Nâng cao khả năng cấp nước cho sản xuất nông nghiệp thông qua cải tiến quy trình vận hành theo thời điểm nồng độ mặn phù hợp tại hệ thống trạm bơm tưới Tứ Câu tỉnh Quảng Nam
01/07/2013Việt Nam là một nước có vị trí địa lý và điều kiện địa hình dễ bị thiên tai nhất trên thế giới . Việt Nam bị đe dọa bởi bão, lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, lở đất, cháy rừng, trong đó xâm nhập mặn thường xuyên xảy ra, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất nông nghiệp. Bài viết giới thiệu hướng giải quyết vấn đề thiếu nước cho sản xuất nông nghiệp do xâm nhập mặn thông qua quản lý và vận hành hệ thống thủy nông Tứ Câu, tỉnh Quảng Nam
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn là một trong những lưu vực sông lớn nhất của Việt Nam với tổng diện tích lên tới hơn 10,000 km2. Hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn bao gồm 2 nhánh chính là sông Vu Gia và sông Thu Bồn. Vĩnh Điện là một con sông đào nối giữa sông Vu Gia và sông Thu Bồn, hướng dòng chảy từ phía sông Thu Bồn qua sông Vu Gia và đổ ra biển Đông qua cửa biển Đà Nẵng.
Hệ thống trạm bơm tưới Tứ Câu thuộc tỉnh Quảng lấy nước từ sông Vĩnh Điện nằm trong vùng chịu ảnh hưởng mạnh bởi thủy triều từ hướng cửa biển Đà Nẵng (cách trạm bơm Tứ Câu khoảng 22km về phía Bắc). Hệ thống có nhiệm vụ đảm bảo cấp nước cho gần 600 ha lúa của xã Điện Ngọc, huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam..
Theo “Quy định quản lý, vận hành và bảo vệ hệ thống công trình Thủy lợi” do Công ty khai thác công trình thủy lợi tỉnh Quảng Nam ban hành năm 2009, quy định cụ thể là chỉ khi nguồn nước trên sông Vĩnh Điện dưới 0.8‰ thì trạm bơm Tứ Câu mới được phép vận hành cấp nước cho sản xuất nông nghiệp.
Trong những năm gần đây, dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu, nước biển dâng đã khiến cho sông Vĩnh Điện bị xâm nhập mặn ngày càng tăng từ cửa biển Đà Nẵng. Từ năm 2004 trở về trước, nồng độ mặn trên sông Vĩnh Điện cao nhất cũng chỉ đạt 2‰, nhưng từ năm 2005 trở lại đây nồng độ mặn thường xuyên trên 5‰, đặc biệt có khi lên tới 12‰ trong năm 2008, thời gian bị xâm nhập mặn chủ yếu là vụ Đông Xuân. Mặc dù trong khu tưới có 2 hồ tự nhiên là hồ Cung và hồ Sen nhưng các hồ này vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu cấp nước cho sản xuất nông nghiệp.
Thực trạng đó khiến trạm bơm phải dừng vận hành trong một thời gian dài, thiếu nước và mất mùa đã ảnh hưởng tới an ninh lương thực trong khu vực. Chính vì vậy, vấn đề cấp bách đặt ra là phải có một giải pháp cho hệ thống tưới Tứ Câu để tăng nguồn nước tưới cho sản xuất nông nghiệp.
Hình 1.1: Thống kê diện tích canh tác suy giảm qua các năm của hệ thống tưới Tứ Câu
II. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN - Xác định lượng nước cần cho hệ thống thủy nông Tứ Câu thông qua tính toán cân bằng nước bằng các phần mềm như Cropwat 8.0 (FAO). - Xác định được khả năng cấp nước của hệ thống thủy nông Tứ Câu bằng các phân tích hiện trạng công trình của hệ thống như: trạm bơm, kênh chính, kênh vượt cấp… - Xác định lượng nước tưới bị thiếu qua việc so sánh giữa lưu lượng nước yêu cầu (QWD) và lưu lượng cấp nước thực tế (QWSL) của toàn hệ thống tưới. - Đề xuất các giải pháp quản lý và vận hành (O&M) của hệ thống thủy nông Tứ Câu dựa trên các điều kiện tự nhiên vốn có của địa phương như: hồ điều hòa và chế độ triều. III. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Sau khi khảo sát tại khu vực nghiên cứu cho thấy, thời gian xâm nhập mặn tác động đến sản xuất nông nghiệp chủ yếu là vào vụ Đông Xuân, từ tháng 5 đến giữa tháng 8 hàng năm. 3.1. Tính toán nhu cầu nước của toàn hệ thống Tính toán nhu cầu nước của một hệ thống thủy nông Tứ Câu bằng phần mềm CropWAT 8.0. Đây là chương trình tính toán tưới cho các loại cây trồng đã được áp dụng phổ biến trên toàn thế giới, được tổ chức Lương thực - Nông nghiệp của Liên hiệp quốc (FAO) phát triển. Các số liệu đầu vào được kiểm tra và xử lý cẩn thận trước khi chạy mô hình bao gồm: - Các liệt số liệu: nhiệt độ cực đại và cực tiểu trong ngày, độ ẩm trung bình, tốc độ gió, nắng, cường độ chiếu sáng, lượng mưa hàng tháng và lượng mưa hữu ích. - Các số liệu nông nghiệp: lịch thời vụ cho lúa vụ Hè Thu và vụ Đông Xuân, giai đoạn sinh trưởng của cây lúa, tính chất vật lý của đất canh tác. Số liệu tính toán ban đầu cho 240 ha lúa hai vụ được thể hiện trong hình 3.1 dưới đây. 3.2. Tính toán khả năng cấp nước của toàn hệ thống Khả năng cấp nước của toàn hệ thống tưới ngoài công trình đầu mối như trạm bơm hoặc cống lấy nước, hệ thống kênh mương cấp I, cấp II hoặc vượt cấp còn phụ thuộc rất nhiều vào diễn biến nồng độ mặn và mực nước trên sông. Tất cả các yếu tố quan trắc về nồng độ mặn cần phải được đưa vào các công thức tính toán khả năng cấp nước cho công trình đầu mối trạm bơm. Từ kết quả tính toán như đã đề cập ở trên, tác giả đã xác định được mối tương quan giữa lưu lượng nước yêu cầu (QWD) và lưu lượng cấp nước thực tế (QWSL) cho hệ thống thủy nông Tứ Câu dưới tác động của xâm nhập mặn như sau: Hình 3.1. Mối quan hệ giữa lưu lượng nước yêu cầu (QWD) và lưu lượng cấp nước thực tế (QWSL) của hệ thống tưới Qua kết quả tính toán được thể hiện ở biểu đồ trên cho thấy giai đoạn thiếu nước xảy ra từ ngày 07/ 7/ 2011 đến ngày 29/ 7/ 2011; Tổng lượng nước thiếu (VThiếu) trong giai đoạn này ước tính vào khoảng 167,022 m3. Kiểm tra với kết quả khảo sát thực tế vào tháng 10 năm 2011 cho kết quả tương đối chính xác. IV. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 4.1. Phương pháp giải quyết nâng cao khả năng cấp nước thông qua quản lý và vận hành Nghiên cứu cho hệ thống tưới Tứ Câu, huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam đưa ra hai giải pháp chính như sau: a) Chuyển đổi hồ Sen và hồ Cung trong khu tưới trở thành các hồ điều hòa và đưa quy trình vận hành của chúng vào quy trình vận hành của toàn hệ thống tưới. Tổng lượng nước bị nhiễm mặn được phép bơm thêm vào các hồ điều hòa phụ thuộc và các yếu tố sau: - Tổng trữ lượng hữu ích của 2 hồ chứa (vào khoảng 105,000 m3); - Nồng độ mặn ban đầu của 2 hồ chứa (khoảng 0‰); Khi bơm nước vào phải đảm bảo tỉ lệ “Nước ngọt : Nước mặn ≤ 0.8‰” (yêu cầu này cần phải được kiểm tra bằng các thí nghiệm mẫu nước hiện trường như bảng 4.1 dưới đây) Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm mẫu nước hiện trường cho một số nồng độ mặn Tỉ lệ pha Nồng độ muối sau khi pha (‰) Nồng độ ban đầu 1‰ 2‰ 3.4‰ 4.8‰ 5.5‰ 8.1‰ 1 mặn : 1 ngọt 0.46 1.10 1.70 2.40 2.75 4.05 1 mặn : 2 ngọt 0.34 0.67 1.10 1.70 1.83 2.70 1 mặn : 3 ngọt 0.25 0.50 0.90 1.15 1.38 2.03 1 mặn : 4 ngọt 0.22 0.40 0.70 0.95 1.10 1.62 1 mặn : 5 ngọt 0.17 0.33 0.57 0.87 0.92 1.35 1 mặn : 6 ngọt 0.15 0.28 0.49 0.67 0.79 1.16 1 mặn : 7 ngọt 0.13 0.26 0.43 0.61 0.69 1.01 1 mặn : 8 ngọt 0.12 0.22 0.38 0.55 0.61 0.90 1 mặn : 9 ngọt 0.11 0.19 0.33 0.49 0.55 0.81 1 mặn : 10 ngọt 0.04 0.18 0.30 0.42 0.50 0.74 (Nguồn: Nguyễn Đức Việt cùng các nhân viên cụm thuỷ nông Tứ Câu, 2011 Như vậy, trong thời gian nước sông Vĩnh Điện có độ mặn lớn hơn 0.8‰, trạm bơm Tứ Câu vẫn tiếp tục hoạt động để bơm nước vào 02 hồ với dung tích cho phép (Vhđh) là: Bảng 4.2: Tổng lượng nước được phép bơm thêm vào các hồ điều hoà theo từng nồng độ Nồng độ mặn trên sông 1‰ 2‰ 3.4‰ 4.8‰ 5.5‰ 8.1‰ Vhđh (m3) 105,000 96,500 48,250 32,167 32,167 19,300 Lượng nước sau khi bơm vào các hồ điều hoà sẽ đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng nước để tưới cho lúa (≤ 0.8‰). Tuy nhiên, cũng có một số các lưu ý là: - Trong quá trình bơm nước nhiễm mặn vào các hồ điều hoà, toàn bộ các cửa cống dẫn vào các kênh cấp 1 hoặc vượt cấp phải được đóng kín. - Sau mỗi vụ Đông Xuân cần phải có các biện pháp bơm tháo lượng nước dư trong các hồ điều hoà ra ngoài sông Vĩnh Điện để đảm bảo nồng độ ban đầu (khoảng 0‰) cho vụ tiếp theo. a) Vận hành trạm bơm tưới Tứ Câu dựa trên chế độ triều Mặc dù tại cửa biển Đà Nẵng là nơi có cả hai chế độ "nhật triều" và "bán nhật triều", nhưng trong giai đoạn nghiên cứu từ ngày 07/7/2011 đến ngày 29/7/2011 thì tại đây chỉ có chế độ "bán nhật triều". Nghiên cứu mối quan hệ thay đổi giữa nồng độ mặn và biên độ triều trong một số ngày tại khu vực nghiên cứu đã đưa ra kết luận “Triều lên – mặn tăng; Triều xuống – mặn giảm”. Do đó, cần phải nắm bắt và tận dụng thời gian để vận hành trạm bơm sao cho có hiệu quả nhất. Giải pháp chính là sự kết hợp giữa phần mềm mô hình triều WX Tide_32 version 4.7 tại cửa biển Đà Nẵng và thời gian vận hành trạm bơm Tứ Câu. Hình 4.1. Mối quan hệ giữa nồng độ mặn trên sông Vĩnh Điện và mức nước triều tại cửa biển Đà Nẵng Thay đổi O&M theo biên độ triều: - Khi nồng độ muối ≥0.8‰: không bơm và tiếp tục đo mặn; - Khi nồng độ mặn <0.8‰: Chạy phần mềm WX Tide_32 version 4.7 được phát triển bởi Dave Flate tại cửa biển Đà Nẵng nếu: + Triều lên: “Không bơm và tiếp tục đo mặn”. + Triều xuống: Lập tức bơm, trong quá trình bơm vẫn tiếp tục đo mặn 30 phút/lần. Nếu nồng độ mặn ≥0.8‰, lập tức dừng bơm Phần mềm mô hình triều WX Tide_32 được phát triển bởi tác giả Dave Flate, từ ngày 10/02/1998 phần mềm đã được công bố trên mạng Internet bởi tổ chức Phần mềm Miễn phí (FSF). Từ đó đến nay được sự góp sức của 9,500 trạm quan trắc thuỷ văn trên thế giới với mục đích phục vụ vận tải đường biển và đã được đánh giá cao. WX Tide_32 version 4.7 là phiên bản mới nhất hiện nay có khả năng dự đoán thuỷ triều đến năm 2037. Trong phần phềm WX Tide_32 version 4.7, cửa biển Đà Nẵng là một trong những địa điểm được miễn phí truy cập mô hình triều, đây là lợi thế rất lớn để phục vụ nghiên cứu không chỉ cho công tác vận tải đường biển mà còn cho cả công tác quản lý thuỷ lợi trong khu vực. Kết quả quy trình quản lý và vận hành (O&M) của hệ thống thống trạm bơm tưới Tứ Câu được thể hiện như sau: Hình 4.2: Sơ đồ quy trình vận hành cũ của trạm bơm Tứ Câu. (hình trên) và Hình 4.3: Sơ đồ quy trình vận hành mới sau khi thay đổi O&M theo biên độ triều (hình dưới) Như vậy, thay vì việc áp dụng quy trình đo mặn liên tục trong 3 giờ như trong “Quy định quản lý, vận hành và bảo vệ hệ thống công trình Thủy lợi” trước khi ra quyết định bơm, thì nay dựa trên mô hình triều WX Tide_32 sẽ giúp các cán bộ thuỷ nông ra quyết định sớm hơn 2 giờ so với trước. Điều đó đặc biệt quan trọng vì trong những ngày bán nhật triều, trạm bơm Tứ Câu sẽ vận hành được thêm 4 giờ mỗi ngày, kết quả tính toán cho một con số cụ thể là: VTriều= số ngày nước sông bị mặn × 4 giờ × Qbơm × 4.2. Nhận xét kết quả tính toán sau khi áp dụng các giải pháp mới Theo kết quả tính toán sơ bộ ban đầu, khi áp dụng đồng thời 2 giải pháp thay đổi trong quản lý và vận hành hệ thống thống tưới Tứ Câu sẽ giải quyết được hoàn toàn hoặc một phần tổng lượng nước bị thiếu (VThiếu = 167,022 m3) phụ thuộc vào nồng độ mặn trên sông Vĩnh Điện. Hình 4.4: Mối quan hệ giữa tổng lượng nước thu được sau khi thay đổi O&M (VThu được )với tổng lượng nước thiếu (VThiếu) theo các thời điểm mặn trong vụ Đông Xuân năm 2011 Từ biểu đồ, đánh giá tổng quát trên cho thấy nếu nồng độ mặn trên sông Vĩnh Điện nhỏ hơn 3.4‰ thì việc thay đổi O&M của hệ thống tưới sẽ đủ để đảm bảo cho tưới cho sản xuất nông nghiệp; nhưng khi nồng độ mặn xảy ra trên sông Vĩnh Điện lớn hơn ngưỡng 3.4‰ thì vẫn sẽ ra thiếu nước. Tuy nhiên, lượng nước thiếu này không quá lớn (tại nồng độ mặn 8,1‰ vào khoảng 20,000 m3) nên đề xuất là cần thay đổi cơ cấu cây trồng trong những vụ Đông Xuân; từ trồng lúa sang các loại cây trồng sử dụng ít nước hơn như ngô, đậu tương, lạc và các loại rau màu. Chuyển đổi cơ cấu áp dụng cho những khu vực cách xa hồ điều hòa hoặc các khu vực dẫn nước tưới một cách khó khăn. V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận Thay đổi trong quản lý và vận hành của hệ thống thủy nông sẽ mở ra một cách nhìn mới về công tác lấy nước và thu trữ nước có sự trợ giúp của các phần mềm mô hình triều tại các cửa biển, trong khu vực nghiên cứu đã đề xuất sử dụng phần mềm WX Tide_32 version 4.7 được phát triển bởi Dave Flate. Dựa trên quá trình lên xuống của chế độ triều trong ngày để đưa ra một số các thay đổi trong quản lý và vận hành của hệ thống tưới cụ thể là xây dựng vận hành hồ điều hòa và vận hành các công trình đầu mối dựa trên chế độ triều với mục tiêu tăng nguồn nước tưới trong tháng 7 của vụ Đông Xuân. Các đề xuất đã tính toán một cách cụ thể và đưa ra các phép so sánh khi áp dụng các thay đổi O&M của hệ thống tưới Tứ Câu trong thời gian chịu tác động của xâm nhập mặn. Tóm lại, hai giải pháp quản lý và vận hành nêu trên được nghiên cứu dựa vào các điều kiện tự nhiên vốn có của của địa phương. Tại Việt Nam, các điều kiện như thuỷ triều và hồ chứa khá phổ biến cho các khu vực ven biển. Đây cũng là điều kiện thuận lợi để áp dụng các kết quả nghiên cứu này cho các khu vực khác. 5.2. Kiến nghị Cần phải nhanh chóng triển khai áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật trong công tác quản lý và vận hành các hệ thống thủy nông, đặc biệt là đối với các hệ thống tưới tại các vùng có ảnh hưởng triều; đây cũng là nơi dễ bị tổn thương do các tác động Trong tương lai, nhằm thích ứng được với các biến đổi cực đoan của BĐKH cần phải có một kế hoạch dài hạn để hiện đại hóa các hệ thống thủy lợi từ công trình đầu mối tới mặt ruộng, đảm bảo đáp ứng tính tin cậy và linh hoạt của hệ thống thủy nông. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dave Flate. Phần mềm mô hình thủy triều WX Tide_32 version 4.7. [2] Nguyễn Đức Việt. Kết quả luận án Thạc sĩ Khoa học “Nâng cao khả năng cấp nước cho sản xuất nông nghiệp thông qua quản lý và vận hành có xem xét đến sự thích ứng của xâm nhập mặn, khu vực nghiên cứu: Hệ thống thủy nông Tứ Câu, tỉnh Quảng Nam”, trường Đại học Khoa học và Ứng dụng Công nghệ Cologne- CHLB Đức, 2011. [3] Nguyễn Ngọc Thủy. Bài báo khoa học “Chế độ triều của Việt Nam”, nhà xuất bản Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2011. [4] Nguyễn Tùng Phong. Báo cáo hội thảo “Tổng quan về khái niệm hiện đại hóa thủy lợi”, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, 2006. Tác giả: ThS. Nguyễn Đức Việt Tạp chí KH&CN Thủy lợi
Tứ Câu dưới tác động của xâm nhập mặn
trong ngày 08/7/2011
= 115,200m3
của BĐKH cụ thể là xâm nhập mặn.
Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường
Ý kiến góp ý:
