Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước của hệ thống

LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Chữ ký Bùi Văn Thi i LỜI CÁM ƠN Sau một quá trình nghiên cứu, đến nay Luận văn Thạc sĩ với đề tài việc “Nghiên cứu Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn khi xét đến biến đổi khí hậu” đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin Trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Trường Đại học Thuỷ lợi cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật tài nguyên nước đã truyền đạt kiến thức trong quá trình học tập cũng như giúp đỡ rất nhiều trong quá trình làm luận văn tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS.TS. Phạm Việt Hòa người đã trực tiếp, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV thủy lợi Liễn Sơn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả có điều kiện học tập, nghiên cứu chuyên sâu, nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ nhằm hoàn thành tốt hơn nữa nghiệm vụ trong lĩnh vực đang công tác. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, và tập thể các anh, chị lớp Cao học 23Q11 đã nhiệt tình giúp đỡ, cổ vũ và động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới anh Vũ Minh Cường, lớp trưởng lớp Cao học 23Q11 đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn và chia sẻ những kinh nghiệm quý báu trong việc vận dụng mô hình thủy lực MIKE 11 vào đề tài này. Đây là lần đầu tiên nghiên cứu khoa học, với thời gian và kiến thức có hạn, chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến góp ý của các thầy cô giáo, các cán bộ khoa học và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả Bùi Văn Thi ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU.................................................................................................................................4 1.1 Tổng quan về Biến đổi khí hậu trên thế giới và tại 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 ................................................................................10 1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài ..................................13 1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước ........................................................................................ 13 1.2.2. Nghiên cứu trong nước ........................................................................................ 14 1.3 Tổng quan về vùng nghiên cứu ...............................................................................16 1.3.1 Điều kiện tự nhiên của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn: ............................................16 1.3.2 Tình hình dân sinh, kinh tế và các yêu cầu phát triển của khu vực ...................... 24 1.3.3 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY NÔNG ....................................................... 32 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CƠ SỞ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI LIỄN SƠN KHI XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ..............................................................................................................40 2.1. Lựa chọn kịch bản Biến đổi khí hậu .......................................................................40 2.2. Dự báo dân số và sự phát triển của nền kinh tế đến năm 2030, 2050 ....................42 2.2.1. Dự báo phát triển dân số ...................................................................................... 42 2.2.2. Sự phát triển của nền kinh tế đến năm 2030, 2050 .............................................42 2.3. Phân vùng cấp nước của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn .............................................46 2.3.1 Hiện trạng công trình tưới: ...................................................................................46 2.3.2. Phân vùng cấp nước của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn: ........................................46 2.4. Xác định nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong hệ thống khi xét đến biến đổi khí hậu: ............................................................................................................50 2.4.1. Tài liệu, số liệu khí tượng ....................................................................................50 2.4.2. Tài liệu nông nghiệp ............................................................................................ 51 2.4.3. Kết quả tính toán nhu cầu nước cho các đối tượng dùng nước năm 2016 ..........53 2.4.4. Tổng nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước năm 2016.............................. 67 iii 2.5 Đánh giá sự biến đổi về nhu cầu nước khi xét đến biến đổi khí hậu ...................... 68 2.5.1 Đánh giá sự biến đổi về nhu cầu nước trong nông nghiệp năm 2030-2050 ........ 68 2.5.2 Đánh giá sự biến đổi về nhu cầu nước tổng cộng: ............................................... 71 2.6 . Đánh giá nguồn nước cung cấp cho hệ thống thuỷ lợi Liễn Sơn. ......................... 73 2.7 Tính toán cân bằng nước của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn khi xét đến biến đổi khí hậu ................................................................................................................................. 76 2.7.1 Tính toán WKn ..................................................................................................... 76 2.7.2 Tính toán cân bằng nước ....................................................................................86 CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI LIỄN SƠN KHI XÉT ĐẾN BĐKH .. 85 3.1. Đề xuất và lựa chọn giải pháp công trình: ............................................................. 85 3.1.1 Phương pháp lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước ..................... 86 3.1.2. Phân tích lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước ........................ 103 3.2 Giải pháp phi công trình: ....................................................................................... 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 111 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Diễn biến gia tăng lượng khí CO2 trong khí quyển [3] .................................5 Hình 1.2 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của bức xạ tác động với mỗi kịch bản [5]............6 Hình 1.3 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình của Trái Đất từ năm 1880 - 2015 [7].....7 Hình 1.4 Sự ảnh hưởng của nước biển dâng đến khu vực Đông Nam Á [9] ..................8 Hình 1.5. Đường cầu ván và hạ tầng cơ sở ở Atlantic City, New Jersey bị phá hoại nặng nề sau bão Sandy vào tháng 10/2012. Ảnh: EPA .................................................10 Hình 1.6 Ngập lụt do mưa lớn tại TP.Hà Nội................................................................ 12 Hình 1.7 Bản đồ hệ thống tưới thủy nông Liễn Sơn ....................................................18 Hình 2.1 Biểu đồ lượng bốc hơi mặt ruộng ETo năm 2016 và các năm 2030-2050 ..69 Hình 2.2 Biểu đồ về sự thay đổi mức tưới cho trồng trọt năm 2030-2050 (mm/ha) ....70 Hình 2.3 Biểu đồ về sự thay đổi nhu cầu sử dụng nước cho ngành trồng trọt năm 20302050 (106 m3) ...............................................................................................................71 Hình 2.4 Biểu đồ về sự thay đổi nhu cầu sử dụng nước cho ngành công nghiệp và ....72 Hình 2.5 Mức nước bể hút bình quân nhiều năm trạm bơm Đại Định (2002-2016) ....75 Hình 2.6 Mực nước bể hút bình quân nhiều năm trạm bơm Bạch Hạc (2002-2016)....75 Hình 3.1 Mô hình hoá kênh với các nhánh kênh, các điểm và công trình trên kênh ....89 Hình 3.2 Dạng mặt cắt của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn ................................................90 Hình 3.3 Quá trình mực nước các công trình trên hệ thống từ 01/02/2016 đến 29/2/2016 ....................................................................................................................... 92 Hình 3.4 Phương pháp thử dần để xác định bộ thông số của mô hình .......................... 93 Hình 3.5 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại điều tiết Đạo Tú (K12+714) chỉ số Nash đạt 93,77% ..............................................................................94 Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại điều tiết Báo Văn (K23+120) chỉ số Nash đạt 89,78% ..............................................................................94 Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại điều tiết Đạo Tú (K12+714) chỉ số Nash đạt 85% ...................................................................................96 Hình 3.8 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại điều tiết Báo Văn (K23+120) chỉ số Nash đạt 82% ...................................................................................96 v Hình 3.9 Biểu đồ lưu lượng đầu mối tại K0+635 KCTN trước khi xây thêm trạm bơm Liễn Sơn ........................................................................................................................ 98 Hình 3.10 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại điều tiết Báo Văn (K23+120KCTN) khi chưa có trạm bơm Liễn Sơn ....................................................................... 99 Hình 3.11 kết quả mô phỏng lưu lượng đầu mối tại K0+635 KCTN sau khi xây thêm trạm bơm Liễn Sơn Qtk=15m3/s ................................................................................. 100 Hình 3.12 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại điều tiết Báo Văn (K23+120KCTN) sau khi xây trạm bơm Liễn Sơn ..................................................................... 100 Hình 3.13 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại điều tiết Đại Tự (K35+174) KCTN sau khi xây trạm bơm Liễn Sơn ...................................................................... 101 Hình 3.14 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại điều tiết Báo Văn (K23+120) sau khi xây thêm trạm bơm Bạch Hạc 1 ..................................................................... 102 Hình 3.15 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại điều tiết Đại Tự (K35+174) KCTN khi xây thêm trạm bơm Bạch Hạc 1 ................................................................ 103 Hình 3.16 Van AMIL điều khiển tự động mực nước thượng lưu ............................... 106 Hình 3.17 Van AVIO điều khiển tự động mực nước hạ lưu ....................................... 107 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc trưng kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kì cơ sở (1986-2005) .......6 Bảng 1.2. Nhiệt độ trung bình năm các tháng ............................................................... 22 Bảng 1.3. Độ ẩm trung bình các tháng trong năm ......................................................... 22 Bảng 1.4. Số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm ...................................................... 23 Bảng 1.5. Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm....................................................... 23 Bảng 1.6 Tổng số gia súc, gia cầm năm 2016 trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc ..................26 Bảng 1.7 Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp trên hệ thống đến ngày 1/1/2009 .........28 Bảng 1.8 Số lượng và diện tích các khu công nghiệp năm 2016 trên Hệ thống ...........29 Bảng 1.9 Kênh vượt cấp tương đương kênh cấp 2 ........................................................ 34 Bảng 1.10 Thống kê công trình trên hệ thống. .............................................................. 35 Bảng 1.11 Đặc trưng cống điều tiết ...............................................................................35 Bảng 1.12 Bảng thông kê diện tích các vụ năm 2016 của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn 37 Bảng 2.1 Dự báo mức thay đổi nhiệt độ của khu vực nghiên cứu tại thời điểm năm 2030-2050 so với thời kì nền 1986-2005 ......................................................................40 Bảng 2.2 Dự báo mức thay đổi về lượng mưa ngày của khu vực nghiên cứu tại thời điểm năm 2030-2050 so với thời kì nền 1986-2005 ..................................................... 41 Bảng 2.3: Dự báo dân số các huyện trong khu vực đến năm 2030-2050 ...................... 42 Bảng 2.4 Dự báo sự biến đổi diện tích nông nghiệp trong khu vực năm 2030-2050 ...43 Bảng 2.5 Dự báo sự biến đổi số lượng gia súc, gia cầm trong khu vực năm 2030-2050 .......................................................................................................................................44 Bảng 2.6 Dự báo sự biến đổi diện tích thủy sản trong khu vực năm 2030-2050 ..........45 Bảng 2.7 Dự báo sự biến đổi diện tích khu công nghiệp trong khu vực năm 2030-2050 .......................................................................................................................................46 Bảng 2.8 Thống kê các công trình trên hệ thống thủy lợi Liễn Sơn ............................. 47 Bảng 2.9 Các chỉ tiêu phục vụ tính toán chế độ tưới cây lúa ........................................51 Bảng 2.10 Thời vụ và công thức tưới tăng sản lúa vụ chiêm. .......................................51 Bảng 2.11 Thời vụ và công thức tưới tăng sản lúa vụ mùa. ..........................................52 Bảng 2.12 Thời vụ và công thức tưới tăng sản ngô vụ đông.........................................52 Bảng 2.13 Thời vụ và công thức tưới tăng sản ngô vụ xuân. ........................................52 vii Bảng 2.14 Năm đại diện ứng với tần suất 85% của các trạm đo trong khu vực ........... 54 Bảng 2.15 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho trồng trọt năm 2016 .......................... 64 Bảng 2.16 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho trồng trọt theo thời vụ năm 2016 ..... 64 Bảng 2.17 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi năm 2016 ......................... 64 Bảng 2.18 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho thủy sản năm 2016 ........................... 65 Bảng 2.19 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp, dịch vụ năm 2016 ....... 66 Bảng 2.20 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt năm 2016 .......................... 67 Bảng 2.21 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước các ngành năm 2016 ............................... 67 Bảng 2.22 Lượng bốc hơi tiềm năng ETo năm 2030-2050 (mm/ngày) ........................ 68 Bảng 2.23 Dự báo sự thay đổi mức tưới ngành trồng trọt năm 2030 -2050 ................. 69 Bảng 2.24 Dự báo nhu cầu sử dụng nước ngành trồng trọt năm 2030 -2050 ............... 70 Bảng 2.25 Dự báo nhu cầu sử dụng nước ngành nông nghiệp năm 2030 -2050 .......... 71 Bảng 2.26 Nhu cầu sử dụng nước của ngành Công nghiệp và sinh hoạt ...................... 72 Bảng 2.27 Nhu cầu sử dụng nước của hệ thống (106 m3) ............................................. 73 Bảng 2.28 Lưu lượng đến của sông Phó Đáy................................................................ 76 Bảng 2.29 Bảng kết quả tính (WKn) hồ chứa của hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn ......... 77 Bảng 2.30 Bảng kết quả tính (WKn) 02 trạm bơm của hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn . 81 Bảng 2.31 Bảng kết quả tính (WKn) 02 trạm bơm của hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn theo từng tháng (106 m3) ................................................................................................ 81 Bảng 2.32 Bảng kết quả tính (WKn) có khả năng cấp của công trình đầu mối đập dâng Liễn Sơn thuộc hệ thống thuỷ lợi Liễn Sơn .................................................................. 82 Bảng 2.33 Bảng tính kết quả cân bằng nước 2016 ........................................................ 82 Bảng 2.34 Bảng kết quả tính cân bằng nước năm 2030 ................................................ 83 Bảng 2.35 Bảng kết quả tính kết quả cân bằng nước năm 2050 ................................... 84 Bảng 3.1 Thông số thiết lập các công trình trong hệ thống trong thời đoạn tính toán.. 92 Bảng 3.2: Kết quả tính toán theo mô hình so sánh với tài liệu thực đo tại các điểm kiểm tra điều tiết Đạo Tú (K12+714) và cống Báo Văn (K23+120) ............................ 95 Bảng 3.3: Kết quả tính toán theo mô hình so sánh với tài liệu thực đo tại các điểm kiểm tra điều tiết Đạo Tú (K12+714) và cống Báo Văn (K23+120) ............................ 97 viii DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn BOD5 Nhu cầu ôxy hóa sinh học (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CCN Cụm công nghiệp CLN Chất lượng nước COD Nhu cầu ôxy hóa hóa học (Chemical Oxygen demand) ĐTH Đô thị hoá EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ FDI Đầu tư trực tiếp nước ngoài (Foreign Direct Investment) GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product) HTTL Hệ thống thuỷ lợi IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu KCN Khu công nghiệp NASA Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ NASA GISS Viện nghiên cứu không gian Goddard- NASA QCVN quy chuẩn Việt Nam RPC Đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative Concentration Pathwayst) SRES Báo cáo đặc biệt về kịch bản phát thải (Special Report on Emissions Scenarios) WHO Tổ chức y tế thế giới KCTN Kênh chính tả ngạn BĐKH Biến đổi khí hậu ix MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của Đề tài Nước là nguồn tài nguyên hữu hạn, đóng vai trò quan trọng cho mọi sự sống trên trái đất, là nhân tố quyết định sự tồn tại và phát triển đối với một quốc gia. Hiện nay, Nước ngọt ngày càng trở lên khan hiếm do quá trình khai thác, sử dụng của con người có xu hướng tăng nhanh. Bên cạnh đó Biến đổi khí hậu đang diễn ra ở quy mô toàn cầu, khu vực và ở Việt Nam đang trở nên khó lường hơn bao giờ hết, nó đã trở thành nỗi lo chung của toàn nhân loại. Việt Nam của chúng ta là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề do BĐKH, đặc biệt là ngành Nông nghiệp sẽ phải hứng chịu nhiều tác động do BĐKH gây ra. Trước những khó khăn do diễn biến bất thường của BĐKH, chúng ta cần có sự đánh giá chính xác để tìm ra các phương án nhằm đối phó, khắc phục làm giảm nhẹ thiệt hại do BĐKH gây ra cho hiện tại và có thể xảy ra trong tương lai. Cùng với sự gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan, dòng chảy lũ đến các công trình sẽ tăng lên đột biến, nhiều khi vượt quá thông số thiết kế làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới an toàn của các hệ thống thủy lợi, dòng chảy năm biến động với biên độ lớn; lượng mưa, độ bốc thoát hơi đều tăng, lũ lụt và hạn hán sẽ xuất hiện mật độ dày hơn và gây hậu quả ngày càng trầm trọng. Chế độ mưa thay đổi cùng với quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa dẫn đến nhu cầu sử dụng nước cũng thay đổi. Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn cũng như các hệ thống thủy lợi trên cả nước hiện nay đã và đang đứng trước khó khăn, thách thức do BĐKH gây ra vì không đáp ứng được đủ nhu cầu sử dụng nước của các ngành nông nghiệp, công nghiệp và các ngành dịch vụ... Công ty TNHH một thành viên thủy lợi Liễn Sơn với nhiệm vụ được giao phục vụ tưới tiêu cho hơn 63.000 ha diện tích đất sản xuất nông nghiệp và cấp nước cho nuôi trồng thuỷ sản của 7 huyện, thị thành trong tỉnh. Ngoài ra còn cung cấp nước tưới cho vùng Mê Linh - Hà Nội và phường Bạch Hạc thành phố Việt Trì - Phú Thọ. Tuy nhiên, cùng với quá trình phát triển kinh tế xã hội và BĐKH, lượng nước phụ thuộc vào xả các hồ thủy điện, thời tiết ít mưa, lượng mưa phân bố không đều cả về không gian lẫn thời gian dẫn đến có những thời điểm các trạm bơm lớn như Bạch Hạc, Đại Định, Liễu Trì không vận hành được do mực nước sông xuống thấp dưới mực nước thiết kế; Vụ mùa, nắng, nóng, nhiệt độ cao, cộng thêm ảnh hưởng của bão cùng áp thấp nhiệt đới gây 1 mưa lớn ngập úng một số diện tích và nhiều vị trí công trình bị hư hỏng ảnh hưởng đến phục vụ tưới tiêu cho sản xuất nông nghiệp. Xuất phát từ tình hình nêu trên cho thấy rằng việc “Nghiên cứu Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn khi xét đến biến đổi khí hậu” nhằm đánh giá tình hình hiện trạng khả năng cung cấp nước của hệ thống thủy lợi Liễn Sơn theo các kịch bản biến đổi khí hậu là rất cần thiết. II. Mục đích của đề tài Phân tích, đánh giá và dự báo nhu cầu sử dụng nước, khả năng đáp ứng nhu cầu của hệ thống và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nước của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn khi xét đến BĐKH. III. Đối tượng, hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài: đánh giá nhu cầu sử dụng nước, khả năng đáp ứng nhu cầu của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn thời điểm hiện tại, dự báo nhu cầu sử dụng nước của Hệ thống trong tương lai giai đoạn từ năm 2030 – 2050 dưới ảnh hưởng của BĐKH, đề ra giải pháp đảm bảo khả năng đáp ứng nhu cầu nước. 2. Hướng tiếp cận - Tiếp cận tổng hợp và liên ngành: Hướng nghiên cứu này xem xét các đối tượng nghiên cứu trong một hệ thống quan hệ phức tạp vì thế đề cập đến rất nhiều đối tượng khác nhau như nông nghiệp, thủy sản, du lịch, trồng trọt, vv… - Tiếp cận kế thừa có chọn lọc và bổ sung: Tiếp cận lịch sử là cách tiếp cận truyền thống của hầu hết các ngành khoa học. Một phần ý nghĩa của cách tiếp cận này là nhìn vào quá khứ, để dự báo tương lai qua đó xác định được các mục tiêu cần hướng tới trong nghiên cứu khoa học. - Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu: Đề tài này ứng dụng mô hình Mike 11. 3. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ. - Phương pháp điều tra, thu thập. - Phương pháp phân tích thống kê các số liệu đã có. - Phương pháp ứng dụng các mô hình hiện đại. 2 IV. Nội dung của luận văn - Đánh giá tình hình hiện trạng, khả năng cung cấp nước của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn. - Dự báo nhu cầu nước của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn trong tương lai theo các kịch bản BĐKH. - Đề xuất giải pháp giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước của Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn khi xét đến BĐKH. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về Biến đổi khí hậu trên thế giới và tại Việt Nam 1.1.1. Khái niệm về Biến đổi khí hậu 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 IPCC [2](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 Nguyên nhân chính làm BĐKH trên Trái Đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác tạo ra hiệu ứng nhà kính. Hiệu ứng nhà kính được định nghĩa là hiệu quả giữ nhiệt ở tầng thấp của khí quyển nhờ sự hấp thụ và phát xạ trở lại bức xạ sóng dài từ mặt đất bởi mây và các khí như hơi nước, các-bon điôxit, nitơ ôxit, mêtan và chlorofluorocarbon (CFC), làm giảm lượng nhiệt thoát ra không trung từ hệ thống trái đất, giữ nhiệt một cách tự nhiên, duy trì nhiệt độ trái đất cao hơn khoảng 30C so với khi không có các chất khí đó.[1] 4 Hình 1.1 Diễn biến gia tăng lượng khí CO2 trong khí quyển [3] Theo báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), nhiệt độ trung bình của Trái Đất ở cuối thế kỉ thứ 19 đã tăng +0,8 °C và thế kỉ 20 tăng 0,6 ± 0,2 °C. Các dự án mô hình khí hậu của IPCC chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt Trái Đất sẽ có thể tăng 1,1 đến 6,4 °C trong suốt thế kỷ 21 phụ thuộc vào lượng phát thải khí nhà kính tương lai. [4] Năm 2013, IPCC [5] công bố kịch bản cập nhật, đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative Concentration Pathways - RCP) được sử dụng để thay thế cho các kịch bản SRES (Special Report on Emissions Scenarios). Các RCP được lựa chọn sao cho đại diện được các nhóm kịch bản phát thải và đảm bảo bao gồm được khoảng biến đổi của nồng độ các khí nhà kính trong tương lai một cách hợp lý. Các RCP cũng đảm bảo tính tương đồng với các kịch bản SRES. Các tiêu chí để xây dựng RCP, bao gồm: - Các RCP phải cung cấp thông tin về tất cả các thành phần của bức xạ tác động cần thiết để làm đầu vào của các mô hình khí hậu và mô hình hóa khí quyển (phát thải khí nhà kính, ô nhiễm không khí và sử dụng đất). Hơn nữa, những thông tin này là có sẵn đối với các khu vực địa lý. - Các RCP có thể được xác định theo số liệu trong thời kỳ cơ sở đối với phát thải và sử dụng đất, cho phép chuyển đổi giữa các phân tích trong thời kỳ cơ sở và tương lai. 5 - Các RCP có thể được xây dựng cho khoảng thời gian tới năm 2100 và vài thế kỷ sau 2100.Trên cơ sở các tiêu chí trên, bốn kịch bản RCP (RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6) đã được xây dựng. Tên các kịch bản được ghép bởi RCP và độ lớn của bức xạ tác động tổng cộng của các khí nhà kính trong khí quyển đến thời điểm vào năm 2100. Hình 1.2 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của bức xạ tác động với mỗi kịch bản [5] Bức xạ tác động được định nghĩa là sự thay đổi trong cân bằng năng lượng bức xạ (năng lượng nhận được từ mặt trời trừ đi năng lượng thoát vào không gian, W/m2) tại đỉnh tầng đối lưu (ở độ cao 10-12 km so với mặt đất) do sự có mặt của các khí nhà kính hoặc chất khác (mây, hơi nước, bụi,...) trong khí quyển [5] Bảng 1.1 Đặc trưng kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kì cơ sở (1986-2005) RPC Bức xạ tác động năm 2100 Nồng độ CO2 tựdo năm 2100 (ppm) Tăng nhiệt độ toàn cầu (oC) vào năm 2100 so với thời kì cơ sở (1986-2005) Đặc điểm đường phân bố cưỡng bức bức xạ tới năm 2100 Kịch bản SERI tương đương RPC8.5 8,5 W/m2 1370 4,9 Tăng liên tục A1F1 RPC6.0 6,0 W/m2 850 3,0 Tăng dần rồi ổn định B2 RPC4.5 4,5 W/m2 650 2,4 Tăng dần rồi ổn định B1 1,5 Đạt cực đại 3,0 W/m2 rồi giảm Không có tương đương RPC2.6 2,6 W/m2 490 6 Cùng với việc tăng phát thải làm nhiệt độ toàn cầu ấm dần lên là nguyên nhân dẫn đến băng tan ở hai cực và cùng với nó là sự gia tăng mực nước biển. Mực nước biển theo tài liệu quan trắc được của Viện Nghiên cứu Không gian Goddard – NASA [6] thì từ năm1995 đến năm 2015 mực nước biển trung bình trên toàn cầu đã tăng 8 cm và dự báo sẽ còn tăng cao hơn nữa trong tương tai. Cũng theo cơ quan này thì đến năm 2100 có thể đến 55% diện tích các lãnh thổ bị ngập chìm trong nước biển. Hình 1.3 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình của Trái Đất từ năm 1880 - 2015 [7] Những vùng nước ấm đã làm tăng sức mạnh cho các cơn bão. Chính mức nhiệt cao trên đại dương và trong khí quyển, đẩy tốc độ cơn bão đạt mức kinh hoàng. Số liệu thống kê cho thấy, chỉ trong vòng 30 năm gần đây, những cơn bão mạnh cấp 4 và cấp 5 đã tăng lên gấp đôi. [8] Các siêu bão xuất hiện thường xuyên và có sức tàn phá càng ngày càng mạnh hơn. ♦ Tác động tiêu cực của BĐKH a. Nước biển dâng và xâm nhập mặn Đáng báo động là tình trạng mực nước biển ngày một dâng cao, dần lấn sâu vào đất liền, do nền nhiệt độ trung bình năm tăng lên làm băng tuyết tan ra, đặc biệt là ở hai cực của Trái Đất. Theo trung tâm Dữ liệu Băng tuyết quốc gia Hoa Kỳ, tính đến ngày 16/9/2012, diện tích băng ở Bắc Cực chỉ còn 3,4 triệu km2. Nói cách khác, băng ở Bắc Cực đã bị mất 80% khối lượng của nó ở thời điểm hiện tại. Đây là nguyên nhân hàng đầu khiến mực nước biển dâng cao, xâm thực vào đất liền, ảnh hưởng trực tiếp đến nông nghiệp cũng như việc tiêu thoát nước. Bên cạnh đó đa dạng sinh học của khu vực bị ảnh hưởng sẽ chịu sự suy giảm nghiêm trọng về số lượng và chất lượng. Nhiều loài động thực vật sẽ bị tuyệt chủng hoặc có 7 nguy cơ bị tuyệt chủng tăng cao, con người sẽ bị mất nơi cư trú, dịch bệnh và các căn bệnh lạ, hiểm nghèo trong các cộng đồng dân cư sẽ xuất hiện khó kiểm soát, đặc biệt đối với những người có khả năng thích ứng kém như trẻ em và người cao tuổi. Hình 1.4 Sự ảnh hưởng của nước biển dâng đến khu vực Đông Nam Á [9] Hình ảnh băng tan khiến mực nước biển dâng cao ở châu Á. (Màu xanh nhạt biểu trưng cho mức nước biển dâng cao). [9] Impact of Climate change on Asean international Affairs - Risk and Opportunity Multiplier (2017) b. Biến đổi về lượng mưa BĐKH gây nhiều thay đổi bất lợi về lượng mưa, sự phân bố mưa theo không gian, thời gian và sẽ có những ảnh hưởng tới việc cấp và thoát nước. Lượng mưa trung bình ngày tăng cao dễ gây ra tình trạng ngập úng, gây áp lực cho hệ thống tiêu, tương ứng với nó khô hạn cũng xảy ra với tần suất thường xuyên hơn, ảnh hưởng trực tiếp tới các ngành sử dụng nước. Các chuyên gia ước tính tình trạng hạn hán sẽ tăng ít nhất 66% do khí hậu ngày càng ấm hơn. Hạn hán xảy ra thường xuyên sẽ thu hẹp nguồn cung cấp nước, làm giảm chất lượng các sản phẩm nông nghiệp, khiến nguồn cung ứng lương thực trên toàn cầu trở nên bấp bênh. [8] Thay đổi về phân bố mưa trong năm sẽ ảnh hưởng đến lượng nước có thể khai thác. Kết quả của các mô hình dự báo BĐKH cho thấy tại nhiều khu vực lượng mưa sẽ tập trung hơn vào mùa mưa và giảm vào mùa khô. Mưa lớn tập trung sẽ làm tăng lượng dòng chảy mặt, giảm lượng nước ngấm xuống các tầng chứa nước dưới đất. Điều này 8 làm gia tăng lũ lụt vào mùa mưa và thiếu nước vào mùa khô, trữ lượng nước ngầm sẽ suy giảm. Ngoài ra, khả năng sinh thủy của lưu vực còn bị gián tiếp ảnh hưởng của BĐKH, do điều kiện khí hậu thay đổi khiến cho thảm phủ thực vật bị thay đổi theo. Các hồ chứa, đập dâng, trạm bơm và giếng khai thác nước ngầm cũng bị ảnh hưởng. Mưa lớn kéo theo gia tăng trượt lở đất và xói mòn sẽ làm tăng lượng phù sa chuyển tớivà lắng đọng trong lòng hồ, làm giảm dung tích hữu ích của các hồ chứa. Chế độ dòng chảy thay đổi cũng làm cho vấn đề điều tiết của hồ trở lên khó khăn hơn, khả năng cung cấp nước giảm đi. Do trữ lượng nước ngầm thay đổi, khả năng khai thác của nhiều giếng ngầm cũng bị giảm sút. Chế độ dòng chảy thay đổi cũng làm cho nhiều công trình không hoạt động đúng điều kiện thiết kế, năng lực công trình có thể bị suy giảm. c. Ảnh hưởng nền kinh tế Tài liệu nghiên cứu mang tên “Kiểm soát sức tàn phá của biến đổi khí hậu: Phép tính lạnh cho một hành tinh nóng” do tổ chức nhân đạo quốc tế DARA và Diễn đàn Các nước dễ bị tổn thương vì Biến đổi khí hậu (CVF) thực hiện đã đưa ra ước tính hiện tượng Trái đất nóng dần lên, ngoài việc lấy đi sinh mạng của gần 40.000 người mỗi năm, còn gây thiệt hại kinh tế lên đến 1.200 tỷ USD, tương đương 1,6% Tổng sản phẩm quốc nội (GDP) hàng năm của thế giới.Chưa dừng lại ở đó, tài liệu này còn dự báo đến năm 2030, thiệt hại kinh tế gây ra bởi biến đổi khí hậu và ô nhiễm không khí sẽ tăng lên 3,2% GDP toàn cầu, trong đó những nước kém phát triển nhất sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề hơn cả với mức thiệt hại có thể lên đến 11% GDP. Đồng thời, ô nhiễm không khí, gây ra bởi việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch, cũng là nguyên nhân gây ra cái chết của 4,5 triệu người/năm. Nhận định về vấn đề này, Thủ tướng Bangladesh Sheikh Hasina cho biết năng suất nông nghiệp của nước này sẽ giảm 10% nếu nhiệt độ toàn cầu tăng thêm 1 độ C. Điều này có nghĩa là Dhaka sẽ mất đi khoảng 4 triệu tấn lương thực, tương đương 2,5 tỷ USD và 2% GDP. Thậm chí, nếu tính cả những thiệt hại về cơ sở vật chất và những mất mát khác, con số này có thể còn tăng lên 3-4% GDP. Khi nhắc đến những “cơn giận” của thiên nhiên, không thể không kể tên cơn bão Sandy, một trong những cơn bão kinh hoàng nhất lịch sử thế giới đã càn quét qua bờ Đông nước Mỹ và vùng Caribe hồi cuối năm 2012, khiến hàng triệu người thiệt mạng đồng thời gây thiệt hại kinh tế lên đến 62 tỷ USD cho nước Mỹ và ít nhất 315 tỷ USD 9 cho khu vực Caribe. Trước Sandy còn rất nhiều cơn bão lớn khác như cơn bão Katrina hay siêu bão Haiyan..., đã để lại nỗi ám ảnh to lớn về sức tàn phá của biến đổi khí hậu đối với cả nhân loại, mà trong đó, ngoài thiệt hại về người, những mất mát kinh tế luôn là rất lớn. Hình 1.5. Đường cầu ván và hạ tầng cơ sở ở Atlantic City, New Jersey bị phá hoại nặng nề sau bão Sandy vào tháng 10/2012. Ảnh: EPA 1.1.3. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị tác động nhiều nhất của hiện tượng BĐKH mà cụ thể là hiện tượng nước biển dâng cao - hậu quả tăng nhiệt độ làm bề mặt trái đất nóng lên do phát thải khí nhà kính. Ở Việt Nam, xu thế biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa là rất khác nhau trên các vùng. Các phương pháp và nguồn số liệu để xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam được kế thừa từ các nghiên cứu trước đây và được cập nhật đến năm 2016. Thời kỳ 1986 - 2005 được chọn là thời kỳ cơ sở để so sánh sự thay đổi của khí hậu và nước biển dâng. a. Sự thay đổi về nhiệt độ Trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5°C trên phạm vi cả nước và lượng mưa có xu hướng giảm ở phía Bắc và tăng ở phía Nam lãnh thổ. Nhiệt độ mùa đông thì tăng nhanh hơn so với mùa Hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh hơn so với nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo. Lượng mưa ngày một tăng cao. Nhiệt độ: Trong 50 năm qua (1958-2007) nhiệt độ trung bình ở Việt Nam tăng lên khoảng 0,5-0,70C. Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè và nhiệt độ ở 10