Nghiên Cứu Giải Pháp Tiêu Nước Hệ Thống Thủy Lợi Nam Nghệ An

• Tác giả: Amphone Sakpaseuth
• Người hướng dẫn: TS. Trần Dũng Tiến
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Giải Pháp Tiêu Nước Hệ Thống Thủy Lợi Nam Nghệ An
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục đích của đề tài
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài
• 1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC CHO HỆ THỐNG THỦY LỢI NAM NGHỆ AN
• 2.1. Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội và phương án quy hoạch sử dụng đất của khu vực Nghiên cứu
• 2.2. Quan điểm phát triển. Mục tiêu phát triển. Quy hoạch sử dụng đất ở thời điểm hiện tại và trong tương lai (2030)
• 2.3. Phân tích và xác định nhu cầu tiêu nước của các ngành kinh tế trong hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An
• 2.4. Tài liệu dùng cho tính toán tiêu
• 2.5. Xác định nhu cầu tiêu nước của các ngành kinh tế trong hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An. Kết quả tính nhu cầu tiêu nước cho hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC CHO HỆ THỐNG THỦY LỢI NAM NGHỆ AN
• 3.1. Phân tích lựa chọn mô hình phù hợp với bài toán tiêu nước cho hệ thống. Mô hình VRSAP (Vietnam river systerm and plains:)
• 3.2. Mô hình SOBEK
• 3.3. Mô hình kết hợp TL1D + ECOMOD-2D
• 3.4. Mô hình thuỷ lực một chiều MIKE 11
• 3.4.1. Thiết lập mô hình thủy lực cho bài toán tiêu nước cho hệ thống
• 3.4.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE11
• 3.4.3. Thiết lập sơ đồ mạng sông
• 3.4.4. Điều kiện biên của mô hình. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình toán cho năm thực tế
• 3.5. Tính toán tiêu nước cho hệ thống trong thời điểm hiện tại và tương lai (2030)
• 3.5.1. Tính toán cao trình yêu cầu tiêu tự chảy cho hệ thống
• 3.5.2. Kết quả tính toán tiêu nước cho hệ thống trong thời điểm hiện tại
• 3.5.3. Kết quả tính toán tiêu nước cho hệ thống trong thời điểm năm 2030
• 3.6. Đánh giá khả năng tiêu của hệ thống. Đề xuất và lựa chọn các giải pháp tiêu nước cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An
• 3.6.1. Đề xuất giải pháp tiêu nước cho hệ thống
• 3.6.2. Tính toán tiêu cho hệ thống với các giải pháp đã đề xuất
• 3.6.3. Phân tích kết quả và lựa chọn phương án
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tiêu Nước Hệ Thống Thủy Lợi Nam Nghệ An

Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thoát nước cho khu vực, đảm bảo sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt cho người dân. Vùng đất này, kẹp giữa các khối địa hình lớn, đối mặt với nhiều thách thức về ngập úng và biến đổi khí hậu. Bài viết này cung cấp tổng quan về hệ thống, các vấn đề hiện tại và sự cần thiết của việc nghiên cứu khoa học thủy lợi để đưa ra các giải pháp hiệu quả. Sự phát triển kinh tế xã hội và đô thị hóa nhanh chóng, cùng với sự thay đổi cơ cấu cây trồng, đã tạo ra áp lực lớn lên khả năng phục vụ của hệ thống kênh mương hiện tại. Việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tiêu nước hợp lý là rất cần thiết, đáp ứng các đòi hỏi của thực tiễn trong điều kiện phát triển kinh tế - xã hội, hướng tới sự phát triển bền vững của hệ thống trong tương lai. Theo luận văn của Amphone Sakpaseuth, vùng Nam Nghệ An có tầm quan trọng đặc biệt đối với tỉnh Nghệ An. Yêu cầu tiêu nước phục vụ nông nghiệp và các ngành kinh tế khác đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế-xã hội của tỉnh.

1.1. Vị Trí Địa Lý và Đặc Điểm Thủy Văn Nam Nghệ An

Nam Nghệ An bao gồm các huyện Nam Đàn, Hưng Nguyên, Nghi Lộc, thành phố Vinh và thị xã Cửa Lò. Địa hình chia làm vùng đồi núi và đồng bằng, có xu thế thấp dần từ Tây sang Đông. Thủy văn khu vực phức tạp với nhiều sông suối. Hệ thống thủy lợi có nhiệm vụ tiêu thoát nước cho diện tích lớn, đảm bảo nhu cầu nước cho nông nghiệp, thủy sản, sinh hoạt và phục vụ sản xuất. Các dãy núi có các đỉnh núi cao khoảng 450m÷500m, các dãy đồi thấp có cao độ từ 30m÷50m. Đồi núi đã chia cắt nơi này thành những dải đồng bằng nhỏ hẹp, có nhiều khe suối chảy qua. Thế đất giữa các vùng có hình lòng chảo.

1.2. Vai Trò của Hệ Thống Thủy Lợi trong Phát Triển Kinh Tế Xã Hội

Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An không chỉ phục vụ nông nghiệp mà còn đóng góp vào sự phát triển kinh tế - xã hội toàn diện của khu vực. Nó thúc đẩy đa dạng hóa cơ cấu cây trồng, tái cơ cấu ngành nông nghiệp, và thích ứng với biến đổi khí hậu. Nhiều khu công nghiệp và dân cư hình thành nhanh chóng kéo theo sự thay đổi về nhu cầu cấp nước và tiêu thoát nước tại các khu vực. Do đó việc quản lý và vận hành hệ thống hiệu quả là then chốt.

II. Thách Thức Tiêu Nước Ngập Úng và Biến Đổi Khí Hậu Nam Nghệ An

Hiện trạng tiêu thoát nước của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Ngập úng xảy ra thường xuyên, gây thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân. Biến đổi khí hậu làm tăng tính cực đoan của thời tiết, gây ra những đợt mưa lớn bất thường và hạn hán kéo dài. Các yếu tố này làm suy giảm khả năng tiêu thoát nước của hệ thống, đòi hỏi cần có những giải pháp cấp bách và bền vững. Theo Amphone Sakpaseuth, các khu công nghiệp và dân cư mới hình thành làm thu hẹp đất sản xuất nông nghiệp, san lấp nhiều ao hồ, đồng ruộng làm giảm khả năng trữ nước, chôn nước dẫn đến làm tăng hệ số tiêu nước.

2.1. Đánh Giá Hiện Trạng Ngập Úng và Nguyên Nhân Gây Ra

Việc đánh giá hiện trạng ngập úng cần dựa trên số liệu lịch sử, khảo sát thực địa và phân tích thủy văn. Nguyên nhân ngập úng có thể do hệ thống kênh mương xuống cấp, công trình tiêu không đủ công suất, hoặc do địa hình tự nhiên thấp trũng. Cần có một đánh giá toàn diện để xác định các điểm nghẽn và khu vực dễ bị ngập lụt nhất.

2.2. Tác Động của Biến Đổi Khí Hậu Lên Hệ Thống Tiêu Thoát Nước

Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi lớn về lượng mưa, tần suất mưa và cường độ mưa. Điều này làm tăng nguy cơ ngập úng cục bộ và diện rộng. Cần có những nghiên cứu chuyên sâu để dự báo những tác động của biến đổi khí hậu lên hệ thống tiêu thoát nước và đề xuất các biện pháp thích ứng phù hợp.

2.3. Phân tích Tồn Tại Của Các Công Trình Tiêu Nước Hiện Tại

Hệ thống tiêu nước hiện tại của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An bao gồm các kênh mương, cống, và trạm bơm tiêu. Cần phân tích, đánh giá khả năng tiêu thoát nước của từng công trình, xác định những tồn tại về mặt thiết kế, xây dựng, và vận hành. Kết quả phân tích sẽ là cơ sở để đề xuất các giải pháp nâng cấp và cải tạo hệ thống.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tiêu Nước Mô Hình Hóa Thủy Lực MIKE 11

Để nghiên cứu và đánh giá hiệu quả các giải pháp tiêu nước, cần sử dụng các phương pháp mô hình hóa thủy lực hiện đại. Mô hình MIKE 11 là một công cụ mạnh mẽ, cho phép mô phỏng dòng chảy trong hệ thống kênh mương, dự báo ngập lụt, và đánh giá tác động của các biện pháp can thiệp. Việc áp dụng mô hình hóa giúp đưa ra các quyết định chính xác và hiệu quả trong quản lý hệ thống thủy lợi. Theo Amphone Sakpaseuth, với các bài toán về dòng chảy không ổn định trên hệ thống sông, kênh thì phương pháp mô hình toán tỏ ra có hiệu quả khi nghiên cứu trên một vùng rộng lớn và là phương pháp duy nhất để cho biết bức tranh động lực dòng chảy trên hệ thống thủy lợi.

3.1. Giới Thiệu về Mô Hình MIKE 11 và Ưu Điểm Ứng Dụng

Mô hình MIKE 11 là một phần mềm mô phỏng thủy lực một chiều, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quản lý hệ thống thủy lợi. Ưu điểm của mô hình là khả năng mô phỏng dòng chảy phức tạp, dễ sử dụng, và có nhiều công cụ hỗ trợ phân tích kết quả. Mô hình phù hợp để nghiên cứu hệ thống tiêu thoát nước rộng lớn như thủy lợi Nam Nghệ An.

3.2. Thiết Lập Mô Hình Thủy Lực cho Hệ Thống Thủy Lợi Nam Nghệ An

Để thiết lập mô hình MIKE 11 cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An, cần thu thập dữ liệu địa hình, thủy văn, thông tin về công trình tiêu, và điều kiện biên. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để xây dựng sơ đồ mạng lưới kênh mương và thiết lập các tham số mô phỏng. Quá trình này đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác để đảm bảo tính tin cậy của kết quả.

3.3. Hiệu Chỉnh và Kiểm Định Mô Hình để Đảm Bảo Độ Tin Cậy

Sau khi thiết lập mô hình, cần tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng. Quá trình này bao gồm việc so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực tế đo đạc được, điều chỉnh các tham số mô hình, và đánh giá sai số. Một mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định tốt sẽ là công cụ hữu ích để đánh giá các giải pháp tiêu nước.

IV. Giải Pháp Công Trình và Phi Công Trình Tiêu Nước Bền Vững

Để cải thiện khả năng tiêu thoát nước của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An, cần kết hợp các giải pháp công trình thủy lợi và phi công trình. Các giải pháp công trình bao gồm nâng cấp và cải tạo hệ thống kênh mương, xây dựng thêm các công trình tiêu, và tăng cường khả năng bơm tiêu. Các giải pháp phi công trình bao gồm quản lý hệ thống thủy lợi hiệu quả, điều tiết nguồn nước hợp lý, và nâng cao nhận thức của cộng đồng về tiêu thoát nước. Theo kết quả nghiên cứu của Amphone Sakpaseuth, cần có các giải pháp đồng bộ để đảm bảo hiệu quả và tính bền vững.

4.1. Nâng Cấp và Cải Tạo Hệ Thống Kênh Mương Hiện Có

Hệ thống kênh mương cần được nạo vét, gia cố, và mở rộng để tăng khả năng tiêu thoát nước. Cần ưu tiên các tuyến kênh chính, đảm bảo dòng chảy thông suốt. Việc cải tạo kênh mương cần kết hợp với việc xây dựng các công trình điều tiết nước để quản lý dòng chảy hiệu quả.

4.2. Xây Dựng Bổ Sung Các Công Trình Tiêu Thoát Nước Mới

Tại các khu vực thường xuyên bị ngập úng, cần xây dựng thêm các công trình tiêu thoát nước mới như cống, đập, và trạm bơm tiêu. Vị trí và quy mô của các công trình cần được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo hiệu quả tiêu thoát nước và giảm thiểu tác động đến môi trường.

4.3. Ứng Dụng Công Nghệ Tiêu Thoát Nước Hiện Đại và Bền Vững

Việc ứng dụng công nghệ tiêu thoát nước hiện đại như hệ thống tiêu ngầm, hệ thống điều khiển tự động, và các vật liệu xây dựng mới có thể nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước và giảm chi phí vận hành. Cần lựa chọn các công nghệ phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực.

V. Đánh Giá Hiệu Quả và Lựa Chọn Phương Án Tiêu Nước Tối Ưu

Sau khi đề xuất các giải pháp tiêu nước, cần đánh giá hiệu quả của từng phương án dựa trên các tiêu chí như khả năng giảm ngập úng, chi phí đầu tư, chi phí vận hành, và tác động đến môi trường. Việc so sánh và phân tích các phương án sẽ giúp lựa chọn phương án tối ưu hóa hệ thống thủy lợi, phù hợp với điều kiện thực tế của thủy lợi Nam Nghệ An. Đánh giá này cần dựa trên kết quả mô phỏng từ mô hình MIKE 11 và tham khảo ý kiến của các chuyên gia và cộng đồng.

5.1. Tiêu Chí Đánh Giá Hiệu Quả Các Giải Pháp Tiêu Nước

Các tiêu chí đánh giá cần bao gồm: (1) Khả năng giảm ngập úng (diện tích và thời gian ngập), (2) Chi phí đầu tư và vận hành, (3) Tác động đến môi trường (ảnh hưởng đến nguồn nước, hệ sinh thái), (4) Tính bền vững (khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu), và (5) Khả năng đáp ứng nhu cầu của cộng đồng.

5.2. So Sánh Các Phương Án Dựa Trên Kết Quả Mô Phỏng và Phân Tích Kinh Tế

Sử dụng kết quả mô phỏng từ mô hình MIKE 11 để đánh giá hiệu quả tiêu thoát nước của từng phương án. Thực hiện phân tích kinh tế để so sánh chi phí và lợi ích của các phương án, bao gồm chi phí đầu tư, chi phí vận hành, lợi ích từ việc giảm thiệt hại do ngập úng, và lợi ích từ việc tăng năng suất nông nghiệp.

5.3. Lựa Chọn Phương Án Tiêu Nước Tối Ưu Cho Hệ Thống Thủy Lợi

Dựa trên kết quả đánh giá và so sánh, lựa chọn phương án tiêu nước có hiệu quả cao nhất, chi phí hợp lý nhất, và ít gây tác động tiêu cực đến môi trường. Phương án được lựa chọn cần phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, và đáp ứng nhu cầu của cộng đồng.

VI. Kết Luận và Khuyến Nghị Giải Pháp Tiêu Nước Nam Nghệ An

Nghiên cứu giải pháp tiêu nước cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An là một nhiệm vụ cấp thiết và quan trọng. Việc áp dụng các phương pháp khoa học, kết hợp các giải pháp công trình và phi công trình, và lựa chọn phương án tối ưu hóa hệ thống thủy lợi sẽ góp phần đảm bảo sản xuất nông nghiệp bền vững, nâng cao đời sống của người dân, và thích ứng với biến đổi khí hậu. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, các nhà quản lý, và cộng đồng để triển khai các giải pháp này một cách hiệu quả. Cần có những nghiên cứu tiếp theo để theo dõi và đánh giá hiệu quả của các giải pháp đã được triển khai, và điều chỉnh khi cần thiết.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đề Xuất Các Giải Pháp

Tóm tắt các kết quả chính của nghiên cứu về hiện trạng tiêu thoát nước, nguyên nhân ngập úng, và tác động của biến đổi khí hậu. Nhấn mạnh các giải pháp đã được đề xuất, bao gồm nâng cấp kênh mương, xây dựng công trình tiêu, ứng dụng công nghệ, và quản lý hiệu quả.

6.2. Khuyến Nghị Chính Sách và Giải Pháp Quản Lý Hệ Thống Thủy Lợi

Đề xuất các chính sách hỗ trợ cho việc triển khai các giải pháp tiêu nước, bao gồm chính sách tài chính, chính sách khuyến khích sử dụng công nghệ, và chính sách nâng cao năng lực quản lý. Đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả hệ thống thủy lợi, bao gồm điều tiết nguồn nước, duy tu bảo dưỡng công trình, và nâng cao nhận thức của cộng đồng.

6.3. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Đề Xuất Các Dự Án Mới

Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo, bao gồm nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến hệ thống tiêu thoát nước, nghiên cứu về các công nghệ tiêu thoát nước mới, và nghiên cứu về các mô hình quản lý hệ thống thủy lợi hiệu quả. Đề xuất các dự án mới để triển khai các giải pháp tiêu nước đã được đề xuất, và theo dõi và đánh giá hiệu quả của các dự án.

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An quản lý diện tích khoảng 19.472 ha đất tự nhiên, đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thoát nước, phòng chống úng lụt và hạn hán, đồng thời cung cấp nước cho nông nghiệp, thủy sản và sinh hoạt. Vùng Nam Nghệ An nằm giữa các khối địa hình lớn như dãy núi Sông Mã và dãy Trường Sơn, với địa hình đa dạng gồm vùng đồi núi và đồng bằng thấp trũng. Sự phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng, đặc biệt là quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa, đã làm thay đổi nhu cầu cấp nước và tiêu thoát nước, đồng thời thu hẹp diện tích đất nông nghiệp và làm giảm khả năng trữ nước tự nhiên.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng tiêu nước của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An, xác định nhu cầu tiêu nước trong điều kiện phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu, từ đó đề xuất các giải pháp tiêu nước hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống thủy lợi, đảm bảo phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An, với dữ liệu thu thập trong khoảng thời gian 1985-2014, đặc biệt chú trọng đến các trận mưa lớn và các yếu tố khí tượng thủy văn ảnh hưởng đến chế độ tiêu nước. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc hỗ trợ quản lý tài nguyên nước, giảm thiểu thiệt hại do úng ngập và nâng cao năng suất nông nghiệp trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thủy văn và thủy lực: Phân tích chế độ mưa, dòng chảy, bốc hơi và thấm nước để xác định nhu cầu tiêu nước và khả năng tiêu thoát của hệ thống.
• Mô hình toán thủy lực MIKE 11: Mô hình dòng chảy một chiều không ổn định trên hệ thống sông, kênh, giúp mô phỏng và dự báo chế độ nước trong hệ thống thủy lợi.
• Khái niệm hệ số tiêu nước (KTXH): Đánh giá khả năng tiêu thoát nước của các loại đất và cây trồng, đặc biệt là cây lúa với khả năng chịu ngập khác nhau.
• Lý thuyết biến đổi khí hậu và đô thị hóa: Phân tích tác động của biến đổi khí hậu và quá trình đô thị hóa đến nhu cầu sử dụng nước và khả năng tiêu thoát nước.
• Phân tích hệ thống và thống kê xác suất: Đánh giá hiện trạng hệ thống, phân tích số liệu mưa, tần suất mưa lớn và các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu nước.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Vinh (1985-2014), số liệu địa chất, thủy văn, hiện trạng công trình thủy lợi, quy hoạch sử dụng đất và phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Nghệ An.
• Phương pháp thu thập: Điều tra, khảo sát thực địa, thu thập tài liệu, số liệu quan trắc và tài liệu tham khảo.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình toán MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy và chế độ tiêu nước; phân tích thống kê tần suất mưa lớn, mô hình mưa tiêu thiết kế 3 ngày max với tần suất 10%; tính toán hệ số tiêu nước theo tiêu chuẩn TCVN 10406:2015; đánh giá hiện trạng công trình và hệ thống kênh mương.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu khí tượng thủy văn được chọn từ trạm Vinh do vị trí gần hệ thống công trình và có số liệu dài hạn 30 năm, đảm bảo tính đại diện cho khu vực nghiên cứu.
• Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích số liệu từ 1985 đến 2014; mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình trong các năm gần đây; dự báo và đề xuất giải pháp đến năm 2030.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng công trình thủy lợi xuống cấp và không đồng bộ: Các công trình đầu mối như cống Nam Đàn, cống Bến Thủy và trạm bơm Hưng Châu đã hoạt động nhiều thập kỷ, hiệu suất chỉ đạt khoảng 60-65% so với thiết kế. Hệ thống kênh tiêu bị bồi lắng, lấn chiếm, gây ách tắc dòng chảy, đặc biệt trong các trận mưa lớn vượt tần suất thiết kế (ví dụ trận mưa 268 mm trong 5 ngày năm 2004 gây úng kéo dài hơn 10 ngày).

2. Nhu cầu tiêu nước thay đổi theo mùa và loại cây trồng: Lượng mưa lớn nhất tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, với các trận mưa 3 ngày max chiếm tỷ lệ 80% trong tổng số trận mưa lớn. Nhu cầu tiêu nước cho cây lúa chiếm khoảng 70% diện tích nông nghiệp, với hệ số tiêu nước ho = 9 mm/ngày theo tiêu chuẩn TCVN 10406:2015. Nhu cầu tiêu nước dự báo tăng do chuyển dịch cơ cấu cây trồng và phát triển đô thị.

3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đô thị hóa: Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và lượng mưa hiệu dụng, dẫn đến nhu cầu tiêu nước tăng khoảng 7,1% trong tương lai gần. Quá trình đô thị hóa làm giảm diện tích đất nông nghiệp và các vùng trữ nước tự nhiên, đồng thời tăng hệ số tiêu nước do san lấp ao hồ và lấn chiếm kênh mương.

4. Mô hình MIKE 11 hiệu chỉnh và kiểm định thành công: Mô hình mô phỏng chính xác các biến động mực nước và lưu lượng trên hệ thống kênh chính, giúp tính toán cao trình yêu cầu tiêu tự chảy và đánh giá khả năng tiêu thoát nước hiện tại và đến năm 2030. Kết quả cho thấy hệ thống hiện tại không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu nước trong các trận mưa lớn và cần nâng cấp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện trạng tiêu nước kém hiệu quả là do công trình thủy lợi xuống cấp, hệ thống kênh tiêu bị bồi lắng và lấn chiếm, cùng với sự thay đổi nhanh chóng về nhu cầu sử dụng nước do phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng gia tăng nhu cầu nước tưới và tiêu thoát do biến đổi khí hậu và đô thị hóa. Việc sử dụng mô hình MIKE 11 cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và mực nước, hỗ trợ hiệu quả trong việc đề xuất giải pháp kỹ thuật.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường mực nước dọc theo các kênh chính, bảng thống kê lượng mưa lớn nhất theo các thời đoạn, và bản đồ hệ số tiêu hiệu chỉnh hiện tại và tương lai. Các biểu đồ này minh họa rõ ràng sự biến động mực nước và nhu cầu tiêu nước theo mùa, giúp đánh giá chính xác hiệu quả hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp và đồng bộ hóa công trình đầu mối: Cải tạo, sửa chữa và mở rộng cống Nam Đàn, cống Bến Thủy và trạm bơm Hưng Châu để đạt công suất thiết kế tối ưu, đảm bảo khả năng lấy nước và tiêu thoát nước hiệu quả. Thời gian thực hiện trong vòng 3-5 năm, do Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng thủy lợi chủ trì.

2. Nạo vét, khơi thông hệ thống kênh tiêu: Thực hiện nạo vét định kỳ các tuyến kênh chính và kênh nội đồng, xử lý các điểm bồi lắng, lấn chiếm và ách tắc dòng chảy. Mục tiêu nâng cao lưu lượng dẫn nước lên ít nhất 90% so với thiết kế. Thời gian thực hiện hàng năm, do các đơn vị quản lý thủy lợi địa phương phối hợp với chính quyền.

3. Xây dựng các hồ điều hòa và công trình điều tiết nước: Đề xuất xây dựng 2-3 hồ điều hòa để điều tiết mưa lớn, giảm áp lực cho hệ thống tiêu thoát nước trong mùa mưa. Thời gian thực hiện 5-7 năm, phối hợp giữa Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn với các nhà đầu tư.

4. Áp dụng công nghệ mô hình toán và giám sát tự động: Triển khai hệ thống giám sát mực nước, lưu lượng và vận hành tự động các công trình thủy lợi dựa trên mô hình MIKE 11 để tối ưu hóa quản lý và vận hành hệ thống. Thời gian thực hiện 2-3 năm, do các đơn vị nghiên cứu và quản lý thủy lợi phối hợp.

5. Tăng cường quản lý đất đai và kiểm soát lấn chiếm kênh mương: Ban hành các chính sách và biện pháp kiểm soát chặt chẽ việc lấn chiếm kênh mương, bảo vệ vùng trữ nước tự nhiên, hạn chế san lấp ao hồ. Thời gian thực hiện liên tục, do chính quyền địa phương và các cơ quan chức năng thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý thủy lợi và tài nguyên nước: Hỗ trợ đánh giá hiện trạng, lập kế hoạch nâng cấp và quản lý hệ thống thủy lợi hiệu quả, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển đô thị.

2. Các nhà hoạch định chính sách phát triển kinh tế - xã hội: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển bền vững, cân đối giữa phát triển nông nghiệp, công nghiệp và đô thị hóa.

3. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, môi trường và phát triển bền vững: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình toán và phân tích tác động biến đổi khí hậu đến hệ thống thủy lợi.

4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp trong lĩnh vực thủy lợi và nông nghiệp: Đánh giá tiềm năng đầu tư, lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giảm thiểu rủi ro do thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần nghiên cứu tiêu nước cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An?
   Hệ thống hiện tại xuống cấp, không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước do biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội, gây úng ngập và giảm năng suất nông nghiệp. Nghiên cứu giúp đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành.

2. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
   MIKE 11 mô phỏng dòng chảy không ổn định trên hệ thống sông, kênh một cách chính xác, giúp dự báo mực nước và lưu lượng, từ đó tính toán nhu cầu tiêu nước và hiệu chỉnh công trình phù hợp.

3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến nhu cầu tiêu nước?
   Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và lượng mưa hiệu dụng, dẫn đến nhu cầu tiêu nước tăng khoảng 7,1% trong tương lai, đồng thời làm thay đổi chế độ thủy văn và áp lực lên hệ thống thủy lợi.

4. Quá trình đô thị hóa tác động ra sao đến hệ thống thủy lợi?
   Đô thị hóa làm giảm diện tích đất nông nghiệp và các vùng trữ nước tự nhiên, san lấp ao hồ, lấn chiếm kênh mương, làm tăng hệ số tiêu nước và áp lực tiêu thoát nước, gây khó khăn cho quản lý hệ thống.

5. Giải pháp nào ưu tiên thực hiện để cải thiện hệ thống?
   Ưu tiên nâng cấp công trình đầu mối, nạo vét kênh tiêu, xây dựng hồ điều hòa, áp dụng công nghệ giám sát tự động và tăng cường quản lý đất đai để bảo vệ hệ thống và nâng cao hiệu quả tiêu nước.

Kết luận

• Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An hiện đang xuống cấp, không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội.
• Nhu cầu tiêu nước dự báo tăng do biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa hiệu dụng và đô thị hóa làm giảm diện tích đất nông nghiệp, tăng hệ số tiêu nước.
• Mô hình toán MIKE 11 được hiệu chỉnh thành công, cung cấp công cụ hiệu quả để mô phỏng dòng chảy và đề xuất giải pháp kỹ thuật.
• Đề xuất các giải pháp đồng bộ gồm nâng cấp công trình đầu mối, nạo vét kênh tiêu, xây dựng hồ điều hòa và áp dụng công nghệ giám sát tự động nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống.
• Tiếp tục nghiên cứu, cập nhật dữ liệu và triển khai các giải pháp trong giai đoạn 2024-2030 để đảm bảo phát triển bền vững hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tăng cường giám sát và cập nhật dữ liệu để thích ứng linh hoạt với biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực.