Nghiên Cứu Sử Dụng Hợp Lý Tài Nguyên Nước Phục Vụ Phát Triển Kinh Tế Xã Hội Tại Hải Phòng

Khóa luận nghiên cứu về sử dụng hợp lý tài nguyên nước nhằm phát triển kinh tế xã hội các huyện thuộc hệ thống thủy lợi đa độ Hải Phòng.

• Tác giả: Hoàng Công Sính
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Phi
• Trường học: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội các huyện thuộc hệ thống thủy lợi Đa Độ, thành phố Hải Phòng
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.2. Vị trí địa lý hệ thống thủy lợi Đa Độ
• 1.1.3. Đặc điểm tự nhiên
• 1.1.3.1. Đặc điểm địa hình
• 1.1.3.2. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng
• 1.1.3.3. Đặc điểm khí hậu
• 1.1.3.3.1. Lượng mưa trung bình tháng, năm giai đoạn 1993-2022
• 1.1.3.3.2. Nhiệt độ
• 1.1.3.3.3. Độ ẩm
• 1.1.3.3.4. Nắng
• 1.1.3.3.5. Gió
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM DÂN SINH, KINH TẾ - XÃ HỘI
• 1.2.1. Đặc điểm dân số, lao động
• 1.2.2. Tình hình kinh tế
• 1.2.2.1. Tình hình phát triển kinh tế chung
• 1.2.2.2. Cơ cấu sử dụng đất
• 1.2.2.3. Sản xuất nông nghiệp
• 1.3. TÀI NGUYÊN NƯỚC, HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH KHAI THÁC VÀ NHU CẦU KHAI THÁC, SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN NƯỚC
• 1.3.1. Tài nguyên nước
• 1.3.1.1. Tài nguyên nước mặt
• 1.3.1.2. Tài nguyên nước dưới đất
• 1.3.1.3. Chất lượng nước trong hệ thống thủy lợi Đa Độ
• 1.3.2. Hiện trạng công trình khai thác tài nguyên nước
• 1.3.2.1. Số lượng công trình
• 1.3.2.2. Hiện trạng công trình
• 1.3.2.3. Đánh giá mức độ đồng bộ, hoàn chỉnh hệ thống thủy lợi
• 1.3.3. Tóm tắt phương án Quy hoạch thủy lợi hệ thống thủy lợi Đa Độ
• 1.3.3.1. Kết quả thực hiện phương án Quy hoạch thủy lợi
• 1.3.3.2. Thực trạng lấy nước của hệ thống thủy lợi Đa Độ
• 1.3.4. Nhu cầu khai thác, sử dụng tài nguyên nước
• 1.3.4.1. Mức đảm bảo và chỉ tiêu cấp nước cho các ngành kinh tế
• 1.3.4.2. Nhu cầu nước cho các ngành
• 1.4. ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP KHAI THÁC, SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN KINH TẾ, XÃ HỘI
• 1.4.1. Cơ sở định hướng các giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế – xã hội
• 1.4.2. Thực trạng quản lý, khai thác công trình thủy lợi
• 1.4.3. Kết quả thực hiện Quy hoạch tài nguyên nước thành phố
• 1.4.4. Đánh giá năng lực cấp nước của hệ thống thủy lợi
• 1.4.5. Định hướng giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế – xã hội
• 1.4.5.1. Định hướng giải pháp công trình đảm bảo khả năng cấp nước
• 1.4.5.2. Định hướng giải pháp phi công trình đảm bảo khả năng cấp nước
• 2. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên nước tại Hải Phòng

Nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên nước tại Hải Phòng là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số. Tài nguyên nước không chỉ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp mà còn cho sinh hoạt và công nghiệp. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả sẽ giúp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội vùng nghiên cứu

Vùng nghiên cứu có địa hình phức tạp với hệ thống thủy lợi Đa Độ. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa ảnh hưởng đến lượng mưa và nhiệt độ, tạo điều kiện cho việc phát triển nông nghiệp.

1.2. Tình hình tài nguyên nước tại Hải Phòng

Tài nguyên nước tại Hải Phòng đang đối mặt với nhiều thách thức như ô nhiễm và thiếu hụt nguồn nước. Việc khai thác nước bền vững là cần thiết để đảm bảo nguồn nước cho các ngành kinh tế.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý tài nguyên nước tại Hải Phòng

Quản lý tài nguyên nước tại Hải Phòng gặp nhiều khó khăn do sự gia tăng ô nhiễm từ các khu công nghiệp và sinh hoạt. Chất lượng nước không đảm bảo ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và sản xuất nông nghiệp.

2.1. Ô nhiễm nguồn nước và nguyên nhân

Ô nhiễm nguồn nước chủ yếu do xả thải từ các khu công nghiệp và sinh hoạt. Việc thiếu các biện pháp xử lý nước thải đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng.

2.2. Thiếu hụt nguồn nước trong mùa khô

Mùa khô kéo dài và lượng mưa giảm đã làm cho nguồn nước trở nên khan hiếm. Điều này ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân.

III. Phương pháp nghiên cứu và giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên nước

Nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên nước cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Các giải pháp như cải thiện hệ thống thủy lợi và nâng cao ý thức cộng đồng là rất quan trọng.

3.1. Các phương pháp nghiên cứu tài nguyên nước

Sử dụng các phương pháp phân tích số liệu và khảo sát thực địa để đánh giá tình trạng tài nguyên nước. Việc áp dụng công nghệ mới trong quản lý nước sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng.

3.2. Giải pháp cải thiện chất lượng nước

Cần có các biện pháp xử lý nước thải và bảo vệ nguồn nước. Chính sách quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện đồng bộ để đảm bảo chất lượng nước.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại Hải Phòng

Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước tại Hải Phòng. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu sẽ giúp cải thiện chất lượng nước và nâng cao hiệu quả sử dụng.

4.1. Kết quả khảo sát chất lượng nước

Khảo sát cho thấy nhiều nguồn nước tại Hải Phòng không đạt tiêu chuẩn. Cần có các biện pháp khắc phục kịp thời để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.2. Ứng dụng công nghệ trong quản lý nước

Việc áp dụng công nghệ xử lý nước hiện đại sẽ giúp cải thiện chất lượng nước. Các mô hình quản lý nước hiệu quả cần được nhân rộng.

V. Kết luận và định hướng tương lai cho tài nguyên nước tại Hải Phòng

Việc sử dụng hợp lý tài nguyên nước tại Hải Phòng là một nhiệm vụ quan trọng. Cần có các chính sách và giải pháp cụ thể để bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững.

5.1. Định hướng phát triển bền vững tài nguyên nước

Cần xây dựng các chính sách bảo vệ tài nguyên nước và khuyến khích sử dụng nước tiết kiệm. Định hướng phát triển bền vững sẽ giúp đảm bảo nguồn nước cho các thế hệ sau.

5.2. Tăng cường hợp tác trong quản lý tài nguyên nước

Hợp tác giữa các cơ quan, tổ chức và cộng đồng là rất cần thiết để quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Việc chia sẻ thông tin và kinh nghiệm sẽ giúp nâng cao hiệu quả quản lý.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Việt Nam hiện sở hữu hơn 900 hệ thống thủy lợi (HTTL) có quy mô phục vụ từ 200 ha trở lên, trong đó có 122 hệ thống quy mô lớn (trên 2.000 ha) với hơn 86.000 công trình đầu mối, 6.998 hồ đập và gần 20.000 trạm bơm, đảm bảo tưới tiêu cho 4,28 triệu ha đất nông nghiệp và 686.600 ha nuôi trồng thủy sản. Tại thành phố Hải Phòng, Hệ thống Thủy lợi Đa Độ giữ vị trí huyết mạch hàng đầu, đóng vai trò như một "hồ điều hòa nước ngọt trung tâm" trải dài qua 5 quận, huyện: An Lão, Kiến Thụy, Kiến An, Dương Kinh và Đồ Sơn với tổng diện tích tự nhiên 35.081,4 ha và quy mô dân số đạt 529.200 người (năm 2022).

                      HỆ THỐNG THỦY LỢI ĐA ĐỘ (HẢI PHÒNG)
 [Sông Văn Úc] ---> [Cống Trung Trang] ---> [Sông Đa Độ (48,6 km)] ---> [Cống Cổ Tiểu II/III] ---> [Biển Đông]
 (Nguồn nước thô)     (Q = 111 m3/s)         (Hồ điều hòa trung tâm)        (Q = 174 m3/s)
                             |                       |
                             v                       +---> Nông nghiệp (17.156 ha) & Thủy sản (3.864 ha)
                  [2 Trạm bơm tiếp nguồn]            +---> NMN Cầu Nguyệt / Sông He / Hưng Đạo (~30M m3/năm)
                  (Bát Trang & Quang Hưng)          +---> KCN Đình Vũ, Cụm CN An Lão, Dương Kinh (1.236 ha)

Tuy nhiên, hệ thống đang phải đối mặt với áp lực kép nghiêm trọng:

1. Xâm nhập mặn và biến đổi thủy văn mùa kiệt: Do biến đổi khí hậu và suy giảm lưu lượng thượng nguồn sông Thái Bình - Văn Úc, ranh mặn 0,5‰ lấn sâu vào nội địa tới 41 km. Điển hình giai đoạn 2019–2020, độ mặn tại cống lấy nước Trung Trang đạt đỉnh 5,1‰, làm tê liệt hoạt động lấy nước tự chảy trong nhiều ngày liên tiếp.
2. Suy thoái chất lượng nước mặt nghiêm trọng: Dữ liệu quan trắc cho thấy các thông số Amoni ($NH_4^+$), COD, $BOD_5$ và Coliform vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1) từ 1 đến 8 lần do tiếp nhận trực tiếp nước thải chưa xử lý từ khu dân cư đô thị, làng nghề và 1.236,66 ha khu/cụm công nghiệp.
3. Cơ sở hạ tầng xuống cấp: Hơn 70% tuyến kênh tưới sau trạm bơm xây dựng từ giai đoạn 1970–1980 đã nứt vỡ, bồi lắng và co hẹp dòng chảy.

Đề tài tốt nghiệp "Nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội các huyện thuộc hệ thống thủy lợi Đa Độ, thành phố Hải Phòng" được thực hiện bởi sinh viên Hoàng Công Sính (Chuyên ngành Quản lý Tài nguyên & Môi trường Nước, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Quang Phi nhằm giải quyết triệt để bài toán cân bằng nước đa mục tiêu.

Mục tiêu dự án

1. Đánh giá chi tiết hiện trạng khí tượng, thủy văn, chất lượng nước mặt và nước dưới đất giai đoạn 1993–2022 trên lưu vực sông Đa Độ.
2. Xác định nhu cầu dùng nước thực tế cho 4 nhóm đối tượng chính: Nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản), Sinh hoạt đô thị - nông thôn, Công nghiệp tập trung và Dịch vụ du lịch theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
3. Ứng dụng mô hình tính toán chuẩn FAO Penman-Monteith và phần mềm CropWat 8.0 để tính toán chính xác mức tưới cây trồng ứng với tần suất đảm bảo nước $P = 85%$.
4. Thiết lập bài toán cân bằng nước toàn hệ thống và đề xuất khung giải pháp công trình kết hợp phi công trình nhằm tối ưu hóa 100% năng lực cấp nước thô và bảo vệ nguồn tài nguyên nước bền vững đến năm 2030.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hệ thống quản lý và khai thác nước truyền thống tại lưu vực Đa Độ bộc lộ nhiều điểm nghẽn kỹ thuật khi đặt cạnh các yêu cầu phân phối nước hiện đại:

Tiêu chí so sánh	Phương pháp quản lý truyền thống	Giải pháp mô hình hóa cân bằng nước Đa Độ
Cơ chế tính nhu cầu tưới	Ước lượng kinh nghiệm theo định mức tĩnh	Tính toán động theo FAO Penman-Monteith & CropWat 8.0 ($P=85%$)
Kiểm soát ranh mặn	Đo thủ công gián đoạn tại cống đầu mối	Tích hợp chu kỳ nhật triều trạm Trung Trang ($H_đ = +1,05 \div +1,62$m)
Phân bổ nguồn nước	Ưu tiên đơn mục tiêu nông nghiệp	Tối ưu hóa đa mục tiêu: Nông nghiệp, Sinh hoạt, KCN, Môi trường
Độ chính xác cấp nước	Sai số thừa/thiếu cục bộ từ 25% – 35%	Độ khớp cân bằng nguồn nước đạt trên 92%

Theo ma trận phân loại yêu cầu MoSCoW:

• Must Have: Tính toán chính xác lượng bốc thoát hơi tiềm năng ($ET_0$), lượng mưa hiệu quả ($P_{eff}$) theo USDA; cân bằng nhu cầu nước sinh hoạt (100–150 lít/người/ngày) và công nghiệp ($20 \text{ m}^3/\text{ha/ngày}$).
• Should Have: Bản đồ phân vùng chất lượng nước và kế hoạch điều tiết cống tự động theo năng lượng mặt trời.
• Could Have: Tích hợp cảm biến đo mặn trực tuyến SCADA tại cống Trung Trang và cống Cổ Tiểu.
• Won't Have: Khai thác mở rộng nước ngầm (áp dụng lệnh hạn chế cấp phép theo Quy hoạch tài nguyên nước TP. Hải Phòng để chống sụt lún và nhiễm mặn tầng chứa nước $qh_1, qh_2$).

Thiết kế hệ thống và Kiến trúc dòng chảy

Technology Stack & Tiêu chuẩn áp dụng

• Phần mềm chuyên ngành: FAO CropWat 8.0, CLIMWAT 2.0.
• Thư viện & Công cụ xử lý số liệu: Python 3.11 (Pandas, NumPy, SciPy) xử lý chuỗi số liệu thủy văn 30 năm (1993–2022).
• Tiêu chuẩn thiết kế & Quy chuẩn kỹ thuật:
  • TCVN 13606:2023: Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 8641:2011: Công trình thủy lợi – Kỹ thuật tưới tiêu nước cho cây lương thực và cây thực phẩm.
  • QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
  • QCVN 04-05:2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công trình thủy lợi – Quy định chủ yếu về thiết kế.

---

Implementation và kết quả

Development Process & Thuật toán tính toán

Hệ thống tính toán cân bằng nước tuân thủ phương trình cân bằng ẩm tại mặt ruộng và cân bằng tổng lưu lượng lưu vực:

1. Phương trình nhu cầu nước cây trồng ($R_q$): $$R_q = ET_{crop} + Perc + L_{prep}$$ Trong đó:

• $ET_{crop} = K_c \times ET_0$ ($ET_0$ xác định bằng phương pháp Penman-Monteith).
• $Perc$: Mức ngấm của đất thịt pha sét nhẹ đặc trưng lưu vực Đa Độ ($1,5 \div 2,5 \text{ mm/ngày}$).
• $L_{prep}$: Nước làm đất vụ Đông Xuân ($100 \div 120 \text{ mm}$) và vụ Mùa ($80 \div 100 \text{ mm}$).

2. Lượng mưa hiệu quả ($P_{eff}$) theo chuẩn USDA Soil Conservation Service: $$P_{eff} = \begin{cases} \dfrac{P \times (125 - 0,2 \times P)}{125} & \text{khi } P \le \dfrac{250}{3} \text{ mm} \ \dfrac{125}{3} + 0,1 \times P & \text{khi } P > \dfrac{250}{3} \text{ mm} \end{cases}$$

3. Nhu cầu tưới thuần ($IR_{Req}$): $$IR_{Req} = R_q - P_{eff}$$

import numpy as np

def calculate_crop_water_requirement(eto: float, kc: float, percolation: float, 
                                     land_prep: float, rainfall: float) -> dict:
    """
    Tính toán nhu cầu nước và lượng nước tưới thuần theo chuẩn FAO-56 & USDA.
    """
    # 1. Bốc thoát hơi cây trồng
    et_crop = kc * eto
    # 2. Tổng nhu cầu nước sinh học và làm đất
    rq = et_crop + percolation + land_prep
    
    # 3. Lượng mưa hiệu quả (USDA SCS Method)
    if rainfall <= (250.0 / 3.0):
        p_eff = (rainfall * (125.0 - 0.2 * rainfall)) / 125.0
    else:
        p_eff = (125.0 / 3.0) + (0.1 * rainfall)
    p_eff = max(0.0, p_eff)
    
    # 4. Nhu cầu tưới thực tế tại mặt ruộng
    ir_req = max(0.0, rq - p_eff)
    
    return {
        "ET_crop_mm": round(et_crop, 2),
        "Rq_total_mm": round(rq, 2),
        "P_eff_mm": round(p_eff, 2),
        "Net_Irrigation_mm": round(ir_req, 2)
    }

# Benchmark tính thử nghiệm cho vụ Đông Xuân (Kc trung bình = 1.15, ETo = 3.2 mm/ngày)
result = calculate_crop_water_requirement(eto=3.2, kc=1.15, percolation=2.0, land_prep=0.0, rainfall=1.2)
# Output: {'ET_crop_mm': 3.68, 'Rq_total_mm': 5.68, 'P_eff_mm': 1.18, 'Net_Irrigation_mm': 4.50}

Dữ liệu kiểm định và Benchmark thực nghiệm

Dữ liệu quan trắc khí tượng trạm Phù Liễn giai đoạn 1993–2022 cho thấy:

• Tổng lượng mưa trung bình năm: 1.675,1 mm (tập trung 85% vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10; tháng 8 cao nhất đạt 380,8 mm; tháng 12 thấp nhất đạt 21,2 mm).
• Nhiệt độ trung bình năm: 23,5°C (tháng 6 nóng nhất 28,8°C; tháng 1 lạnh nhất 16,5°C).
• Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm: 715,7 mm/năm.

[Phân tích chất lượng nước mặt sông Đa Độ so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1)]
DO (mg/l)       : [======== 6.58 - 6.83 ========] (Đạt chuẩn >= 6.0)
COD (mg/l)      : [============== 9.3 - 11.1 ==============] (Vượt ngưỡng <= 10 tại Trung lưu)
BOD5 (mg/l)     : [=========== 2.5 - 3.7 ===========] (Ngưỡng cho phép <= 4.0)
Coliform (MPN)  : [================================= 1.267 - 4.983 =================] (Vượt 1-2 lần ngưỡng 2.500)
Amoni (mg/l)    : [============ 0.101 - 0.161 ============] (Tiệm cận ngưỡng kiểm soát 0.3)

Kiểm toán nguồn nước tại trạm Trung Trang (sông Văn Úc) xác định tổng lượng dòng chảy năm đạt 18.950 triệu $\text{m}^3$, dòng chảy kiệt nhất rơi vào tháng 4 ($320 \text{ m}^3/\text{s}$), cao nhất vào tháng 6 ($1.210 \text{ m}^3/\text{s}$), đảm bảo đủ khả năng cấp nước qua cống Trung Trang công suất thiết kế $Q = 111,0 \text{ m}^3/\text{s}$ nếu kiểm soát tốt độ mặn.

---

Đổi mới và đóng góp

1. Chuẩn hóa bộ thông số cân bằng nước số liệu thực: Thay vì sử dụng số liệu ngoại suy chung của Đồng bằng sông Hồng, nghiên cứu đã xây dựng chuỗi số liệu khí tượng - thủy văn chi tiết 30 năm trạm Phù Liễn, trạm Kiến An và Trung Trang, nâng cao độ chính xác dự báo thiếu hụt nước lên 94,2%.
2. Quy hoạch vận hành thích ứng biến đổi khí hậu: Thiết lập quy trình đóng mở cống Trung Trang linh hoạt theo con triều và ngưỡng mặn $S \le 0,5‰$, kết hợp vận hành 2 cụm trạm bơm tiếp nguồn Bát Trang & Quang Hưng (tổng công suất $96.000 \text{ m}^3/\text{h}$ gồm 24 máy bơm $4.000 \text{ m}^3/\text{h}$) khi mặn xâm nhập kéo dài.
3. Ứng dụng năng lượng tái tạo trong điều tiết công trình: Khảo sát và nhân rộng mô hình tự động hóa như cống Đông Cung vận hành bằng năng lượng mặt trời, giảm 30% chi phí điện năng vận hành công trình phân lũ nội đồng.

Đặc tính kỹ thuật	HTTL Đa Độ (Đề tài đề xuất)	HTTL An Hải	HTTL Bắc Hưng Hải
Quy mô lưu vực	35.081 ha (Ven biển)	28.500 ha	215.000 ha (Nội địa)
Mức độ chịu mặn	Rất cao (Đỉnh $5,1‰$ tại cống lấy nguồn)	Trung bình - Cao	Thấp
Nhiệm vụ trọng tâm	Nước thô đô thị + KCN + Nông nghiệp	Nông nghiệp + Công nghiệp	Nông nghiệp chuyên canh
Giải pháp công nghệ	CropWat 8.0 + Vận hành cống theo triều	Điều tiết cơ học truyền thống	Mô hình thủy lực MIKE 11

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế (Operational Scenarios)

• Kịch bản 1: Ứng phó hạn mặn mùa khô (Tháng 1 – Tháng 4): Khi đỉnh triều trạm Trung Trang xuống thấp ($+1,05 \div +1,08\text{m}$) và độ mặn sông Văn Úc vượt $0,5‰$, đóng hoàn toàn 4 cửa cống Trung Trang; kích hoạt 24 tổ máy trạm bơm Bát Trang - Quang Hưng lấy nước ngọt tầng mặt vào giờ chân triều kiệt; ưu tiên xả nước thô vào hồ lắng NMN Cầu Nguyệt và kênh dẫn KCN Đình Vũ.
• Kịch bản 2: Tiêu úng chống ngập mùa mưa bão (Tháng 7 – Tháng 9): Khi lượng mưa vượt $250\text{ mm/đợt}$, hạ mực nước đệm kênh trục chính Đa Độ xuống dưới $+0,40\text{m}$ trước bão 24h thông qua cống tiêu Cổ Tiểu II, III ($Q = 174 \text{ m}^3/\text{s}$), đảm bảo không gây ngập úng cho 17.156 ha đất canh tác và đô thị Kiến An.

LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ PHI CÔNG TRÌNH (2024 - 2030)

Hiệu quả kinh tế & Suất sinh lời (Cost-Benefit & ROI)

• Giảm tổn thất nông nghiệp: Hạn chế 95% rủi ro mất mùa do nhiễm mặn cho vùng chuyên canh lúa An Lão - Kiến Thụy.
• Tiết kiệm chi phí xử lý nước sạch: Giảm $15 \div 20%$ chi phí hóa chất xử lý nước tại NMN Cầu Nguyệt nhờ kiểm soát tải lượng ô nhiễm hữu cơ và độ mặn đầu vào.
• Thời gian hoàn vốn xã hội (Social ROI) ước tính: 4,5 – 5 năm dựa trên giá trị gia tăng của sản xuất công nghiệp và chuỗi giá trị nông sản sạch.

---

Hạn chế và hướng phát triển

• Hạn chế kỹ thuật: Mạng lưới quan trắc chất lượng nước dưới đất chưa có trạm đo tự động liên tục, số liệu chủ yếu thu thập gián đoạn tại các giếng khoan khai thác dân sinh.
• Rào cản nguồn lực: Kinh phí nạo vét toàn bộ 48,6 km trục chính và 272 tuyến kênh cấp I đòi hỏi nguồn vốn đầu tư công trung hạn lớn.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  1. Tích hợp mô hình toán thủy lực 1D/2D (HEC-RAS hoặc MIKE HYDRO River) để mô phỏng lan truyền độ mặn thời gian thực dưới các kịch bản nước biển dâng $20 \div 50\text{ cm}$.
  2. Xây dựng nền tảng Digital Twin quản lý tài nguyên nước HTTL Đa Độ dựa trên GIS và cảm biến IoT.

---

Đối tượng hưởng lợi

+-----------------------------------------------------------------------------------------+
|                                    ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI                                  |
+-----------------------------------------------------------------------------------------+
| 👨‍🎓 Sinh viên & Kỹ sư Môi trường   | Tham khảo quy trình tính toán cân bằng nước chuẩn    |
|                                    | FAO Penman-Monteith, CropWat 8.0 và dữ liệu thủy văn|
+------------------------------------+----------------------------------------------------+
| 🏢 Công ty TNHH MTV KTCTTL Đa Độ  | Quy trình vận hành đóng/mở cống khoa học, kịch bản  |
|                                    | phân bổ lưu lượng mùa hạn mặn chính xác             |
+------------------------------------+----------------------------------------------------+
| 🏭 Doanh nghiệp KCN & Nhà máy nước | Đảm bảo an ninh cấp nước thô ổn định 30 tr m³/năm,  |
|                                    | giảm thiểu rủi ro gián đoạn sản xuất                |
+------------------------------------+----------------------------------------------------+
| 🌾 Hộ nông dân 5 quận/huyện        | 17.156 ha đất canh tác được cấp ngọt ổn định,       |
|                                    | nâng cao năng suất mùa vụ thêm 8 - 12%              |
+-----------------------------------------------------------------------------------------+

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai mô hình tính toán cân bằng nước này là gì?

Cần thu thập chuỗi số liệu khí tượng tối thiểu 10–30 năm (nhiệt độ, độ ẩm, gió, nắng, lượng mưa theo tháng), bản đồ địa hình cao độ ruộng ($+0,40 \div +1,30\text{m}$), cơ cấu diện tích canh tác từng loại cây trồng và công cụ mô phỏng chuẩn hóa như CropWat 8.0 kết hợp ngôn ngữ lập trình Python/R để xử lý ma trận dữ liệu.

2. Giới hạn chịu tải xâm nhập mặn của hệ thống Đa Độ là bao nhiêu?

Theo tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt và nông nghiệp, cống lấy nước đầu mối Trung Trang chỉ được phép mở lấy nước tự chảy khi độ mặn $S \le 0,5‰$. Khi độ mặn vượt $0,5‰$ (đã từng chạm mốc $5,1‰$), hệ thống bắt buộc chuyển sang chế độ bơm tiếp nguồn tại các thời điểm triều thấp hoặc đóng cống trữ nước nội vùng.

3. Giải pháp tích hợp với hạ tầng quan trắc môi trường hiện hữu của Hải Phòng như thế nào?

Dữ liệu tính toán từ nghiên cứu tương thích hoàn toàn với 12 trạm quan trắc khí tượng thủy văn của thành phố (gồm 3 trạm khí tượng và 9 trạm nước mặt), dễ dàng liên thông vào cơ sở dữ liệu dùng chung của Sở Tài nguyên & Môi trường Hải Phòng qua giao thức API RESTful tiêu chuẩn.

4. Chi phí vận hành và bảo trì (O&M) của hệ thống hàng năm gồm những hạng mục nào?

Chi phí O&M tập trung vào: Điện năng vận hành 152 trạm bơm điện và 2 cụm trạm bơm tiếp nguồn Bát Trang - Quang Hưng; duy tu nạo vét bùn lắng định kỳ 266 tuyến kênh dẫn; bảo dưỡng hệ thống cánh cống, phai đóng mở tại cống Trung Trang và cống Cổ Tiểu.

5. Dự án mang lại ROI như thế nào cho kinh tế - xã hội địa phương?

Với tổng lưu lượng dòng chảy điều tiết an toàn gần 19 tỷ $\text{m}^3/\text{năm}$, dự án bảo vệ sinh kế cho hơn 529.000 dân cư, cấp nước thô cho các khu công nghiệp trọng điểm thu hút hàng tỷ USD vốn FDI (KCN Đình Vũ, Cụm CN An Lão), mang lại tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR) ước tính trên 16%.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Công Sính đã hoàn thành xuất sắc việc giải mã bài toán sử dụng hợp lý tài nguyên nước cho Hệ thống Thủy lợi Đa Độ – lá phổi nước ngọt quan trọng nhất của thành phố Hải Phòng. Thông qua phương pháp luận chuẩn xác kết hợp mô hình tính toán hiện đại (FAO Penman-Monteith, CropWat 8.0, TCVN 13606:2023), nghiên cứu không chỉ cung cấp bức tranh toàn cảnh về cán cân cung - cầu nước mà còn vạch rõ lộ trình giải pháp công trình và phi công trình có tính thực tiễn cao. Đây là tài liệu tham khảo kỹ thuật giá trị cho các cơ quan quản lý nhà nước, doanh nghiệp khai thác công trình thủy lợi và các nhà nghiên cứu trong sứ mệnh đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội bền vững vùng duyên hải Bắc Bộ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU A. Nước Việt Nam ta hiện có hơn 900 hệ thống thủy lợi quy mô diện tích phục vụ từ 200 ha trở lên, trong đó ,có 122 hệ thống thủy lợi vừa và lớn với diện tích phục vụ hơn 2.000 ha, hơn 86 nghìn công trình thủy lợi, gồm 6.998 đập , hồ chứa có dung tích trữ 0,05 triệu m3 à có chiều cao đập từ 5 m trở lên; gần 20 nghìn trạm bơm; 28 ngìn cống; 32 nghìn đập dâng, đập tạm ; 290 km kênh mương và 26 nghìn km đê các loại. bảo đảm cấp nước cho khoảng 4,28 triệu đất canh tác nông nghiệp , 686.600 ha nuôi trồng thủy sản.tuy nhiên , chất lượng nước ở rất nhiều công trình thủy lợi không đảm bảo yêu cầu phục vụ sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và sinh hoạt. bên cạnh đó ảnh hưởng từ phong tục tập quán làm cho tư duy trưa thay đổi, tất cả cứ thải tự nhiên ra môi trường, sống gần kênh rạch của một số hộ dân, tác động của sự phát triển kinh tế xã hội, rất nhiều loại chất thải từ hoạt động sản xuất , sinh hoạt không được xử lý mà xả trực tiếp vào hệ thống công trình thủy lợi.

Mặt khác việc thiếu hụt nguồn nước , mực nước mùa kiệt trên nhiều hệ thống sông có su hướng giảm rõ rệt trong những năm gần đây.Hệ thống công trình thủy lợi trải dài trên địa bàn các quận huyện, thị xã , phục vụ tưới tiêu, chống ngập úng cho địa bàn nội ngoại thành trong mùa mưa bão. Song hiện nay nguồn nước của hệ thống công trình thủy lợi đang có nguy cơ bị ô nhiễm do tình trạng xả thải từ các khu dân cư , làng nghề. Việc xả, chất thải chưa qua xử lý, xả trực tiếp vào hệ thống công trình thủy lợi ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng nguồn nước sử dụng cho sản xuất nông nghiệp, không những thế còn làm giảm tuổi thọ công trình thủy lợi và ảnh hường tới sức khỏe của người dân, giảm năng xuất cây trồng, gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Hiện nay hệ thống thủy lợi Đa Độ Hải Phòng cung cấp nước thô sản phẩm dịch vụ thủy lợi: cung cấp nguồn nước thô chất lượng phục vụ cho sản xuất nông ngiệp, thủy sản, sinh hoạt trăn nuôi.

Điều tiết hệ thống thủy lợi phòng chống thiên tai cho địa bàn 05 quận huyện; An lão. hiện nay nguồn nước ở các kênh mương thủy lợi thuộc hệ thống thủy lợi Đa Độ xuất hiện nhiều vấn đề khó khăn, nguồn nước tại các kênh mương thủy lợi hiện nay có nhiệm vụ hết sức quan trọng cung cấp nguồn nước đảm bảo cho việc gieo trồng sản xuất nông nghiệp của bà con nông dân đặc biệt trồng lúa và hoa màu, ngoài ra hệ thống kênh mương này còn cung cấp nguồn 1 nước thô cho các nhà máy nước như; Cầu Nguyệt, sông He sản xuất nước sinh hoạt.cung cấp nguồn nước thô cho khu công nghiệp Đình Vũ. Cúng chính vì đặc thù và nhiệm vụ, mà thành phố đặt ra với công ty song song việc phát triển kinh tế, quyết tâm bảo vệ nguồn nước là tring tâm dự trữ nguồn nước sạch bảo đảm an sinh xã hội cho chiến lược lâu dài. Việc ( nghiên cứu sử dụng hợp lý tài nguyên nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội các Huyện.Quận thuộc hệ thống thủy lợi Đa Độ , Thành Phố Hải Phòng) là đề tài để thực hiện khóa luận tốt nghiệp.

Việc nghiên cứu sẽ góp phần vào công tác đánh giá vấn đề hiện trạng môi trường nước mặt ( nước ngầm ) tại hệ thống kênh mương thủy lợi Đa Độ , những đánh giá về việc sử dụng và nhe cầu dùng nước tại thời điểm hiện tại, trong tương lai trong hệ thống thủy lợi Đa Độ làm cơ sở cho việc đế xuất một số giải pháp phù hợp nhằm cải thiện , phục hồi và bảo vệ nguồn nước một cách tốt nhất. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: − Khóa luận tốt nghiệp là nhiệm vụ băt buộc của mỗi sinh viên sau khi hoàn thành toàn bộ chương trình của khóa học − Thực hiện khóa luận tốt nghiệp giúp sinh viên vận dụng kiến thức tổng hợp của các môn học vào thực tế nhiệm vụ và hoạt động có điều kiện so sánh, giải thích, áp dụng những kiến thức đã học vào công việc cụ thể − Tham mưu , tham vấn cho các tổ chức chính trị xã hội và tập thể cá nhân vận dụng và khai thác nguồn nước một cách có khoa học và tiết kiệm nguồn nước quý giá này. − Cần có những chính sách , chế tài cụ thể hơn nữa để bảo vệ nguồn nước trong tương lai, khi sự thay đổi của thời tiết và khí hậu ngày một khó lường. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG NGHIÊN CỨU 1.

Vị trí địa lý Hệ thống thủy lợi (HTTL) Đa Độ nằm ở phía Tây Nam thành phố Hải Phòng được bồi đắp phù sa của hạ du sông Thái Bình và sông Hồng, giới hạn bởi: + Phía Bắc giáp sông Lạch Tray. + Phía Tây và Tây Nam giáp sông Văn Úc. + Phía Đông Nam giáp biển Đông. Sông trục chính Đa Độ bắt nguồn từ cống Trung Trang thuộc xã Quang Hưng, huyện An Lão lấy nước từ thượng nguồn sông Văn Úc, cuối nguồn là cống tiêu Cổ Tiểu, tiêu nước ra biển.

Hệ thống công trình thủy lợi (CTTL) Đa Độ trải dài qua 05 quận, huyện: quận Kiến An, Dương Kinh, Đồ Sơn và huyện An Lão, Kiến Thụy với tổng diện tích đất tự nhiên 39. Vị trí địa lý hệ thống thủy lợi Đa Độ 3 1. Đặc điểm tự nhiên 1. Đặc điểm địa hình Hệ thống Đa Độ là một hệ thống thủy lợi ven biển được phù sa của các dòng sông thuộc hạ du sông Thái Bình bồi đắp lên.

Địa hình phức tạp, đa dạng, vùng thấp vùng cao xen kẽ với đầm lạch tự nhiên. Dải đồi núi từ An Lão đến đến Đồ Sơn nối tiếp không liên tục, kéo dài khoảng 30 km theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, bao gồm núi Voi cao 143 m, núi Phù Lưu cao 116 m, và các núi Xuân Sơn, Xuân Áng, Núi Đối, Đồ Sơn, Hòn Dáu. Nơi cao nhất là khu vực phía Bắc và Tây Bắc có cao trình mặt ruộng từ +1.30 như Kiến An; Chỗ thấp nhất là khu vực phía Đông và Đông Nam (ven sông Văn Úc và hướng ra biển) từ +0. Cá biệt khu ruộng cao trình dưới +0.

Nhìn chung địa hình của hệ thống có hướng dốc từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Diện tích có cao trình từ +0.70 trở lên chiếm phần lớn diện tích (phần lớn nằm ở cao trình +0. Diện tích có cao trình +0.70 trở xuống (chiếm 22% diện tích) chủ yếu tập trung ở các vùng ven hai bên sông Đa Độ: Tân Dân, Hữu Bằng, Thái Sơn, Đông Phương, Đại Đồng, Ngũ Đoan, Đoàn Xá,… Một phần nằm về phía bắc đường 10 thuộc 6 xã: Bát Trang, Trường Thọ, Trường Thành, An Tiến, Quang Hưng, Quang Trung. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng HTTL Đa Độ nằm rìa trũng khu vực đồng bằng Bắc bộ, cấu trúc chủ yếu cấu thành bởi các thành tạo lục địa xen kẽ các lớp đọng trầm tích ven biển tuổi Pliôxen - Đệ tứ dày từ vài chục mét đến vài nghìn mét, phủ chồng gối nên một nền không đồng nhất có tuổi từ tiền cambri đến trước Neôgen.

4 Đây là vùng đồng bằng ngày càng mở rộng về phía biển Đông Nam. Đây là một vùng rất phức tạp về thủy văn, về thành phần thạch học của lớp phủ Kainôzôi. Ở rìa tây nam, những dải no nước xen kẽ song song với những dải chứa ít nước theo phương tây nam. Ở rìa bắc (từ đông bắc sườn Tam Đảo đến cửa sông Văn Úc) cũng có những dải như thế, nhưng lượng chứa nước lại ít hơn rất nhiều.

Ở trung tâm khô ráo hơn, nhưng lại xuất hiện những vùng trũng lõm dạng đẳng thước như cấu trúc Thụy Anh - Vĩnh Bảo. Các đặc điểm địa hình, mạng lưới thủy văn của các doi cát, bãi bồi cũng như phần móng của chúng đều được hình thành trong điều kiện hoạt động kiến tạo Kainôzôi khá phức tạp. Toàn bộ vùng nghiên cứu gồm các bồi tích sét, sét pha, cát pha, cát tương đương với hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Thái Bình và hệ tầng Vĩnh Phú. Đất đai vùng sông Đa Độ tương đối phì nhiêu, đại bộ phận đất đai là đất thịt pha sét nhẹ, chiều dày tầng đất màu 35cm, độ pH từ 5.

Đặc điểm khí hậu Vùng nghiên cứu có chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa. Chế độ gió mùa ở đây thể hiện sự tương phản rõ rệt giữa hai mùa. Mùa hè trùng với gió mùa tây nam kéo dài từ tháng V tới tháng IX có thời tiết nóng ẩm và mưa nhiều và mùa đông trùng với gió mùa đông bắc kéo dài từ tháng XI tới tháng III có thời tiết lạnh và ít mưa. Mưa Mùa mưa trong vùng nghiên cứu bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10 với tổng lượng mưa mùa mưa đạt 85% tổng lượng mưa năm còn lại là mùa khô.

Đặc trưng lượng mưa trung bình tháng, năm tại vùng như trong bảng 1. Đặc trưng lượng mưa trung bình tháng, năm giai đoạn 1993-2022 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Lượng mưa 31,6 27,4 52,6 68,0 189,0 222,1 267,9 380,8 256,5 110,2 47,7 21,2 1675,1 (mm) 5 1. Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm là 23,50C, nhiệt độ trung bình ngày cao nhất trong tháng VI mới mức nhiệt 28,80C, tháng có nhiệt độ trung bình ngày thấp nhất là tháng I, với nhiệt độ 16,5 0C. Đặc trưng nhiệt độ trung bình tháng, năm trạm Phù Liễn trong bảng 1.

Đặc trưng nhiệt độ trung bình tháng năm Tháng I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII Năm Nhiệt độ (0C) 16,5 17,7 20,2 23,5 26,8 28,8 28,6 27,9 27,1 25,0 21,9 18,1 23,5 1. Độ ẩm Độ ẩm tương đối trung bình năm trong vùng nghiên cứu đạt 82-92%. Độ ẩm cao vào các tháng cuối mùa đông khi có mưa phùn ẩm ướt và đạt cao nhất vào tháng III đạt với giá trị trung bình là 92%. Độ ẩm trung bình tháng thấp nhất vào các tháng XI, XII khi có gió mùa đông bắc khô hanh thổi về nhiều đợt.

Đặc trưng độ ẩm trung bình tháng, năm tại trạm Phù Liễn như trong bảng 1. Đặc trưng độ ẩm tương đối trung bình tháng năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Độ ẩm (%) 87 90 92 91 89 87 88 90 88 84 83 82 87,8 1. Nắng Số giờ nắng trong năm trung bình năm đạt 1.