Tổng quan nghiên cứu

Khu vực ven biển tỉnh Nam Định, thuộc vùng ven biển Bắc Bộ, đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng do thiên tai như bão, lũ, xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu. Với chiều dài bờ biển khoảng 72 km, vùng ven biển gồm các huyện Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, đặc biệt là nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, hệ thống đê biển và đê sông hiện tại còn nhiều đoạn có cao trình thấp hơn thiết kế từ 0,2 đến 1,5 m, nền đê yếu, nhiều đoạn bị xói mòn, sạt lở, cùng với các công trình cống tiêu đã xuống cấp, gây nguy cơ mất an toàn và thiệt hại lớn khi thiên tai xảy ra.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả công trình phòng chống thiên tai, đặc biệt là xâm nhập mặn, nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản vùng ven biển Nam Định. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các huyện ven biển trong tỉnh, với thời gian khảo sát và phân tích dữ liệu từ các năm gần đây, đặc biệt chú trọng mùa kiệt và các đợt hạn hán điển hình.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, nâng cao khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu, đồng thời góp phần phát triển kinh tế bền vững cho khu vực ven biển. Các chỉ số như mức độ xâm nhập mặn, cao trình đê, và hiệu quả vận hành công trình thủy lợi được sử dụng làm metrics đánh giá hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết thủy lực và mô hình thủy văn: Áp dụng mô hình toán MIKE11 để mô phỏng dòng chảy, mực nước và xâm nhập mặn trong hệ thống sông và kênh vùng ven biển. Mô hình này dựa trên hệ phương trình Saint-Venant, giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn, cho phép mô phỏng dòng chảy không ổn định và các công trình thủy lợi như đập, cống, trạm bơm.

  • Lý thuyết quản lý công trình thủy lợi và phòng chống thiên tai: Tập trung vào vai trò của công trình thủy lợi trong việc điều tiết nguồn nước, giảm thiểu tác động thiên tai, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của bảo trì, nâng cấp và vận hành hiệu quả hệ thống công trình.

  • Khái niệm biến đổi khí hậu và tác động đến thủy lợi: Biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn, tăng cường độ và tần suất thiên tai, ảnh hưởng đến nguồn nước và an toàn công trình.

Các khái niệm chính bao gồm: xâm nhập mặn, cao trình đê, vận hành hồ chứa, mô hình thủy lực, và hiệu quả công trình phòng chống thiên tai.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn, mực nước, lưu lượng và độ mặn tại các trạm thủy văn trong vùng nghiên cứu từ năm 2000 đến 2011, cùng với dữ liệu địa hình thực đo và các báo cáo hiện trạng công trình.

  • Phương pháp phân tích thống kê: Thống kê và phân tích các số liệu khí tượng thủy văn, đánh giá xu hướng biến đổi khí hậu, mức độ xâm nhập mặn và tình trạng công trình.

  • Phương pháp mô phỏng mô hình toán: Áp dụng mô hình MIKE11 để mô phỏng thủy lực, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực đo mùa kiệt năm 2000-2001 và kiểm định năm 2002-2003. Các kịch bản tính toán được xây dựng dựa trên lưu lượng điều tiết hồ chứa thượng nguồn tại trạm Sơn Tây với các mức lưu lượng từ 900 đến 1700 m³/s.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích số liệu từ 2000 đến 2011, mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình trong giai đoạn 2001-2003, đánh giá thực trạng và đề xuất giải pháp trong giai đoạn 2020-2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng công trình phòng chống thiên tai: Hệ thống đê biển và đê sông tại các huyện ven biển đã được đầu tư cứng hóa với tỷ lệ từ 68% đến 81,5%, tuy nhiên vẫn còn nhiều đoạn đê có cao trình thấp hơn thiết kế từ 0,2 đến 1,5 m, nền đê yếu và nhiều đoạn bị xói mòn, sạt lở. Các công trình cống tiêu phần lớn xây dựng từ những năm 1950 đã xuống cấp, không đảm bảo an toàn, ảnh hưởng đến hiệu quả phòng chống thiên tai.

  2. Tác động của xâm nhập mặn và thiếu hụt nguồn nước: Khoảng 38.000 ha đất canh tác tại các huyện ven biển bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn và triều cường, trong đó hơn 12.000 ha bị ảnh hưởng nặng với độ mặn từ 1,2 đến 3‰, làm giảm năng suất lúa từ 20% đến 30%. Độ mặn tại các cống chính như Bình Hải và Quỹ Nhất dao động từ 4‰ đến 18,4‰ trong các tháng mùa khô, gây khó khăn cho việc lấy nước ngọt phục vụ sản xuất.

  3. Kết quả mô phỏng mô hình MIKE11: Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với chỉ số Nash trên 0,8 tại các trạm thủy văn chính, cho thấy độ tin cậy cao. Các kịch bản điều tiết lưu lượng hồ chứa thượng nguồn cho thấy việc tăng lưu lượng từ 900 m³/s lên 1700 m³/s giúp giảm sâu độ mặn xâm nhập vào nội địa, cải thiện nguồn nước ngọt cho vùng ven biển.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Nhiệt độ trung bình tại khu vực tăng khoảng 1oC mỗi thập kỷ, lượng mưa ngày cực đại tăng từ 10% đến 70%, làm gia tăng tần suất và cường độ thiên tai, đặc biệt là hạn hán và xâm nhập mặn. Mực nước biển dự kiến tăng 30 cm vào năm 2050, làm tăng nguy cơ ngập úng và sạt lở.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các tồn tại là do hệ thống công trình phòng chống thiên tai đã xuống cấp, chưa đồng bộ và chưa được nâng cấp kịp thời để thích ứng với biến đổi khí hậu và tác động của thượng nguồn. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, việc duy tu bảo dưỡng và nâng cấp công trình thủy lợi được xem là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả vận hành, phù hợp với quan điểm của chuyên gia Liên hợp quốc về tầm quan trọng của bảo trì công trình.

Dữ liệu mô phỏng cho thấy việc điều tiết lưu lượng hồ chứa thượng nguồn có thể giảm đáng kể mức độ xâm nhập mặn, từ đó bảo vệ diện tích canh tác và nuôi trồng thủy sản. Biểu đồ diễn biến độ mặn tại các vị trí cống chính minh họa rõ sự giảm sâu độ mặn khi lưu lượng điều tiết tăng lên. Tuy nhiên, việc nâng cấp công trình cống tiêu và đê biển cũng là yếu tố không thể thiếu để đảm bảo an toàn và hiệu quả phòng chống thiên tai.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc xây dựng các chính sách và kế hoạch phát triển bền vững vùng ven biển Nam Định, đồng thời góp phần nâng cao năng lực thích ứng với biến đổi khí hậu cho khu vực.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và cải tạo hệ thống đê biển, đê sông: Tăng cao trình mặt đê từ 0,2 đến 1,5 m tại các đoạn thấp, gia cố nền đê yếu bằng công nghệ khoan phụt vữa áp lực cao và cọc xi măng đất khoan trộn sâu. Thời gian thực hiện trong 3-5 năm, do Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Nam Định chủ trì phối hợp với các đơn vị thi công.

  2. Cải tạo, nâng cấp các công trình cống tiêu: Thay thế các cống cũ xây dựng từ những năm 1950, lắp đặt cửa van tự động thủy lực để tăng khả năng vận hành và an toàn công trình. Mục tiêu giảm thiểu xâm nhập mặn và cải thiện tiêu thoát nước, hoàn thành trong vòng 2-3 năm.

  3. Tăng cường vận hành điều tiết hồ chứa thượng nguồn: Phối hợp với các đơn vị quản lý hồ chứa như Hòa Bình, Sơn La để điều tiết lưu lượng nước phù hợp, đảm bảo lưu lượng tại trạm Sơn Tây đạt từ 1300 đến 1700 m³/s trong mùa kiệt, giảm xâm nhập mặn sâu vào nội địa. Thực hiện hàng năm theo mùa vụ.

  4. Xây dựng mô hình thí điểm sản xuất thích ứng thiên tai: Lựa chọn địa điểm tại vùng ven biển có điều kiện thuận lợi, bố trí hệ thống đê bao, kênh tiêu hợp lý, áp dụng công nghệ tưới tiêu tiết kiệm nước và mô hình nuôi trồng thủy sản thích ứng với biến đổi khí hậu. Thời gian triển khai 1-2 năm, do UBND các huyện phối hợp với các viện nghiên cứu.

  5. Phát triển hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm: Lắp đặt hệ thống quan trắc mực nước, độ mặn, cảnh báo thiên tai để hỗ trợ vận hành công trình và ứng phó kịp thời. Thời gian thực hiện trong 1 năm, do Sở Khoa học & Công nghệ phối hợp với các đơn vị chuyên môn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai: Sở Nông nghiệp & PTNT, Ban chỉ huy phòng chống thiên tai các cấp có thể sử dụng kết quả để xây dựng kế hoạch nâng cấp công trình và vận hành hồ chứa hiệu quả.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia kỹ thuật thủy lợi: Tham khảo phương pháp mô phỏng MIKE11, kết quả hiệu chỉnh mô hình và các kịch bản tính toán để phát triển nghiên cứu sâu hơn về quản lý nguồn nước và phòng chống thiên tai.

  3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực thủy sản và nông nghiệp ven biển: Áp dụng các giải pháp công trình và mô hình sản xuất thích ứng để giảm thiệt hại do thiên tai, nâng cao hiệu quả sản xuất và phát triển bền vững.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và quốc tế hoạt động trong lĩnh vực biến đổi khí hậu và phát triển bền vững: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho các dự án hỗ trợ thích ứng biến đổi khí hậu và giảm thiểu rủi ro thiên tai tại vùng ven biển Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nâng cấp hệ thống đê biển và đê sông tại Nam Định?
    Hệ thống đê hiện tại có nhiều đoạn thấp hơn thiết kế từ 0,2 đến 1,5 m, nền đê yếu và bị xói mòn, gây nguy cơ mất an toàn khi bão, triều cường xảy ra. Nâng cấp giúp bảo vệ sản xuất và sinh mạng người dân.

  2. Mô hình MIKE11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE11 là mô hình thủy lực một chiều, thân thiện với người dùng, cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy, mực nước và xâm nhập mặn trong hệ thống sông kênh phức tạp, giúp đánh giá hiệu quả công trình và kịch bản vận hành.

  3. Xâm nhập mặn ảnh hưởng như thế nào đến sản xuất nông nghiệp ven biển?
    Xâm nhập mặn làm giảm năng suất lúa từ 20% đến 30%, ảnh hưởng đến khoảng 38.000 ha đất canh tác, gây khó khăn trong việc lấy nước ngọt và tăng chi phí thủy lợi.

  4. Giải pháp điều tiết hồ chứa thượng nguồn có tác dụng gì?
    Điều tiết lưu lượng hồ chứa giúp tăng lượng nước ngọt về hạ lưu, đẩy lùi mặn, cải thiện nguồn nước cho sản xuất và giảm thiệt hại do xâm nhập mặn.

  5. Làm thế nào để đảm bảo hiệu quả lâu dài của công trình phòng chống thiên tai?
    Cần có kế hoạch duy tu, bảo dưỡng thường xuyên, nâng cấp công trình phù hợp với biến đổi khí hậu, đồng thời phát triển hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm để vận hành hiệu quả.

Kết luận

  • Hệ thống công trình phòng chống thiên tai vùng ven biển Nam Định hiện còn nhiều đoạn xuống cấp, thấp hơn thiết kế, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn và sản xuất.
  • Xâm nhập mặn và thiếu hụt nguồn nước do tác động thượng nguồn là nguyên nhân chính gây thiệt hại sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản.
  • Mô hình MIKE11 được hiệu chỉnh và kiểm định thành công, cho phép mô phỏng chính xác các kịch bản vận hành hồ chứa và tác động đến xâm nhập mặn.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp đê, cải tạo cống tiêu, điều tiết hồ chứa và xây dựng mô hình sản xuất thích ứng nhằm nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm các giải pháp, hoàn thiện hệ thống quan trắc và xây dựng kế hoạch duy tu bảo dưỡng bền vững.

Kêu gọi hành động: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để bảo vệ và phát triển bền vững vùng ven biển Nam Định trước tác động ngày càng nghiêm trọng của thiên tai và biến đổi khí hậu.