Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến yêu cầu tiêu nước vùng ven biển Bắc Bộ trình bày việc thiết lập phương pháp xây dựng mô hình mưa tiêu trong tương lai dựa trên biến đổi lượng mưa năm theo kịch bản BĐKH. Đồng thời dự báo được xu hướng biến đổi hệ số tiêu giai đoạn tương lai dưới ảnh hưởng của BĐKH.
Trang 1NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN YÊU CẦU TIÊU NƯỚC VÙNG VEN BIỂN BẮC BỘ
Lê Văn Chín 1, Vũ Trọng Bằng1
1 Trường Đại học Thủy lợi, email: chín_ctn@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong
những thách thức lớn nhất đối với nhân loại
trong thế kỷ 21 BĐKH đã tác động nghiêm
trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường
trên phạm vi toàn thế giới Ở Việt Nam, trong
khoảng 50 năm qua, diễn biến của khí hậu
theo chiều hướng cực đoan, lượng mưa tăng
mạnh vào mùa lũ và giảm vào mùa kiệt Một
số năm trở lại đây, vùng ven biển Bắc Bộ đã
xuất hiện nhiều vùng bị ngập lụt, úng cục bộ,
gây hậu quả nghiêm trọng cho sản xuất nông
nghiệp và đời sống dân sinh tại vùng này
Vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ thuộc
địa giới hành chính của 14 huyện thuộc 05
tỉnh (Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình,
Nam Định, Ninh Bình) Tổng dân số trong
khu vực khoảng 3.500.000 người, diện tích tự
nhiên 597.312ha Theo thống kê cho thấy,
hiện tại các công trình tiêu nước thuộc vùng
ven biển Bắc Bộ mới chỉ đáp ứng được
khoảng 70% nhu cầu tiêu nước cho hệ thống
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của
BĐKH đến nhu cầu tiêu nước của các hệ
thống thủy lợi Tác giả đi xây dựng, tính toán
nhu cầu tiêu cho giai đoạn hiện tại, tương lai
2016-2035 (2030s); 2046-2065 (2050s) dựa
trên kịch bản BĐKH và kịch bản sử dụng đất
của 3 hệ thống thủy lợi điển hình: Đa Độ,
Nam Thái Bình, Xuân Thủy
Kết quả tính toán sẽ đưa ra được mức độ
tăng giảm hệ số tiêu, nhu cầu tiêu nước của
vùng nghiên cứu, là cơ sở để đề xuất các giải
pháp ứng phó với BĐKH, các giải pháp công
trình và phi công trình phù hợp cho vùng
nghiên cứu
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp của nghiên cứu được trình bày theo sơ đồ khối sau:
Tài liệu được thu thập gồm liệt tài liệu mưa ngày (1986-2018) của trạm Phù Liễn, trạm Thái Bình, trạm Nam Định; loại cây trồng; thời vụ cây trồng; đất đai thổ nhưỡng; cơ cấu
sử dụng đất trong giai đoạn hiện tại và tương lai theo định hướng phát triển kinh tế xã hội Thống kê lượng mưa 33 năm của các trạm cho thấy: Trận mưa 5 ngày max phần lớn nằm trong 7 ngày max có tính chất bao lớn nhất (từ 83,33% đến 83,87%), tổng lượng mưa xấp xỉ nhau (với tỷ trọng 0,92% đến 0,93%), thời gian xuất hiện vào các tháng 7, 8, 9; dạng mô hình mưa có đỉnh mưa chủ yếu vào ngày thứ 2 của trận mưa Từ lượng mưa 5 ngày max ứng với tần xuất thiết kế P=10% (QCVN04-05/2012)
và dạng mô hình mưa, chọn năm điển hình, xây dựng được mô hình mưa thiết kế giai đoạn hiện tại Do kịch bản BĐKH không dự báo mức thay đổi tổng lượng các trận mưa lớn nhất thời đoạn ngắn (1, 3, 5, 7 ngày max), vì vậy mô hình mưa giai đoạn tương lai được xây dựng
Thu thập tài liệu
Xây dựng mô hình mưa tiêu
Tính toán hệ số tiêu nước
Tính toán nhu cầu tiêu nước
Đề xuất các giải pháp
Trang 2dựa trên mức thay đổi lượng mưa năm theo
kịch bản BĐKH và mối tương quan giữa lượng
mưa năm và lượng mưa 5 ngày max
y = 3.053x + 829.5
R² = 0.634
0
500
1000
1500
2000
2500
Lượng mưa 5 ngày max
Hình 2 Biểu đồ quan hệ lượng mưa năm
và lượng mưa 5 ngày max - trạm Thái Bình
Dựa vào phương trình đường quan hệ
tương quan và lượng mưa trung bình năm,
tính toán được lượng mưa trung bình 5 ngày
max Với giải thiết hệ số Kp giai đoạn tương
lai không thay đổi so với giai đoạn hiện tại
Lượng mưa 5 ngày max thiết kế giai đoạn
tương lai được tính toán theo công thức:
X tk
5ngàymaxtl = K p *X tb
5 ngàymaxtl
Mô hình mưa tương lai được xây dựng dựa
trên tổng lượng mưa 5 ngày max thiết kế giai
đoạn tương lai, giả thiết dạng phân phối mưa
không thay đổi so với giai đoạn hiện tại
Hệ số tiêu giai đoạn hiện tại, tương lai
được tính toán dựa trên mô hình mưa tiêu
thiết kế, kịch bản sử dụng đất hiện tại và theo
định hướng phát triển kinh tế xã hội giai đoạn
2030s, 2050s; loại cây trồng
Đối với đối tượng tiêu nước là lúa, hệ số
tiêu nước được tính toán theo công thức sau:
P i (h oi + q oi ) = Hi
Trong đó:
+ Pi là lượng mưa rơi xuống ruộng lúa
trong thời gian t (mm);
+ hoi là lượng nước tổn thất do ngấm và
bốc hơi trong thời đoạn t (mm);
+ qoi là độ sâu lớp nước tiêu được trong
thời đoạn tính toán (mm);
+ Hi là sự thay đổi tăng hoặc giảm lớp
nước mặt ruộng trong thời đoạn tính toán
(mm);
Chế độ dòng chảy qua tràn là tự do, thời đoạn tính toán 1 ngày đêm, diện tích khu tiêu 1ha
Đối với đối tượng tiêu nước không phải lúa, hệ số tiêu nước được tính toán theo công thức sau:
i i i
C.P q t
Trong đó:
+ qi là hệ số tiêu trong thời gian tính toán thứ i (l/s.ha);
+ C là hệ số dòng chảy, được xác định bằng thực nghiệm: C 1,0;
+ Pi là tổng lượng mưa rơi xuống trong thời gian tính toán ti (mm);
Hệ số tiêu sơ bộ của hệ thống thủy lợi được tính toán dựa trên hệ số tiêu của các đối tượng, cơ cấu sử dụng đất Hệ số tiêu được tính toán theo công thức:
n
j i i i=1
q =α q Trong đó:
+ qj : Hệ số tiêu chung của toàn hệ thống tại ngày tiêu thứ j;
+ i : Tỷ lệ diện tích của đối tượng tiêu nước thứ i so với diện tích tiêu của cả hệ thống thủy lợi;
+ qi : Hệ số tiêu của đối tượng tiêu nước thứ i
Hệ số tiêu thiết kế của hệ thống thủy lợi được tính toán bằng cách hiệu chỉnh giải đồ
hệ số tiêu nước bằng cách sử dụng các biện pháp kỹ thuật và quản lý để có thể trữ lại được một phần lượng nước cần tiêu của lưu vực trong những ngày có yêu cầu tiêu cao và tiêu hết vào những ngày tiếp theo trong đợt tiêu có yêu cầu tiêu không căng thẳng Hệ số tiêu thiết kế tính toán theo công thức:
n
j 1 tk
q
n
Trong đó:
+ qtk : Hệ số tiêu thiết kế của lưu vực (l/s/ha)
+ qj : Hệ số tiêu của lưu vực tại ngày mưa lớn thứ j (ngày phải trữ nước)
Trang 3+q tru : Tổng hệ số tiêu của lưu vực có
thể giảm nhỏ (l/s/ha)
+ n : Số ngày có mưa lớn phải trữ nước
Nhu cầu tiêu nước của hệ thống thủy lợi
tính toán dựa trên tài liệu về tổng diện tích
cần tiêu và hệ số tiêu thiết kế Công thức tính
toán hệ số tiêu:
Qtiêu = qtk
tiêu*ωtiêu
Trong đó:
+ Qtiêu : Nhu cầu tiêu (m3/s);
+ qtktiêu: Hệ số tiêu thiết kế (l/s/ha);
+ωtiêu: Tổng diện tích đất cần tiêu (ha)
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đã tính toán được hệ số tiêu
thiết kế giai đoạn hiện tại, tương lai
Bảng 1 Kết quả tính toán hệ số tiêu thiết kế
Hệ thống
thủy lợi
Đa Độ 6,98 9,03 12,38 1,294 1,774
Nam Thái
Xuân
Bảng 2 Kết quả tính toán nhu cầu tiêu nước
Lưu lượng tiêu
Chênh lệch lưu lượng tiêu (%)
Hệ thống
thủy lợi
Đa Độ 167 216 296 29,4 77,4
Nam Thái
Xuân
Từ kết quả Bảng 1, Bảng 2 cho thấy, hệ số
tiêu, nhu cầu tiêu các hệ thống thủy lợi vùng
ven biển Bắc Bộ đều tăng so với giai đoạn
hiện tại Cụ thể, hệ số tiêu, nhu cầu tiêu nước
tăng từ (1,287 ÷ 1,294 lần) tương đương
(28,7% ÷ 29,4%) vào giai đoạn (2016-2035)
và tăng từ (1,745 ÷ 1,774 lần) tương đương
(74,5% ÷ 77,4%) vào giai đoạn (2046-2065)
so với hiện tại
Do định hướng phát triển kinh tế xã hội năm 2030, 2050 các tỉnh vùng ven biển với định hướng mở rộng quy mô, phát triển nuôi trồng thủy sản Ngoài ra, diện tích đất cho đô thị, nông thôn, công nghiệp thay đổi không đáng kể Vì vậy, sự thay đổi sử dụng đất các tỉnh ven biển sẽ làm giảm bớt nhu cầu tiêu cho
hệ thống Yếu tố làm tăng nhu cầu tiêu nước của hệ thống chủ yếu là lượng mưa tương lai Một số giải pháp chính để giảm nhỏ hệ số tiêu cho vùng nghiên cứu: Nạo vét, mở rộng mặt cắt các sông trục chính để tăng khả năng tiêu tự chảy ra biển; Mở rộng vùng tiêu động lực để tiêu trực tiếp ra các sông ngoài; Xây dựng hồ điều hoà để giảm nhẹ hệ số tiêu và phù hợp với năng lực tiêu nước của các công trình thủy lợi đã và sẽ xây dựng; Chuyển đổi
cơ cấu canh tác ở một số vùng ngập nước từ thuần lúa sang luân canh nuôi cá và cấy lúa hoặc chuyển đổi thành các hồ điều hoà để giảm nhẹ yêu cầu tiêu nước và cải thiện điều kiện môi trường trong khu vực
Trong các giải pháp trên, giải pháp nạo vét
và mở rộng các sông trục chính để tăng khả năng tiêu thoát nước là giải pháp phù hợp nhất trong giai đoạn trước mắt
4 KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã thiết lập phương pháp xây dựng mô hình mưa tiêu trong tương lai dựa trên biến đổi lượng mưa năm theo kịch bản BĐKH Đồng thời dự báo được xu hướng biến đổi hệ số tiêu giai đoạn tương lai dưới ảnh hưởng của BĐKH Mức độ thay đổi hệ số tiêu thiết kế tỷ lệ thuận với mức độ tăng lên của tổng lượng trận mưa tiêu Hiện tại các hệ thống mới đảm bảo được khoảng 70% nhu cầu tiêu nước Đến giai đoạn 2030s cũng chỉ đáp ứng được khoảng 55%, năm 2050s đáp ứng được khoảng 45% nhu cầu tiêu của hệ thống
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Ngọc Hải và đồng tác giả (2006) Giáo trình Quy hoạch và thiết kế hệ thống Thủy lợi, tập 1 Nhà xuất bản Xây dựng [2] Bộ Tài nguyên & Môi trường Kịch bản biển đối khí hậu 2016