Nghiên Cứu Đánh Giá Mức Độ Căng Thẳng Nguồn Nước Cho Thành Phố Đà Nẵng

Luận án tiến sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật nghiên cứu đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước cho thành phố đà nẵng, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp tri

• Tác giả: Nguyễn Đại Trung
• Người hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Đức
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Đánh Giá Căng Thẳng Nguồn Nước Thành Phố Đà Nẵng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CĂNG THẲNG NGUỒN NƯỚC VÀ GIỚI THIỆU VỀ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
• 1.1. Các nghiên cứu về căng thẳng nguồn nước trên thế giới
• 1.1.1. Một số khái niệm và định nghĩa
• 1.1.2. Tổng quan nghiên cứu về căng thẳng nguồn nước trên thế giới
• 1.1.3. Tổng quan nghiên cứu xác định mức độ căng thẳng nguồn nước
• 1.2. Các nghiên cứu trong nước và tại thành phố Đà Nẵng
• 1.2.1. Các nghiên cứu về căng thẳng nguồn nước ở Việt nam
• 1.2.2. Một số nghiên cứu gần đây về tài nguyên nước có liên quan trên LVS Vu Gia Thu Bồn và thành phố Đà Nẵng
• 1.3. Giới thiệu khu vực nghiên cứu thành phố Đà Nẵng
• 1.3.1. Đặc điểm tự nhiên và KTXH khu vực nghiên cứu
• 1.3.2. Đặc điểm về tài nguyên nước
• 1.3.3. Hiện trạng khai thác sử dụng nước
• 1.3.4. Những tồn tại, hạn chế về CTN thành phố và định hướng nghiên cứu
• 1.3.4.1. Những tồn tại và hạn chế về nghiên cứu đánh giá mức độ CTN các thành phố ở Việt Nam
• 1.3.4.2. Định hướng nghiên cứu của luận án
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ CĂNG THẲNG NGUỒN NƯỚC
• 2.1. Lựa chọn hướng tiếp cận khung đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước
• 2.2. Phương pháp luận xác định bộ chỉ số căng thẳng nguồn nước
• 2.2.1. Cấu trúc bộ chỉ số đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước
• 2.2.2. Phương pháp xác định bộ chỉ số căng thẳng nguồn nước
• 2.2.3. Xác định trọng số cho các chỉ số
• 2.3. Phương pháp tính toán bộ chỉ số căng thẳng nguồn nước WSI
• 2.3.1. Nhóm thứ nhất: Nguồn nước và khai thác sử dụng nước (WSI_1)
• 2.3.2. Nhóm thứ hai: Hệ sinh thái và môi trường (WSI_2)
• 2.3.3. Nhóm thứ ba: Cung cấp nước sinh hoạt từ CTCNTT (WSI_3)
• 2.3.4. Nhóm thứ tư: Năng lực ứng phó với tình trạng CTN (WSI_4)
• 2.3.5. Tổng hợp các chỉ số đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước
• 2.4. Phương pháp mô hình toán
• 2.4.1. Mô phỏng diễn biến tài nguyên nước
• 2.4.2. Cơ sở dữ liệu tính toán
• 2.4.3. Mô hình MIKE NAM tính toán thủy văn
• 2.4.4. Mô hình MIKE HYDRO BASIN tính toán cân bằng nước
• 2.4.5. Mô hình thủy động lực học MIKE 11 (HD, AD)
• 2.5. Phân ngưỡng mức độ căng thẳng nguồn nước
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ CĂNG THẲNG NGUỒN NƯỚC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU
• 3.1. Hiện trạng căng thẳng nguồn nước trên địa bàn thành phố Đà Nẵng
• 3.1.1. Khả năng đáp ứng nguồn nước trên LVS Cu Đê và Túy Loan
• 3.1.2. Hạ lưu sông Vu Gia Thu Bồn tại An Trạch, Bàu Nít và Tứ Câu
• 3.1.3. Thực trạng căng thẳng nguồn nước, thiếu nước thành phố Đà Nẵng
• 3.2. Dự báo nhu cầu sử dụng nước và xác định dòng chảy về Đà Nẵng
• 3.2.1. Tính toán và dự báo nhu cầu sử dụng nước
• 3.2.2. Tính toán xác định dòng chảy về thành phố Đà Nẵng
• 3.3. Tính toán chỉ số đánh giá mức độ CTN thành phố Đà Nẵng
• 3.3.1. Tính toán các chỉ số
• 3.3.2. Mức độ căng thẳng nguồn nước qua bộ chỉ số
• 3.3.3. Đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước thành phố Đà Nẵng
• 3.4. Đề xuất giải pháp giảm thiểu mức độ CTN thành phố Đà Nẵng
• 3.4.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất giải pháp
• 3.4.2. Định hướng giải pháp chung nhằm giảm thiểu tình trạng căng thẳng nguồn nước
• 3.4.3. Phân tích và lựa chọn các giải pháp ưu tiên, phù hợp cho thành phố Đà Nẵng
• 3.4.4. Đánh giá hiệu quả các giải pháp trong giảm thiểu mức độ CTN cho thành phố Đà Nẵng
• 3.5. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 1. Những kết quả đạt được của luận án
• 2. Những đóng góp mới của luận án
• 3. Tồn tại và các hướng nghiên cứu tiếp
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Căng Thẳng Nguồn Nước Đà Nẵng 2024

Nước là tài nguyên thiết yếu cho sự sống và phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, căng thẳng nguồn nước đang trở thành một thách thức toàn cầu, đặc biệt tại các đô thị lớn. Đà Nẵng, một thành phố đang phát triển nhanh chóng, cũng không tránh khỏi áp lực này. Nghiên cứu đánh giá căng thẳng nguồn nước Đà Nẵng 2024 là một công trình khoa học quan trọng, nhằm xác định mức độ và nguyên nhân gây ra tình trạng này, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý bền vững. Luận án tiến sĩ của Nguyễn Đại Trung (2024) đã đi sâu vào phân tích và đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước cho thành phố Đà Nẵng, cung cấp một cái nhìn toàn diện và chi tiết về vấn đề này. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm nguồn cung cấp nước ổn định và bền vững cho thành phố, góp phần vào sự phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường.

1.1. Tầm Quan Trọng của Nghiên Cứu Nguồn Nước Đà Nẵng

Nghiên cứu này đóng vai trò then chốt trong việc định hướng chính sách và chiến lược quản lý nguồn nước tại Đà Nẵng. Việc hiểu rõ thực trạng căng thẳng nguồn nước giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra quyết định sáng suốt, bảo đảm an ninh nguồn nước cho tương lai. Nó cũng cung cấp thông tin quan trọng cho các doanh nghiệp và người dân, giúp họ sử dụng nước hiệu quả hơn. Nghiên cứu giúp Đà Nẵng xây dựng một hệ thống quản lý nguồn nước bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu và đảm bảo nước sạch cho người dân.

1.2. Mục Tiêu và Phạm Vi Nghiên Cứu Đánh Giá Nguồn Nước

Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá một cách toàn diện mức độ căng thẳng nguồn nước ở Đà Nẵng, xác định các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất các giải pháp giảm thiểu. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các lưu vực sông chính cung cấp nước cho thành phố, như sông Cu Đê và sông Vu Gia - Thu Bồn, xem xét các yếu tố tự nhiên (lượng mưa, dòng chảy) và yếu tố con người (khai thác, sử dụng nước). Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn hiện tại và dự báo đến năm 2030, xem xét tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội lên tình hình nguồn nước.

II. Thực Trạng và Thách Thức Căng Thẳng Nguồn Nước Tại Đà Nẵng

Đà Nẵng đang đối mặt với nhiều thách thức về nguồn cung cấp nước, bao gồm sự gia tăng dân số, phát triển công nghiệp, du lịch và tác động của biến đổi khí hậu. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước cũng là một vấn đề đáng lo ngại, ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt. Các yếu tố này đang gây ra căng thẳng nguồn nước ngày càng gia tăng, đe dọa đến sự phát triển bền vững của thành phố. Theo nghiên cứu của Nguyễn Đại Trung, tình trạng căng thẳng nguồn nước ở Đà Nẵng có xu hướng gia tăng trong tương lai, đặc biệt là vào mùa khô.

2.1. Ảnh Hưởng của Biến Đổi Khí Hậu Đến Nguồn Nước Đà Nẵng

Biến đổi khí hậu gây ra nhiều tác động tiêu cực đến nguồn nước ở Đà Nẵng, bao gồm thay đổi lượng mưa, gia tăng nhiệt độ và mực nước biển dâng. Lượng mưa không đều, với các đợt hạn hán kéo dài xen kẽ với các đợt mưa lớn gây lũ lụt, làm giảm khả năng cung cấp nước ổn định. Mực nước biển dâng gây ra xâm nhập mặn, ảnh hưởng đến chất lượng nước tại các cửa sông và nguồn nước ngầm. Cần có các biện pháp ứng phó với biến đổi khí hậu để bảo vệ nguồn nước cho Đà Nẵng.

2.2. Tăng Trưởng Kinh Tế và Tiêu Thụ Nước Ở Đà Nẵng

Sự tăng trưởng kinh tế và gia tăng dân số ở Đà Nẵng dẫn đến nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng. Các ngành công nghiệp, du lịch và nông nghiệp đều tiêu thụ một lượng lớn nước. Việc sử dụng nước không hiệu quả và lãng phí cũng là một vấn đề cần giải quyết. Cần có các biện pháp quản lý nhu cầu sử dụng nước, khuyến khích sử dụng nước tiết kiệm và hiệu quả để giảm căng thẳng nguồn nước. Theo nghiên cứu, tiêu thụ nước Đà Nẵng sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới.

III. Phương Pháp Đánh Giá Căng Thẳng Nguồn Nước Thành Phố Đà Nẵng

Để đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước ở Đà Nẵng, nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận đa chiều, kết hợp các chỉ số khác nhau để đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước. Phương pháp này bao gồm đánh giá nguồn cung cấp nước, nhu cầu sử dụng nước, chất lượng nước, khả năng ứng phó với tình trạng thiếu nước và tác động của các yếu tố bên ngoài như biến đổi khí hậu. Các mô hình toán học cũng được sử dụng để mô phỏng diễn biến tài nguyên nước và dự báo tình hình trong tương lai. Phương pháp này đảm bảo tính khách quan và toàn diện của đánh giá.

3.1. Xây Dựng Bộ Chỉ Số Đánh Giá Nguồn Nước

Nghiên cứu xây dựng một bộ chỉ số đánh giá căng thẳng nguồn nước phù hợp với điều kiện cụ thể của Đà Nẵng. Bộ chỉ số này bao gồm các chỉ số về nguồn nước, khai thác sử dụng nước, hệ sinh thái và môi trường, cung cấp nước sinh hoạt và năng lực ứng phó với tình trạng căng thẳng nguồn nước. Các chỉ số được lựa chọn dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế và được điều chỉnh phù hợp với dữ liệu và thông tin có sẵn ở Đà Nẵng. Bộ chỉ số này giúp đánh giá một cách có hệ thống và định lượng mức độ căng thẳng nguồn nước.

3.2. Ứng Dụng Mô Hình Toán Học Đánh Giá Nguồn Nước Đà Nẵng

Các mô hình toán học như MIKE NAM, MIKE HYDRO BASIN và MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng diễn biến tài nguyên nước, tính toán cân bằng nước và mô phỏng xâm nhập mặn. Các mô hình này cho phép dự báo tác động của biến đổi khí hậu, khai thác sử dụng nước và các yếu tố khác lên nguồn nước. Kết quả mô phỏng được sử dụng để đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước trong các kịch bản khác nhau. Mô hình toán học là công cụ quan trọng để đưa ra các quyết định quản lý nguồn nước dựa trên khoa học.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Căng Thẳng Nguồn Nước Đà Nẵng 2024

Kết quả nghiên cứu cho thấy Đà Nẵng đang đối mặt với mức độ căng thẳng nguồn nước trung bình đến cao, đặc biệt là vào mùa khô. Các khu vực hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn và sông Cu Đê là những nơi chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Biến đổi khí hậu và sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước được xác định là những yếu tố chính gây ra tình trạng này. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, nếu không có các biện pháp can thiệp kịp thời, tình trạng căng thẳng nguồn nước sẽ tiếp tục gia tăng trong tương lai, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế - xã hội và chất lượng cuộc sống của người dân.

4.1. Phân Tích Chi Tiết Mức Độ Căng Thẳng Nguồn Nước

Nghiên cứu phân tích chi tiết mức độ căng thẳng nguồn nước theo không gian và thời gian. Các lưu vực sông khác nhau có mức độ căng thẳng nguồn nước khác nhau, tùy thuộc vào nguồn cung cấp nước, nhu cầu sử dụng nước và các yếu tố khác. Mức độ căng thẳng nguồn nước cũng thay đổi theo mùa, với tình trạng nghiêm trọng nhất vào mùa khô. Phân tích này giúp xác định các khu vực và thời điểm cần ưu tiên các biện pháp can thiệp.

4.2. Tác Động Của Căng Thẳng Nguồn Nước Đến Kinh Tế Xã Hội

Căng thẳng nguồn nước có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến kinh tế - xã hội, bao gồm giảm sản lượng nông nghiệp, ảnh hưởng đến hoạt động công nghiệp và du lịch, tăng chi phí cung cấp nước và gây ra các vấn đề sức khỏe cho người dân. Tình trạng thiếu nước có thể dẫn đến xung đột về nguồn nước và ảnh hưởng đến an ninh trật tự xã hội. Đánh giá tác động của căng thẳng nguồn nước là cần thiết để đưa ra các giải pháp phù hợp và hiệu quả.

V. Giải Pháp Giảm Thiểu Căng Thẳng Nguồn Nước Thành Phố Đà Nẵng

Nghiên cứu đề xuất một loạt các giải pháp nhằm giảm thiểu căng thẳng nguồn nước ở Đà Nẵng, bao gồm tăng cường nguồn cung cấp nước, quản lý nhu cầu sử dụng nước, cải thiện chất lượng nước và nâng cao năng lực ứng phó với tình trạng thiếu nước. Các giải pháp này cần được thực hiện một cách đồng bộ và phối hợp giữa các ngành, các cấp để đạt hiệu quả cao nhất. Việc xây dựng các công trình trữ nước, khai thác nguồn nước ngầm, sử dụng nước tái chế và tiết kiệm nước là những giải pháp quan trọng.

5.1. Tăng Cường Nguồn Cung Cấp Nước Đà Nẵng

Tăng cường nguồn cung cấp nước là một giải pháp quan trọng để giảm căng thẳng nguồn nước. Các biện pháp bao gồm xây dựng các hồ chứa nước mới, nâng cấp các hồ chứa hiện có, khai thác nguồn nước ngầm và chuyển nước từ các khu vực lân cận. Việc xây dựng hồ chứa nước Sông Bắc trên lưu vực sông Cu Đê được xem là một giải pháp hiệu quả để tăng cường nguồn cung cấp nước cho Đà Nẵng.

5.2. Quản Lý Nhu Cầu Tiêu Thụ Nước

Quản lý nhu cầu sử dụng nước là một giải pháp quan trọng để giảm căng thẳng nguồn nước. Các biện pháp bao gồm khuyến khích sử dụng nước tiết kiệm và hiệu quả trong các hộ gia đình, các ngành công nghiệp và nông nghiệp, áp dụng các chính sách giá nước hợp lý, giảm thất thoát nước trong hệ thống cấp nước và tái sử dụng nước thải. Việc nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc tiết kiệm nước cũng là rất quan trọng.

VI. Chính Sách và Tương Lai Quản Lý Nguồn Nước Đà Nẵng 2024

Để đảm bảo an ninh nguồn nước cho Đà Nẵng trong tương lai, cần có một hệ thống chính sách và quản lý nguồn nước hiệu quả. Chính sách cần khuyến khích sử dụng nước bền vững, bảo vệ chất lượng nước và ứng phó với biến đổi khí hậu. Quản lý nguồn nước cần dựa trên cơ sở khoa học, có sự tham gia của cộng đồng và phối hợp giữa các bên liên quan. Nghiên cứu này cung cấp các cơ sở khoa học quan trọng để xây dựng các chính sách và chiến lược quản lý nguồn nước phù hợp cho Đà Nẵng.

6.1. Đề Xuất Chính Sách Tài Nguyên Nước Đà Nẵng

Nghiên cứu đề xuất các chính sách về tài nguyên nước nhằm khuyến khích sử dụng nước bền vững, bảo vệ chất lượng nước và ứng phó với biến đổi khí hậu. Các chính sách bao gồm quy định về khai thác sử dụng nước, phí tài nguyên nước, chính sách ưu đãi cho các công nghệ tiết kiệm nước và tái sử dụng nước thải. Các chính sách này cần được xây dựng dựa trên cơ sở khoa học và có sự tham gia của cộng đồng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Nguồn Nước Đà Nẵng

Nghiên cứu này là một đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ căng thẳng nguồn nước ở Đà Nẵng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu thêm, như tác động của ô nhiễm nguồn nước đến sức khỏe cộng đồng, hiệu quả của các giải pháp quản lý nhu cầu sử dụng nước và khả năng thích ứng của hệ thống cấp nước với biến đổi khí hậu. Cần có các nghiên cứu liên ngành để giải quyết các thách thức về nguồn nước một cách toàn diện.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

An ninh tài nguyên nước đô thị trong bối cảnh đô thị hóa nhanh và biến đổi khí hậu đang trở thành thách thức sinh tồn đối với các trung tâm kinh tế ven biển toàn cầu. Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước (mã số: 9580212) của nghiên cứu sinh Nguyễn Đại Trung, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS. Nguyễn Trung Việt và TS. Nguyễn Anh Đức tại Trường Đại học Thủy lợi (2024), mang tiêu đề "Nghiên cứu đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước cho thành phố Đà Nẵng". Đây là công trình học thuật tiên phong tại Việt Nam thiết lập hệ phương pháp luận tích hợp định lượng hóa toàn diện trạng thái căng thẳng nguồn nước (Water Stress - CTN) cấp đô thị hạ lưu lưu vực sông chịu tác động kép của thủy triều, xâm nhập mặn và điều tiết thủy điện thượng nguồn.

Về bối cảnh khoa học, tài liệu quốc tế chỉ ra rằng đến năm 2050 có tới hơn một nửa dân số toàn cầu sẽ sống trong các vùng thiếu nước nghiêm trọng (Boretti & Rosa, 2019; He et al., 2021). Tại Việt Nam, nhu cầu dùng nước cho phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030 dự báo đạt 122 tỷ m³/năm, tăng gấp 1,5 lần hiện nay. Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi xuất phát từ thực tiễn: các mô hình truyền thống như chỉ số Falkenmark (1989) hay tiêu chí của OECD (2003) và Smakhtin et al. (2004) chỉ tiếp cận đơn biến dựa trên tỷ lệ dòng chảy vật lý bình quân đầu người hoặc tỷ lệ khai thác/dòng chảy sẵn có, hoàn toàn bỏ qua tính biến thiên thời gian thực của ranh giới xâm nhập mặn, yêu cầu dòng chảy môi trường (DCMT), hạ tầng cấp nước tập trung và năng lực quản trị thể chế thích ứng tại các đô thị ven biển.

Luận án tập trung giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu (Research Questions - RQ) và kiểm chứng 3 giả thuyết khoa học (Hypotheses - H) tương ứng:

• RQ1: Làm thế nào để lượng hóa mức độ căng thẳng nguồn nước cho một đô thị ven biển đặc thù chịu chi phối bởi lưu vực sông liên tỉnh như Đà Nẵng? $\rightarrow$ H1: Mức độ căng thẳng nguồn nước đô thị là hàm đa biến tổng hợp của 4 trụ cột tương tác: Nguồn nước sẵn có - Hệ sinh thái môi trường - Năng lực hạ tầng cấp nước - Năng lực thể chế ứng phó.
• RQ2: Mức độ căng thẳng nguồn nước của thành phố Đà Nẵng diễn biến ra sao ở hiện trạng (2020) và tương lai (2030) dưới kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và nước biển dâng? $\rightarrow$ H2: Tác động tích lũy từ suy giảm dòng chảy mùa kiệt thượng lưu và gia tăng xâm nhập mặn cửa sông sẽ đẩy chỉ số WSI tổng hợp chuyển từ mức độ căng thẳng trung bình sang mức độ căng thẳng cao/nghiêm trọng nếu không có công trình điều tiết bổ sung.
• RQ3: Tập hợp giải pháp công trình và phi công trình nào có khả năng đảo ngược hoặc giảm thiểu tối ưu mức độ căng thẳng nguồn nước? $\rightarrow$ H3: Việc kết hợp công trình hồ chứa điều tiết Sông Bắc, đập ngăn mặn hạ lưu sông Hàn - Cầu Đỏ, nâng cao độ che phủ rừng và tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa sẽ hạ thấp đáng kể giá trị chỉ số WSI về ngưỡng an toàn.

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự giao thoa giữa Lý thuyết Quản lý Tổng hợp Tài nguyên Nước (IWRM), Lý thuyết Hệ thống Môi trường - Xã hội (Coupled Socio-Ecological Systems) và Lý thuyết Phân tích Thứ bậc (AHP). Về quy mô và đối tượng, nghiên cứu bao phủ toàn bộ không gian tự nhiên và hành chính của thành phố Đà Nẵng (diện tích 128.488 ha, quy mô dân số năm 2020 là 1.169,5 nghìn người với tỷ lệ đô thị hóa 87,3%) trong mối tương tác thủy văn không thể tách rời với hạ lưu lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (diện tích đến trạm Ái Nghĩa là 5.180 km², tổng lượng dòng chảy $W_0 = 8,55 \times 10^9\text{ m}^3$) và lưu vực sông Cu Đê ($W_0 = 0,38 \times 10^9\text{ m}^3$). Luận án mang ý nghĩa đột phá trong việc cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định chuẩn hóa cho việc thực thi Nghị quyết số 36/KL-TW của Bộ Chính trị về bảo đảm an ninh nguồn nước và an toàn đập, hồ chứa nước đến năm 2030, tầm nhìn 2045.

Literature Review và Positioning

Lịch sử phát triển các chỉ số đo lường tài nguyên nước toàn cầu đã trải qua 4 thập kỷ tiến hóa về mặt nhận thức luận. Khởi đầu từ Falkenmark (1989) với chỉ số nước sẵn có bình quân đầu người, đưa ra các ngưỡng kinh điển: $>1.700\text{ m}^3/\text{người/năm}$ (không căng thẳng), $1.000 - 1.700\text{ m}^3/\text{người/năm}$ (căng thẳng nguồn nước), $500 - 1.000\text{ m}^3/\text{người/năm}$ (khan hiếm nước) và $<500\text{ m}^3/\text{người/năm}$ (khan hiếm tuyệt đối). Tiếp đó, Vörösmarty et al. (2000) cùng Oki & Kanae (2006) mở rộng mô hình tính toán cân bằng vĩ mô kết hợp giữa tổng lượng dòng chảy mặt và nhu cầu tiêu thụ nước toàn cầu dưới áp lực gia tăng dân số. Smakhtin et al. (2004) bổ sung chỉ số WSI tích hợp yêu cầu dòng chảy môi trường (EWR), trong khi Pfister et al. (2009) đưa ra hàm phân phối logistic phục vụ đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA).

Tuy nhiên, tồn tại hai luồng quan điểm đối lập sâu sắc trong y văn:

1. Trường phái Thủy văn học Vật lý (Physical/Hydrological Viewpoint): Đại diện bởi Falkenmark (1989) và OECD (2003), coi căng thẳng nguồn nước thuần túy là hiện tượng cơ học đo bằng tỷ số khối lượng nước sẵn có chia cho tổng nhu cầu tiêu thụ. Trường phái này bị phê phán vì giả định tài nguyên nước phân bố đồng nhất và có thể khai thác 100% tại mọi thời điểm, bỏ qua rào cản chất lượng, hạ tầng công nghệ và chi phí kinh tế.
2. Trường phái Quản trị Xã hội - Sinh thái (Social-Ecological Vulnerability Viewpoint): Đại diện bởi Damkjaer & Taylor (2017) và Gain et al. (2016), lập luận rằng tình trạng căng thẳng nguồn nước sinh ra từ bất cập thể chế, sự suy thoái chất lượng nước và sự thiếu hụt năng lực đáp ứng của hạ tầng phân phối, ngay cả ở những lưu vực có lượng mưa tự nhiên dồi dào.

Khi định vị với các nghiên cứu quốc tế điển hình cho cấp đô thị:

• Nghiên cứu của Firdaus Ali (2012) tại Jakarta (Indonesia) sử dụng khung đánh giá 3 thành phần với 8 chỉ số. Điểm hạn chế lớn của nghiên cứu Jakarta là không thiết lập trọng số toán học cho các chỉ số, bỏ qua tác động của xâm nhập mặn cửa sông và nguồn nước dự phòng khẩn cấp.
• Nghiên cứu của Al-Nozaily et al. (2022) tại thành phố Ibb (Yemen) xây dựng khung an ninh nước đô thị (UWSI) gồm 4 nhóm với 24 chỉ số. Tồn tại của mô hình Ibb là xem trọng số của các nhóm chỉ số bình đẳng tuyệt đối (equal weighting), không phù hợp với đặc thù thủy văn ven biển chịu áp lực triều và mặn.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Nguyễn Mai Đăng et al. (2016) cho Hà Nội chỉ tiếp cận an ninh nguồn nước chung; nghiên cứu tại TP. Hồ Chí Minh (2016) áp dụng đơn lẻ các công thức Falkenmark, Smakhtin hay OECD dẫn đến kết quả sai lệch khi đánh giá cả năm thì "không căng thẳng" nhưng xét mùa kiệt lại "khan hiếm nghiêm trọng"; nghiên cứu vùng Nam Trung Bộ (2015) chưa phân tách được động thái xâm nhập mặn tầng mặt vùng ven biển. Luận án của Nguyễn Đại Trung đã vượt lên các khoảng trống này bằng cách định vị một khung phân tích đa chỉ số (WSI) đặc thù cho đô thị ven biển hạ lưu, liên kết chặt chẽ giữa chuỗi dữ liệu thủy văn thực nghiệm, mô phỏng thủy lực 1D lan truyền mặn và kỹ thuật ra quyết định đa tiêu chí tối ưu.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng Lý thuyết Quản lý Tổng hợp Tài nguyên Nước (IWRM) bằng việc tích hợp chỉ số thủy động lực học xâm nhập mặn và năng lực kiểm soát rủi ro vận hành liên hồ chứa vào cấu trúc đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước đô thị. Nghiên cứu chứng minh rằng trong hệ sinh thái đô thị cửa sông, khái niệm "căng thẳng nguồn nước" không đồng nhất với "khan hiếm nước vật lý" mà chịu sự chi phối mang tính quyết định của "nghịch lý thủy văn cửa biển": tổng lượng nước qua lưu vực hàng năm là khổng lồ ($8,55 \times 10^9\text{ m}^3$ tại Ái Nghĩa), nhưng căng thẳng nguồn nước vẫn bùng phát gay gắt trong mùa cạn do sự tương tác giữa pha triều cường và lưu lượng xả đáy không đủ lực đẩy mặn từ các nhà máy thủy điện thượng lưu.

Mô hình lý thuyết của luận án xác lập mệnh đề: $$\text{WSI}{\text{Tổng hợp}} = \sum{i=1}^{4} W_i \times \text{WSI}i = \sum{i=1}^{4} W_i \left( \sum_{j=1}^{n_i} w_{ij} \times I_{ij} \right)$$ Trong đó cấu trúc thứ bậc bao gồm 4 nhóm thành phần tương hỗ với 25 biến số chỉ thị độc lập được chuẩn hóa trên thang đo điểm chuẩn $[1 - 5]$.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án kết hợp đồng thời 3 lý thuyết nền tảng: Lý thuyết Thủy văn Môi trường (ứng dụng phương pháp Tennant tính toán DCMT), Lý thuyết Đánh giá Chất lượng Nước tổng hợp (VN_WQI theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia), và Lý thuyết Ra quyết định Đa tiêu chí (MCDA). Cấu trúc 4 nhóm chỉ số bao gồm:

1. Nhóm 1: Nguồn nước và khai thác sử dụng nước ($\text{WSI}_1$, trọng số $W_1 = 0,381$): Bao gồm 9 chỉ số thành phần ($I_{1.1} - I_{1.9}$) phản ánh lượng nước mặt sẵn có bình quân đầu người, tỷ lệ khai thác/nguồn nước sẵn có, hệ số biến thiên dòng chảy năm ($C_v$), chỉ số chất lượng nước mặt VN_WQI, dung tích trữ của các hồ chứa, và tỷ lệ suy giảm lưu lượng mùa kiệt.
2. Nhóm 2: Hệ sinh thái và môi trường ($\text{WSI}_2$, trọng số $W_2 = 0,224$): Bao gồm 4 chỉ số thành phần ($I_{2.1} - I_{2.4}$) phản ánh mức độ đáp ứng dòng chảy môi trường (theo tiêu chuẩn Tennant phân bổ theo phần trăm $Q_0$), tỷ lệ che phủ rừng đầu nguồn, áp lực nước thải đô thị chưa qua xử lý, và tỷ lệ suy thoái thảm thực vật ven sông.
3. Nhóm 3: Cung cấp nước sinh hoạt từ công trình cấp nước tập trung ($\text{WSI}_3$, trọng số $W_3 = 0,248$): Bao gồm 6 chỉ số thành phần ($I_{3.1} - I_{3.6}$) phản ánh tỷ lệ dân số đô thị và nông thôn được cấp nước sạch qua mạng lưới tập trung, mức tiêu thụ nước bình quân ($l/\text{người/ngày}$), tỷ lệ thất thoát nước kỹ thuật, mức độ phụ thuộc vào nguồn nước đơn lẻ, và số ngày xuất hiện độ mặn vượt ngưỡng $250\text{ mg/l}$ tại cửa thu nước nhà máy nước Cầu Đỏ.
4. Nhóm 4: Năng lực ứng phó với tình trạng căng thẳng nguồn nước ($\text{WSI}_4$, trọng số $W_4 = 0,147$): Bao gồm 6 chỉ số thành phần ($I_{4.1} - I_{4.6}$) đánh giá thể chế quản lý lưu vực sông liên tỉnh, mức độ tự động hóa giám sát độ mặn và điều khiển trạm bơm An Trạch, nguồn kinh phí đầu tư tái thiết cơ sở hạ tầng cấp nước, nhận thức cộng đồng và kế hoạch cấp nước an toàn khẩn cấp.

Điều kiện biên (boundary conditions) của khung phân tích được xác lập nghiêm ngặt: chỉ áp dụng cho tài nguyên nước mặt; nguồn nước dưới đất được loại trừ do các tầng chứa nước lỗ hổng Holocen ($qh$), Pleistocen ($qp$) và khe nứt ($o-s$) có tổng trữ lượng khai thác hạn chế ($73.465,4\text{ m}^3/\text{ngày}$) và chính quyền thành phố đã ban hành lộ trình cấm, trám lấp giếng khoan để chống sụt lún và nhiễm mặn theo Quyết định số 56/2014/QĐ-UBND.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ thế giới quan thực chứng luận (Positivism) kết hợp phương pháp luận kỹ thuật hệ thống định lượng (Quantitative Systems Engineering). Thiết kế nghiên cứu đa tầng bậc (Multi-level Design) được triển khai qua 3 cấp độ:

• Cấp lưu vực tổng thể: Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn và sông Cu Đê;
• Cấp tiểu lưu vực hành chính: Sông Yên, sông Cẩm Lệ, sông Túy Loan, sông Cu Đê, sông Vĩnh Điện, sông Quá Giáng;
• Cấp mạng lưới hạ tầng kỹ thuật: Trạm bơm phòng mặn An Trạch, Nhà máy nước Cầu Đỏ, NMN Sân Bay, NMN Hòa Trung, NMN Hòa Liên.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình sàng lọc và xác lập bộ chỉ số được thực hiện khoa học qua hai vòng kỹ thuật độc lập:

1. Phương pháp chuyên gia Delphi kết hợp Quy tắc KAMET: Tham vấn bảng hỏi cấu trúc 5 mức độ đối với 25 chuyên gia đầu ngành trong các lĩnh vực Thủy văn, Kỹ thuật Tài nguyên nước, Mô hình hóa và Môi trường. Các biến số được phân tích qua ma trận hệ số đồng thuận KAMET, loại bỏ các chỉ số có mức độ hội tụ thấp để giữ lại 25 chỉ số đạt độ tin cậy tuyệt đối.
2. Phương pháp Phân tích Thứ bậc (AHP - Analytic Hierarchy Process): Thiết lập ma trận so sánh cặp theo thang điểm Saaty ($1 - 9$). Trọng số của từng nhóm và từng biến số được tính toán thông qua véc-tơ riêng cực đại. Toàn bộ các ma trận so sánh cặp đều vượt qua kiểm định tính nhất quán logic với Tỷ số Nhất quán ($CR - Consistency\ Ratio$) đạt $CR < 0,08$ (nằm sâu dưới ngưỡng giới hạn cho phép $CR < 0,10$).

Data và phân tích

Bộ công cụ mô hình toán thủy văn - thủy lực số 1 thế giới của Viện Thủy động lực Đan Mạch (DHI) được thiết lập tích hợp trong nghiên cứu:

• Mô hình Thủy văn MIKE NAM: Mô phỏng dòng chảy mưa rào - dòng chảy mặt cho toàn bộ lưu vực thượng lưu VGTB và Cu Đê. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định tại các trạm thủy văn quốc gia Nông Sơn và Thạnh Mỹ (giai đoạn 1981 - 2014). Chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($E$) đạt mức xuất sắc: $E_{\text{hiệu chỉnh}} = 0,86 - 0,91$; $E_{\text{kiểm định}} = 0,83 - 0,88$, hệ số tương quan $R^2 > 0,90$.
• Mô hình Cân bằng Nước MIKE HYDRO BASIN: Thiết lập mạng lưới phân bổ tài nguyên nước chi tiết cho các đối tượng dùng nước: sinh hoạt đô thị, nông nghiệp (diện tích thực tưới $5.430\text{ ha/năm}$), khu công nghiệp tập trung và yêu cầu DCMT.
• Mô hình Thủy lực và Lan truyền chất 1D MIKE 11 (HD/AD): Mô phỏng mạng lưới sông tự nhiên gồm 17 nhánh sông chính với hệ thống biên triều tại vịnh Đà Nẵng và cửa Đại, biên nhập lưu từ các hồ chứa thủy điện A Vương, Sông Bung 4, Sông Bung 4A, Đak Mi 4, Sông Tranh 2. Mô hình AD tái hiện chính xác động thái mặn xâm nhập ngược từ vịnh Đà Nẵng qua sông Hàn vào sông Cẩm Lệ đến cửa thu nước Cầu Đỏ, với sai số mực nước và đỉnh mặn kiểm định thực địa $< 6,5%$.
• Kịch bản Biến đổi Khí hậu: Ứng dụng kịch bản phát thải trung bình RCP4.5 của Bộ Tài nguyên và Môi trường cho giai đoạn 2016 - 2035; mực nước biển dâng tương ứng $+12\text{ cm}$ đến $+18\text{ cm}$.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Dữ liệu tính toán từ luận án mang lại 5 phát hiện cốt lõi mang tính bước ngoặt khoa học:

1. Xác lập bức tranh căng thẳng nguồn nước hiện trạng (2020) và xu thế gia tăng nghiêm trọng đến 2030:
   • Điểm đánh giá WSI tổng hợp năm 2020 của Đà Nẵng đạt $2,84$ điểm (thuộc ngưỡng Căng thẳng Trung bình).
   • Đến năm 2030, dưới tác động của biến đổi khí hậu kịch bản RCP4.5, tăng trưởng dân số tự nhiên và cơ học, cùng với tốc độ gia tăng nhu cầu nước sinh hoạt - công nghiệp bình quân $12%/\text{năm}$, chỉ số WSI tổng hợp tăng vọt lên $3,68$ điểm (vượt ngưỡng sang trạng thái Căng thẳng Cao, tiệm cận mức Nguy cơ Nghiêm trọng).
2. Nghịch lý phụ thuộc nguồn nước đơn lẻ và điểm nghẽn hạ tầng: Năm 2020, hơn $91,4%$ tổng công suất cấp nước sạch sinh hoạt toàn đô thị phụ thuộc duy nhất vào nguồn nước mặt sông Cầu Đỏ (công suất $267.000\text{ m}^3/\text{ngày}$ trên tổng công suất vận hành thực tế $292.000\text{ m}^3/\text{ngày}$). Khi sông Cầu Đỏ bị nhiễm mặn, toàn bộ hệ thống phải trông cậy vào trạm bơm phòng mặn An Trạch (công suất thiết kế $210.000\text{ m}^3/\text{ngày}$), tạo ra khoảng thiếu hụt công suất tức thời tối thiểu $57.000 - 82.000\text{ m}^3/\text{ngày}$.
3. Hiện tượng cực đoan về xâm nhập mặn lịch sử và cạn kiệt cục bộ: Dữ liệu thực nghiệm xác nhận sự kiện điển hình: "Sáng ngày 29/3/2021, mực nước sông Yên tại trạm bơm phòng mặn An Trạch hạ xuống mức +1,44m (rất thấp so với thiết kế là +2,00m) gây khó khăn cho việc vận hành bình thường của các máy bơm, độ mặn trên sông Cẩm Lệ tại cửa thu nước của nhà máy nước Cầu Đỏ tăng cao lên đến 4.846mg/l, gấp gần 20 lần so với ngưỡng an toàn theo quy định (250 mg/l)". Biên mặn $1.000\text{ mg/l}$ đã lấn sâu vào nội địa từ 15 đến $20\text{ km}$, làm tê liệt khả năng lấy nước tự chảy.
4. Sự suy giảm chỉ số dòng chảy môi trường ($\text{WSI}_2$): Lưu lượng kiệt mùa khô trên sông Túy Loan giảm xuống dưới $1,85\text{ m}^3/\text{s}$, sông Cu Đê tại Phò Nam xuống dưới $2,12\text{ m}^3/\text{s}$, không đảm bảo mức DCMT tối thiểu $10 - 15% Q_0$ theo phương pháp Tennant, đe dọa trực tiếp đa dạng sinh học thủy sinh vùng cửa nhượng.
5. Hiệu chỉnh quy chế thủy điện thượng nguồn chưa giải quyết triệt để rủi ro: Mặc dù Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn đã được ban hành theo Quyết định số 1865/QĐ-TTg, việc chuyển nước của thủy điện Đak Mi 4 sang lưu vực sông Thu Bồn đã làm suy giảm vĩnh viễn lưu lượng tự nhiên đổ về sông Vu Gia tại Ái Nghĩa trong các tháng 2 đến tháng 6 hàng năm.

Implications đa chiều

• Về mặt Lý thuyết: Luận án bổ sung vào lý thuyết an ninh nguồn nước mô hình lượng hóa động thái xâm nhập mặn gắn với cấu trúc hạ tầng tiếp nhận đô thị, chứng minh vai trò chi phối của chỉ số phụ thuộc nguồn cấp nước tập trung ($\text{WSI}_3$) trong cấu trúc WSI đô thị biển.
• Về mặt Phương pháp luận: Cung cấp khung phương pháp luận kết hợp chuẩn mực giữa mô hình khí tượng thủy văn số trị (MIKE Suite) và phân tích quyết định đa tiêu chí (AHP-Delphi), có tính chuyển giao cao cho các thành phố duyên hải miền Trung như Huế, Quy Nhơn, Nha Trang, Phan Thiết.
• Về mặt Ứng dụng Thực tiễn & Kỹ thuật Công trình:
  • Đề xuất xây dựng hồ chứa nước Sông Bắc trên thượng lưu sông Cu Đê với dung tích hữu ích $W_{hi} \approx 45,5 \times 10^6\text{ m}^3$, chủ động cấp nước $120.000\text{ m}^3/\text{ngày}$ cho NMN Hòa Liên.
  • Xây dựng đập ngăn mặn tạm/vĩnh cửu hạ lưu sông Hàn - Cầu Đỏ để ngăn chặn triều mặn lấn sâu, biến đoạn sông Cẩm Lệ thành hồ trữ nước ngọt dung tích hơn 12 triệu $\text{m}^3$.
  • Tính toán cho thấy khi triển khai đồng bộ các giải pháp công trình và nâng tỷ lệ che phủ rừng đầu nguồn lên $>65%$, chỉ số WSI tổng hợp năm 2030 của Đà Nẵng sẽ giảm từ $3,68$ xuống còn $2,15$ điểm (trở lại trạng thái An toàn/Căng thẳng Thấp).
• Về mặt Hoạch định Chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để UBND thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam thiết lập cơ chế điều phối liên tỉnh lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn theo Luật Tài nguyên nước năm 2023.

Limitations và Future Research

Luận án thẳng thắn chỉ rõ 4 giới hạn nghiên cứu:

1. Loại trừ động thái tầng chứa nước ngầm: Mô hình WSI chưa tích hợp tương tác giữa nước mặt và nước dưới đất do chính sách đóng cửa giếng khoan của địa phương, bỏ qua tiềm năng khai thác bổ cập nhân tạo (MAR).
2. Độ phân giải kịch bản kinh tế - xã hội: Các dự báo nhu cầu dùng nước 2030 chủ yếu dựa trên kịch bản quy hoạch phát triển tĩnh, chưa xét đến các cú sốc ngoại sinh bất định (như đại dịch toàn cầu, suy thoái kinh tế du lịch tương tự năm 2020 khi GRDP giảm $7,99%$).
3. Giới hạn mô hình hóa chất lượng nước 2 chiều: Mô hình MIKE 11 AD mới dừng lại ở tính toán 1 chiều (1D) theo trục dọc sông, chưa phản ánh đầy đủ hiện tượng phân tầng độ mặn (salinity stratification) theo phương thẳng đứng tại vùng cửa sông Hàn sâu.
4. Rào cản thể chế liên tỉnh: Mô hình giải pháp tối ưu hóa xả hồ thủy điện chưa lượng hóa hết xung đột lợi ích kinh tế giữa doanh nghiệp phát điện thương phẩm và nhu cầu an sinh đô thị hạ lưu.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda) cần tập trung vào:

• Mở rộng mô hình thủy động lực học 3 chiều (MIKE 3D / Delft3D) mô phỏng phân tầng mặn - nhiệt vùng cửa sông;
• Tích hợp mạng lưới cảm biến IoT đo độ mặn thời gian thực với mô hình trí tuệ nhân tạo (AI/Machine Learning) dự báo xâm nhập mặn trước 72 giờ phục vụ tự động hóa đóng mở đập ngăn mặn;
• Nghiên cứu cơ chế kinh tế tài nguyên nước: chi trả dịch vụ môi trường rừng (PES) và định giá nước liên tỉnh giữa Quảng Nam và Đà Nẵng.

Tác động và ảnh hưởng

Công trình luận án mang lại những tác động sâu rộng trên nhiều bình diện:

• Ảnh hưởng Học thuật: Dự kiến tạo ra chuỗi trích dẫn học thuật cao trong các tạp chí chuyên ngành Scopus/WoS về quản lý tổng hợp tài nguyên nước và kỹ thuật công trình thủy. Đóng góp bài học kinh nghiệm cho hệ sinh thái nghiên cứu an ninh nước các nước đang phát triển.
• Tái cấu trúc Hạ tầng Ngành Nước: Trở thành luận cứ kỹ thuật trực tiếp để Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (DAWACO) và Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng Công trình Nông nghiệp và PTNT Đà Nẵng triển khai xây dựng hoàn thành dự án NMN Hòa Liên ($120.000\text{ m}^3/\text{ngày}$ giai đoạn 1) và dự án nâng công suất trạm bơm An Trạch.
• Tác động Thể chế & Quản lý Nhà nước: Cung cấp công cụ đánh giá khoa học để Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Đà Nẵng tham mưu cho UBND thành phố trong việc phối hợp với Bộ Tài nguyên và Môi trường giám sát thực hiện Quy trình vận hành liên hồ chứa số 1865/QĐ-TTg.
• Lợi ích Xã hội và Môi trường: Đảm bảo nguồn cấp nước sinh hoạt ổn định, không gián đoạn cho hơn 1,2 triệu người dân và hàng triệu lượt khách du lịch, bảo vệ tính mạng và sức khỏe cộng đồng trước hiểm họa dịch bệnh do ô nhiễm nước, đồng thời duy trì hệ sinh thái đất ngập nước cửa sông đặc trưng.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới Học thuật Chuyên ngành: Tiếp cận một khung phương pháp luận hoàn chỉnh từ xây dựng chỉ số, tối ưu hóa trọng số (Delphi-AHP) đến mô hình hóa thủy lực liên lưu vực phục vụ nghiên cứu an ninh nước đô thị ven biển.
• Các Nhà Quản lý và Hoạch định Chính sách (UBND TP. Đà Nẵng, Cục Quản lý Tài nguyên Nước): Sở hữu bộ công cụ định lượng hỗ trợ phê duyệt quy hoạch cấp thoát nước đô thị, xác định các điểm nóng căng thẳng nguồn nước theo không gian và thời gian.
• Doanh nghiệp Cấp nước và Tổng công ty Tư vấn Thủy lợi: Nắm bắt cơ sở dữ liệu thủy lực - xâm nhập mặn chi tiết để vận hành tối ưu hệ thống lấy nước, giảm chi phí năng lượng bơm phòng mặn và định hướng đầu tư mạng lưới phân phối.
• Cộng đồng Dân cư Đô thị và Ngành Kinh tế Du lịch - Dịch vụ: Thụ hưởng hệ thống cung cấp nước sạch an toàn, bền vững, xóa bỏ triệt để tình trạng mất nước sinh hoạt trong các tháng mùa cạn gay gắt.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Luận án đã mở rộng Lý thuyết Quản lý Tổng hợp Tài nguyên Nước (IWRM) bằng việc tích hợp chỉ số thủy động lực học xâm nhập mặn cửa sông và năng lực kiểm soát rủi ro vận hành liên hồ chứa vào cấu trúc đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước đô thị (WSI), phá vỡ giới hạn của các mô hình đơn biến truyền thống.
2. Sự đổi mới về mặt phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây được thể hiện như thế nào? So với mô hình Jakarta của Firdaus Ali (2012) (thiếu trọng số, không xét xâm nhập mặn) và mô hình Ibb của Al-Nozaily (2022) (trọng số cào bằng), luận án đã kết hợp đột phá giữa quy tắc KAMET trong phương pháp Delphi với ma trận phân tích thứ bậc AHP ($CR < 0,08$) và bộ công cụ mô phỏng số DHI MIKE (NAM, HYDRO BASIN, 11 HD/AD), đem lại độ chính xác toán - thủy lực vượt trội.
3. Phát hiện nào từ dữ liệu thực nghiệm mang tính bất ngờ nhất? Đó là sự chênh lệch mang tính rủi ro hệ thống giữa nguồn nước sẵn có hàng năm cực kỳ dồi dào ($W_0 = 8,55 \times 10^9\text{ m}^3$) nhưng chỉ số căng thẳng nước $\text{WSI}_3$ lại chạm ngưỡng báo động đỏ do sự phụ thuộc hơn $91,4%$ công suất vào duy nhất một nhà máy nước Cầu Đỏ - nơi có độ mặn mùa khô từng vọt lên $4.846\text{ mg/l}$ (gấp gần 20 lần quy chuẩn).
4. Quy trình nghiên cứu của luận án có khả năng lặp lại và nhân rộng (Replication Protocol) không? Hoàn toàn khả thi. Toàn bộ quy trình 5 bước từ thu thập dữ liệu KTTV, thiết lập ma trận Delphi-KAMET, tính toán véc-tơ trọng số AHP, hiệu chỉnh mô hình MIKE NAM ($E > 0,85$) đến xuất bản đồ GIS phân vùng WSI đều được chuẩn hóa thành thuật toán chi tiết, sẵn sàng chuyển giao cho mọi đô thị ven biển khác.
5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo được định hình ra sao? Định hướng mở rộng sang mô hình hóa 3D phân tầng mặn, tích hợp mạng nơ-ron nhân tạo (ANN/LSTM) dự báo mặn trực tuyến, và nghiên cứu cơ chế kinh tế thị trường nước liên tỉnh giữa Quảng Nam và Đà Nẵng thích ứng với biến đổi khí hậu giai đoạn 2030 - 2050.

Kết luận

Công trình luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Đại Trung đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 6 đóng góp khoa học và thực tiễn cốt lõi:

1. Xác lập thành công hệ thống cơ sở khoa học và phương pháp luận hoàn chỉnh để đánh giá mức độ căng thẳng nguồn nước đặc thù cho các đô thị ven biển Việt Nam.
2. Phát triển bộ chỉ số WSI tích hợp gồm 4 nhóm với 25 chỉ số thành phần, được tối ưu hóa trọng số bằng phương pháp Delphi - KAMET và AHP đạt chuẩn logic ngặt nghèo ($CR < 0,08$).
3. Định lượng hóa toàn diện mức độ căng thẳng nguồn nước thành phố Đà Nẵng: năm 2020 đạt mức căng thẳng trung bình ($2,84$ điểm), dự báo năm 2030 sẽ gia tăng mạnh lên mức căng thẳng cao ($3,68$ điểm) dưới tác động của biến đổi khí hậu và áp lực phát triển kinh tế.
4. Ứng dụng thành công hệ thống mô hình toán tiên tiến MIKE NAM, MIKE HYDRO BASIN và MIKE 11 HD/AD để lượng hóa chính xác động thái thủy văn, cân bằng nước và lan truyền ranh giới mặn vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn và Cu Đê.
5. Đề xuất hệ thống giải pháp công trình chiến lược (hồ Sông Bắc, đập ngăn mặn sông Hàn - Cầu Đỏ, nâng cao độ che phủ rừng $>65%$) giúp kéo giảm chỉ số căng thẳng nguồn nước năm 2030 về mức an toàn ($2,15$ điểm).
6. Cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác phục vụ thực thi Luật Tài nguyên nước năm 2023 và Kết luận số 36/KL-TW của Bộ Chính trị, mở ra hướng tiếp cận mới trong quản trị bền vững tài nguyên nước đô thị trên phạm vi toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CĂNG THẲNG NGUỒN NƯỚC VÀ GIỚI THIỆU VỀ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 1.1 Các nghiên cứu về căng thẳng nguồn nước trên thế giới 1.1 Một số khái niệm và định nghĩa Tài nguyên nước bao gồm nước mặt, nước dưới đất, nước mưa và nước biển. Nguồn nước là các dạng tích tụ nước tự nhiên và nhân tạo. Các dạng tích tụ nước tự nhiên bao gồm sông, suối, kênh, mương, rạch, hồ, ao, đầm, phá, các tầng chứa nước dưới đất và các dạng tích tụ nước khác được hình thành tự nhiên. Các dạng tích tụ nước nhân tạo bao gồm hồ chứa thủy điện, thủy lợi, sông, kênh, mương, rạch, hồ, ao, đầm và các dạng tích tụ nước khác do con người tạo ra.

Nước mặt là nước tồn tại trên mặt đất liền, hải đảo. Nước dưới đất là nước tồn tại trong các tầng chứa nước dưới đất ở đất liền, hải đảo, dưới đáy biển (Luật Tài nguyên nước 2023 [6]). Nghiên cứu này sẽ chỉ giới hạn tài nguyên nước mặt. Cạn kiệt nguồn nước là sự suy giảm nghiêm trọng về số lượng nước, làm cho nguồn nước không còn khả năng khai thác, sử dụng [6].

An ninh nguồn nước (water security): Hiện nay, cùng sử dụng thuật ngữ “an ninh nguồn nước” nhưng các tổ chức quốc tế, các quốc gia có những cách tiếp cận, định nghĩa khác nhau như Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hợp quốc (UNESCO), Ủy ban nước của Liên hợp quốc (UN-Water), Đối tác Nước toàn cầu (Global Water Partnership), Ngân hàng Thế giới (World Bank), … Tuy nhiên, định nghĩa về an ninh nguồn nước (ANNN) trong luận án được hiểu theo Luật Tài nguyên nước năm 2023 [6] như sau: An ninh nguồn nước là việc bảo đảm số lượng, chất lượng nước phục vụ dân sinh trong mọi tình huống, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng, an ninh, môi trường và giảm thiểu rủi ro, tác hại từ các thảm họa do con người và thiên nhiên gây ra liên quan đến nước [6]. Có thể thấy ANNN là một khái niệm rất rộng gồm hầu hết các khía cạnh của lĩnh vực TNN. Tuy nhiên trong thực tế ANNN cho các vùng, quốc gia hay lưu vực sông chỉ liên quan đến một hoặc vài thành phần bức thiết và cần được giải quyết gọn gàng để đảm bảo đáp ứng nhu cầu dùng nước. Cụ thể hiện nay đối với thành phố Đà Nẵng vấn đề bức thiết nhất là việc chưa đảm bảo cung cấp đủ nước sạch sinh hoạt cho đời sống người dân và phát triển KTXH, gây nên tình trạng căng thẳng trong vấn đề đáp ứng nhu cầu sử dụng nước.

7 án tiến sĩ 2024 Hạn hán: Hạn hán là một loại thiên tai phổ biến trên thế giới, gây ra nhiều thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái, nhất là ở những quốc gia có nền kinh tế phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp như Việt Nam. Tùy theo từng lĩnh vực cụ thể mà hạn hán được hiểu theo những cách khác nhau. Theo [7] thì hạn hán là hiện tượng thiếu nước trong một thời gian dài do không có mưa và cạn kiệt nguồn nước. Hoặc theo [8] hạn hán là tình trạng thiếu mưa kéo dài hoặc thiếu hụt lượng mưa rõ rệt, có thể được mô tả là một giai đoạn thời tiết khô bất thường với lượng mưa thiếu kéo dài đủ để gây ra sự mất cân bằng thủy văn nghiêm trọng hay nói cách khác, hạn hán là một hiện tượng khí hậu có thể xảy ra ở hầu hết mọi nơi trên thế giới khi lượng nước sẵn có (khí quyển, bề mặt, đất hoặc nước ngầm) giảm đáng kể trong một khoảng thời gian nhất định.

Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) hạn hán được chia làm 4 loại: hạn khí tượng, hạn thủy văn, hạn nông nghiệp và hạn kinh tế - xã hội. Trên thực tế hạn hán xảy ra không chỉ theo một loại đơn độc như hạn khí tượng, hạn thủy văn hay hạn kinh tế - xã hội mà là sự kết hợp giữa các loại hạn với nhau. Vì vậy, trong luận án khái niệm hạn hán được xác định theo [7]. Với cách tiếp cận này mức độ cạn kiệt nguồn nước được biểu thị thông qua sự suy giảm mực nước hoặc lưu lượng tại các trạm quan trắc và hạn hán được hiểu là sự tổ hợp của hạn thủy văn và hạn kinh tế xã hội.

Khan hiếm nước (water scarcity): Khan hiếm nước (KHN) là một vấn đề ngày càng xuất hiện nhiều hơn trên thế giới và hiện có khá nhiều định nghĩa và khái niệm về KHN. Theo UN-Water [9], KHN là điểm mà tại đó tác động tổng hợp của tất cả người dùng ảnh hưởng đến việc cung cấp hoặc chất lượng nước theo các thỏa thuận thể chế hiện hành trong chừng mực mà nhu cầu của tất cả các lĩnh vực, bao gồm cả môi trường không thể được đáp ứng đầy đủ. FAO (2012) [10] có chung cách tiếp cận khi thừa nhận rằng KHN có thể xảy ra ở bất kỳ mức độ cung và cầu nào rằng nó có nhiều nguyên nhân khác nhau và nó có khả năng được khắc phục hoặc giảm bớt cho một số mức độ. Theo đó, KHN được định nghĩa là sự mất cân bằng giữa cung và nhu cầu sử dụng nước ngọt trong một khu vực cụ thể (quốc gia, khu vực, lưu vực sông) do tỷ lệ nhu cầu cao hơn so với nguồn cung sẵn có, theo các quy định thể chế hiện hành (bao gồm cả giá cả) và điều kiện cơ sở hạ tầng.

KHN báo hiệu bởi nhu cầu không được thỏa mãn, căng thẳng giữa những người sử dụng, cạnh tranh về nước, khai thác nước ngầm quá mức và không đảm bảo được dòng chảy môi trường. 8 án tiến sĩ 2024 Theo UN Glolal Compact - The CEO Water Mandate [11] định nghĩa ngắn gọn KHN là sự dồi dào hoặc thiếu hụt nguồn tài nguyên nước ngọt, nó là hàm số của lượng nước tiêu thụ của con người so với lượng tài nguyên nước ở một khu vực nhất định. Như vậy, một khu vực khô cằn có rất ít nước nhưng con người không tiêu thụ nước sẽ không bị coi là “khan hiếm” mà là “khô cằn”. Sự KHN là một thực tế vật lý, khách quan có thể được đo lường một cách nhất quán giữa các khu vực và theo thời gian.

KHN đề cập đến tình trạng thiếu nước tạm thời, đột ngột do sự gián đoạn cụ thể trong hệ thống cấp nước, nó thường gay gắt và tức thời hơn sự CTN. Vì vậy, trong luận án khái niệm HKN được hiểu theo [11]. Căng thẳng nguồn nước (water stress): Căng thẳng nguồn nước (CTN) đề cập đến khả năng hoặc sự thiếu hụt khả năng đáp ứng nhu cầu nước ngọt của con người và sinh thái. So với tình trạng khan hiếm, CTN là một khái niệm bao hàm và rộng hơn.

Nó xem xét một số khía cạnh vật lý liên quan đến TNN bao gồm sự sẵn có của nguồn nước; chất lượng nước; khả năng tiếp cận nguồn nước nghĩa là liệu người dân có thể sử dụng nguồn cung cấp nước sẵn có hay không và dòng chảy môi trường [11]. Sự CTN phát triển dần dần theo thời gian khi nhu cầu vượt quá nguồn cung trong một khu vực, nó xuất phát từ các yếu tố mang tính hệ thống và đòi hỏi các giải pháp lâu dài về công tác quản lý nước và cơ sở hạ tầng tốt hơn. Theo [12] CTN là một định nghĩa toàn diện và sâu rộng hơn mà sự khan hiếm nước được coi là một phần của nó, cùng với lượng nước sẵn có về chất lượng và số lượng. Căng thẳng về nước được coi là khả năng đáp ứng nhu cầu về nước của con người, trong khi khan hiếm nước đề cập đến tỷ lệ nước được sử dụng so với lượng nước sẵn có để sử dụng trong khu vực và theo thời gian, tình trạng khan hiếm nước được đo bằng số lượng vật lý (khối lượng).

Ví dụ: Nếu một khu vực nào đó có trữ lượng nước bị ô nhiễm cao, điều đó có nghĩa là khu vực đó không gặp phải tình trạng KHN nhưng phải chịu áp lực rất lớn về nước vì Hình 1.1 KHN là một phần của lượng nước phần lớn không thể sử dụng được. khái niệm CTN [12] Cùng cách tiếp cận phân biệt giữa KHN và CTN, chuyên gia về nước người Thụy Điển Falkenmark đã phát triển một trong những chỉ số được sử dụng rộng rãi nhất để đo lường căng thẳng về nước [13], chỉ số này dựa trên thước đo lượng nước sẵn có trên đầu người 9 án tiến sĩ 2024 mỗi năm trong quốc gia hoặc khu vực. Để xác định mức độ CTN, các cấp độ cung ứng nước được trình bày trong Bảng 1.1 đã được phát triển. Qua đó cho thấy với mức 1.700 m3/người/năm được sử dụng làm ngưỡng để xác định sự căng thẳng về nước và ngưỡng 1.000 m3/người/năm được xem là KHN.1 Các ngưỡng của chỉ số Falkenmark [13] Chỉ số (m3/người/năm) Tình trạng >1.700 Không căng thẳng 1.700 Căng thẳng nguồn nước 500 ÷ 1.000 Khan hiếm nước <500 Khan hiếm nước tuyệt đối CTN chịu sự tác động tổng hợp từ khía cạnh vật lý và cả điều kiện về KTXH khác nhau.

Bốn khía cạnh chính của tình trạng CTN thường được tính đến bao gồm: (i) Nhu cầu nước vượt quá lượng nước sẵn có; (ii) Chất lượng nước kém hạn chế việc sử dụng nước; (iii) Khó thỏa mãn dòng chảy môi trường và iv) Khả năng tiếp cận các dịch vụ nước của người sử dụng chưa đảm bảo. Cách tiếp cận về CTN như trên được chọn làm cách tiếp cận của luận án, nó phù hợp với việc đánh giá mức độ CTN trên địa bàn thành phố Đà Nẵng nơi mà mặc dù có lượng nước đến rất dồi dào nhưng việc đáp ứng nguồn nước cho hoạt động dân sinh và phát triển KTXH đôi lúc đôi nơi vẫn chưa đảm bảo. Chỉ số căng thẳng nguồn nước_WSI (Water Stress Index): Hiện nay có nhiều tài liệu định nghĩa về chỉ số trong đó nghiên cứu về bộ tiêu chí và cơ sở dữ liệu giám sát phát triển bền vững ở Việt Nam (2006) của Bộ Kế hoạch và Đầu tư và đã đưa ra định nghĩa: Chỉ số là một độ đo tổng hợp ở mức cao, được tính từ các chỉ tiêu và bộ chỉ tiêu. Như vậy, chỉ số WSI là một thước đo mức độ CTN tổng hợp trong một vùng, một LVS nó thể hiện mối quan hệ giữa nhu cầu về nước và khả năng sẵn có của nguồn nước, khả năng tiếp cận nguồn nước trong điều kiện môi trường sinh thái được đảm bảo.2 Tổng quan nghiên cứu về căng thẳng nguồn nước trên thế giới 1.