Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu ngày càng diễn biến phức tạp, việc nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH và đô thị hóa đến hệ thống tiêu thoát nước trở nên cấp thiết. Vùng Tây Nam Cửu An thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, với diện tích tiêu khoảng 28.116 ha, là khu vực trọng điểm của tỉnh Hưng Yên, chịu tác động rõ rệt từ biến đổi khí hậu và quá trình đô thị hóa nhanh chóng. Nhiệt độ trung bình năm tại vùng này đã tăng khoảng 0,5°C trong 50 năm qua, lượng mưa trung bình năm dao động khoảng 1.600 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10. Đồng thời, diện tích đất nông nghiệp giảm từ 58.440 ha xuống còn khoảng 25.116 ha trong khi đất công nghiệp và đô thị tăng lên đáng kể trong giai đoạn 2011-2015.

Mục tiêu nghiên cứu là mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến nhu cầu tiêu nước của hệ thống tiêu vùng Tây Nam Cửu An, từ đó đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu nhằm đáp ứng yêu cầu tiêu thoát nước trong tương lai đến năm 2030 và 2050. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ vùng tiêu thuộc địa bàn các huyện Tiên Lữ, Kim Động, Khoái Châu, Ân Thi và thành phố Hưng Yên. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm an ninh nguồn nước, phát triển nông nghiệp bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng đồng bằng sông Hồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến tài nguyên nước: Phân tích các kịch bản biến đổi khí hậu theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, bao gồm sự thay đổi nhiệt độ, lượng mưa, mực nước biển dâng và tần suất bão, áp thấp nhiệt đới.
  • Mô hình thủy văn và thủy lực MIKE 11: Ứng dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy, mực nước và khả năng tiêu thoát nước của hệ thống kênh tiêu hiện trạng và các phương án cải tạo.
  • Khái niệm hệ số tiêu nước: Xác định hệ số tiêu nước cho các loại đất và đối tượng sử dụng đất khác nhau, bao gồm đất lúa nước, đất trồng màu, đất công nghiệp và khu dân cư, nhằm phản ánh nhu cầu tiêu thoát nước thực tế.
  • Mô hình mưa tiêu thiết kế: Xây dựng mô hình mưa điển hình và mô hình mưa thiết kế dựa trên số liệu mưa 5 ngày lớn nhất với tần suất thiết kế 10%, áp dụng phương pháp thống kê đường tần suất và phương pháp thu phóng cùng tỷ số.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Hưng Yên giai đoạn 1980-1999 và cập nhật đến năm 2014; số liệu sử dụng đất, dân số, phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Hưng Yên; số liệu quan trắc thủy văn và công trình thủy lợi trong vùng.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn dữ liệu mưa 5 ngày lớn nhất trong 20 năm làm cơ sở xây dựng mô hình mưa điển hình và mô hình mưa thiết kế. Sử dụng số liệu thực địa khảo sát hệ thống kênh tiêu, trạm bơm và hiện trạng sử dụng đất để xác định hệ số tiêu nước.
  • Phương pháp phân tích: Áp dụng phương pháp thống kê toán học (phương pháp mômen, phương pháp thích hợp) để xác định đường tần suất mưa; phân tích tương quan lượng mưa năm và lượng mưa 5 ngày lớn nhất; đánh giá ảnh hưởng của BĐKH và đô thị hóa đến hệ số tiêu nước.
  • Phương pháp mô phỏng: Sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy, mực nước và khả năng tiêu thoát nước của hệ thống tiêu hiện trạng và các phương án cải tạo nâng cấp cho các thời kỳ 2030 và 2050.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu từ năm 2014 trở về trước; xây dựng mô hình và mô phỏng trong năm 2015; đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tăng nhiệt độ và lượng mưa theo kịch bản BĐKH: Nhiệt độ trung bình năm tại vùng nghiên cứu dự kiến tăng khoảng 0,5°C vào năm 2030 và 1,2-1,4°C vào năm 2050. Lượng mưa trung bình năm tăng 1,4% vào năm 2030 và 3,8% vào năm 2050 so với giai đoạn 1980-1999. Lượng mưa 5 ngày lớn nhất với tần suất 10% được xác định là 356,67 mm, tăng so với giai đoạn nền.

  2. Ảnh hưởng của đô thị hóa đến hệ số tiêu nước: Diện tích đất nông nghiệp giảm từ 58.440 ha xuống còn khoảng 25.116 ha, trong khi đất công nghiệp và đô thị tăng từ 8.053 ha lên 10.489 ha trong giai đoạn 2011-2015. Sự chuyển đổi này làm tăng hệ số tiêu nước thiết kế do giảm khả năng trữ nước và tăng lượng nước thải đô thị, dẫn đến nhu cầu tiêu thoát nước tăng khoảng 15-20% so với hiện trạng.

  3. Khả năng tiêu thoát nước hiện tại bị hạn chế: Mô phỏng hệ thống tiêu hiện trạng cho thấy nhiều đoạn kênh chính như kênh Hòa Bình, sông An Tảo bị bồi lắng, thu hẹp mặt cắt, công trình trạm bơm xuống cấp, dẫn đến hiện tượng tràn bờ và ngập úng cục bộ trong mùa mưa. Mực nước lũ lớn nhất thời kỳ 2030 và 2050 có xu hướng tăng, làm giảm hiệu quả tiêu thoát nước tự chảy.

  4. Hiệu quả các phương án cải tạo, nâng cấp: Các phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu, bao gồm xây dựng thêm trạm bơm công suất lớn, nạo vét kênh, nâng cao bờ kênh và đồng bộ công trình đầu mối, được mô phỏng cho thấy khả năng giảm ngập úng từ 30-50% so với hiện trạng, đáp ứng nhu cầu tiêu thoát nước trong các kịch bản biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến năm 2050.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng nhu cầu tiêu thoát nước là sự gia tăng lượng mưa cực đoan và thay đổi cơ cấu sử dụng đất do đô thị hóa, làm giảm khả năng thấm và trữ nước của đất. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống tiêu hiện tại không đáp ứng được yêu cầu trong các kịch bản tương lai, nhất là khi mực nước sông Luộc và sông Cửu An dâng cao do nước biển dâng và lũ lụt gia tăng. So sánh với các nghiên cứu tương tự tại vùng Nam Thái Bình cho thấy xu hướng tác động của BĐKH và đô thị hóa đến hệ thống tiêu nước là tương đồng, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng tại Tây Nam Cửu An có phần nghiêm trọng hơn do mật độ dân cư và tốc độ đô thị hóa cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường tần suất mưa 5 ngày lớn nhất, biểu đồ so sánh hệ số tiêu nước theo các thời kỳ và bản đồ mô phỏng mực nước lũ trên các đoạn kênh chính. Bảng tổng hợp kết quả mô phỏng các phương án cải tạo cũng giúp minh họa hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và nâng cấp trạm bơm tiêu nước công suất lớn: Đầu tư xây dựng thêm các trạm bơm tại các vị trí trọng yếu nhằm tăng khả năng tiêu thoát nước, đặc biệt trong mùa mưa và các đợt lũ lớn. Thời gian thực hiện: 2022-2027. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Hưng Yên phối hợp với các đơn vị quản lý thủy lợi.

  2. Nạo vét, mở rộng và nâng cao bờ kênh chính: Thực hiện nạo vét các tuyến kênh chính như kênh Hòa Bình, sông An Tảo để khôi phục mặt cắt ngang, đồng thời nâng cao bờ kênh nhằm ngăn ngừa tràn bờ. Thời gian thực hiện: 2023-2025. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý dự án thủy lợi Bắc Hưng Hải.

  3. Cải tạo, đồng bộ công trình đầu mối và cống tiêu: Sửa chữa, thay thế các công trình đầu mối, cống tiêu xuống cấp, đảm bảo vận hành hiệu quả, đồng bộ với lưu lượng tiêu thoát nước tăng lên do biến đổi khí hậu và đô thị hóa. Thời gian thực hiện: 2022-2026. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Quản lý và Khai thác công trình thủy lợi tỉnh Hưng Yên.

  4. Quản lý và quy hoạch sử dụng đất hợp lý: Kiểm soát chặt chẽ việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất đô thị, công nghiệp; phát triển các vùng trữ nước, ao hồ nhằm tăng khả năng trữ nước và giảm áp lực tiêu thoát nước. Thời gian thực hiện: liên tục đến năm 2050. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Hưng Yên phối hợp với các sở ngành liên quan.

  5. Xây dựng hệ thống cảnh báo và quản lý rủi ro ngập úng: Áp dụng công nghệ GIS, mô hình thủy văn để dự báo, cảnh báo sớm ngập úng, hỗ trợ công tác vận hành hệ thống tiêu nước hiệu quả. Thời gian thực hiện: 2023-2025. Chủ thể thực hiện: Sở Thông tin và Truyền thông phối hợp với Sở Nông nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy lợi: Giúp hiểu rõ tác động của biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến hệ thống tiêu thoát nước, từ đó xây dựng chính sách, kế hoạch phát triển bền vững.

  2. Các kỹ sư, chuyên gia thủy lợi và môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp mô phỏng hiện đại để thiết kế, cải tạo hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành tài nguyên nước, môi trường: Là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và đánh giá tác động biến đổi khí hậu trong lĩnh vực thủy lợi.

  4. Các cơ quan quản lý đô thị và quy hoạch sử dụng đất: Hỗ trợ trong việc đánh giá ảnh hưởng của quy hoạch đô thị đến hệ thống tiêu thoát nước, từ đó điều chỉnh quy hoạch phù hợp, giảm thiểu rủi ro ngập úng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống tiêu thoát nước vùng Tây Nam Cửu An?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình và lượng mưa cực đoan, dẫn đến lưu lượng nước cần tiêu tăng, mực nước sông dâng cao gây khó khăn cho tiêu thoát nước tự chảy, làm tăng nguy cơ ngập úng.

  2. Đô thị hóa tác động ra sao đến nhu cầu tiêu nước?
    Đô thị hóa làm giảm diện tích đất nông nghiệp, tăng diện tích đất xây dựng, làm giảm khả năng thấm và trữ nước, đồng thời tăng lượng nước thải, dẫn đến hệ số tiêu nước tăng khoảng 15-20%.

  3. Mô hình MIKE 11 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Mô hình MIKE 11 mô phỏng dòng chảy và mực nước trong hệ thống kênh tiêu, giúp đánh giá khả năng tiêu thoát nước hiện trạng và hiệu quả các phương án cải tạo nâng cấp trong các kịch bản biến đổi khí hậu.

  4. Giải pháp nào được đề xuất để cải thiện hệ thống tiêu thoát nước?
    Các giải pháp gồm xây dựng trạm bơm công suất lớn, nạo vét kênh, nâng cao bờ kênh, cải tạo công trình đầu mối và quản lý quy hoạch sử dụng đất hợp lý nhằm tăng khả năng tiêu thoát nước và giảm ngập úng.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các vùng khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể tham khảo áp dụng cho các vùng đồng bằng sông Hồng và các khu vực có điều kiện tương tự, giúp đánh giá và đề xuất giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu và đô thị hóa.

Kết luận

  • Nhiệt độ và lượng mưa tại vùng Tây Nam Cửu An dự kiến tăng đáng kể đến năm 2050, làm tăng nhu cầu tiêu thoát nước.
  • Đô thị hóa làm thay đổi cơ cấu sử dụng đất, tăng hệ số tiêu nước và áp lực lên hệ thống tiêu thoát nước hiện tại.
  • Hệ thống tiêu hiện trạng không đáp ứng được yêu cầu tiêu thoát nước trong các kịch bản biến đổi khí hậu và đô thị hóa tương lai.
  • Các phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu, bao gồm xây dựng trạm bơm, nạo vét kênh và cải tạo công trình đầu mối, có hiệu quả rõ rệt trong việc giảm ngập úng.
  • Cần triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và quản lý quy hoạch sử dụng đất để đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững vùng Tây Nam Cửu An.

Hành động tiếp theo: Khuyến nghị các cơ quan chức năng sớm triển khai các giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước theo đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cập nhật dữ liệu biến đổi khí hậu để điều chỉnh kế hoạch phù hợp.