Nghiên cứu tính toán cân bằng nước đánh giá khả năng đáp ứng lưu vực sông cả trong trường hợp có sự tham gia của hồ ngàn trươi và hồ bản mồng

Nghiên cứu cân bằng nước lưu vực sông Cả là một vấn đề quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước. 117 trang · Trường Đại Học Thủy Lợi · 2019.

• Tác giả: Lê Thị Hạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Toán Cân Bằng Nước Đánh Giá Khả Năng Đáp Ứng Nguồn Nước Lưu Vực Sông Cả Trong Trường Hợp Có Sự Tham Gia Của Hồ Ngàn Trươi Và Hồ Bản Mồng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA NGUỒN NƯỚC VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu đánh giá khả năng đáp ứng của nguồn nước
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước trên Thế giới
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam
• 1.2. Tổng quan vùng nghiên cứu
• 1.2.1. Tổng quan vùng nghiên cứu
• 1.2.2. Thực trạng nguồn nước và các vấn đề liên quan ở vùng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC CHO LƯU VỰC SÔNG CẢ
• 2.1. Phân tích, đánh giá tình hình nguồn nước và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng và sự thay đổi nguồn nước
• 2.1.1. Đánh giá chung về nguồn nước
• 2.1.2. Xác định một số nguyên nhân chính gây tình trạng mất cân bằng về nguồn nước
• 2.2. Phân vùng tính toán cân bằng nước
• 2.2.1. Quan điểm, nguyên tắc phân vùng tính cân bằng nước
• 2.2.2. Sơ đồ tính toán cân bằng nước
• 2.3. Tính toán nhu cầu nước
• 2.3.1. Nhu cầu nước dùng cho nông nghiệp
• 2.3.2. Nhu cầu nước dùng cho sinh hoạt
• 2.3.3. Nhu cầu nước cho công nghiệp
• 2.3.4. Nhu cầu nước cho nuôi trồng thuỷ sản
• 2.3.5. Nhu cầu nước cho chăn nuôi
• 2.3.6. Nhu cầu nước cho du lịch
• 2.3.7. Tổng nhu cầu nước hiện trạng tần suất 85%
• 2.3.8. Kết quả tính toán nhu cầu nước năm 2030
• 2.4. Phân tích lựa chọn công cụ tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông
• 2.4.1. Phương pháp tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cả
• 2.4.1.1. Phương pháp luận tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cả
• 2.4.1.2. Phân tích lựa chọn mô hình tính toán cân bằng nước
• 2.4.2. Giới thiệu mô hình MIKE BASIN
• 2.4.2.1. Giới thiệu về MIKE BASIN
• 2.4.2.2. Nguyên lý cân bằng nút của mô hình MIKE BASIN
• 2.4.3. Thiết lập mô hình MIKE BASIN tính toán cân bằng nước LVS Cả
• 2.4.3.1. Số liệu đầu vào
• 2.4.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC THEO CÁC KỊCH BẢN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHAI THÁC HIỆU QUẢ NGUỒN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẢ
• 3.1. Xây dựng kịch bản tính toán
• 3.2. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản hiện trạng
• 3.2.1. Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Cả
• 3.2.2. Mức đảm bảo cấp nước trên lưu vực sông Cả
• 3.3. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản 2030 (có hồ Ngàn Trươi và hồ Bản Mồng)
• 3.3.1. Đánh giá lượng thiếu hụt nguồn nước năm 2030
• 3.3.2. Mức đảm bảo cấp nước trên lưu vực sông Cả giai đoạn 1980 - 2030
• 3.4. Phân tích tác động của việc có Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng tham gia cấp nước cho lưu vực sông Cả
• 3.5. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác và sử dụng nguồn nước lưu vực sông Cả
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Cân Bằng Nước Lưu Vực Sông Cả

Nghiên cứu cân bằng nước lưu vực sông Cả là một vấn đề quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước. Lưu vực này có diện tích lớn và đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của khu vực Bắc Trung Bộ. Việc đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước từ Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng sẽ giúp xác định các giải pháp tối ưu cho việc sử dụng tài nguyên nước bền vững.

1.1. Tình Hình Nguồn Nước Tại Lưu Vực Sông Cả

Lưu vực sông Cả có lượng nước dồi dào nhưng phân bố không đều. Mùa mưa, lượng nước tăng cao, trong khi mùa khô, tình trạng thiếu nước diễn ra nghiêm trọng. Việc quản lý nguồn nước cần được thực hiện một cách đồng bộ và hiệu quả.

1.2. Vai Trò Của Hồ Ngàn Trươi Và Hồ Bản Mồng

Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết nguồn nước cho lưu vực sông Cả. Việc khai thác hiệu quả từ hai hồ này sẽ giúp cải thiện tình hình cung cấp nước cho các hộ dân và các hoạt động sản xuất.

II. Vấn Đề Cân Bằng Nước Tại Lưu Vực Sông Cả

Cân bằng nước tại lưu vực sông Cả đang gặp nhiều thách thức. Sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước trong nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt đang tạo áp lực lớn lên nguồn nước. Việc đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước là cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững.

2.1. Thách Thức Trong Quản Lý Nguồn Nước

Quản lý nguồn nước tại lưu vực sông Cả gặp khó khăn do sự phân bổ không đồng đều và sự gia tăng nhu cầu sử dụng. Các biện pháp quản lý hiện tại chưa đáp ứng kịp thời và hiệu quả.

2.2. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu

Biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng đến lượng mưa và dòng chảy tại lưu vực sông Cả. Điều này làm gia tăng tình trạng khan hiếm nước trong mùa khô và lũ lụt trong mùa mưa.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Cân Bằng Nước Lưu Vực Sông Cả

Để nghiên cứu cân bằng nước, các phương pháp tính toán và mô hình hóa được áp dụng. Việc sử dụng mô hình MIKE BASIN giúp đánh giá chính xác khả năng đáp ứng nguồn nước từ các hồ chứa.

3.1. Mô Hình MIKE BASIN Trong Tính Toán Cân Bằng Nước

Mô hình MIKE BASIN được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và tính toán cân bằng nước. Mô hình này cho phép đánh giá tác động của các yếu tố khác nhau đến nguồn nước.

3.2. Phân Tích Dữ Liệu Khí Tượng Và Thủy Văn

Việc thu thập và phân tích dữ liệu khí tượng và thủy văn là rất quan trọng. Dữ liệu này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến nguồn nước và đưa ra các giải pháp hợp lý.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Cân Bằng Nước Tại Lưu Vực Sông Cả

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng đáp ứng nguồn nước từ Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng có thể cải thiện tình hình cung cấp nước cho lưu vực sông Cả. Các kịch bản tính toán cho thấy sự cần thiết phải có các giải pháp quản lý hiệu quả.

4.1. Kết Quả Tính Toán Nhu Cầu Nước

Kết quả tính toán cho thấy nhu cầu nước cho nông nghiệp và sinh hoạt đang gia tăng. Cần có các biện pháp để đáp ứng nhu cầu này một cách bền vững.

4.2. Đánh Giá Tác Động Của Hồ Ngàn Trươi Và Hồ Bản Mồng

Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng có khả năng cung cấp nước đáng kể cho lưu vực. Việc khai thác hiệu quả từ hai hồ này sẽ giúp giảm thiểu tình trạng thiếu nước.

V. Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Quản Lý Nguồn Nước

Để nâng cao hiệu quả quản lý nguồn nước tại lưu vực sông Cả, cần có các giải pháp đồng bộ và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ mới và cải thiện quy trình quản lý là rất cần thiết.

5.1. Đề Xuất Các Giải Pháp Quản Lý Nguồn Nước

Các giải pháp quản lý nguồn nước cần được xây dựng dựa trên các nghiên cứu khoa học và thực tiễn. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng.

5.2. Tăng Cường Giáo Dục Và Nhận Thức Cộng Đồng

Giáo dục và nâng cao nhận thức cộng đồng về quản lý tài nguyên nước là rất quan trọng. Cần có các chương trình tuyên truyền để người dân hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của nước.

VI. Kết Luận Và Hướng Đi Tương Lai Trong Nghiên Cứu Cân Bằng Nước

Nghiên cứu cân bằng nước tại lưu vực sông Cả là một vấn đề cấp thiết. Việc đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước từ Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng sẽ giúp định hướng cho các chính sách quản lý tài nguyên nước trong tương lai.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Cân Bằng Nước

Nghiên cứu cân bằng nước không chỉ giúp quản lý tài nguyên nước hiệu quả mà còn đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực.

6.2. Định Hướng Nghiên Cứu Trong Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trong quản lý nguồn nước. Việc hợp tác quốc tế cũng cần được thúc đẩy để chia sẻ kinh nghiệm và công nghệ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Cả là một trong những hệ thống sông liên quốc gia lớn nhất khu vực Bắc Trung Bộ, sở hữu tổng diện tích lưu vực tự nhiên 27.200 km², trong đó phần lãnh thổ thuộc Việt Nam chiếm 17.730 km² (tương đương 65,2% diện tích) trải dài trên địa bàn hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Với tổng lượng dòng chảy mặt trung bình nhiều năm đạt khoảng 23,0 tỷ m³ đến 23,3 tỷ m³ (lưu lượng bình quân 738 m³/s), nguồn nước của lưu vực giữ vai trò sống còn đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của vùng. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay là sự phân bố dòng chảy không đều theo thời gian: lượng dòng chảy mùa lũ (từ tháng 7 đến tháng 12) chiếm tới 73,4% tổng lượng năm, trong khi 3 tháng kiệt nhất (từ tháng 2 đến tháng 4) chỉ chiếm vỏn vẹn 7,1%, với lưu lượng tháng 4 cạn kiệt nhất chỉ đạt 2,4%.

Thực trạng này kết hợp với hiện tượng biến đổi khí hậu gay gắt, gió Tây khô nóng kéo dài từ 30 đến 35 ngày mỗi năm và sự gia tăng nhu cầu nước sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp đã dẫn đến tình trạng thiếu nước cục bộ nghiêm trọng và xâm nhập mặn sâu vào nội đồng. Trước bối cảnh đó, nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu ứng dụng các công cụ mô hình toán hiện đại để tính toán cân bằng nước chi tiết cho toàn lưu vực trong giai đoạn hiện trạng và định hướng đến năm 2030. Trọng tâm nghiên cứu là đánh giá định lượng khả năng đáp ứng nguồn nước khi có sự vận hành tham gia của hai công trình đại thủy nông trọng điểm: hồ Ngàn Trươi (dung tích toàn bộ 932,70 triệu m³) và hồ Bản Mồng (dung tích toàn bộ 224,78 triệu m³). Kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học vững chắc nhằm nâng cao mức độ đảm bảo cấp nước đạt chuẩn tần suất 85% cho nông nghiệp và 95% cho sinh hoạt, công nghiệp, phục vụ chiến lược quản lý tài nguyên nước bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết thủy văn truyền thống và nguyên lý mô hình hóa tài nguyên nước hiện đại:

• Lý thuyết cân bằng nước lưu vực sông và nguyên lý cân bằng nút (Node-link water balance): Dựa trên định luật bảo toàn khối lượng tại các điểm nút sử dụng nước, công trình đầu mối và nguồn sinh dòng chảy, mô tả mối quan hệ giữa tổng lượng nước đến, lượng nước chuyển giao, lượng bốc hơi, lượng trữ và nhu cầu sử dụng nước thực tế theo từng thời đoạn.
• Phương pháp tính toán bốc thoát hơi chuẩn và nhu cầu nước cây trồng: Ứng dụng công thức Penman do Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) khuyến nghị trong phần mềm CROPWAT 8.0. Nhu cầu nước tưới mặt ruộng (IRReq) được xác định thông qua phương trình cân bằng ẩm tầng rễ: IRReq = ETc + Perc + Lprep - EffRain; trong đó ETc là lượng bốc thoát hơi của cây trồng (xác định qua hệ số Kc và ETo), Perc là lượng ngấm ổn định, Lprep là lượng nước làm đất và EffRain là lượng mưa hiệu quả tính theo tỷ lệ 70% đến 90%.
• Hệ thống khái niệm kỹ thuật cốt lõi: Luận văn chuẩn hóa và vận dụng các khái niệm chuyên ngành như tần suất đảm bảo cấp nước thiết kế (P = 85% cho nông nghiệp), dòng chảy kiệt, hệ số biến đổi dòng chảy năm Cv (dao động từ 0,24 đến 0,54 trên lưu vực), và lưu lượng duy trì dòng chảy môi trường sinh thái hạ du (4 m³/s tại cống xả đáy hồ Ngàn Trươi và 22 m³/s xả tăng cường từ hồ Bản Mồng).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu quan trắc: Cơ sở dữ liệu của luận văn được thu thập đồng bộ từ chuỗi số liệu quan trắc khí tượng - thủy văn liên tục trên 50 năm (từ năm 1961 đến 2017) tại 6 trạm khí tượng đại diện gồm Cửa Rào, Quỳ Hợp, Vinh, Hà Tĩnh, Hương Khê, Quỳnh Lưu và các trạm thủy văn chủ lực như Yên Thượng, Dừa, Sơn Diệm, Hòa Duyệt. Cỡ mẫu chuỗi thời gian dài này đảm bảo độ tin cậy thống kê cao trong việc nhận diện quy luật dòng chảy kiệt và lượng mưa cực đoan.
• Phương pháp phân vùng tính toán: Toàn bộ không gian lưu vực sông Cả và vùng hưởng lợi tiếp giáp được chia tách thành 14 vùng cấp nước lớn dựa trên địa hình, ranh giới hành chính và mạng lưới sông nhánh. Để đáp ứng tính toán chi tiết cho các công trình thủy lợi, 14 vùng này tiếp tục được phân rã thành 22 tiểu vùng cấp nước độc lập thông qua công cụ MapInfo.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Nghiên cứu lựa chọn tích hợp mô hình thủy văn MIKE NAM (mô phỏng dòng chảy từ mưa) và mô hình quản lý lưu vực MIKE BASIN của Viện Thủy động lực Đan Mạch (DHI). MIKE BASIN sở hữu ưu thế vượt trội so với các công cụ tính toán truyền thống nhờ khả năng sơ đồ hóa mạng lưới phức tạp dạng nút - nhánh, mô phỏng linh hoạt quy tắc vận hành liên hồ chứa đa mục tiêu, phân bổ nước theo thứ tự ưu tiên và kiểm soát chặt chẽ dòng chảy môi trường theo từng bước thời gian ngày hoặc 10 ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Sự phân bố bất đối xứng sâu sắc của dòng chảy mặt: Dòng chảy hàng năm của hệ thống sông Cả đạt khoảng 23,3 tỷ m³, tuy nhiên 73,4% lượng nước dồn dập vào mùa lũ. Trong các tháng cạn kiệt, lưu lượng dòng chảy xuống rất thấp, tại trạm Yên Thượng lưu lượng nhỏ nhất từng ghi nhận chỉ còn 39,0 m³/s, trạm Sơn Diệm đạt 6,43 m³/s và trạm Hòa Duyệt chỉ đạt 8,80 m³/s, gây ra thâm hụt nước trên diện rộng trong mùa khô.
• Hiện trạng thiếu nước gay gắt giai đoạn cơ sở (năm 2017): Ứng với tần suất hạn hán thiết kế P = 85%, tổng nhu cầu nước toàn lưu vực phục vụ cho 322.976 ha đất sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt cho hơn 3,55 triệu dân và các khu công nghiệp tập trung đã vượt quá khả năng tự cấp của dòng chảy tự nhiên. Xâm nhập mặn với nồng độ từ 2‰ đến 3‰ xâm nhập sâu qua Chợ Tràng từ 1 đến 2 km lên tới cống Đức Xá, làm tê liệt trạm bơm Lam Hồng và khiến hơn 30.000 ha đất canh tác bị đe dọa thiếu nước tưới.
• Vai trò điều tiết chiến lược của Hồ chứa nước Ngàn Trươi: Với dung tích toàn bộ 932,70 triệu m³ và dung tích hữu ích 704,00 triệu m³, hồ Ngàn Trươi đảm bảo cung cấp nước tưới trực tiếp và tạo nguồn cho 32.585 ha đất canh tác (trong đó tưới trực tiếp 21.379 ha, tưới thay thế 9.162 ha, chuyển đổi 2.400 ha khu tưới Kẻ Gỗ), cấp nước cho mỏ thép Thạch Khê với lưu lượng thiết kế 6 m³/s, phục vụ 5.991 ha nuôi trồng thủy sản, đồng thời bổ sung dòng chảy sinh thái hạ du 4 m³/s và vận hành nhà máy thủy điện công suất 15 MW.
• Khả năng giải tỏa áp lực khô hạn từ Hồ chứa nước Bản Mồng: Công trình đầu mối trên sông Hiếu với dung tích hữu ích 170,45 triệu m³ (dung tích toàn bộ 224,78 triệu m³) bảo đảm cấp nước tưới cho 18.871 ha nông nghiệp vùng ven sông Hiếu (gồm 2.713 ha tự chảy và 16.158 ha động lực), đồng thời bổ sung lưu lượng điều tiết mùa kiệt về hạ du sông Cả lên tới 22 m³/s, cải thiện mạnh mẽ nguồn nước cho các trạm bơm hạ lưu tỉnh Nghệ An.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn tới sự căng thẳng nguồn nước tại lưu vực sông Cả xuất phát từ sự bất lợi của khí hậu nhiệt đới gió mùa kết hợp hiệu ứng phơn Tây Nam khô khốc, khiến lượng bốc hơi tầng mặt tăng vọt trong khi lượng mưa các tháng đầu năm suy giảm nghiêm trọng. Việc các hồ chứa thủy điện trước đây chỉ chú trọng phát điện đơn thuần mà chưa có sự điều phối liên hồ bài bản đã làm trầm trọng thêm tình trạng kiệt quái dòng chảy hạ du.

Khi đưa hai công trình hồ Ngàn Trươi và Bản Mồng vào mạng lưới mô phỏng cân bằng nước MIKE BASIN trong kịch bản quy hoạch 2030, kết quả cho thấy một sự thay đổi mang tính bước ngoặt: mức độ đảm bảo cấp nước toàn hệ thống tăng từ dưới 75% ở thời kỳ hiện trạng lên đạt và vượt 85% đến 90% ở thời kỳ 2030. Kết quả tính toán lưu lượng và dung tích thiếu hụt có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ biến thiên dòng chảy trung bình tháng tại các trạm kiểm định (như hình thái dòng chảy tại Cửa Rào, Quỳ Châu, Yên Thượng, Sơn Diệm) và bảng phân tích ma trận cung - cầu tại 22 tiểu vùng, minh chứng rằng hồ Ngàn Trươi đã giải quyết triệt để bài toán thiếu nước vùng hạ du sông La, còn hồ Bản Mồng đóng vai trò đòn bẩy bù đắp lượng kiệt cho toàn tuyến trung hạ du sông Lam.

Đề xuất và khuyến nghị

• Xây dựng và ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa thông minh theo thời gian thực: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp cùng Bộ Tài nguyên và Môi trường thiết lập quy chế phối hợp vận hành xả nước điều tiết giữa hồ Bản Vẽ, hồ Bản Mồng và hồ Ngàn Trươi trước năm 2025, nhằm ưu tiên bảo đảm lưu lượng xả mùa kiệt về hạ du tối thiểu đạt 22 m³/s từ sông Hiếu và 4 m³/s từ sông Ngàn Trươi.
• Hiện đại hóa hệ thống hạ tầng dẫn nước và kiên cố hóa kênh mương: Ủy ban nhân dân tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh chỉ đạo hoàn thiện dứt điểm các tuyến kênh chính như hệ thống dẫn nước Ngàn Trươi - Cẩm Trang - Linh Cảm và kênh tưới Bản Mồng giai đoạn 2024 - 2026, nâng cao hiệu suất truyền dẫn nước mặt ruộng đạt trên 85%, giảm thiểu thất thoát qua ngấm và rò rỉ.
• Chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước: Ngành nông nghiệp hai tỉnh chủ trì triển khai mô hình tưới ẩm, tưới nhỏ giọt và điều chỉnh lịch thời vụ trên 51.456 ha diện tích canh tác thuộc vùng hưởng lợi của hai hồ chứa lớn đến năm 2030, giúp giảm định mức tiêu thụ nước tưới mặt ruộng từ 10% đến 15%.
• Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và cảnh báo xâm nhập mặn: Các Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi trên địa bàn đầu tư lắp đặt hệ thống cảm biến đo mặn và lưu lượng tự động tại cống Đức Xá, Chợ Tràng và trạm bơm Lam Hồng trước năm 2027, duy trì tần suất truyền dữ liệu 15 phút một lần để kịp thời đóng mở cống ngăn mặn, trữ ngọt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cơ quan quản lý nhà nước và quy hoạch phát triển thủy lợi: Điển hình là Viện Quy hoạch Thủy lợi, Tổng cục Thủy lợi, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh, sử dụng bộ số liệu cân bằng nước chi tiết cho 22 tiểu vùng để xây dựng chiến lược phân bổ nguồn nước và kế hoạch đầu tư công trình giai đoạn 2025 - 2035.
• Ban quản lý dự án và các công ty khai thác công trình thủy lợi: Các đơn vị trực tiếp quản lý, vận hành hệ thống thủy lợi Ngàn Trươi - Cẩm Trang và Bản Mồng có thể áp dụng ngay quy tắc điều tiết hồ chứa, các thông số mực nước chết và lưu lượng thiết kế để tối ưu hóa quy trình cấp nước đa mục tiêu.
• Kỹ sư tư vấn, chuyên gia mô hình hóa tài nguyên nước: Các chuyên gia thuộc các viện nghiên cứu thủy văn có thể khai thác phương pháp luận thiết lập mạng lưới MIKE BASIN, chuỗi thông số hiệu chỉnh CROPWAT và mô hình MIKE NAM như một tài liệu mẫu chuẩn mực cho các lưu vực sông lớn tại miền Trung.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên kỹ thuật: Nguồn tài liệu học thuật giá trị cao dành cho các đề tài nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước, Thủy văn học và Biến đổi khí hậu tại các trường đại học chuyên ngành.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao nghiên cứu lựa chọn tần suất P = 85% để tính toán cân bằng nước nông nghiệp?
  Theo Tiêu chuẩn Quốc gia về thiết kế thủy lợi, tần suất P = 85% đại diện cho điều kiện năm có lượng mưa ít và khô hạn điển hình. Việc tính toán cân bằng nguồn nước ở mức tần suất này đảm bảo rằng các công trình đầu mối và hệ thống kênh mương luôn đủ năng lực cấp nước an toàn cho hơn 322.976 ha đất canh tác ngay cả trong những năm thời tiết khắc nghiệt.

• Vai trò cốt lõi của hồ Ngàn Trươi trong việc giảm thiểu thiếu nước tại hạ lưu sông La là gì?
  Hồ Ngàn Trươi với dung tích hữu ích 704 triệu m³ giữ vai trò điều tiết trữ nước mùa lũ và xả tiếp nước chủ động cho hệ thống thủy nông Linh Cảm, bảo đảm cấp đủ nước cho 32.585 ha đất canh tác, 5.991 ha nuôi trồng thủy sản và duy trì dòng chảy môi trường 4 m³/s, xóa bỏ triệt để tình trạng cạn kiệt tại sông La vào các tháng cao điểm mùa khô.

• Hồ Bản Mồng bổ sung lưu lượng xả duy trì dòng chảy mùa kiệt cho sông Cả ở mức bao nhiêu?
  Theo thiết kế và kết quả mô phỏng cân bằng nước, ngoài nhiệm vụ cấp nước tưới tự chảy và động lực cho 18.871 ha nông nghiệp ven sông Hiếu, hồ Bản Mồng có trách nhiệm xả tăng cường lưu lượng định kỳ khoảng 22 m³/s về hạ lưu sông Cả trong các tháng mùa khô, giúp đẩy mặn và tạo nguồn nước dồi dào cho các trạm bơm hạ du.

• Ưu điểm nổi bật của việc ứng dụng mô hình MIKE BASIN trong luận văn là gì?
  Mô hình MIKE BASIN cho phép sơ đồ hóa toàn bộ 22 tiểu vùng cấp nước thành mạng lưới nút và nhánh liên kết động. Mô hình có khả năng tích hợp dữ liệu nhu cầu nước từ CROPWAT 8.0, chuỗi dòng chảy từ MIKE NAM và mô phỏng đồng thời hàng chục kịch bản vận hành hồ chứa đa mục tiêu với độ chính xác cao về mặt thời gian và không gian.

• Hiện tượng xâm nhập mặn tại hạ du sông Cả ảnh hưởng như thế nào đến việc lấy nước sản xuất?
  Trong các tháng kiệt, độ mặn từ 2‰ đến 3‰ thường xuyên lấn sâu qua Chợ Tràng từ 1 đến 2 km, xâm nhập tới cống Đức Xá. Hiện tượng này làm cho các trạm bơm lớn như Lam Hồng không thể vận hành lấy nước ngọt, đe dọa trực tiếp đến hơn 30.000 ha đất canh tác nếu không có nguồn nước xả đẩy mặn từ các hồ thượng nguồn.

Kết luận

• Tổng kết hiện trạng: Dòng chảy lưu vực sông Cả phân bố không đều (mùa lũ chiếm 73,4%, mùa kiệt chỉ chiếm 7,1%), gây ra tình trạng thiếu nước và xâm nhập mặn nghiêm trọng trong điều kiện hiện trạng.
• Đánh giá công trình: Sự tham gia của hồ Ngàn Trươi (dung tích hữu ích 704 triệu m³) và hồ Bản Mồng (dung tích hữu ích 170,45 triệu m³) là giải pháp then chốt nâng mức đảm bảo cấp nước toàn vùng lên trên 85% theo kịch bản 2030.
• Đóng góp khoa học: Xây dựng thành công chuỗi công cụ mô hình hóa tích hợp CROPWAT 8.0, MIKE NAM và MIKE BASIN chi tiết cho 22 tiểu vùng, cung cấp phương pháp luận chuẩn xác trong tính toán cân bằng nước lưu vực sông liên tỉnh.
• Định hướng tiếp theo: Cần hoàn thiện sớm hạ tầng các tuyến kênh dẫn nước cấp 1, cấp 2 và số hóa quy trình vận hành liên hồ chứa theo thời gian thực giai đoạn 2024 - 2026.
• Thông điệp hành động: Các cơ quan quản lý và đơn vị khai thác thủy nông cần nhanh chóng ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý, thúc đẩy khai thác hiệu quả và bảo vệ bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Cả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA NGUỒN NƯỚC VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1 1 Tổng quan c c nghiên cứu đ nh gi khả năng đ p ứng của nguồn n ớc 1. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước trên Th giới Nước là yếu tố cơ bản không thể thiếu trong việc duy trì sự sống và mọi hoạt động của con người trên hành tinh. Việc đáp ứng nhu cầu về nước đảm bảo cả về chất lượng và số lượng là một điều kiện tiên quyết để phát triển bền vững. Do yêu cầu phát triển tài nguyên nước lưu vực sông để đáp ứng được các yêu cầu về phát triển kinh tế - xã hội, hiện trên Thế giới đã tiến hành xây dựng các mô hình, hệ thống các mô hình để đánh giá tác động của con người, các điều kiện mặt đệm tới tài nguyên nước.

Có thể điểm qua một số mô hình đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như sau: [1] a, Hệ thống mô hình GIBSI [1] Hệ thống mô hình GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước về lượng và chất đến tài nguyên nước. GBISI có một ngân hàng dữ liệu (bao gồm các số liệu và các đặc trưng) về thủy văn, xói mòn đất, lan truyền hóa chất trong nông nghiệp và mô hình chất lượng nước. Mô hình GB S cũng có hệ thống thông tin địa lý GIS và phần mềm quản lý các dữ liệu có liên quan. Mô hình GBISI cho khả năng dự báo các tác động của công nghiệp, rừng, đô thị, các dự án nông nghiệp đối với môi trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo các hộ dùng nước biết trước và tôn trọng các tiêu chuẩn về số lượng, chất lượng nguồn nước.

b, hương trình sử dụng nước [1] Mô hình lưu vực và xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu là một hợp phần của hương trình sử dụng nước của Ủy hội sông Mê Kông. Kết quả chủ yếu của dự án này là “Hệ thống Hỗ trợ ra Quyết định (DSF)’, trong đó bao gồm hệ thống cơ sở dữ liệu, bộ mô hình lưu vực và các công cụ đánh giá tác động. Khi hoàn thiện WUP DSF sẽ được sử 4 dụng để hỗ trợ trong việc xây dựng các nguyên tắc phân bố nguồn nước giữa các nước trong lưu vực sông Mê Kông và hỗ trợ ra quyết định cho công tác quản lý lưu vực sông thông qua các đánh giá về ảnh hưởng của các kịch bản phát triển đến tài nguyên môi trường. Ba mô hình con trong bộ mô hình lưu vực bao gồm: - Mô hình thủy văn (mưa - dòng chảy) (SWAT) cung cấp chuỗi dòng chảy đầu ra tại các nút trong hệ thống.

Các số liệu này sẽ được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy của lưu vực và các công tác quản lý môi trường, các kịch bản phát triển nguồn nước và các tiêu chuẩn vận hành. - Mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực (IQQM), mô phỏng các công trình thủy điện, tưới, chuyển nước và thu nước. Sử dụng các chuỗi số liệu mô phỏng và thực đo trong một hệ thống tổng thể với các kịch bản khác nhau để đưa ra một biện pháp tối ưu và dễ vận hành. - Mô hình thủy động lực học (ISIS) mô phỏng chế độ thủy văn, thủy lực vùng hồ Tonle Sap và hạ lưu Kratie, sông Mê Kông.

Tình hình nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam [2] Các nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên được tiến hành từ những năm 1950 đến đầu những năm 1975. Trong thời kỳ này đã kế thừa các tiến bộ trong nghiên cứu quy luật khí tượng khí hậu của thế giới và hệ thống thiết bị quan trắc. Ở nước ta mạng lưới quan trắc các đặc trưng khí tượng, thủy văn, các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như bão, lũ ống, lũ quét, các hệ thống cảnh báo được thành lập nhằm nghiên cứu cân bằng nước với quy mô toàn lãnh thổ, miền và khu vực. Chẳng hạn công trình nghiên cứu của GS.

Ngô Đình Tuấn về chế độ dòng chảy của các sông suối tại Việt Nam. Tác giả đã đưa ra các khái niệm làm cơ sở cho việc lựa chọn các phương pháp nghiên cứu thích hợp. Sự hình thành dòng chảy trước hết đó là mối quan hệ giữa mưa và lớp dòng chảy tương ứng tại cửa ra của lưu vực, mối quan hệ giữa khí hậu và dòng chảy với 2 mùa khí hậu trong năm dẫn tới việc hình thành dòng chảy. Qua nghiên cứu và tổng kết các tác giả xếp thứ tự các nhân tố như sau: Hồ ao, đầm lầy, thổ nhưỡng, thảm rừng.

Một trong các đóng góp có giá trị là đưa ra chỉ tiêu phân vùng thủy văn làm cơ sở cho 5 việc xác lập cán cân nước theo vùng, địa phương và ô thủy văn. Nghiên cứu căn nguyên quá trình hình thành dòng chảy trên các sông suối nước ta, PGS. Nguyễn Lại đã xuất phát từ các khái niệm về các quá trình thủy văn chịu sự chi phối của các quá trình Synop vĩ mô trên toàn miền Đông Á, đồng thời với sự chi phối của điều kiện mặt đệm với mức độ khác nhau. Trên cơ sở đó xây dựng lý thuyết về kỳ dòng chảy sông ngòi gió mùa nhiệt đới Việt Nam.

Tác giả đã đưa ra chỉ tiêu phân định kỳ dòng chảy “ Đường tần suất dòng chảy của các kỳ kế cận nhau không được cắt nhau khi vẽ chúng trên cùng hệ tọa độ”. Hai công trình trên thực sự là các công trình nghiên cứu cơ bản làm cơ sở cho việc nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam. Các nghiên cứu về cân bằng nước và phát triển bền vững nguồn nước trên lưu vực phải kể đến một số nghiên cứu tiêu biểu như: TS. Hoàng Minh Tuyển [3] đã xây dựng thành công DSF cho lưu vực sông Cả trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cả” thực hiện năm 2004 - 2006, trong đó áp dụng mô hình IQQM tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cả và tổ hợp 15 kịch bản quy hoạch tài nguyên nước sông Cả được tính toán lưu trữ.

Đề tài “Nghiên cứu giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai lưu vực sông Cả” do Nguyễn Đăng Túc chủ trì [4] đã điều tra, đánh giá hiện trạng và diễn biến tài nguyên, dự báo mức độ, quy mô ảnh hưởng của quá trình suy thoái tài nguyên, môi trường và các loại thiên tai: lũ, lũ quét - lũ bùn đá, trượt lở, xói lở bờ sông, bờ biển, động đất trên lưu vực sông Cả và đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai lưu vực sông Cả. Tiểu hợp phần 3.2 “Quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Cả” thuộc Dự án Hỗ trợ hương trình ngành nước (WSPS) do Chính phủ Đan Mạch viện trợ. Tổng quan vùng nghiên cứu 1. Tổng quan vùng nghiên cứu 1.

Vị trí địa lý 6 Hình 1.1: Bản đồ Hành chính lưu vực sông Cả Lưu vực sông Cả nằm ở vị trí từ 18015'05" đến 20010'30" vĩ độ Bắc và 103014'10" đến 105015'20" kinh độ Đông. Lưu vực sông Cả ở phía tây bắc khu vực Trường Sơn Tây, kéo dài theo hướng Tây-Bắc – Đông-Nam. Dòng chính sông Cả có chiều dài là 531km; đoạn sông chảy qua lãnh thổ Lào là 170km, còn lại 361km sông chảy qua hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh rồi đổ ra biển Đông tại Cửa Hội và chiều rộng trung bình là 86km. + Giới hạn phía Bắc là dãy núi Pou-Huat cao trên 1000m và dãy Bù Khang, đường phân nước giữa sông Hiếu và sông Chu.

+ Phía Nam là dãy Hoành Sơn cấu tạo bằng hoa cương và riolit cao 1046m là đường phân nước giữa sông Rào Cái và sông Gianh + Phía Tây núi cao hơn cả, dãy Pu-lai-leng có đỉnh cao 2711m ở phía hữu ngạn thung lũng sông ả. Dãy núi này kéo dài khoảng 200km. + Phía Tây Nam là núi Rào Cả với đỉnh cao nhất là 2265m, cũng chúng với Pu-lai- leng một diện tính thạch. Nhưng địa hình thì ngăn cách bởi thung lũng sông Ngàn Phố.

+ Phía Đông giáp lưu vực sông Cảm, biển Đông. 7 Diện tích toàn bộ lưu vực là 27.200km2, trong đó phần Việt Nam là 17.730km2 chiếm 65,2% diện tích toàn bộ lưu vực, phần diện tích còn lại 9.470 km2 thuộc đất Xiêng Khoảng của Lào chiếm 34,8% diện tích toàn lưu vực, chiếm khoảng 11,2% diện tích toán miền Bắc. Diện tích phần đá vôi là 273km2 chiếm 1% diện tích toàn lưu vực. Vùng núi cao là 19.486km2 chiếm 71,6% diện tích toàn lưu vực.

Vùng bán sơn địa đồi núi thấp và trung du chiếm 5.604km2, vùng đồng bằng là 2.1: Phân bố diện tích theo địa bàn hành chính Lưu vực Hệ Diện tích tự nhiên Diện tích lâm Diện tích nông Diện tích thống Sông Cả (km2) nghiệp (ha) nghiệp (ha) khác (ha) Tổng lưu vực 27. Đặc điểm địa hình, địa chất Lưu vực sông Cả phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nghiêng dần ra biển Đông. Phía Bắc và Tây Bắc của lưu vực, đường phân thuỷ chảy qua vùng đồi núi thấp của Nghệ An với độ cao trung bình từ 400  600m và vùng núi cao của huyện Quế Phong với độ cao trên 1.000m và vùng núi cao của tỉnh Xiêng Khoảng bên Lào với đỉnh núi cao như Phu Hoạt với độ cao 2. Phía Tây được án ngữ bởi dãy Trường Sơn với độ cao đỉnh núi trên 2.000m như đỉnh Phu Xai Lai Leng có độ cao 2.

Càng dần về phía Nam, Tây Nam đường phân thuỷ của lưu vực đi trên những đồi núi thấp có độ cao đỉnh núi từ 1.800m chạy dọc theo dãy Trường Sơn Bắc, đi vào địa phận tỉnh Hà Tĩnh, độ cao trung bình toàn lưu vực là 294m, độ dốc bình quân lưu vực là 1,8‰ hệ số hình dạng lưu vực là 0,29, mật độ lưới sông 0,6km/km2. Hai nhánh sông lớn của sông Cả là sông Hiếu và sông La (bao gồm sông Ngàn Phố, 8 Ngàn Sâu). Sông Hiếu thuộc địa phận phía Bắc và Tây Bắc của lưu vực chảy qua vùng đồi núi cao huyện Quế Phong, Quỳ hâu và đồi núi thấp của các huyện Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Tân Kỳ (Nghệ An) đổ vào sông Cả tại Ngã ba cây Chanh. Sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu chảy từ vùng đồi núi cao của hai huyện Linh Cảm (Hà Tĩnh) tạo nên dòng sông La rồi chảy vào sông Cả ở Chợ Tràng.