Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) và đô thị hóa đang là những thách thức lớn ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống tiêu thoát nước, đặc biệt tại các vùng đồng bằng ven biển như khu vực 5 xã phía Nam huyện Bình Giang, tỉnh Hải Dương. Với diện tích tự nhiên khoảng 3.870 ha, trong đó 2.340 ha hiện đang tiêu tự chảy, khu vực này chịu tác động mạnh mẽ từ quá trình đô thị hóa nhanh và biến đổi khí hậu với các hiện tượng mưa lớn, nước biển dâng, gây ngập úng kéo dài. Theo số liệu thống kê, diện tích thường xuyên bị ngập úng lên tới 1.555 ha, chiếm khoảng 58% diện tích lưu vực, gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp và đời sống dân cư.

Mục tiêu nghiên cứu là mô hình hóa và đánh giá hiện trạng khả năng tiêu thoát nước của hệ thống thoát nước khu vực 5 xã, đồng thời phân tích ảnh hưởng của BĐKH và đô thị hóa đến nhu cầu tiêu nước, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cấp, cải tạo hệ thống thoát nước nhằm giảm thiểu ngập úng và đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội trong tương lai. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn hiện tại và dự báo đến năm 2065, với phạm vi địa lý cụ thể tại các xã Cổ Bì, Nhân Quyền, Bình Xuyên, Thái Học và Bình Minh.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu và đô thị hóa, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững khu vực.

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 cân bằng nước mặt ruộng: Xác định hệ số tiêu nước dựa trên cân bằng lượng nước đầu vào (mưa, nước có sẵn) và đầu ra (nước tiêu thoát, tổn thất bốc hơi), đảm bảo tiêu nước kịp thời cho cây trồng.
  • Mô hình thủy lực mạng lưới tiêu thoát nước (SWMM): Mô phỏng dòng chảy, mực nước và khả năng tiêu thoát nước của hệ thống kênh tiêu, cống, trạm bơm trong điều kiện hiện tại và dự báo.
  • Lý thuyết ảnh hưởng biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến hệ thống thủy lợi: Phân tích tác động của các yếu tố như lượng mưa cực đoan, nước biển dâng, thay đổi sử dụng đất đến nhu cầu tiêu nước và khả năng vận hành hệ thống.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số tiêu nước, chế độ tiêu nước mặt ruộng, kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5, hệ số dòng chảy đô thị, mô hình mưa tiêu thiết kế, và quy hoạch sử dụng đất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn thu thập từ trạm khí tượng Hải Dương (giai đoạn 1958-2018), dữ liệu địa hình và địa chất từ Công ty TNHH MTV KTCT Thủy lợi Hải Dương, số liệu dân sinh kinh tế xã hội từ Phòng Nông nghiệp huyện Bình Giang, cùng các tài liệu quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn khu vực nghiên cứu gồm 5 xã phía Nam huyện Bình Giang với diện tích 2.340 ha tiêu tự chảy, đại diện cho vùng chịu ảnh hưởng mạnh của BĐKH và đô thị hóa.
  • Phương pháp phân tích: Kết hợp điều tra hiện trường, thu thập và phân tích số liệu thống kê; sử dụng mô hình toán học SWMM để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước; áp dụng phương pháp thống kê xác suất để đánh giá các kịch bản mưa tiêu thiết kế và ảnh hưởng của nước biển dâng.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong năm 2021-2022; mô phỏng và phân tích dữ liệu trong 6 tháng đầu năm 2022; đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn trong quý II năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước yếu kém: Trạm bơm Ô Xuyên 1 được xây dựng năm 1999 với công suất 10 máy bơm x 4.000 m³/h chỉ đáp ứng tiêu cho 1.530 ha trong tổng số 3.870 ha, phần còn lại tiêu tự chảy qua cổng Ô Xuyên 2 đã xuống cấp, khẩu độ nhỏ hẹp, gây tắc nghẽn dòng chảy. Diện tích ngập úng trung bình hàng năm khoảng 1.555 ha, chiếm 58% diện tích lưu vực.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Lượng mưa cực đoan ngày càng tăng, với các trận mưa 1, 3, 5 ngày max có xu hướng tăng từ 10-40% theo kịch bản RCP4.5. Mực nước biển dâng dự báo tăng 23-55 cm vào giữa và cuối thế kỷ 21, làm tăng mực nước ngoài sông, giảm khả năng tiêu tự chảy. Ví dụ, năm 2013 và 2015, lượng mưa 180 mm đã gây ngập úng diện tích lên tới 1.350 ha.

  3. Tác động của đô thị hóa: Quá trình đô thị hóa mạnh mẽ làm giảm diện tích đất nông nghiệp, nhiều ao hồ bị san lấp, làm giảm khả năng điều hòa nước. Mật độ dân số tăng nhanh, lượng nước thải đô thị tăng, gây ô nhiễm nguồn nước và làm suy giảm chất lượng môi trường. Hệ số dòng chảy bề mặt tăng, làm tăng nhu cầu tiêu nước lên khoảng 20-30% so với hiện trạng.

  4. Mô hình hóa và dự báo: Mô hình SWMM cho thấy hệ thống hiện tại không đáp ứng được yêu cầu tiêu thoát nước trong điều kiện mưa lớn và nước biển dâng. Dự báo đến năm 2065, lưu lượng nước tiêu cần tăng khoảng 25-35% do tác động của BĐKH và đô thị hóa, nếu không cải tạo hệ thống sẽ dẫn đến ngập úng nghiêm trọng hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng kéo dài là do hệ thống tiêu thoát nước hiện tại không được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tăng lên do biến đổi khí hậu và đô thị hóa. So với các nghiên cứu trước đây tại đồng bằng sông Hồng và Nam Thái Bình, kết quả tương đồng về xu hướng gia tăng lượng mưa cực đoan và tác động tiêu cực đến hệ thống thủy lợi. Tuy nhiên, nghiên cứu này bổ sung phân tích chi tiết về ảnh hưởng của quy hoạch sử dụng đất và đặc thù địa hình phức tạp của vùng Bình Giang.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh diện tích ngập úng qua các năm, bảng thống kê lượng mưa cực đoan và mô hình mực nước sông dưới các kịch bản biến đổi khí hậu, giúp minh họa rõ ràng sự gia tăng áp lực lên hệ thống tiêu thoát nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp trạm bơm Ô Xuyên 1 và xây dựng trạm bơm động lực mới: Tăng công suất bơm để đáp ứng tiêu cho toàn bộ diện tích 3.870 ha, giảm diện tích tiêu tự chảy. Thời gian thực hiện dự kiến 3-5 năm, chủ thể thực hiện là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương phối hợp với huyện Bình Giang.

  2. Cải tạo, nạo vét và mở rộng kênh tiêu chính và kênh nhánh: Đảm bảo mặt cắt kênh đủ lớn, loại bỏ bồi lắng, khơi thông dòng chảy, đặc biệt tại các đoạn bị thu hẹp do xây dựng trái phép. Thời gian thực hiện 2-3 năm, do Ban Quản lý dự án thủy lợi địa phương chủ trì.

  3. Xây dựng hệ thống cống tiêu mới và sửa chữa các cống, cầu xuống cấp: Tăng khả năng tiêu thoát nước, giảm thiểu tắc nghẽn tại các cửa cống. Thời gian thực hiện 2 năm, chủ thể là các đơn vị quản lý công trình thủy lợi.

  4. Áp dụng các giải pháp phi công trình: Tăng cường quản lý sử dụng đất, bảo vệ ao hồ, phát triển hệ thống thu gom và xử lý nước thải đô thị, nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường. Thời gian liên tục, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội.

  5. Xây dựng kế hoạch vận hành và quản lý hệ thống tiêu thoát nước thích ứng với biến đổi khí hậu: Sử dụng mô hình dự báo mưa và mực nước để điều phối bơm tiêu hợp lý, giảm thiểu tổn thất thiết bị và ngập úng. Thời gian triển khai ngay, do Trung tâm Quản lý nước và phòng chống thiên tai tỉnh thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy lợi: Nhận diện các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống tiêu thoát nước, từ đó xây dựng chính sách phát triển bền vững, quy hoạch sử dụng đất phù hợp.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia thủy lợi: Áp dụng mô hình toán học và phương pháp phân tích trong thiết kế, cải tạo hệ thống tiêu thoát nước, nâng cao hiệu quả vận hành.

  3. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và đô thị hóa: Tham khảo dữ liệu, phương pháp đánh giá tác động và kịch bản dự báo để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

  4. Cơ quan quản lý đô thị và môi trường: Hiểu rõ tác động của đô thị hóa đến hệ thống thoát nước, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý nước thải, bảo vệ môi trường và phát triển đô thị bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống tiêu thoát nước?
    Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa cực đoan và mực nước biển dâng, gây ngập úng kéo dài và giảm khả năng tiêu thoát nước tự nhiên. Ví dụ, lượng mưa 5 ngày max có thể tăng đến 40%, làm tăng lưu lượng cần tiêu thoát.

  2. Tại sao đô thị hóa lại làm tăng nhu cầu tiêu nước?
    Đô thị hóa làm tăng diện tích mặt phủ không thấm nước, tăng dòng chảy bề mặt và lượng nước thải, dẫn đến nhu cầu tiêu nước tăng khoảng 20-30% so với hiện trạng.

  3. Hệ số tiêu nước là gì và tại sao quan trọng?
    Hệ số tiêu nước là thông số kỹ thuật xác định lượng nước cần tiêu thoát trên một đơn vị diện tích, ảnh hưởng đến thiết kế công trình thủy lợi và thời gian ngập úng. Hệ số này giúp cân bằng giữa hiệu quả sản xuất và chi phí đầu tư.

  4. Mô hình SWMM được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    SWMM mô phỏng dòng chảy và mực nước trong hệ thống kênh tiêu, cống và trạm bơm, giúp đánh giá hiện trạng và dự báo khả năng tiêu thoát nước dưới các kịch bản biến đổi khí hậu và đô thị hóa.

  5. Giải pháp nào ưu tiên để giảm ngập úng tại khu vực nghiên cứu?
    Ưu tiên nâng cấp trạm bơm và cải tạo hệ thống kênh tiêu, kết hợp với quản lý sử dụng đất và xử lý nước thải đô thị để giảm áp lực lên hệ thống tiêu thoát nước.

Kết luận

  • Hệ thống tiêu thoát nước khu vực 5 xã phía Nam huyện Bình Giang hiện không đáp ứng được yêu cầu tiêu thoát nước do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đô thị hóa.
  • Diện tích ngập úng trung bình hàng năm chiếm khoảng 58% diện tích lưu vực, gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp và đời sống dân cư.
  • Mô hình SWMM và phân tích kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy nhu cầu tiêu nước sẽ tăng 25-35% đến năm 2065 nếu không có giải pháp cải tạo.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp trạm bơm, cải tạo kênh tiêu, xây dựng công trình mới và áp dụng quản lý vận hành thích ứng với biến đổi khí hậu.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch và phát triển hệ thống tiêu thoát nước bền vững, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế địa phương.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp cải tạo hệ thống tiêu thoát nước theo đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cập nhật dữ liệu biến đổi khí hậu và đô thị hóa để điều chỉnh kế hoạch quản lý phù hợp.