Đình Đào trong đợt đổ ải vụ xuân (27/01 đến 10/02/2016) và đợt tháng 10/2016. Kết quả đạt độ chính xác cao với sai số mực nước dưới 0,05 m và hệ số Nash-Sutcliffe đạt trên 0,85.

Các giải pháp phi công trình có vai trò như thế nào trong nghiên cứu?

Giải pháp phi công trình đóng vai trò bổ trợ chiến lược thông qua việc chuyển đổi 485 ha cây trồng cạn chịu hạn, áp dụng kỹ thuật tưới nông - lộ - phơi tiết kiệm từ 18% đến 25% lượng nước và lắp đặt 05 trạm quan trắc tự động giúp giảm áp lực vận hành công trình trong các đợt kiệt dòng kéo dài.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá toàn diện tác động kép của biến đổi khí hậu (kịch bản RCP 8.5) và phát triển kinh tế xã hội đến khả năng cấp nước của cống Ngọc Trại thuộc hệ thống Bắc Hưng Hải đến năm 2030.
• Xác định định lượng sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước của 7 tiểu vùng đạt mức tăng 22,4%, dẫn đến thiếu hụt lưu lượng đỉnh từ 1,8 m3/s đến 2,4 m3/s trong các đợt đổ ải vụ chiêm xuân.
• Ứng dụng thành công mô hình thủy lực MIKE 11 với độ tin cậy cao (chỉ số Nash-Sutcliffe trên 0,85) để mô phỏng chính xác chế độ dòng chảy và kiểm chứng 6 phương án kết cấu công trình.
• Khẳng định phương án kỹ thuật tối ưu: mở rộng khẩu độ cống lên B = 5,0 m, hạ cao trình đáy xuống -1,50 m kết hợp nạo vét kênh dẫn Đồng Tràng giúp tăng năng lực lấy nước tự chảy thêm 38,5%.
• Đề xuất hệ thống giải pháp phi công trình thiết thực bao gồm chuyển đổi 485 ha ngô vụ chiêm, ứng dụng tưới tiết kiệm 20% nước và lắp đặt hệ thống quan trắc mực nước tự động.

Đóng góp nổi bật của luận văn là cung cấp luận cứ khoa học định lượng và giải pháp công trình cụ thể, có tính khả thi cao nhằm nâng cao năng lực lấy nước cho cống Ngọc Trại, góp phần bảo đảm an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế bền vững cho 1.600 ha vùng dự án.

Về lộ trình tiếp theo, các cơ quan chức năng cần hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật trong giai đoạn 2024-2025 và bố trí nguồn vốn đầu tư công để khởi công nâng cấp cống Ngọc Trại trước mùa cạn năm 2026. Các nhà quản lý thủy nông, kỹ sư và chuyên gia quan tâm có thể tiếp tục khai thác bộ dữ liệu chi tiết của luận văn để ứng dụng vào công tác vận hành hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.Tổng quan về biến đổi khí hậu trên thế giới và trong nước 1.Tổng quan về biến đổi khí hậu trên thế giới Sự biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Biểu hiện rõ nhất là sự nóng lên của trái đất, là băng tan, nước biển dâng cao; là các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài… dẫn đến thiếu lương thực, thực phẩm và xuất hiện hàng loạt dịch bệnh trên người, gia súc, gia cầm… Có thể thấy tác hại theo hướng nóng lên toàn cầu thể hiện ở 10 điều tồi tệ sau đây: gia tăng mực nước biển, băng hà lùi về hai cực, những đợt nóng, bão tố và lũ lụt, khô hạn, tai biến, suy thoái kinh tế, xung đột và chiến tranh, mất đi sự đa dạng sinh học và phá huỷ hệ sinh thái. Những minh chứng cho các vấn đề này được biểu hiện qua hàng loạt tác động cực đoan của khí hậu trong thời gian gần đây như đã có khoảng 250 triệu người bị ảnh hưởng bởi những trận lũ lụt ở Nam Á, châu Phi và Mexico. Các nước Nam Âu đang đối mặt nguy cơ bị hạn hán nghiêm trọng dễ dẫn tới những trận cháy rừng, sa mạc hóa, còn các nước Tây Âu thì đang bị đe dọa xảy ra những trận lũ lụt lớn, do mực nước biển dâng cao cũng như những đợt băng giá mùa đông khốc liệt.

Những trận bão lớn vừa xẩy ra tại Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ.có nguyên nhân từ hiện tượng trái đất ấm lên trong nhiều thập kỷ qua. Những dữ liệu thu được qua vệ tinh từng năm cho thấy số lượng các trận bão không thay đổi, nhưng số trận bão, lốc cường độ mạnh, sức tàn phá lớn đã tăng lên, đặc biệt ở Bắc Mỹ, tây nam Thái Bình Dương, Ân Độ Dương, bắc Đại Tây Dương. Một nghiên cứu với xác suất lên tới 90%.cho thấy sẽ có ít nhất 3 tỷ người rơi vào cảnh thiếu lương thực vào năm 2100, do tình trạng ấm lên của Trái đất. Sự nóng lên của Trái đất, băng tan đã dẫn đến mực nước biển dâng cao.

Nếu khoảng thời gian 1962 - 2003, lượng nước biển trung bình toàn cầu tăng 1,8mm/năm, thì từ 1993 - 2003 mức tăng là 3,1mm/năm. Tổng cộng, trong 100 năm qua, mực nước biển đã tăng 0,31m. Theo quan sát từ vệ tinh, diện tích các lớp băng ở Bắc cực, Nam cực, băng ở Greenland và một số núi băng ở Trung Quốc đang dần bị thu hẹp. Chính sự tan 6 chảy của các lớp băng cùng với sự nóng lên của khí hậu các đại dương toàn cầu (tới độ sâu 3.000m) đã góp phần làm cho mực nước biển dâng cao.

Dự báo đến cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ trung bình sẽ tăng lên khoảng từ 2,0 - 4,5oC và mực nước biển toàn cầu sẽ tăng từ 0,18m - 0,59m.Tổng quan về biến đổi khí hậu ở trong nước Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã và đang có những ảnh hưởng sâu rộng đến đời sống kinh tế, chính trị, xã hội của Việt Nam. Đặc biệt là hiện tượng hạn hán, xâm ngập mặn tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long vừa qua đang ảnh hưởng nghiêm trọng tới nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào sản xuất nông nghiệp của nước ta. Là một trong những nước chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, Việt Nam coi ứng phó với biến đổi khí hậu là vấn đề có ý nghĩa sống còn. Vì vậy, thực hiện chỉ đạo của Chính phủ, Bộ Tài Nguyên và Môi trường giao Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường chủ trì, phối hợp với các cơ quan nghiên cứu và các đơn vị quản lý nhà nước, xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng chi tiết cho Việt Nam.

Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng là cần thiết làm cơ sở để đánh giá mức độ và tác động của biến đổi khí hậu đến các lính vực, các ngành và các địa phương, từ đó đề ra các giải pháp ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu. Năm 2009, trên cở sở tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng và công bố kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng đầu tiên cho Việt Nam. Tuy nhiên, mức độ chi tiết của kịch bản chỉ giới hạn cho 7 vùng khí hậu và dải ven biển Việt Nam để kịp thời phục vụ các Bộ, ngành và các địa phương thực hiện Chương trình mục tiêu Quốc gia về ứng phó với biến đổi khí hậu. Năm 2011, Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu được ban hành, xác định các mục tiêu ưu tiên cho từng giai đoạn, theo đó Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng dựa trên các nguồn dữ liệu, các điều kiện khí hậu cụ thể của Việt Nam và các sản phẩm của các mô hình khí hậu tại thời điểm đó.

Kịch bản khí hậu lần này được xây dựng chi tiết đến cấp tỉnh, kịch bản nước biển dâng được chi tiết cho các khu vực ven biển Việt Nam theo từng thập kỷ của thế kỷ 21. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam năm 2016 được cập nhật 7 theo lộ trình đã được xác định trong Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễn biến, xu thế biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam. Sau một thời gian nghiên cứu và sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Văn Chín tác giả chọn kịch bản này cho luận văn của mình.Kịch bản biến đổi khí hậu năm 2016 Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu. Trong những năm qua, dưới tác động của biến đổi khí hậu, tần suất và cường độ các thiên tai ngày càng gia tăng, gây nhiều tổn thất to lớn về người, tài sản, cơ sở hạ tầng, về kinh tế, văn hoá, xã hội, tác động xấuđến môi trường.

Tác động của biến đổi khí hậu đối với nước ta là rất nghiêm trọng, là nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói giảm nghèo, cho việc thực hiện các mục tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của đất nước. Việt Nam đã rất nỗ lực ứng phó với biến đổi khí hậu, thể hiện qua các chính sách và các chương trình quốc gia. Thực hiện chỉ đạo của Chính phủ về việc cập nhật và chi tiết hóa kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi trường giao Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu chủ trì, phối hợp với các cơ quan nghiên cứu trong và ngoài nước, xây dựng và cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu chi tiết cho Việt Nam. Kịch bản biến đổi khí hậu chi tiết năm 2016 được xây dựng dựa trên cơ sở các số liệu khí tượng thủy văn và mực nước biển của Việt Nam cập nhật đến năm 2014; số liệu địa hình được cập nhật đến tháng 3 năm 2016; phương pháp mới nhất trong Báo cáo đánh giá khí hậu lần thứ 5 của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu; các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao; theo phương pháp chi tiết hóa động lực kết hợp hiệu chỉnh thống kê sản phẩm mô hình.

Các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng có mức độ chi tiết đến đơn vị hành chính cấp tỉnh và các đảo, quần đảo của Việt Nam. Bản đồ nguy cơ ngập do nước biển dâng có mức độ chi tiết đến cấp huyện và đến cấp xã đối với các khu vực có bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Kịch bản về một số đặc trưng cực trị khí hậu được cung cấp để phục vụ công tác quy hoạch. 8 Các phương pháp và nguồn số liệu để xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam được kế thừa từ các nghiên cứu trước đây và được cập nhật đến năm 2014.

Thời kỳ 1986-2005 được chọn là thời kỳ cơ sở để so sánh sự thay đổi của khí hậu và nước biển dâng. Tình hình biến đổi khí hậu ở Việt Nam 1. Sự thay đổi của nhiệt độ Nhiệt độ có xu thế tăng ở hầu hết các trạm quan trắc, tăng nhanh trong những thập kỷ gần đây. Trung bình cả nước, nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1958-2014 tăng khoảng 0,62oC, riêng giai đoạn (1985-2014) nhiệt độ tăng khoảng 0,42oC.

Tốc độ tăng trung bình mỗi thập kỷ khoảng 0,10oC, thấp hơn giá trị trung bình toàn cầu (0,12oC/thập kỷ, IPCC 2013). Nhiệt độ trung bình năm: Theo kịch bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 0,6÷0,8oC. Vào giữa thế kỷ, mức tăng từ 1,3÷1,7oC. Trong đó, khu vực Bắc Bộ (Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ) có mức tăng từ 1,6÷1,7oC; khu vực Bắc Trung Bộ từ 1,5÷1,6oC; khu vực phía Nam (Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ) từ 1,3÷1,4oC.

Đến cuối thế kỷ, ở phía Bắc nhiệt độ tăng chủ yếu từ 1,9÷2,4oC và ở phía Nam từ 1,7÷1,9oC. Theo kịch bản RCP8.5, vào đầu thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 0,8÷1,1oC. Vào giữa thế kỷ, mức tăng phổ biến từ 1,8÷2,3oC. Trong đó, khu vực phía Bắc tăng phổ biến từ 2,0÷2,3oC và ở phía Nam từ 1,8÷1,9oC.

Đến cuối thế kỷ, nhiệt độ ở phía Bắc tăng từ 3,3÷4,0oC và ở phía Nam từ 3,0÷3,5oC. Mức tăng nhiệt độ trung bình năm của các giai đoạn đầu, giữa và cuối thế kỷ so với thời kỳ cơ sở cho một số tỉnh Đông bắc bộ, thành phố được trình bày ở Bảng dưới đây. Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ cơ sở (Giá trị trong ngoặc đơn là khoảng biến đổi quanh giá trị trung bình với cận dưới 10% và cận trên 90%) Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.