Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu giải pháp cấp nước phát triển bền vững huyện Quế Võ - Bắc Ninh

Nghiên cứu các giải pháp cấp nước bền vững cho huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. Phân tích thực trạng và đề xuất phương án tối ưu, đảm bảo nguồn nước sạch dài lâu.

• Tác giả: Đặng Sỹ Thành
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Việt Hòa
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp cấp nước để phát triển bền vững kinh tế xã hội cho huyện Quế Võ - Tỉnh Bắc Ninh
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu giải pháp cấp nước bền vững Quế Võ

Nghiên cứu giải pháp cấp nước bền vững Quế Võ là đề tài thuộc chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước tại Trường Đại học Thủy lợi. Đề tài tập trung phân tích toàn diện thực trạng cấp nước tại huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. Mục tiêu chính là đánh giá nhu cầu cấp nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững. Nghiên cứu xem xét các yếu tố tự nhiên, dân sinh và kinh tế của vùng. Huyện Quế Võ nằm trong lưu vực sông Thái Bình, chịu ảnh hưởng lớn từ biến động dòng chảy hạ du. Dân số năm 2012 đạt gần 144.000 người với tỷ lệ dân nông thôn chiếm hơn 95%. Quá trình công nghiệp hóa đang tạo áp lực lớn lên hệ thống cấp nước hiện hữu. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quy hoạch thủy lợi phù hợp. Phương pháp tiếp cận bao gồm thu thập số liệu thực tế từ các cơ quan Nhà nước. Kết quả nghiên cứu phục vụ công tác lập quy hoạch cấp nước cho địa phương.

1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu

Huyện Quế Võ thuộc tỉnh Bắc Ninh, nằm trong lưu vực sông Thái Bình. Khu vực nghiên cứu có mạng lưới sông ngòi dày đặc. Sông Cầu tại Phả Lại có lưu vực 6.030 km², chiều dài 288,5 km. Sông Thái Bình chảy qua địa phận với lưu vực rộng lớn. Ngòi Tào Khê dài 37 km bắt nguồn từ Gia Lâm, Hà Nội. Đoạn chảy qua Quế Võ dài 16,2 km với lòng rộng 20-30 mét. Đây là trục tiêu chính phục vụ hệ thống thủy lợi huyện.

1.2. Tình hình dân sinh và yêu cầu phát triển kinh tế

Dân số huyện Quế Võ năm 2012 là 143.954 người. Nữ giới chiếm 51,1%, nam giới chiếm 48,9%. Dân cư nông thôn chiếm 95,21% tổng dân số toàn huyện. Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên tăng từ 0,93% năm 2005 lên 1,28% năm 2009. Dân số tăng tạo lực lượng lao động dồi dào cho công nghiệp hóa. Tuy nhiên điều này cũng đặt áp lực lên hệ thống cấp nước. Nhu cầu nước sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp đều tăng theo.

II. Phân tích thực trạng và thách thức cấp nước tại Quế Võ

Thực trạng cấp nước tại huyện Quế Võ đối mặt nhiều thách thức phức tạp. Hệ thống thủy lợi hiện hữu phục vụ chủ yếu cho nông nghiệp truyền thống. Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng làm thay đổi cơ cấu sử dụng nước. Nhu cầu cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt tăng cao đột biến. Các khu công nghiệp, làng nghề, thị trấn phát triển mạnh mẽ. Ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng từ nhiều nguồn khác nhau. Chất thải rắn khó phân hủy trong sản xuất không được xử lý kỹ. Phân hóa học và thuốc trừ sâu trong nông nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Các trục tiêu bị ách tắc dòng chảy do rác thải và chất bẩn. Hệ số cấp nước cần được điều chỉnh phù hợp với thực tế mới. Việc bổ sung nước sạch để pha loãng và duy trì dòng chảy môi trường rất cần thiết. Nghiên cứu chỉ ra cần giải pháp tổng thể để giải quyết đồng bộ các vấn đề trên.

2.1. Hiện trạng hệ thống thủy lợi và nguồn nước tự nhiên

Hệ thống thủy lợi huyện Quế Võ bao gồm các công trình tưới và tiêu nước. Trạm bơm tiêu Hiền Lương phục vụ tiêu nước cho khoảng 32 khu vực sản xuất. Tuy nhiên nhiều năm gần đây tình trạng úng ngập vẫn xảy ra. Chế độ dòng chảy hạ du sông Thái Bình bị ảnh hưởng bởi các hồ chứa thượng nguồn. Ngòi Tào Khê là trục tiêu chính nhưng đang chịu áp lực ô nhiễm lớn. Nguồn nước mặt ngày càng suy giảm về chất lượng.

2.2. Tác động của đô thị hóa và công nghiệp hóa đến nguồn nước

Quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa tại Quế Võ diễn ra mạnh mẽ. Các khu sản xuất công nghiệp, đô thị, làng nghề thải ra lượng lớn chất ô nhiễm. Chất thải rắn khó phân hủy gây ách tắc dòng chảy thủy lợi. Nông dân sử dụng ngày càng nhiều phân hóa học và thuốc trừ sâu. Các nghiên cứu khẳng định cần thu gom và xử lý triệt để nguồn nước thải. Việc bổ sung nước không ô nhiễm vào hệ thống thủy lợi là giải pháp cấp bách.

III. Đề xuất giải pháp cấp nước bền vững cho huyện Quế Võ

Giải pháp cấp nước bền vững Quế Võ dựa trên cơ sở phân vùng thủy lợi khoa học. Nghiên cứu đề xuất phân khu cấp nước theo đặc điểm tự nhiên và nhu cầu sử dụng. Phương pháp tiếp cận bao gồm phân tích yêu cầu phát triển kinh tế xã hội từng ngành. Chỉ tiêu cấp nước được xác định cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt dân dụng. Đối với nông nghiệp, giải pháp tập trung cải tạo hệ thống tưới hiện hữu. Quy hoạch cải tạo và hoàn chỉnh hệ thống tưới cho toàn lưu vực được ưu tiên. Giải pháp công nghiệp hóa đòi hỏi hệ số cấp nước lớn hơn truyền thống. Nghiên cứu đề xuất mức đảm bảo cấp nước phù hợp từng ngành sử dụng. Việc kết hợp giữa giải pháp công trình và phi công trình được khuyến nghị. Hệ thống giám sát chất lượng nước cần được thiết lập đồng bộ. Giải pháp tổng thể hướng đến phát triển bền vững kinh tế xã hội địa phương. Các chỉ tiêu cấp nước được tính toán dựa trên kịch bản phát triển đến năm 2020.

3.1. Phân vùng thủy lợi và quy hoạch cấp nước tổng thể

Cơ sở phân vùng cấp nước dựa trên điều kiện tự nhiên và nhu cầu sử dụng. Phân vùng cấp nước tưới được chia theo đặc điểm thổ nhưỡng và nguồn nước. Mỗi phân vùng có chỉ tiêu cấp nước riêng phù hợp với loại hình canh tác. Quy hoạch tổng thể đảm bảo tính liên kết giữa các vùng trong huyện. Giải pháp cải tạo hệ thống tưới tập trung vào các công trình trọng điểm. Việc quy hoạch cần tính đến xu hướng đô thị hóa và chuyển đổi cơ cấu kinh tế.

3.2. Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành nông nghiệp công nghiệp và dân dụng

Chỉ tiêu cấp nước nông nghiệp tính theo nhu cầu tưới từng loại cây trồng. Phát triển nông nghiệp đòi hỏi hệ số cấp nước tăng theo năng suất mục tiêu. Nhu cầu cấp nước công nghiệp tăng nhanh do quá trình đô thị hóa. Cấp nước sinh hoạt phụ thuộc vào tốc độ tăng dân số và mức sống. Các chỉ tiêu được xây dựng theo báo cáo chính trị đại hội đảng bộ huyện. Tỷ lệ phát triển dân số giai đoạn đến 2020 được tính vào dự báo nhu cầu.

IV. Kết luận và hướng ứng dụng nghiên cứu cấp nước Quế Võ

Nghiên cứu giải pháp cấp nước bền vững Quế Võ đã hoàn thành các mục tiêu đề ra. Kết quả cho thấy huyện Quế Võ có tiềm năng lớn về nguồn nước mặt tự nhiên. Tuy nhiên áp lực từ đô thị hóa và công nghiệp hóa đặt ra thách thức nghiêm trọng. Hệ thống thủy lợi cần được cải tạo và nâng cấp toàn diện. Giải pháp phân vùng cấp nước giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nước. Các chỉ tiêu cấp nước được tính toán phù hợp với từng ngành kinh tế. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch thủy lợi địa phương. Kết quả có thể áp dụng cho các huyện tương tự trong vùng đồng bằng sông Hồng. Hướng phát triển bền vững cần kết hợp giữa quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường. Việc bổ sung nước sạch để duy trì dòng chảy môi trường là giải pháp then chốt. Nghiên cứu góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững kinh tế xã hội huyện Quế Võ. Các khuyến nghị cần được triển khai trong thực tiễn quy hoạch cấp nước.

4.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Đề tài cung cấp cơ sở khoa học cho quy hoạch cấp nước bền vững. Kết quả nghiên cứu có giá trị áp dụng trực tiếp cho huyện Quế Võ. Phương pháp phân vùng thủy lợi có thể nhân rộng cho các vùng tương tự. Nghiên cứu bổ sung lý luận về quản lý tài nguyên nước vùng đồng bằng. Ý nghĩa thực tiễn thể hiện qua khả năng triển khai ngay trong quy hoạch địa phương. Đóng góp vào chiến lược phát triển bền vững tỉnh Bắc Ninh.

4.2. Khuyến nghị và định hướng phát triển cấp nước bền vững

Cần đầu tư nâng cấp hệ thống thủy lợi theo quy hoạch đã đề xuất. Việc xử lý ô nhiễm nguồn nước phải được ưu tiên hàng đầu. Giám sát chất lượng nước cần triển khai thường xuyên và hệ thống. Đào tạo nhân lực quản lý tài nguyên nước cho địa phương là cấp bách. Hợp tác liên vùng trong quản lý lưu vực sông cần được tăng cường. Ngân sách đầu tư cho hạ tầng cấp nước phải phù hợp tốc độ phát triển.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh có tổng diện tích tự nhiên là 15.484,82 ha, giữ vai trò kinh tế trọng điểm trong tam giác tăng trưởng Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh với tốc độ tăng giá trị gia tăng bình quân từ 14% đến 15%/năm. Mặc dù sở hữu lợi thế lớn về mạng lưới sông ngòi với hai con sông lớn là sông Đuống và sông Cầu bao bọc, công tác thủy lợi của huyện đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng do biến đổi khí hậu và quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa diễn ra mạnh mẽ.

Vấn đề nghiên cứu then chốt xuất phát từ sự bất cập trong hệ thống công trình cấp nước: toàn huyện có 56 trạm bơm với tổng công suất thiết kế 137.958 m³/h phục vụ tưới cho 10.598 ha, nhưng diện tích thực tưới chỉ đạt 6.405 ha, tương đương 60,4% năng lực thiết kế. Hậu quả trực tiếp là 1.536 ha đất canh tác thường xuyên rơi vào tình trạng có nguy cơ hạn hán nghiêm trọng. Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá toàn diện hiện trạng hệ thống thủy lợi, tính toán cân bằng nước đa mục tiêu cho các ngành kinh tế - xã hội, từ đó đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ nhằm chủ động nguồn nước phục vụ phát triển bền vững địa bàn huyện Quế Võ.

Phạm vi nghiên cứu bao trùm toàn bộ 20 xã và 1 thị trấn thuộc huyện Quế Võ, với chuỗi dữ liệu thực tế giai đoạn 2001 - 2013 và tầm nhìn định hướng đến năm 2020. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện ở việc giải quyết bài toán an ninh nguồn nước cho dân số dự báo đạt trên 151.000 người vào năm 2020, cấp đủ nước cho 592 ha khu công nghiệp hiện hữu, hỗ trợ chuyển dịch cơ cấu cây trồng đạt năng suất lúa bình quân 60,9 tạ/ha và mở rộng diện tích nuôi trồng thủy sản lên 1.100 ha.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) và nguyên lý cân bằng nước lưu vực sông nhằm tối ưu hóa việc phân bổ nguồn nước giữa các ngành kinh tế. Khi nền nông nghiệp chuyển đổi mạnh mẽ sang thâm canh tăng vụ với các giống lúa thuần và cây thực phẩm có giá trị kinh tế cao, hệ số tưới mặt ruộng được hiệu chỉnh nâng từ mức 0,6 l/s.ha của giai đoạn trước năm 1960 lên mức thiết kế hiện đại là 1,25 l/s.ha đến 1,26 l/s.ha. Khung lý thuyết nghiên cứu tập trung vào 4 khái niệm then chốt:

• Mức đảm bảo cấp nước thiết kế: Tần suất cấp nước tưới cho nông nghiệp được chuẩn hóa ở mức P = 85%, bảo đảm an toàn sản xuất trước các biến động cực đoan của thời tiết.
• Nhu cầu nước đa ngành: Xác định chi tiết nhu cầu nước cho sinh hoạt nông thôn, sản xuất công nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và dòng chảy môi trường.
• Hệ số tiêu hao không hoàn lại: Đánh giá lượng nước bốc thoát hơi và tiêu hao sinh học, trong đó sản xuất công nghiệp tiêu hao không hoàn lại khoảng 1% đến 2%, phần còn lại hoàn lưu vào nguồn nước mặt.
• Khả năng tự làm sạch của nguồn nước: Cơ chế pha loãng chất thải thông qua việc duy trì dòng chảy môi trường tối thiểu trên các trục kênh tiêu và sông nội đồng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu toàn diện trên quy mô 21 đơn vị hành chính cấp xã, thị trấn của huyện Quế Võ với mẫu khảo sát bao gồm 56 trạm bơm tưới, tiêu và hệ thống kênh mương chính dài hơn 75.359 m. Phương pháp chọn mẫu là điều tra toàn diện hiện trạng kết hợp chọn mẫu điển hình tại các điểm xung yếu có nguy cơ hạn hán cao. Chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn được tổng hợp từ lưới trạm đo mưa chuyên dụng trong khu vực và các trạm thủy văn lân cận để xây dựng mô hình mưa tưới tính toán.

Phương pháp phân tích trọng tâm là ứng dụng mô hình toán thủy lực một chiều MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển. Lý do lựa chọn MIKE 11 là vì phần mềm này có khả năng mô phỏng chính xác chế độ dòng chảy không ổn định và phân bố mực nước trên mạng lưới sông ngòi phức tạp chịu tác động thủy triều và điều tiết hồ chứa. Mô hình thiết lập cho toàn bộ hệ thống kênh trục chính, cống lấy nước và bể xả các trạm bơm đầu mối lấy nước từ sông Đuống (chuyển tải 29 tỷ m³ nước/năm từ sông Hồng) và sông Cầu (diện tích lưu vực 6.030 km²). Kết hợp với phần mềm MapInfo trong phân tích dữ liệu không gian, nghiên cứu bảo đảm tính khoa học và độ tin cậy cao cho các bài toán cân bằng nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả khảo sát và tính toán cân bằng nước đã chỉ ra những tồn tại lớn trong hệ thống cấp nước của huyện Quế Võ:

• Hiệu suất vận hành công trình phân hóa mạnh và đạt mức thấp: Vùng lấy nước sông Cầu có 33 trạm bơm với tổng công suất 82.846 m³/h nhưng diện tích thực tưới chỉ đạt 50,2% thiết kế. Trong đó, tiểu khu Kim Đôi có công suất lớn nhất (71.010 m³/h) chỉ tưới được 2.010 ha trên tổng số 4.328 ha thiết kế (đạt 46,4%); tiểu khu Bắc Châu Cầu đạt 62% thiết kế với diện tích thực tưới 836 ha.
• Khu vực lấy nước sông Đuống đạt hiệu quả cao hơn nhưng phân bố không đều: Tổng diện tích thực tưới đạt 69,4% thiết kế, trong đó tiểu khu Kênh Nam đạt 79,2% (1.623 ha thực tế/2.048 ha thiết kế), nhưng tiểu khu Thái Hòa chỉ đạt 59,3% (1.273 ha thực tế/2.145 ha thiết kế).
• Hạ tầng dẫn nước bị suy thoái nghiêm trọng: Toàn khu Kênh Nam có 46.872 m kênh tưới các cấp, nhưng còn tới 27.703 m là kênh đất (chiếm 59,1%) bị bồi lắng, sạt lở nặng nề; đoạn kênh Nam dài 11 km là kênh đất gây cản trở dòng chảy đến vùng cuối kênh.
• Diện tích hạn hán cục bộ tập trung trên 1.536 ha: Thiệt hại tập trung cao nhất tại xã Yên Giả (200 ha), Đại Xuân (180 ha), Việt Hùng (168 ha), Đức Long (150 ha), Hán Quảng (136 ha), Phương Liễu (100 ha) và Chi Lăng (100 ha).
• Tác động sâu sắc của chuyển dịch đất đai: Đến năm 2020, diện tích đất sản xuất nông nghiệp giảm 2.317 ha (từ 8.489,29 ha xuống 6.172,29 ha), trong đó đất chuyên trồng lúa nước giảm từ 8.147,26 ha xuống 5.129,9 ha. Ngược lại, diện tích đất phi nông nghiệp tăng lên 7.000 ha và đất nuôi trồng thủy sản tăng lên 1.100 ha, tạo ra áp lực gia tăng lưu lượng cấp nước tập trung và yêu cầu kiểm soát chất lượng nước khắt khe.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cơ bản khiến hiệu suất phục vụ của các công trình đầu mối đạt thấp xuất phát từ thực trạng hạ thấp mực nước sông Đuống và sông Cầu vào mùa cạn, cùng với việc đa số trạm bơm được xây dựng từ giai đoạn 1968 - 1995 đã xuống cấp cơ học và công nghệ lạc hậu. Sự suy giảm mực nước tại thượng lưu cống Long Tửu và các tuyến sông chính làm giảm đáng kể khả năng lấy nước tự chảy và hiệu suất hút của máy bơm.

Trên các biểu đồ thủy lực mô phỏng quá trình mực nước bằng mô hình MIKE 11, đường quá trình mực nước tính toán tại bể xả các trạm bơm Thái Hòa, Kiều Lương và Kim Đôi thể hiện sự tương thích chặt chẽ với số liệu thực đo mùa kiệt tần suất 85%. Bảng tổng hợp cân bằng nước khẳng định nguồn nước tự nhiên trên sông Đuống và sông Cầu về tổng lượng hoàn toàn đáp ứng đủ nhu cầu của huyện, nhưng điểm nghẽn nằm ở năng lực chuyển nước của hệ thống kênh trục nội đồng. Điều này khẳng định tính đúng đắn của việc chuyển đổi phương thức đầu tư từ mở rộng diện tích tưới hình thức sang kiên cố hóa kênh mương và hiện đại hóa thiết bị bơm hút sâu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán mô hình thủy lực và định hướng phát triển kinh tế xã hội, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

• Nâng cấp và cải tạo hệ thống trạm bơm đầu mối: Tiến hành hiện đại hóa 56 trạm bơm hiện có, thay thế các tổ máy bơm cũ kỹ bằng dòng máy bơm chìm tiết kiệm năng lượng tại trạm bơm Kim Đôi 1 (công suất 50.000 m³/h), trạm bơm Thái Hòa và trạm bơm Kiều Lương; bổ sung các trạm bơm dã chiến tại vùng cuối kênh sông Cầu. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2016 - 2020. Chủ thể chịu trách nhiệm: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Bắc Ninh phối hợp với Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Một thành viên Khai thác Công trình Thủy lợi Bắc Đuống.
• Kiên cố hóa toàn diện hệ thống kênh dẫn nước: Hoàn thành bê tông hóa 27.703 m kênh đất còn lại tại khu Kênh Nam, nạo vét 16,2 km ngòi Tào Khê và các tuyến kênh cấp 1, cấp 2 nhằm hạ tỷ lệ thất thoát nước từ trên 25% xuống dưới 10%, bảo đảm dẫn nước thông suốt tới 1.536 ha vùng có nguy cơ hạn hán. Thời gian thực hiện: Hoàn thành trước năm 2019. Chủ thể thực hiện: Ủy ban Nhân dân huyện Quế Võ và các đơn vị quản lý thủy nông địa phương.
• Phân vùng cấp nước và điều chỉnh quy trình vận hành liên trạm: Tách bạch rõ mạng lưới cấp nước sinh hoạt cho 151.000 dân cư và 592 ha các khu công nghiệp Quế Võ I, II, III khỏi hệ thống thủy lợi tưới nông nghiệp; vận hành linh hoạt các trạm bơm kết hợp tưới tiêu theo chế độ kinh tế trong mùa kiệt. Thời gian thực hiện: Triển khai thường niên từ năm 2016. Chủ thể thực hiện: Ủy ban Nhân dân các xã và Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Ninh.
• Ứng dụng công nghệ quản lý vận hành thông minh: Ứng dụng phần mềm MIKE 11 và GIS trong quan trắc tự động mực nước, dự báo hạn hán và lập lịch cấp nước số hóa theo thời gian thực; ban hành quy chế phối hợp xả nước đổ ải từ các hồ chứa thủy điện thượng nguồn. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2017 - 2020. Chủ thể thực hiện: Chi cục Thủy lợi Bắc Ninh và các viện nghiên cứu chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và tài nguyên nước: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Bắc Ninh, Chi cục Thủy lợi và Ủy ban Nhân dân huyện Quế Võ có thể trực tiếp ứng dụng số liệu dự báo cân bằng nước và phương án phân vùng thủy lợi để lập quy hoạch đầu tư công trình giai đoạn trung hạn 2016 - 2020.
• Các doanh nghiệp quản lý và khai thác công trình thủy lợi: Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi Bắc Đuống và các trạm thủy nông cơ sở áp dụng quy trình tính toán thủy lực để xây dựng lịch vận hành tối ưu cho 56 trạm bơm, giảm thiểu chi phí điện năng tiêu thụ mùa kiệt.
• Kỹ sư quy hoạch, tư vấn thiết kế công trình thủy lợi: Sử dụng phương pháp luận, thông số mô hình MIKE 11 và chuỗi số liệu khí tượng thủy văn để làm tài liệu thiết kế chuẩn mực cho các dự án kiên cố hóa kênh mương, xây dựng trạm bơm vùng đồng bằng sông Hồng.
• Học viên cao học và nhà nghiên cứu học thuật: Kế thừa mô hình đánh giá tác động của đô thị hóa - công nghiệp hóa tới biến động diện tích đất canh tác (giảm 2.317 ha) và nhu cầu chuyển dịch hệ số tưới làm tài liệu tham khảo cho các luận văn ngành Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao huyện Quế Võ lại thiếu nước sản xuất khi có sông Đuống và sông Cầu bao quanh? Mặc dù hai con sông chuyển tải lượng dòng chảy rất lớn (riêng sông Đuống khoảng 29 tỷ m³/năm), mực nước sông mùa cạn bị hạ thấp nghiêm trọng dưới cao trình hút nước thiết kế. Cùng với đó, 56 trạm bơm xây dựng lâu năm bị xuống cấp khiến năng lực tưới thực tế chỉ đạt 60,4% thiết kế, gây thiếu nước cục bộ cho 1.536 ha đất nông nghiệp.

• Mô hình toán MIKE 11 mang lại giá trị gì cho nghiên cứu cấp nước tại Quế Võ? Mô hình MIKE 11 cho phép mô phỏng chính xác chế độ dòng chảy không ổn định trên mạng lưới sông ngòi và kênh trục của huyện với tần suất thiết kế 85%. Kết quả mô phỏng mực nước tại bể xả các trạm bơm như Thái Hòa, Kim Đôi cung cấp cơ sở định lượng để tối ưu hóa vị trí đặt bơm và kích thước lòng kênh.

• Quá trình công nghiệp hóa tác động thế nào đến cơ cấu nhu cầu nước của huyện? Công nghiệp hóa làm giảm 2.317 ha đất sản xuất nông nghiệp đến năm 2020 nhưng mở rộng diện tích các khu công nghiệp lên hơn 592 ha và thúc đẩy tăng trưởng đô thị. Điều này đòi hỏi hệ thống thủy lợi phải nâng cao mức đảm bảo cấp nước liên tục, phân tách mạng lưới cấp nước sạch đô thị và duy trì lưu lượng môi trường để xử lý nước thải.

• Giải pháp nào là cấp bách nhất để xử lý 1.536 ha diện tích có nguy cơ bị hạn? Giải pháp cấp bách hàng đầu là kiên cố hóa 27.703 m kênh đất tại khu Kênh Nam, kết hợp nâng cấp trạm bơm Kim Đôi 1 và hoàn trả tuyến kênh dẫn nước tại các khu vực bị ảnh hưởng bởi khu công nghiệp. Biện pháp này giúp giải quyết trực tiếp tình trạng thiếu nước tại các xã chịu hạn nặng như Yên Giả (200 ha) và Đại Xuân (180 ha).

• Tiêu chuẩn và hệ số cấp nước nông nghiệp được áp dụng trong luận văn là bao nhiêu? Luận văn áp dụng hệ số tưới mặt ruộng từ 1,25 l/s.ha đến 1,26 l/s.ha với tần suất bảo đảm P = 85%, phù hợp với đặc điểm sinh trưởng của các giống lúa thâm canh năng suất cao (đạt 60,9 tạ/ha) và vùng sản xuất rau màu, khoai tây vụ đông (chiếm 33,8% diện tích cây thực phẩm).

Kết luận

• Đánh giá toàn diện hiện trạng hệ thống thủy lợi huyện Quế Võ với quy mô tự nhiên 15.484,82 ha và mạng lưới 56 trạm bơm công suất 137.958 m³/h.
• Xác định rõ nguyên nhân cốt lõi gây ra tình trạng 1.536 ha đất canh tác bị đe dọa bởi hạn hán do công trình xuống cấp và tỷ lệ kênh đất chưa kiên cố hóa còn cao (chiếm 59,1% tại khu Kênh Nam).
• Ứng dụng thành công mô hình thủy lực MIKE 11 và công nghệ GIS trong tính toán cân bằng nước đa ngành, đáp ứng các tiêu chuẩn thâm canh với hệ số tưới 1,25 l/s.ha đến 1,26 l/s.ha.
• Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ, trọng tâm là kiên cố hóa 27,7 km kênh mương và hiện đại hóa các trạm bơm lớn như Kim Đôi 1, Thái Hòa.
• Đóng góp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ mục tiêu chuyển dịch cơ cấu kinh tế và duy trì tốc độ tăng trưởng kinh tế 14% đến 15%/năm của huyện Quế Võ đến năm 2020.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2016 đến năm 2020, các cấp chính quyền và cơ quan quản lý thủy nông cần tập trung huy động nguồn vốn đầu tư công để số hóa công tác điều hành và hoàn thành nâng cấp các trục kênh tiêu thoát chính. Các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý tài nguyên nước được khuyến khích tham khảo, nhân rộng mô hình tính toán này cho các tiểu lưu vực có đặc điểm tương đồng tại vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Tài nguyên nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo nhưng cũng có thể bị cạn kiệt tùy vào tốc độ khai thác của con người và khả năng tái tạo của môi trường. Ngày nay, sử dụng nước cho mọi hoạt động đã trở nên phổ biến. Tuy nhiên, việc sử dụng khai thác nguồn tài nguyên này gây ra những hậu quả ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn tài nguyên nước.

Khi con người bắt đầu trồng trọt và chăn nuôi thì đồng ruộng dần dần phát triển ở miền đồng bằng màu mỡ, kề bên lưu vực các con sông lớn. Lúc đầu cư dân còn ít và nước thì đầy ắp trên các sông hồ, đồng ruộng, cho dù có gặp thời gian khô hạn kéo dài thì cũng chỉ cần chuyển cư không xa lắm là tìm được nơi ở mới tốt đẹp hơn. Vì vậy, nước được xem là nguồn tài nguyên vô tận và cứ như thế qua một thời gian dài, vấn đề nước chưa có gì là quan trọng. Tình hình thay đổi nhanh chóng khi cuộc cách mạng công nghiệp xuất hiện và càng ngày càng phát triển như vũ bão.

Hấp dẫn bởi nền công nghiệp mới ra đời, từng dòng người từ nông thôn đổ xô vào các thành phố và khuynh hướng này vẫn còn tiếp tục cho đến ngày nay. Ðô thị trở thành những nơi tập trung dân cư quá đông đúc, tình trạng này tác động trực tiếp đến vấn đề về nước càng ngày càng trở nên nan giải. Nhu cầu nước càng ngày càng tăng theo đà phát triển của nền công nghiệp, nông nghiệp và sự nâng cao mức sống của con người. Theo sự ước tính, bình quân trên toàn thế giới có chừng khoảng 40% lượng nước cung cấp được sử dụng cho công nghiệp, 50% cho nông nghiệp và 10%cho sinh hoạt.

Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng lại thay đổi tùy thuộc vào sự phát triển của mỗi quốc gia. Thí dụ: Ở Hoa Kỳ, khoảng 44% nước được sử dụng cho công nghiệp, 47% sử dụng cho nông nghiệp và 9% cho sinh hoạt và giải trí (Chiras, 1991). Ở Trung Quốc thì 7% nước được dùng cho công nghiệp, 87% cho nông nghiệp, 6% sử dụng cho sinh hoạt 5 và giải trí. Nhu cầu về nước trong công nghiệp: Sự phát triển càng ngày càng cao của nền công nghiệp trên toàn thế giới càng làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối với một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất., chỉ 5 ngành sản xuất này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước sử dụng cho công nghiệp.

Thí dụ: cần 1.700 lít nước để sản xuất một thùng bia chừng 120 lít, cần 3.000 lít nước để lọc một thùng dầu mỏ chừng 160 lít, cần 300.000 lít nước để sản xuất 1 tấn giấy hoặc 1,5 tấn thép, cần 2.000 lít nước để sản xuất 1 tấn nhựa tổng hợp. Theo đà phát triển của nền công nghiệp hiện nay trên thế giới năm 2000 nhu cầu nước sử dụng cho công nghiệp tăng 1.900 km3/năm có nghĩa là tăng hơn 60 lần so với năm 1900. Phần nước tiêu hao không hoàn lại do sản xuất công nghiệp chiếm khoảng từ 1 - 2% tổng lượng nước tiêu hao không hoàn lại và lượng nước còn lại sau khi đã sử dụng được quay về sông hồ dưới dạng nước thải chứa đầy những chất gây ô nhiễm (Cao Liêm, Trần đức Viên - 1990). Nhu cầu về nước trong nông nghiệp: Sự phát triển trong sản xuất nông nghiệp như sự thâm canh tăng vụ và mở rộng diện tích đất canh tác cũng đòi hỏi một lượng nước ngày càng cao.Lvovits (1974), trong tương lai do thâm canh nông nghiệp mà dòng chảy cả năm của các con sông trên toàn thế giới có thể giảm đi khoảng 700 km3/năm.

Phần lớn nhu cầu về nước được thỏa mãn nhờ mưa ở vùng có khí hậu ẩm, nhưng cũng thường được bổ sung bởi nước sông hoặc nước ngầm b ằngbiện pháp thủy lợi nhất là vào mùa khô. Người ta ước tính được mối quan hệ giữa lượng nước sử dụng với lượng sản phẩm thu được trong quá trình canh tác như sau: để sản xuất 1 tấn lúa mì cần đến 1.500 tấn nước, 1 tấn gạo cần đến 4.000 tấn nước và 1 tấn bông vải cần đến 10. Sở dĩ cần số lượng lớn nước như vậy chủ yếu là do sự đòi hỏi của quá trình thoát hơi nước của cây, sự bốc hơi nước của lớp nước mặt trên đồng ruộng, sự trực di của nước xuống các lớp đất bên dưới và phần nhỏ tích tụ lại trong các sản phẩm nông nghiệp. Dự báo nhu cầu về nước trong nông nghiệp đến năm 2000 sẽ lên tới 3.400 km3/năm, chiếm 58% tổng nhu cầu về nước trên toàn thế giới.

6 Nhu cầu về nước Sinh hoạt và giải trí: Theo sự ước tính thì các cư dân sinh sống kiểu nguyên thủy chỉ cần 5-10 lít nước/ người/ ngày. Ngày nay, do sự phát triển của xã hội loài người ngày càng cao nên nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí ngày cũng càng tăng theo nhất là ở các thị trấn và ở các đô thị lớn, nước sinh hoạt tăng gấp hàng chục đến hàng trăm lần nhiều hơn. Theo sự ước tính đó thì đến năm 2000, nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí sẽ tăng gần 20 lần so với năm 1900, tức là chiếm 7% tổng nhu cầu nước trên thế giới (Cao Liêm, Trần đức Viên - 1990). Nước là nhu cầu quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội, bao gồm 3 lĩnh vực chủ yếu: nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng.

Trên thế giới cũng như ở ta nhu cầu nước cả 3 lĩnh vực trên đều tăng rất nhanh. Với những tiến bộ trong khoa học công nghệ hiện nay, tại các nước tiên tiến việc cấp nước gần như đã đến mức hoàn thiện và đã giải quyết được nhiều vấn đề khó khăn, phức tạp trong giải pháp cấp và tạo nguồn nước cho tại những vùng hiếm nước như: đất hoang hoá, sa mạc hóa, vùng núi cao, vùng ven biển ngập mặn,v,v. bằng việc ứng dụng các công nghệ mới, vật liệu mới trong xây dựng, thiết kế chế tạo các thiết bị .để giải quyết vấn đề nguồn cấp nước như: công nghệ xử lý nước mặt (công nghệ hóa chất, công nghệ Nanô.), công nghệ trong tìm kiếm và khai thác nước ngầm (địa vật lý đa cực, phần mềm xử lý 3D, công nghệ thu nước ngang .); công nghệ chuyển và trữ nước mặt, nước mưa vào lòng đất ( sử dụng giếng khoan thu nước mặt, dải thu nước (ống, vải) Waterbell, vật liệu siêu trương nở.); công nghệ tổng hợp trong điều tiết lưu lượng dòng ngầm trong đất tầng phủ: hào thu nước mặt, làm chậm dòng chảy, trồng rừng, thảm phủ thực vật,v,v. các công nghệ làm chậm quá trình bốc hơi nước: vật liệu hoặc chất phủ bề mặt không độc hại.

Trong thời gian gần đây, do có nhiều biến động về môi trường và khí hậu, sự gia tăng dân số và các yếu tố kinh tế, xã hội khác, đã tạo ra các những thay đổi lớn làm ảnh hưởng đến khả năng duy trì sự bền vững và ổn định trong việc cấp nước. Do vậy, ngoài các công nghệ về cấp tích nước tạo nguồn cấp cho các điều kiện khó khăn, các nghiên cứu ứng dụng vẫn được tiếp tục sao cho phù hợp với điều kiện riêng biệt của từng vùng. Qua các nghiên cứu trên, có thể thấy các hoạt động phát triển của con người ngày càng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống của chúng ta, đặc biệt là các khu dân cư ở hạ lưu các lưu vực sông. Do đó, cần thiết phải có những nghiên cứu chuyên sâu, chi tiết để có thể đánh giá đúng và đầy đủ tác động của các hoạt động kinh tế đến hệ thống cấp nước nói riêng và đến vấn đề quản lý, bảo vệ và sử dụng hợp lý, bền vững tài nguyên nước trên thế giới nói chung.

Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta tình hình sử dụng nước trước mắt và trong tương lai của vùng đồng bằng sông Hồng như bảng 1-1, 1-2, 1-3. 7 Như vậy hiện tại cũng như trong tương lai, nhu cầu nước cho nông nghiệp vẫn ở vị trí chủ yếu. Và sự gia tăng nhu cầu nước vẫn rất đáng kể. Như vậy tuy hệ thống thuỷ nông là hệ thống đa mục tiêu nhưng mục tiêu nông nghiệp vẫn là chính.1: Tình hình sử dụng nước vùng đồng bằng sông Hồng (triệu m3) Năm 1990 Năm Năm 2010 2000 Nông nghiệp Nông nghiệp Nông nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Dịch vụ Dịch vụ Dịch vụ Tổng Tổng Tổng 10018,0 10778,0 11633,0 13749,0 12361,0 2531,0 3918,0 19800 222,5 537,5 1267 849 Nguồn: Đề tài cấp nhà nước KC-12 Bảng 1.2: % sử dụng nước ở đồng bằng sông so với tổng lượng nước sử dụng qua các năm Năm 1990 Năm 0 Năm 2010 200 Nông nghiệp Nông nghiệp Nông nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Công nghiệp Dịch vụ Dịch vụ Dịch vụ Tổng Tổng Tổng 93 2 5 100 85 6 9 100 66 14 20 100 Nguồn: Đề tài cấp nhà nước KC-12 Bảng 1.3: Mức độ gia tăng lượng nước cho nông nghiệp (lần) so với năm 1990 Năm 1990 Năm 0 Năm 2010 200 1 1,4 1,97 Nguồn: Đề tài cấp nhà nước KC-12 Với mục tiêu đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng nền kinh tế độc lập tự chủ, đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020; muốn vậy trước hết nông nghiệp và nông thôn phải phát triển lên một trình độ mới bằng việc đổi mới cơ cấu cây trồng, vật nuôi, tăng giá trị thu được 8 trên một đơn vị diện tích, ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ; phát triển công nghiệp, dịch vụ, các làng nghề ở nông thôn, tạo nhiều việc làm mới.

Để đáp ứng những mục tiêu đó, công tác thuỷ lợi phục vụ sản xuất nông- lâm-ngư-diêm nghiệp và kinh tế nông thôn đang đứng trước những thời cơ và thách thức mới.