Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước của hệ thống thủy lợi cầu sơn dưới tác động của biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGÔ THỊ HOA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CẤP NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SƠN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ: 60.58.02.12 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.NGÔ VĂN QUẬN Hà Nội, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Ngô Thị Hoa, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu là trung thực.Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày….tháng…. năm 2018 Tác giả Ngô Thị Hoa i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập, nghiên cứu, được sự giảng dạy, giúp đỡ của các thầy cô giáo trường Đại học Thủy Lợi và sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, đến nay luận văn “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước của hệ thống thủy lợi Cầu Sơn dưới tác động của biến đổi khí hậu” đã hoàn thành. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS.Ngô Văn Quận, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Với thời gian và kiến thức có hạn, chắc chắn không tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của thầy cô giáo, các cán bộ khoa học và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii DANH MỤC VIẾT TẮT................................................................................................xi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU.................................................................................................................................4 1.1. Tổng quan về Biến đổi khí hậu trên thế giới và Việt Nam.......................................4 1.1.1 Khái niệm về Biến đổi khí hậu ...............................................................................4 1.1.2 Biến đổi khí hậu trên thế giới .................................................................................4 1.1.3. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam ...............................................................................11 1.2. Tổng quan về hệ thống thủy lợi Cầu Sơn ...............................................................14 1.2.1.Điều kiện tự nhiên ................................................................................................14 1.2.2. Tình hình dân sinh kinh tế ...................................................................................25 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CẤP NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SƠN ..........................33 2.1. Phân tích đánh giá nguồn nước và công trình cấp nước.........................................33 2.1.1. Công trình cấp nước ............................................................................................33 2.1.2. Ưu điểm và những tồn tại của các công trình trên hệ thống ...............................38 2.2. Tính toán các yếu tố khí tượng. ..............................................................................40 2.2.1. Mô hình mưa thời kỳ nền 1986-2005 ..................................................................40 2.2.2. Mô hình mưa thời kỳ hiện tại ..............................................................................45 2.3. Tính toán nguồn nước đến hồ Cấm Sơn .................................................................46 2.3.1. Tính toán xác định mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế .........................46 2.3.2.Tính toán phân phối dòng chảy năm thời kỳ hiện tại ...........................................50 2.4. Tính toán nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong hệ thống ..................56 2.4.1. Tính toán nhu cầu nước cho cây trồng thời kỳ hiện tại .......................................56 2.4.2. Tính toán nhu cầu cấp nước sinh hoạt thời kỳ hiện tại........................................64 2.4.3. Tính toán nhu cầu nước cho sinh hoạt của khách du lịch thời kỳ hiện tại ..........65 2.4.4.Tính toán nhu cầu nước cho chăn nuôi thời kỳ hiện tại .......................................66 2.4.5. Nhu cầu nước đảm bảo dòng chảy môi trường ...................................................67 iii 2.4.6. Tổng hợp nhu cầu dùng nước toàn hệ thống ....................................................... 68 2.5. Tính toán sơ bộ cân bằng nước của hồ chứa Cấm Sơn trong điều kiện hiện tại. ... 68 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CÂN BẰNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SƠN .......................................... 74 3.1. Tính toán nhu cầu nước theo các kịch bản BĐKH và chiến lược phát triển kinh tế của vùng ........................................................................................................................ 74 3.1.1. Lựa chọn kịch bản BĐKH ................................................................................... 74 3.1.2. Tính toán yêu cầu dùng nước của toàn hệ thống trong tương lai ........................ 77 3.2. Tính toán nguồn nước đến dưới ảnh hưởng của BĐKH và chiến lược phát triển kinh tế của vùng ............................................................................................................ 87 3.2.1. Tính toán nguồn nước đến thời kỳ 2016-2035 dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ................................................................................................................................. 87 3.2.2. Tính toán nguồn nước đến thời kỳ 2046-2065 dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ................................................................................................................................. 88 3.3. Tính toán cân bằng nước theo các kịch bản BĐKH ............................................... 89 3.3.1. Tính toán cân bằng nước sơ bộ hệ thống Hồ Cấm Sơn giai đoạn 2016-2035 ... 89 3.3.2. Tính toán cân bằng nước sơ bộ hệ thống Hồ Cấm Sơn giai đoạn 2046-2065 ... 90 CHƯƠNG 4:NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CẤP NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SƠN DƯỚI ẢNH HƯỞNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ...................................................................................................................... 92 4.1. Biện pháp công trình. ............................................................................................. 92 4.2. Biện pháp phi công trình. ....................................................................................... 93 4.2.2. Giải pháp về tổ chức quản lý ............................................................................... 96 4.2.3. Giải pháp về áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào xây dựng và quản lý khai thác CTTL ................................................................................................................... 100 4.2.4. Giải pháp tăng cường đào tạo nguồn nhân lực phục vụ cho xây dựng, quản lý và vận hành khai thác công trình ..................................................................................... 100 4.2.5. Tăng cường sự tham gia của cộng đồng ............................................................ 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 102 1. Kết luận ................................................................................................................... 102 1.1. Những kết quả đạt được của luận văn .................................................................. 103 1.2. Những hạn chế của luận văn ................................................................................ 103 2. Kiến nghị ................................................................................................................. 104 iv TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................106 PHỤ LỤC ....................................................................................................................107 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình trái: Nhiệt độ thay đổi theo từng kịch bản của SRES. Hình phải: Dự báo nhiệt độ thay đổi vào đầu và cuối thế kỷ 21. ............................................................ 6 Hình 1.2:Quỹ đạo của bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương .............................................. 13 Hình 1.3 :Bản đồ hệ thống thủy nông Cầu Sơn ............................................................ 15 Hình 1.4:Biểu đồ nhiệt độ trung bình tháng nhiều năm tại trạm Bắc Giang ............... 18 Hình 1.5: Biểu đồ lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của hệ thống .................... 19 Hình 2.1: Bản đồ hiện trạng hệ thống thủy nông Cầu Sơn – Cấm Sơn ........................ 33 Hình 2.2: Đập hồ chứa nước Cấm Sơn tại huyện Hữu Lũng tỉnh Lạng Sơn ................ 35 Hình 2.3: Đập dâng nước Cầu Sơn ............................................................................... 36 Hình 2.4: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế thời kỳ hiện tại ........................ 56 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1:Dự báo nhiệt độ bề mặt toàn cầu đến cuối thế kỷ 21 .......................................6 Bảng 1.2: Nhiệt độ không khí trung bình tháng nhiều năm tại trạm Bắc Giang ...........18 Bảng 1.3:Bảng lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của hệ thống ..........................19 Bảng 1.4:Tốc độ gió trung bình tháng, năm tại trạm Bắc Giang ..................................20 Bảng 1.5: Lượng bốc hơi trung bình tháng, năm ..........................................................21 Bảng 1.6: Số giờ nắng tổng cộng trung bình tháng, năm ..............................................21 Bảng 1.7: Độ ẩm không khí trung bình tháng nhiều năm .............................................22 Bảng 1.8: Dân số phân theo nông thôn và thành thị......................................................25 Bảng 1.9: Năng suất lúa bình quân một số nơi năm 2003 .............................................28 Bảng 2.1: Diện tích và chiều dài các kênh ....................................................................37 Bảng 2.2. Kết quả tính toán các thông số thống kê X , Cv,Cs thời kỳ nền ....................43 Bảng 2.3. Bảng thống kê chọn mô hình mưa đại diện ứng với từng thời vụ trong thời kỳ nền ............................................................................................................................44 Bảng 2.4. Bảng tổng hợp mưa thiết kế theo tháng thời kỳ nền (1986 –2005) ứng với tần suất P=85% ..............................................................................................................45 Bảng 2.5. Kết quả tính toán các thông số thống kê X , Cv,Cs thời kỳ hiện tại ..............45 Bảng 2.6. Bảng thống kê chọn mô hình mưa đại diện ứng với từng thời vụ trong thời kỳ hiện tại ......................................................................................................................46 Bảng 2.7. Bảng tổng hợp mưa theo tháng thiết kế ứng với tần suất P=85% thời kỳ hiện tại ...........................................................................................................................46 Bảng 2.8.Tổng hợp các thông số dòng chảy năm lưu vực hồ chứa nước Cấm Sơn thời kỳ hiện tại ......................................................................................................................52 Bảng 2.9: Phân phối dòng chảy đến hồ Cấm Sơn thời kỳ hiện tại ...............................56 Bảng 2.10.Các chỉ tiêu cơ lý của đất .............................................................................57 Bảng 2. 11. Độ ẩm đất canh tác .....................................................................................61 Bảng 2.12. Thời kỳ sinh trưởng và hệ số cây trồng của lúa ..........................................61 Bảng 2.13. Thời kỳ và hệ số cây trồng của cây trồng cạn .............................................62 Bảng 2.14. Chiều sâu bộ rễ của cây trồng cạn...............................................................62 Bảng 2.15: Tổng hợp mức tưới dưỡng cho lúa vụ chiêm thời kỳ hiện tại ....................62 Bảng 2.16: Tổng hợp mức tưới cho lúa vụ mùa thời kỳ hiện tại...................................63 vii Bảng 2.17: Tổng hợp mức tưới cho ngô đông thời kỳ hiện tại ..................................... 63 Bảng 2.18:Tổng hợp mức tưới cho nông nghiệp thời kỳ hiện tại ................................. 63 Bảng 2.19: Cơ cấu cây trồng thời kỳ hiện tại ................................................................ 64 Bảng 2.20: Tổng hợp nhu cầu nước cho các loại cây trồng .......................................... 64 Bảng 2.21: Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt thời kỳ hiện tại ( 106m3) ........... 65 Bảng 2.22: Bảng kết quả yêu cầu nước cho khách du lịch .......................................... 66 Bảng 2.23: Chỉ tiêu dùng nước cho chăn nuôi .............................................................. 66 Bảng 2.24: Quy mô đàn gia súc, gia cầm trên địa bàn thời điểm hiện tại .................... 67 Bảng 2. 25:Tổng hợp nhu cầu nước cho chăn nuôi ....................................................... 67 Bảng 2.26. Tổng hợp nhu cầu nước đảm bảo dòng chảy môi trường ........................... 67 Bảng 2.27. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống thời kỳ hiện tại ...................................................................................................................... 68 Bảng 2.28. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống thời kỳ hiện tại ................................................................................................ 68 Bảng 2.29. Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ trong thời kỳ hiện tại hồ Cấm Sơn ....................................................................................................................................... 69 Bảng 2.30. Quan hệ giữa cao trình và dung tích hồ, diện tích hồ ................................. 69 Bảng 2.31. Lượng bốc hơi trung bình tháng tại trạm Hữu Lũng .................................. 70 Bảng 2.32. Phân phối bốc hơi phụ thêm khu vực hồ Cấm Sơn (mm) .......................... 71 Bảng 2.33. Xác định tổn thất do thấm và bốc hơi ......................................................... 72 Bảng 2.34. Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ trong hệ thống – hồ Cấm Sơn đã kể đến tổn thất. ................................................................................................................... 73 Bảng 3.1: Mức tăng nhiệt độ trung bình (°C) so với thời kỳ 1986-2005 ở các vùng khí hậu theo các kịch bản RCP4.5 ....................................................................................... 75 Bảng 3.2: Nhiệt độ trạm Bắc Giang các năm trong tương lai theo kịch bản ................ 76 RCP 4.5(°C) .................................................................................................................. 76 Bảng 3.3: Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1986-2005 ở các vùng khí hậu theo các kịch bản RCP4.5 ............................................................................................. 76 Bảng 3.4: Lượng mưa trong tương lai theo kịch bản RCP4.5 ...................................... 77 Bảng 3.5.Tổng hợp mức tưới cho thời kỳ 2016-2035 ................................................... 77 Bảng 3.6: Cơ cấu sử dụng đất thời kỳ 2016-2035........................................................ 78 Bảng 3.7: Tổng hợp nhu cầu nước cho nông nghiệp thời kỳ nền ................................. 78 Bảng 3.8.Tổng hợp mức tưới cho thời kỳ 2046-2065 ................................................... 79 viii Bảng 3.9.Cơ cấu sử dụng đất thời kỳ 2046-2065 .........................................................79 Bảng 3.10. Tổng hợp nhu cầu nước cho các loại cây trồng ..........................................79 Bảng 3.11: Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt thời kỳ 2046-2065( 106m3) ......80 Bảng 3.12: Bảng kết quả yêu cầu nước cho khách du lịch thời kỳ 2046-2065( 103 m3) .......................................................................................................................................81 Bảng 3.13: Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt thời kỳ 2046-2065 (106 m3) .....81 Bảng 3.14: Bảng kết quả yêu cầu nước cho ngành du lịch thời kỳ 2046-2065 (103 m3) ..81 Bảng 3.15. Quy mô đàn gia súc, gia cầm thời kỳ 2016-2035 .......................................82 Bảng 3.16. Tổng hợp nhu cầu nước cho chăn nuôi .......................................................82 Bảng 3.17: Quy mô đàn gia súc, gia cầm thời kỳ 2046-2065 .......................................82 Bảng 3.18. Tổng hợp nhu cầu nước cho chăn nuôi ......................................................82 Bảng 3.19: Tổng hợp nhu cầu nước đảm bảo dòng chảy môi trường ...........................83 Bảng 3.20: Tổng hợp nhu cầu nước đảm bảo dòng chảy môi trường ...........................83 Bảng 3.21: Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước toàn hệ thống thời kỳ 20162035 ...............................................................................................................................84 Bảng 3.22. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống thời kỳ 2016-2035...........................................................................................84 Bảng 3.23: Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước toàn hệ thống thời kỳ 20462065 ...............................................................................................................................85 Bảng 3.24. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống thời kỳ 2046-2065...........................................................................................85 Bảng 3. 25: Tống hợp dự báo yêu cầu nước .................................................................86 Bảng 3.26:Sự biến đổi về nhu cầu nước cho nông nghiệp trong các năm kịch bản so với hiện tại .....................................................................................................................87 Bảng 3.27: Biến đổi nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước so với hiện tại. ........87 Bảng 3.28. Tổng hợp các thông số dòng chảy năm lưu vực hồ chứa nước Cấm Sơn ..87 Bảng 3.29. Phân phối dòng chảy đến hồ Cấm Sơn thời kỳ 2016-2035 kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................88 Bảng 3.30. Tổng hợp các thông số dòng chảy năm lưu vực hồ chứa nước Cấm Sơn ..88 Bảng 3.31. Phân phối dòng chảy đến hồ Cấm Sơn thời kỳ 2046-2065 .......................89 Bảng 3.32. Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ hồ Cấm Sơn khi chưa tính đến tổn thất thời kỳ 2016-2035 ..................................................................................................89 Bảng 3.33. Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ hồ Cấm Sơn khi tính đến tổn thất ix thời kỳ 2016-2035 ......................................................................................................... 90 Bảng 3.34: Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ hồ Cấm Sơn khi chưa tính đến tổn thất thời kỳ 2046-2065 .................................................................................................. 90 Bảng 3.35. Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ hồ Cấm Sơn khi tính đến tổn thất thời kỳ 2046-2065 ......................................................................................................... 91 Bảng4.1. Bảng danh mục cải tạo, kiên cố hóa các kênh hệ thống Cầu Sơn- Cấm Sơn92 Bảng 4.2. Cơ cấu cây trồng sau khi đã chuyển đổi ....................................................... 93 Bảng 4.3.Tổng hợp mức tưới cho ngô vụ Chiêm Xuân thời kỳ hiện tại ....................... 93 Bảng 4.4. . Bảng điều tiết nước hồ thời kỳ hiện tại khi đã chuyển đổi cơ cấu cây trồng và đã kể đến tổn thất. ..................................................................................................... 94 Bảng 4.5: Cơ cấu cây trồng sau khi đã chuyển đổi ....................................................... 94 Bảng 4.6.Tổng hợp mức tưới cho ngô vụ Chiêm Xuân thời kỳ 2016-2035 ................. 94 Bảng 4.7. Bảng điều tiết nước hồ thời kỳ 2016-2035 khi đã chuyển đổi cơ cấu cây trồng và đã kể đến tổn thất ............................................................................................ 95 Bảng 4.8: Cơ cấu cây trồng sau khi đã chuyển đổi ....................................................... 95 Bảng 4.9.Tổng hợp mức tưới cho ngô vụ Chiêm Xuân thời kỳ 2016-2035 ................. 95 Bảng 4.10. Bảng điều tiết nước hồ thời kỳ 2046-2065 khi đã chuyển đổi cơ cấu cây trồng và đã kể đến tổn thất ............................................................................................ 96 x DANH MỤC VIẾT TẮT BĐKH: Biến đổi khí hậu CTTL: Công trình thủy lợi HTX: Hợp tác xã NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TN&MT: Tài nguyên và Môi trường TNHH MTV: Trách nhiệm hữu hạn một thành viên TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam xi MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Nước ta là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, với lượng mưa bình quân hàng năm cao và mật độ sông suối dày đặc từ Bắc xuống Nam. Cùng với đó là các hệ thống thủy lợi hầu như đã được phủ khắp cả nước để lấy nước từ nguồn tài nguyên dồi dào ấy phục vụ cho yêu cầu dùng nước của các ngành nghề đa dạng như nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản, …. Hệ thống thủy nông Cầu Sơn nằm giữa hai dòng sông Thương và sông Lục Nam, phụ trách tưới cho 3 huyện và một thành phố gồm: huyện Lạng Giang, huyện Lục Nam (16 xã ở hữu sông Lục Nam), huyện Yên Dũng (8 xã) và một phần Thành phố Bắc Giang. Hệ thống công trình thuỷ lợi hiện có qua nhiều năm khai thác, do tác động của thiên nhiên và con người cùng với sự hạn chế của nguồn vốn đầu tư hiện đã và đang ở trong tình trạng xuống cấp: Trạm bơm xây dựng từ trước năm 1990 của thế kỷ 20, máy móc thiết bị cũ nát, công nghệ lạc hậu; hệ thống trục tưới tiêu và kênh mương nội đồng bị sụt sạt, bồi lắng, thu hẹp dòng chảy, tình trạng vi phạm Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình ngày càng nghiêm trọng. Một số công trình hồ, đập nhỏ miền núi sử dụng nhiều năm do thiếu kinh phí không được tu bổ sửa chữa thường xuyên nên bị hư hỏng xuống cấp. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, trước sức ép của sự gia tăng dân số. Yêu cầu sinh hoạt, vui chơi giải trí, yêu cầu giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường, nguồn nước, sự phát triển ngày càng tăng của các khu đô thị, dân cư… Hệ thống công trình thuỷ lợi không đơn thuần chỉ phục sản suất nông nghiệp mà còn phải phục vụ đa mục tiêu tạo điều kiện phát triển cho các ngành kinh tế khác. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu là một thực trạng mà Việt Nam là một trong những nước có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất. Sự thay đổi về khí hậu, thủy văn ảnh hưởng đến nguồn nước và nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước. Các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng cho Việt Nam đều cho thấy những bất lợi về nguồn nước ngọt trong tương lai. Hệ thống thủy lợi Cầu Sơn cũng là vùng chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Nguồn nước của vùng thay đổi theo hướng bất lợi, những tháng có mưa lớn 1 lại không rơi vào đúng thời điểm cần nước của nông nghiệp. Những tháng mùa khô lại gần như không có mưa làm cho nguồn nước sông cạn kiệt, không đủ nước cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất. Những biến đổi này khiến cho nhu cầu nước phải thay đổi và hệ thống thủy lợi cũng phải làm việc căng thẳng hơn. Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước của hệ thống thủy lợi Cầu Sơn dưới tác động của biến đổi khí hậu”là cần thiết nhằm đưa ra giải pháp cấp nước phù hợp trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay. II. Mục đích và phạm vi của đề tài - Mục đích: Đánh giá khả năng cấp nước của hệ thống, qua đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước của hệ thống trong điều kiện biến đổi khí hậu. - Phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Tính toán sử dụng nước cho các ngành như: Nông nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi, thủy sản. + Phạm vi nghiên cứu: Yêu cầu tưới cho đất nông nghiệp và đối tượng sử dụng nước khác lấy nước từ Hồ Cấm Sơn. III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. 1.Cách tiếp cận: - Tiếp cận thực tế: Tiến hành thu thập số liệu thực đo về các yếu tố khí tượng – thủy văn, hiện trạng định hướng phát triển kinh tế xã hội, cơ sở hạ tầng của vùng nghiên cứu làm cơ sở cho việc tính toán chính xác khả năng nguồn nước đến và nhu cầu cấp nước đến và nhu cầu cấp nước cho các đối tượng sử dụng nước phù hợp tiến trình phát triển kinh tế xã hội. - Tiếp cận kế thừa: Trong những năm qua đã có một số nghiên cứu về giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước dưới tác động của Biến đổi khí hậu. Việc kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu này sẽ giúp đề tài có định hướng giải quyết vấn đề một cách khoa học hơn. - Tiếp cận tổng hợp đa mục tiêu. 2 2. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp điều tra, thu thập phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu. Phương pháp này ứng dụng trong chương 1 và 2. Cụ thể, điều tra, thu thập và phân tích số liệu cơ bản về khí tượng thủy văn, thổ nhưỡng đất đai và cây trồng... Phương pháp kế thừa có chọn lọc. Phương pháp này kế thừa những một số nội dung, phương pháp nghiên cứu của các nghiên cứu và công trình đã được công bố. Phương pháp phân tích hệ thống, phương pháp thống kê xác xuất. Phương pháp này ứng dụng trong tính toán các yếu tố khí tượng thủy văn, phân tích kết quả tính toán. Phương pháp mô hình toán, thủy văn, thủy lực. Phương pháp này ứng dụng trong nghiên cứu của chương 2 và 3 trong tính toán nhu cầu nước, cân bằng nước, điều tiết... IV. Kết quả dự kiến đạt được. - Tính toán cân bằng nước của hệ thống tại thời điểm hiện tại - Tính toán cân bằng nước của hệ thống trong điều kiện BĐKH - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả cấp nước của hệ thống Cầu Sơn trong điều kiện biến đổi khí hậu 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về Biến đổi khí hậu trên thế giới và Việt Nam 1.1.1 Khái niệm về Biến đổi khí hậu Khí hậu của trái đất luôn luôn thay đổi. Trước đây, sự thay đổi này mang tính tự nhiên. Kể từ đầu thế kỷ 19 thuật ngữ biến đổi khí hậu bắt đầu được sử dụng khi nói đến những sự thay đổi khí hậu được so sánh tại thời điểm nói đến và những dự báo trong vòng khoảng 80 năm sau đó mà nguyên nhân thay đổi chủ yếu là do những hoạt động của con người gây ra hơn là những thay đổi tự nhiên trong bầu khí quyển. Theo định nghĩa của CTMTQG về Ứng phó với BĐKH thì Biến đổi khí hậu: là sự biến đổi trạng thái của khí hậu so với trung bình và/hoặc dao động của khí hậu duy trì trong một khoảng thời gian dài, thường là vài thập kỷ hoặc dài hơn. Biến đổi khí hậu có thể là do các quá trình tự nhiên bên trong hoặc các tác động bên ngoài, hoặc do hoạt động của con người làm thay đổi thành phần của khí quyển hay trong khai thác sử dụng đất Theo định nghĩa của Công ước khung của Liên hợp quốc về BĐKH thì Biến đổi khí hậu: là sự biến đổi của trạng thái khí hậu do các hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của con người gây ra sự thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu và nó được thêm vào sự biến đổi khí hậu tự nhiên quan sát được trong các thời kỳ có thể so sánh được. Theo IPCC (Ủy ban liên chính phủ về BĐKH) thì Biến đổi khí hậu: đề cập đến sự thay đổi về trạng thái của khí hậu mà có thể xác định được (ví dụ như sử dụng các phương pháp thống kê) diễn ra trong một thời kỳ dài, thường là một thập kỷ hoặc lâu hơn. Biến đổi khí hậu đề cập đến bất cứ biến đổi nào theo thời gian, có hay không theo sự biến đổi của tự nhiên do hệ quả các hoạt động của con người. 1.1.2 Biến đổi khí hậu trên thế giới Biến đổi khí hậu do hiện tượng nhà kính bắt nguồn từ sự phát thải quá mức vào khí quyển các khí có hiệu ứng nhà kính do các hoạt động kinh tế xã hội của con người. Theo dự báo của các nhà khoa học nếu như tình hình phát thải khí nhà kính không 4 giảm thì vào năm 2030 mật độ của khí CO2 trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi so với thời kỳ tiền công nghiệp. Hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ trái đất tăng lên kéo theo hàng loạt các yếu tố khí hậu khác như: lượng mưa, độ ẩm, bức xạ... thay đổi theo. Theo dự báo, nhiệt độ mặt đất và tầng đối lưu tăng lên, tại tầng bình lưu nhiệt độ lại giảm, từ độ cao 15÷18 km xuống mặt đất nhiệt độ tăng lên từ lên 1÷40C, từ vĩ độ 500B đến Bắc cực tăng thêm 1 độ, từ vĩ độ 500N đến Nam cực tăng thêm từ 1÷20C so với vùng vĩ độ thấp. Ở vùng Bắc bán cầu từ vĩ độ 300B trở lên, về mùa Đông (tháng 10 đến tháng 4 năm sau) nhiệt độ tăng thêm 4÷120C. Ngược lại vào mùa hè (tháng 6,7,8) chỉ tăng thêm khoảng 20C, vào các tháng 11, 12 cũng có thể tăng 40C. Mưa trở nên thất thường hơn. Cường độ mưa thay đổi. Những vùng mưa nhiều, lượng mưa trở nên nhiều hơn, cường độ mưa lớn hơn. Các vùng hạn trở nên hạn hơn. Khi tăng gấp đôi lượng phát thải khí CO2, lượng mưa tăng ở các vùng vĩ tuyến cao và các vùng nhiệt đới trong tất các các mùa trong năm, còn ở vĩ tuyến trung bình về mùa đông, lượng mưa tăng 10 ÷ 20%, ở các vùng từ vĩ độ 35 ÷ 550N lượng mưa tăng không đáng kể. Theo các kết quả nghiên cứu cho thấy bốc hơi thay đổi theo 4 mùa, nếu lượng mưa tăng 10÷30% thì lượng bốc hơi tăng 10÷15%. Cụ thể, nghiên cứu đã chỉ ra trong 3 thập niên tới tại Hàn Quốc ở các lưu vực nhỏ sẽ tăng từ 6,6% đến 9,3% lượng mưa và nhiệt độ không khí có xu hướng tăng thêm từ 0,80C đến 3,20C Theo bản Báo cáo về kịch bản phát thải của IPCC, 2000 (SRES,2000) thì lượng phát thải khí CO2 từ việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sẽ tăng lên khoảng 40-110% trong khoảng thời kỳ 2000-2030. Thêm vào đó tương ứng với kịch bản phát thải của SRES thì trong vòng 2 thập kỷ tới nhiệt độ trái đất sẽ ấm lên khoảng 0,20C giai đoạn 20902099 so với thời kỳ 1980-1999, nhiệt độ tăng lên tương ứng với từng kịch bản phát thải khác nhau. Cùng với việc tăng phát thải làm nhiệt độ toàn cầu ấm dần lên sẽ là nguyên nhân của sự gia tăng mực nước biển. Mực nước biển theo SRES được dự báo sẽ tăng 0,1-0,2m giai đoạn 2090-2099 so với thời kỳ 1980-1999 5 Bảng 1.1:Dự báo nhiệt độ bề mặt toàn cầu đến cuối thế kỷ 21 Thay đổi nhiệt độ Kịch bản Năm 2000 Kịch bản B1 Kịch bản A1T Kịch bản B2 Kịch bản A1B (oC giai đoạn 2090-2099 so với 1980-1999) Khả năng Trong khoảng 0,6 0,3-0,9 1,8 1,1-2,9 2,4 1,4-3,8 2,4 1,4-3,8 2,8 1,7-4,4 Kịch bản A2 3,4 2,0-5,4 Kịch bản A1F1 4,0 2,4-6,4 Nhiệt độ bề mặt địa cầu ngày càng tăng đối với từng lục địa và cho từng kịch bản giai đoạn 1900-2100 (Hình 1.1). Có thể thấy rằng sự ấm của bề mặt trái đất trải dải hầu khắp các lục địa, trải dài từ vĩ độ Bắc xuống gần Nam Cực và Bắc Đại Tây Dương. Các hiện tượng thời tiết cực đoan như nắng nóng kéo dài, mưa lớn xuất hiện với tần suất và cường độ ngày càng tăng cho thời kỳ 2020-2029 và 2090-2099. (Nguồn IPCC-AR4, 2007) Hình 1.1: Hình trái: Nhiệt độ thay đổi theo từng kịch bản của SRES. Hình phải: Dự báo nhiệt độ thay đổi vào đầu và cuối thế kỷ 21. 1.1.2.1 Tác động của Biến đổi khí hậu tới Tài nguyên nước Biến đổi về lượng mưa, phân bố mưa theo không gian và thời gian dưới tác động của biến đổi khí hậu đã có những ảnh hưởng nhất định tới việc cấp nước cho các ngành 6