Nghiên cứu giải pháp đảm bảo nhu cầu cấp nước cho hệ thống thủy nông Sông Nhuệ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi Nguyễn Sơn Tùng xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo nhu cầu
cấp nước cho hệ thống thủy nông Sông Nhuệ dưới tác động của biến đổi khí hậu và đô
thị hóa” là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết
luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kì một nguồn nào và dưới bất
kì hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi
nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.
Tác giả luận văn

Nguyễn Sơn Tùng

i


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành luận văn thạc sĩ này, đầu tiên tôi xin được chân thành cảm ơn
PGS.TS Phạm Việt Hòa, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi thực hiện luận
văn này. Thầy đã đưa ra những gợi ý cũng như giải đáp kịp thời các vấn đề vướng
mắc mà tôi gặp trong quá trình thực hiện luận văn.
Qua đây, tôi xin chân thành cảm ơn 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. Đồng thời,
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.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước,
Trường Đại học Thủy Lợi đã truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm, kiến thức quý
báu trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Lời cuối, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những
người đã luôn quan tâm động viên, chia sẻ những khó khăn trong quá trình hoàn
thành luận văn này.
Do thời gian và kinh nghiệm cũng như kiến thức còn hạn chế nên luận văn không

tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp quý báu từ thầy cô và những độc giả quan tâm.
Tác giả

Nguyễn Sơn Tùng

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................ix
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ...........................xi
MỞ ĐẦU

1

I. Tính cấp thiết của đề tài: .............................................................................................. 1
II. Mục đích của đề tài: ....................................................................................................2
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................2
1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................................2
2. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................................2
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .............................................................. 2
1. Cách tiếp cận ...............................................................................................................2
2. Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................................3
IV. Kết quả dự kiến đạt được: .........................................................................................3
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG

NGHIÊN CỨU 5
1.1

Tổng quan về Biến đổi khí hậu trên thế giới và tại Việt Nam .............................. 5
Khái niệm về Biến đổi khí hậu .............................................................................5
Biến đổi khí hậu trên thế giới ...............................................................................5
Biến đổi khí hậu ở Việt Nam ..............................................................................10

1.2

Tổng quan về quá trình đô thị hóa ......................................................................13
Khái niệm chung về đô thị hóa (ĐTH) ............................................................... 13
Các quá trình của đô thị hóa ...............................................................................14
Tác động tích cực của đô thị hóa ........................................................................14
Tác động tiêu cực của đô thị hóa ........................................................................16
Đô thị hóa tại Hà Nội ..........................................................................................16
iii


1.3

Tổng quan về lưu vực sông Nhuệ....................................................................... 20
Điều kiện tự nhiên khu vực Hệ thống thủy nông sông Nhuệ ............................. 20
Mạng lưới sông ngòi và chế độ thủy văn nguồn nước mặt ................................ 25
Đất đai và thổ nhưỡng ........................................................................................ 26
Hiện trạng dân sinh, kinh tế - xã hội trong hệ thống sông Nhuệ ........................ 26
Nhận xét.............................................................................................................. 33

1.4

Hiện trạng vận hành hệ thống thủy nông Sông Nhuệ ........................................ 34
Hiện trạng công trình .......................................................................................... 34
Đánh giá chất lượng nước của hệ thống ............................................................. 38
Nhận xét.............................................................................................................. 41

1.5

Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài............................. 41
Nghiên cứu ngoài nước ...................................................................................... 41
Nghiên cứu trong nước ....................................................................................... 43

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY NÔNG SÔNG NHUỆ, DƯỚI
ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ĐÔ THỊ HÓA.............................. 45
2.1

Lựa chọn kịch bản Biến đổi khí hậu................................................................... 45

2.2

Dự báo ảnh hưởng của đô thị hóa đến nhu cầu nước của hệ thống.................... 46
Dự báo phát triển khu công nghiệp .................................................................... 49
Phương hướng phát triển ngành nông nghiệp .................................................... 50

2.3

Tính toán nhu cầu nước cho nông nghiệp .......................................................... 52

Tính toán yếu tố khí tượng thủy văn .................................................................. 53
Chọn thời vụ tính toán và tần suất thiết kế ......................................................... 54
Tính toán chọn mô hình thiết kế mưa ................................................................. 54
Lượng bốc hơi mặt ruộng ET0 ............................................................................ 56
Tính toán xác định chế độ tưới ........................................................................... 57
iv


Tính toán xác định nhu cầu nước cho chăn nuôi ................................................62
Tính toán xác định nhu cầu nước cho thuỷ sản ..................................................63
Xác định tổng nhu cầu nước cho nông nghiệp ...................................................64
2.4

Tính toán xác định nhu cầu nước cho các đối tượng sử dụng nước khác ..........64
Tính toán xác định nhu cầu nước cho công nghiệp ............................................64
Tính toán xác định nhu cầu nước cho sinh hoạt: ................................................65
Tính toán xác định dòng chảy môi trường..........................................................66

2.5

Tính toán xác định tổng nhu cầu nước cho các ngành sử dụng nước.................67

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC CHO HỆ

THỐNG THUỶ LỢI SÔNG NHUỆ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ
HẬU VÀ ĐÔ THỊ HOÁ .............................................................................................. 70
3.1

Phân tích, lựa chọn giải pháp công trình ............................................................ 70
Phân tích, đánh giá khả năng cấp nước của hệ thống .........................................70
Phân tích, đề xuất các giải pháp công trình ........................................................74
Sử dụng MIKE 11 để đánh giá các phương án công trình .................................82

3.2

Các giải pháp phi công trình .............................................................................108

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................114
PHỤ LỤC

116

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Diễn biến gia tăng lượng khí CO2 trong khí quyển [3]........................................... 6
Hình 1.2 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của bức xạ tác động với mỗi kịch bản [5] .................. 7
Hình 1.3 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình của Trái Đất từ năm 1880 đến năm 2015 [7] 8
Hình 1.4 Sự thay đổi nhiệt độ diễn ra trên Trái Đất từ năm 1884 đến năm 2015(NASA) .. 8
Hình 1.5 Sự ảnh hưởng của nước biển dâng đến khu vực Đông Nam nước Mỹ ................. 9
Hình 1.6 Tuyết rơi phủ kín kim tự tháp ở Ai Cập (Nguồn: ST) .......................................... 10
Hình 1.7 Đồ thị diễn biến khuynh hướng gia tăng nhiệt độ trung bình tại Hà Nội từ năm
1973 đến năm 2008 ................................................................................................................ 11
Hình 1.8 Đồ thị dự báo nhiệt độ trung bình tại Hà Nội đến năm 2050 ............................... 11
Hình 1.9 Diễn biến mức độ đô thị hóa trên thế giới [14] ..................................................... 13
Hình 1.10 Biểu đồ tỉ lệ dân số đô thị Hà Nội (1986 – 1996) ............................................... 17
Hình 1.11 Số cơ sở doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài tại Hà Nội những năm

đầu mở cửa ........................................................................................................... 17
Hình 1.12 Hình thái đô thị hóa ở Hà Nội qua các thời kì..................................................... 19
Hình 1.13 Quy hoạch chung thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn năm 2050 .......... 20
Hình 1.14 Tổng quan về hệ thống thuỷ lợi Sông Nhuệ........................................................ 22
Hình 1.15 Quy mô phát triển ngành công nghiệp Thường Tín – Phú Xuyên .................... 32
Hình 1.16 Hiện trạng lòng dẫn trục chính sông Nhuệ (đoạn qua Quận Hà Đông) ............ 35
Hình 1.22 Diễn biến hàm lượng DO, COD trên sông Nhuệ vào mùa khô [19] ................. 39
Hình 1.23 Diễn biến hàm lượng NH4+, PO43- trên sông Nhuệ vào mùa khô [19] .............. 39
Hình 1.24 Ô nhiễm sông Tô Lịch mùa kiệt đoạn gần đập Thanh Liệt (Nguồn: ST) ......... 40
Hình 2.1 Biểu đồ về sự thay đổi mức tưới cho nông nghiệp theo khu vực ........................ 61
Hình 2.2 Diễn biến thay đổi nhu cầu nước các ngành sử dụng nước .................................. 68
Hình 1.17 Mực nước thấp nhất thượng lưu cống Liên Mạc các năm gần đây ................... 71
Hình 1.18 So sánh mực nước thực tế tháng 1-2 tại cống Liên Mạc, Hà Đông, Đồng Quan
với mực nước thiết kế tưới mùa kiệt...................................................................................... 72
Hình 1.19 Mực nước đo được tháng 7 - 8 nhiều năm so với mực nước thiết kế tưới đầu vụ
tại cống Liên Mạc ................................................................................................................... 72

vi


Hình 1.20 So sánh lưu lượng thực tế và lưu lượng yêu cầu trong thời gian đầu vụ chiêm tại
điểm đo cống Hà Đông ...........................................................................................................73
Hình 1.21 So sánh lưu lượng thực tế và lưu lượng yêu cầu trong thời gian đầu vụ chiêm tại
điểm đo cống Đồng Quan .......................................................................................................73
Hình 3.1 Mô hình hoá mạng sông với các nhánh sông, các điểm và công trình trên sông 84
Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng mạng lưới sông Nhuệ đưa vào tính toán thủy lực .....................85
Hình 3.3 Quá trình mực nước các cống lớn trên hệ thống từ 11/1/2015 đến 20/1/2015 ....86
Hình 3.4 Diễn biến lưu lượng tại cống Liên Mạc từ 11/01/2015 đến 20/1/2015................87
Hình 3.5 Phương pháp thử dần để xác định bộ thông số của mô hình ................................ 88
Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại cống Hà Đông (K18+180) chỉ

số Nash đạt 86,38% .................................................................................................................89
Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại cống Đồng Quan (K43+600)
chỉ số Nash đạt 96,21%...........................................................................................................89
Hình 3.8 Lưu lượng nước tại cống Liên Mạc trong thời gian từ 21/1/2014 đến
30/1/2014 ............................................................................................................. 92
Hình 3.9 Diễn biến mực nước các cống chính trên hệ thống giai đoạn kiểm định từ
21/1/2014 đến 30/1/2014 ........................................................................................................92
Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại cống Hà Đông (K18+180)
chỉ số Nash đạt 88,02%...........................................................................................................93
Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo và tính toán tại cống Đồng Quan (K43+700)
chỉ số Nash đạt 80,87%...........................................................................................................93
Hình 3.12 Lưu lượng đầu mối cống Liên Mạc sau nâng cấp cải tạo với lưu lượng thiết kế
lớn nhất đạt 50,75 m3/s............................................................................................................96
Hình 3.13 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Hà Đông so sánh với mực nước
thiết kế tưới và lưu lượng yêu cầu vụ Chiêm (PA1) .............................................................96
Hình 3.14 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Đồng Quan so sánh với mực
nước thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA1)....................................................97
Hình 3.15 Mô phỏng lòng dẫn trục chính sông Nhuệ sau khi được nạo vét đồng bộ ........98
Hình 3.16 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Hà Đông so sánh với mực nước
thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA2) .............................................................99

vii


Hình 3.17 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Đồng Quan so sánh với mực
nước thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA2) ................................................... 99
Hình 3.18 Quá trình vận hành máy bơm của trạm bơm Liên Mạc tại lưu lượng tiếp nguồn
(51,98m3/s) và tại điểm đạt công suất cực đại (70m3/s) ..................................................... 100
Hình 3.19 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Hà Đông so sánh với mực nước
thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA3)........................................................... 101

Hình 3.20 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Đồng Quan so sánh với mực
nước thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA3) ................................................. 102
Hình 3.21 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Hà Đông so sánh với mực nước
thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA4)........................................................... 103
Hình 3.22 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Đồng Quan so sánh với mực
nước thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA4) ................................................. 104
Hình 3.23 Kết quả mô phỏng mực nước, lưu lượng tại cống Hà Đông so sánh với mực nước
thiết kế và lưu lượng yêu cầu tưới vụ Chiêm (PA5)........................................................... 105
Hình 3.24 Kết quả mô phỏng mực nước tại cống Đồng Quan so sánh với mực nước thiết kế
tưới vụ Chiêm (PA5) ............................................................................................................ 106

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đặc trưng kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kì cơ sở ............................7
Bảng 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá tốc độ tăng trưởng qua các thời kì ............................... 18
Bảng 1.3 Phân bố diện tích theo cao độ trong hệ thống. ...............................................21
Bảng 1.4 Tổng hợp các tài liệu trung bình nhiều năm của trạm Hà Đông ....................24
Bảng 1.5 Dân số và cơ cấu dân số .................................................................................27
Bảng 1.6 Diện tích một số loại cây trồng trong hệ thống sông Nhuệ năm 2015 ..........28
Bảng 1.7 Số lượng các loại vật nuôi trong khu vực sông Nhuệ ....................................30
Bảng 1.8 Diện tích nuôi trồng thủy sản trong khu vực sông Nhuệ ............................... 31
Bảng 1.9 Số lượng và diện tích các Khu, Cụm công nghiệp thành phố Hà Nội ...........32
Bảng 1.10 Hiện trạng các kênh trục dẫn nước [15] .......................................................36
Bảng 1.11 Mực nước khống chế tại các công trình trên hệ thống [17] .........................36
Bảng 1.13 Kết quả phân tích mẫu nước sông Nhuệ trong mùa khô và mùa mưa .........38
Bảng 2.1 Dự báo mức thay đổi nhiệt độ của khu vực nghiên cứu tại thời điểm năm 20302050 so với thời kì nền ..................................................................................................45
Bảng 2.2 Dự báo mức thay đổi về lượng mưa ngày của khu vực nghiên cứu ..............46
Bảng 2.3 Dự báo dân số nông thôn, thành thị trong khu vực ........................................48

Bảng 2.4 Dự báo diện tích các khu công nghiệp trong vùng ........................................50
Bảng 2.5 Dự báo sự biến đổi diện tích nông nghiệp .....................................................51
Bảng 2.6 Dự báo phát triển ngành chăn nuôi ................................................................ 51
Bảng 2.7 Dự báo phương hướng phát triển diện tích nuôi trồng thuỷ sản ....................52
Bảng 2.8 Năm đại diện ứng với tần suất 85% của các trạm đo trong khu vực .............55
Bảng 2.9 Lượng bốc hơi mặt ruộng ETo cho năm hiện tại và các năm 2030-2050 .......57
Bảng 2.10 Kết quả tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng bình quân trong các giai đoạn vụ
Chiêm............................................................................................................................. 59
Bảng 2.11 Thời vụ và công thức tưới cây vụ Mùa ........................................................59
Bảng 2.12 Thời vụ và công thức tưới cây đậu tương vụ Đông .....................................60
Bảng 2.13 Thời vụ và công thức tưới cây ngô vụ Đông ...............................................60
Bảng 2.14 Dự báo sự thay đổi về mức tưới cho nông nghiệp (mm/ha) ........................61
Bảng 2.15 Dự báo nhu cầu nước ngành chăn nuôi đến năm 2030 và 2050 ..................62
ix


Bảng 2.16 Dự báo nhu cầu nước nuôi trồng thuỷ sản đến năm 2030 – 2050 ............... 63
Bảng 2.17 Dự báo nhu cầu sử dụng nước ngành nông nghiệp năm 2030 -2050 .......... 64
Bảng 2.18 Dự báo nhu cầu nước cho các khu công nghiệp đến năm 2030 -2050 ........ 65
Bảng 2.19 Dự báo nhu cầu nước cho sinh hoạt đến năm 2030 - 2050 ......................... 65
Bảng 2.20 Tổng hợp yêu cầu sử dụng nước cho các ngành trong hệ thống (triệu m3) . 67
Bảng 1.12 Giá trị mực nước thấp nhất đo được tại cống Liên Mạc .............................. 70
Bảng 3.1 Diễn biến nhu cầu nước đầu vụ chiêm từ 11/1 đến 20/1 (Đơn vị: triệu m3) ...... 75
Bảng 3.2 Thông số thiết kế dự án nạo vét hệ thống thuỷ lợi Sông Nhuệ...................... 77
Bảng 3.3 Thông số thiết lập các công trình trong hệ thống trong thời đoạn tính toán.. 87
Bảng 3.4: Kết quả tính toán theo mô hình so sánh với tài liệu thực đo tại các điểm kiểm
tra cống Hà Đông (K18+180) và cống Đồng Quan (K43+600) ................................... 90
Bảng 3.5 Bộ thông số độ nhám của mô hình sau khi hiệu chỉnh .................................. 91
Bảng 3.6 Kết quả kiểm định mô hình so sánh với tài liệu thực đo tại các điểm kiểm tra
cống Hà Đông (K18+180) và cống Đồng Quan (K43+600) ......................................... 94

x


DANH MỤC CHỮ 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
QCVN
RPC

SRES
WHO

Viện Nghiên cứu Không gian Goddard - NASA
Quy chuẩn Việt Nam
Đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative
Concentration Pathwayst)
Báo cáo đặc biệt về kịch bản phát thải (Special Report on Emissions
Scenarios)
Tổ chức y tế thế giới

xi


xii


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày 30/11/2015 Hội nghị thứ 21 Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí
hậu (COP21) đã chính thức được khai mạc tại Paris, Pháp. Với sự góp mặt của 150
nguyên thủ quốc gia và người đứng đầu của 195 quốc gia và vùng lãnh thổ trên toàn
thế giới. Có thể nói tại thời điểm hiện tại, vấn đề về Biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn
cầu đang trở nên nóng hơn bao giờ hết, nó không còn chỉ là nỗi lo riêng của bất cứ một
quốc gia nào, mà đã trở thành nỗi lo chung của toàn nhân loại. Việt Nam của chúng ta
là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nhiều nhất do BĐKH, đặc biệt là ngành nông

nghiệp sẽ phải hứng chịu nhiều tác động lớn nhất do BĐKH gây ra. Đứng trước những
nguy cơ và thách thức này, chúng ta cần phải có những bước đánh giá và nhận định
chính xác, và tìm ra giải pháp nhằm đối phó với những tác động của BĐKH đã, đang
và sẽ tiếp tục xảy ra trong tương lai.
Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển không ngừng trong những năm gần đây, đất nước ta
đang có những bước chuyển mình rõ rệt, từ một quốc gia thuần nông nghiệp đi theo xu
thế chung, hiện nay nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhằm đảm bảo
nền kinh tế, ổn định an sinh xã hội, hướng tới mục tiêu dân giàu nước mạnh xã hội công
bằng, dân chủ, văn minh. Song hành cùng với một nền kinh tế phát triển là quá trình Đô
thị hóa (ĐTH). ĐTH góp phần thúc đẩy phát triển, đẩy mạnh kinh tế - xã hội của khu vực
và nâng cao đời sống nhân dân. Bên cạnh những mặt tích cực đó thì không thể tránh khỏi
những tác động tiêu cực, tốc độ ĐTH quá nhanh cùng với sự kém bền vững, lại không
đồng bộ về kiến trúc, cơ sở hạ tầng, quy hoạch gây nên những hệ quả không thể tránh
khỏi như là: giao thông tắc nghẽn, ô nhiễm môi trường, di dân tự do, chuyển dịch cơ cấu
kinh tế kém hiệu quả và vô số những vấn đề dân sinh - xã hội nan giải khác...
Hệ thống thủy nông Sông Nhuệ là một trong những hệ thống thủy lợi có vị trí địa lý đặc
biệt quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng của
cả nước. Chảy qua phần lớn trên địa bàn Thủ đô Hà Nội, sông Nhuệ được bao bọc bởi
sông Hồng ở phía đông và bắc, sông Đáy ở phía tây và sông Châu Giang ở phía nam.
1


Hệ thống có tổng diện tích tự nhiên phần nằm trong đê là 107.530 ha trong đó khoảng
72.000 ha là đất canh tác. Dưới sự tác động của BĐKH và ĐTH xảy ra trong tương lai chắc
chắn sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến yêu cầu nước của hệ thống, do đó cần phải có những
nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nhằm đảm bảo nhu cầu nước cho hệ thống thủy
nông Sông Nhuệ, hướng tới sự phát triển bền vững của hệ thống trong tương lai.
II. Mục đích của đề tài:
Phân tích, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và đô thị hóa đến yêu cầu nước của hệ
thống thủy nông Sông Nhuệ và đề xuất giải pháp nhằm đảm bảo yêu cầu nước trong

tương lai.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đánh giá nhu cầu sử dụng nước, khả năng đáp ứng
nhu cầu của hệ thống thủy nông Sông Nhuệ thời điểm hiện tại, dự báo nhu cầu sử dụng
nước của hệ thống trong tương lai thời kì năm 2030 – 2050 dưới ảnh hưởng của BĐKH
và ĐTH, đề ra được giải pháp đảm bảo khả năng đáp ứng nhu cầu nước trong tương lai.
2. Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài tập trung đánh giá, nghiên cứu nhu cầu sử dụng nước của các ngành kinh tế
trong phạm vi hệ thống thủy nông Sông Nhuệ.
- Mốc thời kì hiện tại là năm 2015, thời kì tương lai là các năm 2030 và năm 2050
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận lịch sử, kế thừa có 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 theo hướng đa ngành, đa mục tiêu: 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…
2


- Tiếp cận đáp ứng nhu cầu: Là cách tiếp cận dựa trên nhu cầu sử dụng nước hoặc định
mức sử dụng nước của các đối tượng dùng nước, qua đó xây dựng các giải pháp cấp
nước tối ưu cho các đối tượng dùng nước.
- Tiếp cận bền vững: Là cách tiếp cận hướng tới sự phát triển hài hòa giữa các đối tượng
dùng nước dựa trên quy hoạch phát triển, sự bình đẳng, sự tôn trọng những giá trị lịch
sử, truyền thống của các đối tượng dùng nước trong cùng một hệ thống.
2. Phương pháp nghiên cứu:

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học, công nghệ: Bằng cách
kế thừa các công trình nghiên cứu có tính ứng dụng cao, thực tiễn, chọn lọc các kết quả
có giá trị nhằm đưa ra được những nhận xét đa chiều, khách quan, trên nhiều khía cạnh
của vấn đề nghiên cứu.
- Phương pháp điều tra, thu thập các số liệu thực đo về khí tượng, thủy văn, xã hội, dân
sinh, kinh tế để đánh giá hiện trạng, tính toán và dự báo cho tương lai.
- Phương pháp phân tích thống kê các số liệu đã thu thập được để phục vụ mục đích tính
toán trong đề tài nghiên cứu.
- Phương pháp ứng dụng các mô hình toán, thủy văn, thủy lực để tính toán làm cơ sở
lựa chọn các phương án, giải pháp cho yêu cầu của đề tài.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
Luận văn sẽ đạt được các kết quả sau:
- Phân tích, đánh giá và tính toán được nhu cầu nước của hệ thống thủy nông Sông Nhuệ
tại thời điểm hiện tại.
- Dự báo được nhu cầu nước trong tương lai khi chịu sự ảnh hưởng của BĐKH và ĐTH
- Đưa ra phương án giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của BĐKH, ĐTH và giải pháp nhằm
đảm bảo đáp ứng yêu cầu nước cho hệ thống trong tương lai.

3


4


CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG

1.1 Tổng quan về Biến đổi khí hậu trên thế giới và tại Việt Nam
Khái niệm về Biến đổi khí hậu
Biến đổi khí hậu (BĐKH) - Climate Change: Là sự thay đổi của khí hậu trong một
khoảng thời gian dài do tác động của các điều kiện tự nhiên và hoạt động của con người.
Biến đổi khí hậu hiện nay biểu hiện bởi sự nóng lên toàn cầu, mực nước biển dâng và
gia tăng các hiện tượng khí tượng thủy văn cực đoan.
BĐKH và “những ảnh hưởng có hại của BĐKH” là những biến đổi trong môi trường
vật lý hoặc sinh học gây ra những ảnh hưởng có hại đến thành phần, khả năng phục hồi
hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên và được quản lý hoặc đến hoạt động của các
hệ thống kinh tế - xã hội hoặc đến sức khỏe và phúc lợi của con người. [1]
Theo IPCC [2] thì BĐKH 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. BĐKH 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.
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 30oC so với khi không có các chất khí đó.

5


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.
Trên cơ sở đó, 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.

6


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

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 (19862005)

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

RPC2.6

2,6 W/m2

490

1,5
7

Đặc điểm
đường phân
bố cưỡng
bức bức xạ
tới năm 2100

Kịch bản
SRES tương
đương

Tăng dần rồi
ổn định
Đạt cực đại
3,0 W/m2 rồi
giảm

B1
Không có
tương đương


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 năm
1995 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.

Hình 1.3 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình của Trái Đất từ năm 1880 đến năm 2015 [7]
Những vùng nước ấm đã làm tăng sức mạnh cho các cơn bão. 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]

Hình 1.4 Sự thay đổi nhiệt độ diễn ra trên Trái Đất từ năm 1884 đến năm 2015(NASA)
1.1.2.1 . 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,
băng ở Bắc Cực đã bị mất 80% khối lượng của nó. Đây là nguyên nhân hàng đầu khiến
mực nước biển dâng cao, xâm thực mặn vào đất liền,…

8


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
nguy cơ bị tuyệt chủng tăng cao, con người sẽ bị mất nơi cư trú, dịch bệnh và các căn
bệnh lạ, hiểm nghèo...

Hình 1.5 Sự ảnh hưởng của nước biển dâng đến khu vực Đông Nam nước Mỹ
(vùng đậm hơn là phần diện tích bị ngập khi nước biển dâng cao 6m) [6]
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. 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.
c) Ảnh hưởng nền kinh tế
Dễ bị tổn hại nhất là các ngành nông nghiệp, các khu dân cư ở các vùng duyên hải và
đồng bằng ngập lũ ven sông. Đây là nơi nền kinh tế đang phát triển và có mối liên hệ
chặt chẽ với các nguồn tài nguyên nhạy cảm với khí hậu, dễ bị tác động bởi hiện tượng
thời tiết cực đoan và đặc biệt là những nơi đang diễn ra quá trình ĐTH nhanh chóng.
9


Tại các khu vực thời tiết cực đoan xuất hiện ngày càng nhiều cả về tần xuất và mức độ,
các tổn hại về kinh tế và xã hội sẽ càng tăng cao. Tác động của BĐKH sẽ ảnh hưởng từ
khu vực và ngành trực tiếp bị tác động lan sang các khu vực và ngành khác do các mối

liên hệ rộng lớn và phức tạp. Ngày 13/12/2013 lần đầu tiên sau 112 năm xuất hiện cơn
bão tuyết bất thường tại thủ đô Cairo – Ai Cập, chính phủ cũng như người dân Ai Cập
đã phải rất vất vả mới đối phó được hiện tượng này.

Hình 1.6 Tuyết rơi phủ kín kim tự tháp ở Ai Cập (Nguồn: ST)
d) Tác động đến hệ sinh thái
Trong thế kỷ này, khả năng phục hồi của hệ sinh thái dường như đạt ngưỡng do tác động
của BĐKH và các tác động có liên quan khác (lũ lụt, hạn hán, cháy rừng, côn trùng và
tình trạng đại dương bị axit hoá), và các nguồn gây biến đổi khác trên toàn cầu.
Khoảng 20 - 30% các loài động, thực vật đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng nếu như nhiệt
độ trung bình toàn cầu tăng 1,5 - 2,5oC [9]. Tình trạng đại dương bị axit hoá do sự gia
tăng lượng CO2 trong khí quyển có tác động tiêu cực đối với các sinh vật biển họ vỏ
(san hô) và các loài dựa vào chúng.
. Biến đổi khí hậu ở Việt Nam
Theo các kết quả phân tích các số liệu khí hậu cho thấy các yếu tố của khí hậu tại Việt
Nam những năm trước đây có những đặc điểm sau [10]:
Nhiệt độ: Trong 50 năm qua (1958-2007) nhiệt độ trung bình ở Việt Nam tăng lên
khoảng 0,5-0,7 0C. Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè và nhiệt độ ở
10


các vùng khí hậu phía Bắc tăng nhanh hơn ở các vùng khí hậu phía Nam. Nhiệt độ tăng
cao nhất vào mùa đông, thấp nhất vào mùa xuân. Trong 7 vùng khí hậu, khu vực Tây
Nguyên có mức tăng nhiệt độ lớn nhất, khu vực Nam Trung Bộ có mức tăng thấp nhất

Hình 1.7 Đồ thị diễn biến khuynh hướng gia tăng nhiệt độ trung bình tại Hà Nội từ
năm 1973 đến năm 2008

Hình 1.8 Đồ thị dự báo nhiệt độ trung bình tại Hà Nội đến năm 2050
Lượng mưa: Trên từng địa điểm, xu thế biến đổi của lượng mưa trung bình năm trong 9

thập kỷ vừa qua (1911 - 2000) không rõ rệt theo các thời kỳ và trên các vùng khác nhau:
có giai đoạn tăng lên và có giai đoạn giảm xuống. Lượng mưa năm giảm ở các vùng khí
hậu phía Bắc và tăng ở các vùng khí hậu phía Nam. Tính trung bình trong cả nước, lượng
mưa năm trong 50 năm qua (1958 - 2007) đã giảm khoảng 2%. [11]
Theo kịch bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa năm có xu thế tăng ở hầu hết cả
nước, phổ biến từ 5÷10%. Vào giữa thế kỷ, mức tăng phổ biến từ 5÷15%. Một số tỉnh
ven biển Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ có thể tăng trên 20% [12]
11


Dự tính đến cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm ở các vùng đều tăng, 7-10% ở Bắc Bộ và
Bắc Trung Bộ, 2-5% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ so với trung bình thời
kỳ 1980-1999. Đáng chú ý là lượng mưa tăng chủ yếu do lượng mưa trong mùa mưa
tăng. Trái lại, lượng mưa mùa khô giảm, trong đó giảm nhiều nhất ở Tây Nguyên và
Nam Trung Bộ (15 - 20%). [13]
- Không khí lạnh: Số đợt không khí lạnh ảnh hưởng tới Việt Nam giảm đi rõ rệt trong
hai thập kỷ qua. Tuy nhiên, các biểu hiện dị thường lại thường xuất hiện mà gần đây
nhất là đợt không khí lạnh gây rét đậm, rét hại kéo dài 38 ngày 13/1 đến 20/2 năm 2008
ở Bắc Bộ khiến băng giá và mưa tuyết xuất hiện ở nhiều nơi. [11]
Nhận xét:
Qua những con số thống kê trên có thể thấy nước ta sẽ là một trong những quốc gia hứng
chịu nhiều ảnh hưởng của BĐKH toàn cầu. Những điều đang là lợi thế của Việt Nam sẽ
trở thành bất lợi, với bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam vấn đề đầu tiên chúng ta sẽ phải
đối mặt là nước biển dâng lấn sâu vào đất liền, nhấn chìm một phần diện tích đất nước
và các đảo nhỏ. Tình trạng xâm nhập mặn sẽ tác động đến môi trường, con người và các
ngành kinh tế đặc biệt là ngành nông nghiệp và người nông dân sẽ phải chịu ảnh hưởng
trực tiếp. Bên cạnh đó BĐKH còn gây ra những hiện tượng thời tiết cực đoan và vô cùng
nguy hiểm, mùa hè sẽ nóng hơn, mưa lớn hơn, những tháng khô hạn sẽ kéo dài hơn, rét
đậm rét hại kèm theo băng giá xuất hiện. BĐKH sẽ làm thay đổi cuộc sống của con
người, số người chết do ảnh hưởng của BĐKH sẽ gia tăng, con người phải tập và cố

gắng thích nghi để có thể tồn tại.
Dưới ảnh hưởng của BĐKH chế độ thủy văn thay đổi sẽ gây ảnh hưởng không nhỏ đến
tài nguyên nước, mực nước tại các con sông sẽ thấp dần vào mùa kiệt và ngược lại đối
với mùa lũ, do đó nhu cầu sử dụng và phân bổ nguồn nước sẽ có nhiều những biến động
khó có thể lường trước được. Các ngành kinh tế chịu ảnh hưởng trực tiếp như nông
nghiệp, thủy điện, cấp thoát nước,… nhất định sẽ xảy ra cạnh tranh về quyền lợi. Do đó
cần có những dự báo đánh giá chính xác, khách quan về những ảnh hưởng có thể xảy ra
và đề ra những phương án ứng phó nhằm giảm thiểu tối đa những thiệt hại gây ra do
BĐKH.
12


1.2 Tổng quan về quá trình đô thị hóa
Khái niệm chung về đô thị hóa (ĐTH)
Đô thị là một trung tâm dân cư đông đúc, có thể là thành phố, thị xã hay thị trấn, thường
là khu vực có mật độ gia tăng các công trình kiến trúc do con người xây dựng so với các
khu vực xung quanh nó và đô thị là một không gian cư trú của cộng đồng người sống
tập trung và hoạt động trong những khu vực kinh tế “phi nông nghiệp”. Các đô thị được
thành lập và phát triển thêm qua quá trình ĐTH.
ĐTH là sự mở rộng của đô thị, tính theo tỷ lệ phần trăm giữa số dân đô thị trên tổng số
dân hay diện tích đô thị trên diện tích của một vùng hay khu vực nó cũng có thể tính
theo tỷ lệ gia tăng của hai yếu tố đó theo thời gian. Nếu tính theo cách đầu thì nó còn
được gọi là “mức độ đô thị hóa” còn theo cách thứ hai, nó còn được gọi là “tốc độ đô
thị hóa”
ĐTH không phải là một trạng thái, mà nó là một quá trình phát triển rộng rãi lối sống
thị thành qua các mặt dân số, mật độ dân số, chất lượng cuộc sống,….Ở các nước phát
triển (như tại Châu Âu, Mỹ hay Úc) thường có mức độ ĐTH (trên 80%) cao hơn nhiều
so với các nước đang phát triển như Việt Nam (khoảng 35%). Đô thị các nước phát triển
phần lớn đã ổn định nên tốc độ ĐTH thấp hơn nhiều so với các nước đang phát triển.

Hình 1.9 Diễn biến mức độ đô thị hóa trên thế giới [14]
13