Nghiên Cứu Tác Động Của Các Yếu Tố Đến Hiệu Quả Hệ Thống Thủy Lợi Tại Đại Học Thủy Lợi

Trên thế giới, có hơn 50.000 hồ chứa lớn đã được xây dựng. Các hồ chứa mang lại lợi ích to lớn như cung cấp nước, phát điện, chống lũ. Tuy nhiên, tác động đến chế độ thủy văn, thủy lực và môi trường là rất đáng kể. Ví dụ, S. Shalash (1980) nghiên cứu ảnh hưởng của đập High Aswan lên chế độ thủy văn sông Nile. Nghiên cứu cho thấy đáy sông và mực nước hạ lưu biến đổi đáng kể sau khi đập vận hành, với tốc độ hạ thấp đáy sông và mực nước đạt cao nhất trong thời gian đầu vận hành. Nghiên cứu này tập trung vào xói mòn lòng dẫn, phương pháp khảo sát tốn kém.

Các nghiên cứu trước đây thường xem xét các tác động một cách riêng rẽ, tập trung vào đánh giá môi trường của từng hồ chứa đơn lẻ. Một số nghiên cứu xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu, một số khác nghiên cứu tác động của nước biển dâng. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào đánh giá toàn diện tác động của cả hệ thống công trình thủy lợi - thủy điện đến tài nguyên nước và chế độ thủy văn - thủy lực của sông Hương. Do đó, nghiên cứu này hướng đến đánh giá toàn diện và định lượng những thay đổi của chế độ dòng chảy ở hạ lưu sông Hương do tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện.

Lưu vực sông Hương có địa hình đa dạng, từ vùng núi cao đến đồng bằng ven biển. Thảm phủ rừng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy, giảm thiểu xói mòn, và bảo vệ nguồn nước. Tuy nhiên, tình trạng mất rừng, chuyển đổi mục đích sử dụng đất (sử dụng đất) có thể làm thay đổi dòng chảy, tăng nguy cơ lũ lụt, và ảnh hưởng đến chất lượng nước. Theo tài liệu gốc, độ che phủ rừng tỉnh Thừa Thiên Huế giai đoạn 2000-2011 đã có sự biến động nhất định, tác động đến dòng chảy.

Hệ thống công trình thủy lợi - thủy điện trên lưu vực sông Hương có tác động đáng kể đến chế độ thủy văn - thủy lực. Các hồ chứa điều tiết dòng chảy, giảm lũ vào mùa mưa, và cung cấp nước vào mùa khô. Tuy nhiên, việc vận hành các hồ chứa có thể làm thay đổi dòng chảy tự nhiên, ảnh hưởng đến hệ sinh thái (hệ sinh thái) và các hoạt động kinh tế - xã hội ven sông. Việc xả lũ không hợp lý cũng có thể gây ra lũ lụt đột ngột ở hạ lưu.

HEC-HMS là mô hình toán thủy văn được phát triển bởi Trung tâm Công trình Thủy lực của Quân đội Hoa Kỳ (USACE HEC). Mô hình này cho phép mô phỏng quá trình dòng chảy trên lưu vực, từ quá trình mưa đến quá trình tập trung dòng chảy. HEC-RAS là mô hình toán thủy lực được phát triển bởi USACE HEC, cho phép mô phỏng dòng chảy ổn định và không ổn định trong lòng sông. Mô hình này có thể được sử dụng để tính toán mực nước, vận tốc dòng chảy, và các thông số thủy lực khác.

Việc ứng dụng mô hình HEC-HMS và HEC-RAS cho lưu vực sông Hương đòi hỏi phải có số liệu đầu vào đầy đủ và chính xác, bao gồm số liệu về địa hình, thảm phủ, khí tượng thủy văn, và hệ thống công trình thủy lợi. Cần thực hiện quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình để đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng. Sau khi mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định, có thể sử dụng mô hình để đánh giá tác động của các yếu tố đến chế độ thủy văn - thủy lực của sông Hương.

Phân tích sự thay đổi các yếu tố thủy văn (yếu tố thủy văn) ở hạ lưu sông Hương, bao gồm mực nước, lưu lượng, và thời gian kéo dài của các đợt lũ, đợt hạn. Cần so sánh các số liệu thủy văn trước và sau khi xây dựng các công trình thủy lợi để đánh giá tác động của các công trình này. Bên cạnh đó, cần xem xét tác động của biến đổi khí hậu đến các yếu tố thủy văn, chẳng hạn như sự thay đổi lượng mưa, nhiệt độ, và mực nước biển.

Thay đổi sử dụng đất, chẳng hạn như chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp hoặc đất đô thị, có thể làm thay đổi dòng chảy và ảnh hưởng đến hiệu quả hệ thống thủy lợi. Cần đánh giá tác động của thay đổi sử dụng đất đến dòng chảy bằng cách sử dụng các mô hình toán thủy văn. Bên cạnh đó, cần xem xét tác động của thay đổi sử dụng đất đến chất lượng nước, chẳng hạn như tăng ô nhiễm do sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu trong nông nghiệp.

Việc vận hành các hồ chứa cần được thực hiện một cách khoa học và hợp lý, đảm bảo hài hòa các mục tiêu khác nhau, bao gồm chống lũ, cung cấp nước, và phát điện. Cần xây dựng các quy trình vận hành hồ chứa dựa trên các dự báo khí tượng thủy văn, tình hình sử dụng nước, và các yêu cầu bảo vệ môi trường. Việc phối hợp vận hành các hồ chứa trên lưu vực cũng cần được thực hiện để tăng hiệu quả điều tiết dòng chảy.

Nâng cao năng lực quản lý hệ thống thủy lợi là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống. Cần tăng cường đào tạo, bồi dưỡng cán bộ quản lý, vận hành hệ thống thủy lợi. Bên cạnh đó, cần ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong quản lý hệ thống thủy lợi, chẳng hạn như hệ thống giám sát mực nước và lưu lượng tự động, và hệ thống thông tin địa lý (GIS).

Nghiên cứu này đã đánh giá định lượng tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu đến các yếu tố thủy văn ở hạ lưu sông Hương. Đề xuất các giải pháp phi công trình và công trình nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực và nâng cao hiệu quả khai thác các công trình. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác ở Việt Nam và các nước có điều kiện tương tự.

Hướng nghiên cứu phát triển hệ thống thủy lợi bền vững trong tương lai cần tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến, chẳng hạn như trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT), để quản lý hệ thống thủy lợi một cách thông minh và hiệu quả. Bên cạnh đó, cần tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực nghiên cứu và quản lý tài nguyên nước để chia sẻ kinh nghiệm và học hỏi lẫn nhau.