- DOI:10.22144/ctu.jsi.2017.056 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ NƯỚC TƯỚI HIỆU QUẢ. - Canh tác lúa, GAMA, mô hình đa tác tử, quản lý nước tưới, Sóc Trăng. - Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu tổng quát là xác định phương pháp quản lý nước tưới hiệu quả cho vùng sản xuất lúa trong khu vực cánh đồng mẫu lớn huyện Ngã Năm, tỉnh Sóc Trăng. - Phương pháp mô hình hóa (mô hình đa tác tử) được sử dụng để mô phỏng tương tác giữa khả năng cung cấp nước của hệ thống kênh rạch, việc vận hành các công trình thủy lợi, nhu cầu nước tưới của các cây lúa và yếu tố con người tham gia vào quá trình quản lý nguồn nước. - Kết quả nghiên cứu cho thấy bộ máy quản lý có nhiều tác nhân tham gia với nhiều khâu trung gian gây khó khăn, chậm trễ cho việc vận hành hệ thống. - Bên cạnh đó, việc thay đổi hành vi trong công tác thực hiện như thay đổi giá trị lớp nước điều tiết trên ruộng (Hmin, Hmax), tận dụng lượng mưa giúp tiết kiệm chi phí vận hành trạm bơm và thích ứng với điều kiện xâm nhập mặn liên tục, kéo dài trong tương lai.. - Xây dựng phương pháp quản lý nước tưới hiệu quả cho vùng canh tác lúa khu vực cánh đồng mẫu lớn huyện Ngã Năm, tỉnh Sóc Trăng. - Công tác quản lý nước tưới là một quá trình phức tạp không chỉ bị tác động bởi các yếu tố tự nhiên (như thời tiết và xâm nhập mặn) mà còn được quyết định bởi các quan điểm, phương thức. - và tương tác của con người tham gia trong bộ máy quản lý. - Tuy nhiên, hiện nay có rất ít các nghiên cứu mô phỏng về hành vi và tương tác giữa các bên liên quan (con người) trong quá trình ra quyết định quản lý nguồn nước cho sản xuất của vùng. - thay đổi của điều kiện tự nhiên và ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. - Điển hình là các mô hình thủy lực đã được phát triển mạnh mẽ nhằm mô phỏng động thái nguồn tài nguyên nước mặt ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) trong hiện tại và tương lai (Tran Quoc Dat et al., 2011. - Bên cạnh đó, các mô hình nước – cây trồng đã được phát triển nhằm đánh giá ảnh hưởng sự thay đổi của các yếu tố khí hậu và nguồn nước lên năng suất lúa ở ĐBSCL (Nguyễn Văn Quí, 2011. - Tuy nhiên, kết quả đầu ra của các mô hình này chưa hỗ trợ cho công tác quản lý nguồn nước phù hợp với nhu cầu của các kiểu sử dụng đất đai trong hiện tại và tương lai. - Do vậy, chính quyền và người dân địa phương đã gặp khó khăn trong việc đưa ra giải pháp quản lý và vận hành hệ thống công trình thủy lợi để đáp ứng được nhu cầu về nguồn nước cho sản xuất.. - Trong những năm gần đây, cánh đồng mẫu lớn (CĐML) đã được phát triển mạnh mẽ tại khu vực để điều tiết nguồn nước cho việc canh tác lúa của vùng. - Tuy nhiên, vấn đề cần quan tâm là việc phối hợp tổ chức thực hiện công tác quản lý nước tưới đang được áp dụng hiện nay tại các CĐML là phù hợp hay chưa trong điều kiện hiện tại và tương lai. - Do vậy, nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định phương pháp quản lý nước tưới hiệu quả cho vùng sản xuất lúa trong khu vực CĐML. - Xây dựng mô hình mô phỏng hành vi của các bên liên quan tham gia trong công tác quản lý nước cho sản xuất lúa trong khu vực CĐML;. - Xác định các kịch bản thay đổi động thái nguồn tài nguyên nước. - Xác định phương pháp quản lý nước hiệu quả ứng với các kịch bản thay đổi trong tương lai.. - Hình 1: ĐBSCL (A) và tỉnh Sóc Trăng (B) 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - 2.1 Vùng nghiên cứu. - Hình 2: Vùng nghiên cứu 2.2 Phương pháp mô hình hóa. - Mô hình đa tác tử (Agent-based Model – ABM) là một lớp các mô hình tính toán mô phỏng các hành động và tương tác của các tác tử độc lập nhằm đánh giá ảnh hưởng của chúng trong hệ thống như một bức tranh toàn thể (Grimm et al., 2005). - Phương pháp phân tích các bên liên quan được thực hiện nhằm xác định các tác tử chính có tham gia trong quá trình ra quyết định quản lý nguồn nước tưới ở khu vực CĐML và phân tích mối quan hệ giữa các tác tử trên. - trên cơ sở đó, tổng hợp, phân loại các đối tượng, xếp hạng vai trò của các đối tượng tham gia vào công tác quản lý nước.. - Việc quyết định phương pháp điều tiết nước cho CĐML thực tế là hoạt động của một trong số các tác tử tham gia trong bộ máy quản lý. - Do vậy, phương pháp tưới được xây dựng dựa vào kết quả khảo sát phương pháp tưới thực tế của người dân tại vùng nghiên cứu. - Bảng 1: Mực nước cần điều tiết theo từng giai đoạn phát triển của cây lúa. - Giá trị Eto được sử dụng để tính toán trong mô hình là 5 mm/ngày.. - Thời điểm điều tiết nước được xác định như sau:. - Các kịch bản được xây dựng dựa trên việc thay đổi hành vi của các tác tử nhằm tìm ra phương pháp điều tiết nước tưới hiệu quả cho CĐML trong tình trạng biến động nguồn nước trong tương lai.. - Thay đổi phương pháp tưới: Theo FAO (2004), thực tế nhu cầu nước theo kinh nghiệm của người dân thường cao hơn nhiều so với nhu cầu thực của cây trồng. - Do vậy, kịch bản áp dụng phương pháp tưới theo các tài liệu hướng dẫn về kỹ thuật tưới cho cây lúa ở từng giai đoạn phát triển (TCVN Bảng 2).. - Thay đổi động thái nguồn tài nguyên nước:. - Bên cạnh đó, lượng mưa cũng được dự báo sẽ thay đổi trong tương lai (TKK and SEA START RC, 2010). - Do vậy, kết quả mô phỏng lượng mưa cho năm 2020 từ mô hình PRECIS theo kịch bản A2 và được điều chỉnh lại theo phương pháp của Vo Quoc Thanh et al. - (2014) được sử dụng cho các kịch bản thay đổi nguồn nước cấp.. - 3.1 Cơ chế và phương pháp quản lý nước trong CĐML. - Các tác tử tham gia trong mô hình bao gồm: (1) Tác tử hình học (hệ thống kênh, rạch, đê bao, cống, trạm bơm) và các tác tử phi hình học (tác tử con người). - Theo đó, các tác tử con người tham gia trong công tác quản lý bao gồm: UBND huyện, Phòng Kinh tế, UBND xã, Trạm Quản lý thủy nông (QLTN) và Ban Quản lý CĐML (BQL CĐML). - Trong đó, BQL CĐML là đối tượng trực tiếp đưa ra các quyết định và trực tiếp điều tiết nước cho sản xuất của cánh đồng. - Công tác quản lý nước tưới trong khu vực CĐML bị ảnh hưởng bởi các hoạt động: (1) Xác định lịch thời vụ (quyết định đến khả năng sử dụng nguồn nước có sẵn trên. - hệ thống kênh rạch đáp ứng nhu cầu nước cho cây trồng trong một mùa vụ), (2) Quản lý xâm nhập mặn của huyện và (3) Hoạt động điều tiết nước tưới của CĐML.. - Cơ chế quản lý nước trong CĐML được thể hiện trong Hình 3. - Việc quản lý xâm nhập mặn của huyện có sự tham gia của các bên liên quan sau: Trạm QLTN, UBND xã, Phòng Kinh tế và UBND huyện. - Hoạt động điều tiết nước tưới của CĐML do BQL CĐML trực tiếp thực hiện, bao gồm: Tính toán lượng nước cần điều tiết theo lớp nước quy định trong từng giai đoạn phát triển của cây lúa (thực hiện độc lập) và vận hành các trạm bơm (có sự tham vấn tình hình XNM của các bên liên quan khác).. - Hình 3: Cơ chế quản lý nước trong CĐML 3.2 Đánh giá mô hình. - Kết quả mô phỏng điều tiết nước trong CĐML ở vụ Đông Xuân được thể hiện như Hình 4. - Theo đó, kết quả mô phỏng của mô hình là phù hợp với thực tế. - Trong trường hợp mực nước vượt hơn giới hạn Hmax (do mưa) sẽ được điều tiết nước ra đến ngưỡng giới hạn quy định. - Bên cạnh đó, số lần bơm nước vào CĐML trong từng giai đoạn phát triển của cây lúa và khoảng cách giữa các lần điều tiết nước so với thực tế là có thể chấp nhận (Bảng 3). - Ngoài ra, dựa trên việc tổng hợp hành vi của các bên liên quan trong việc xác định lịch xuống giống cho CĐML, mô hình cũng cho giá trị tương ứng với lịch xuống giống thực tế của CĐML (kết quả mô hình cho giá trị từ ngày kết quả thực tế ngày . - Do vậy, vận hành của hệ thống được xây dựng trong mô hình là phù hợp với thực tế điều tiết nước ở địa phương. - Bên cạnh đó, mô hình đa tác tử có ưu điểm trong việc mô hình hóa thay đổi hành vi và các tác động tổng hợp trong việc thay đổi hành vi của các tác tử trong công tác quản lý.. - Hình 4: Điều tiết nước trong vụ Đông Xuân. - Mực nước trên ruộng (m). - Mực nước trên ruộng Thời gian lấy nước vào. - Bảng 3: Số lần bơm nước vào và khoảng cách giữa hai lần bơm kết quả mô hình và thực tế. - 3.3 Kịch bản thay đổi phương pháp tưới và thay đổi động thái nguồn tài nguyên nước. - 3.3.1 Kịch bản thay đổi phương pháp tưới Với cùng điều kiện về lượng mưa và xâm nhập mặn như vụ Đông Xuân, kịch bản thay đổi phương pháp tưới tối ưu theo TCVN 8641:2011. - Kết quả mô phỏng điều tiết nước như Hình 5. - Do khoảng chênh lệch giữa mực nước Hmin - Hmax của phương pháp tưới này nhỏ hơn khoảng chênh lệch Hmin - Hmax của phương pháp điều tiết nước đang được áp dụng nên tổng số lần bơm nước vào ruộng để duy trì mực nước trong giới hạn nhiều hơn 5 lần so với hiện tại. - Tuy nhiên, phương pháp này cần ít hơn 10% tổng lượng nước cần bơm (180.000 m 3 ) và giúp tiết kiệm khoảng 240 lít dầu cho việc vận hành trạm bơm so với phương pháp hiện tại đang được CĐML áp dụng.. - Hình 5: Điều tiết nước theo kịch bản thay đổi phương pháp tưới vụ Đông Xuân 3.3.2 Kịch bản thay đổi nguồn tài nguyên nước. - Trong điều kiện các đợt xâm nhập mặn liên tục kéo dài hơn trong tương lai và lượng mưa thay đổi theo kết quả dự báo cho năm 2020, mực nước trong CĐML không duy trì được trong giới hạn Hmin - Hmax vào giai đoạn đầu vụ Hè Thu (Hình 6). - nhưng lại không phân bố đều trong giai đoạn mùa mưa như hiện tại mà tập trung thành những đợt mưa lớn kéo dài (Hình 7) có khả năng gây ngập úng làm tăng hoạt động điều tiết nước ra khỏi ruộng. - Hình 6: Điều tiết nước trong vụ Hè Thu tương ứng với các kịch bản thay đổi xâm nhập mặn và lượng mưa . - Mực nước trên ruộng (cm). - Hình 7: Lượng mưa hiện tại và lượng mưa được dự báo cho năm 2020 3.4 Giải pháp quản lý nước thích nghi với. - thay đổi nguồn tài nguyên nước. - Thay đổi hành vi trong việc lựa chọn phương pháp tưới theo TCVN 8641-2011 có thể giúp giảm lượng nước cần bơm vào ruộng trong một mùa vụ và tiết kiệm chi phí vận hành máy bơm so với phương pháp tưới hiện tại của CĐML. - Tuy nhiên, phương pháp này không giải quyết được vấn đề thiếu nước cho CĐML trong điều kiện các kịch bản thay đổi động thái nguồn tài nguyên nước. - Nguyên nhân do khoảng mực nước Hmin– Hmax được duy trì trên ruộng thấp hơn so với phương pháp tưới đang được áp dụng nên cần số lần bơm nước vào ruộng nhiều hơn. - dụng trong điều kiện xâm nhập mặn và thay đổi lượng mưa như sau:. - Giải pháp 1: Tận dụng lượng mưa trong giai đoạn này, cụ thể: Điều tiết nước theo phương pháp được khuyến cáo của TCVN 8641-2011. - Phương pháp điều tiết nước này (Hình 8) tận dụng được lượng mưa làm nguồn nước trữ trên đồng ruộng do vậy giúp kéo dài thời gian sử dụng nước và hạn chế số lần không bơm được nước vào ruộng do XNM.. - Hình 8: Điều tiết nước theo giải pháp 1 Giải pháp 2: Điều chỉnh phương pháp tưới. - bằng cách kết hợp phương pháp điều tiết đang được CĐML sử dụng và phương pháp theo khuyến cáo của TCVN 8641-2011. - Cụ thể, sử dụng ngưỡng giá trị Hmin theo TCVN 8641-2011 và sử dụng giá trị Hmax theo phương pháp đang được áp dụng nhằm tận dụng lượng mưa, tăng lượng nước. - Do vậy, phương pháp này có thể đảm bảo lượng nước cung cấp cho CĐML trong trường hợp mặn liên tục 7 ngày và 10 ngày. - Với trường hợp mặn liên tục 15 ngày, phương pháp này có thể rút ngắn thời gian không bơm được nước giúp hạn chế vấn đề thiếu nước cho sản xuất (Hình 9).. - Lượng mưa (mm). - Hình 9: Điều tiết nước theo giải pháp 2 Như vậy, với việc thay đổi hành vi của tác tử. - Mô hình mô phỏng hành vi của các bên liên quan tham gia trong công tác quản lý nước cho sản xuất lúa khu vực CĐML huyện Ngã Năm, tỉnh Sóc Trăng đã được xây dựng trên cơ sở ứng dụng mô hình đa tác tử. - Kết quả mô phỏng cho thấy sự vận hành của hệ thống được xây dựng trong mô hình là phù hợp với thực tế công tác quản lý ở địa phương.. - Bên cạnh đó, mô hình đa tác tử có ưu điểm trong việc mô hình hóa thay đổi hành vi và các tác động tổng hợp trong việc thay đổi hành vi của các tác tử trong công tác quản lý. - Do vậy, mô hình có thể được sử dụng làm công cụ hỗ trợ cho chính quyền và người dân trong công tác quản lý nước tưới cho vùng nghiên cứu.. - Trong điều kiện hiện tại, phương pháp quản lý nước tưới đang được áp dụng cho vùng nghiên cứu là phù hợp, đảm bảo được nguồn nước cho sản xuất. - Tuy nhiên, một số khâu trung gian trong công tác quản lý có thể làm tăng thời gian vận hành của hệ thống và ảnh hưởng đến hiệu quả công việc.. - Bên cạnh đó, việc áp dụng phương pháp tưới tiết kiệm nước có thể giúp tiết kiệm được 10% lượng nước cần bơm trong 1 mùa vụ, giúp hạn chế chi phí. - vận hành trạm bơm so với phương pháp tưới hiện tại đang được áp dụng.. - Do vậy, điều chỉnh trong phương pháp quản lý nước như thay đổi giá trị lớp nước Hmin, Hmax, tận dụng nước mưa làm nước trữ có thích ứng được trong điều kiện XNM kéo dài liên tục với các đợt 7, 10 và 15 ngày.. - Đề tài tập trung vào việc mô phỏng hành vi của các bên liên quan trong công tác quản lý nước tưới cho sản xuất của vùng nghiên cứu nên việc mô phỏng cân bằng nước trên đồng ruộng mới được xây dựng ở cấp độ cơ bản nhất. - Vì vậy, đề xuất tiếp tục nghiên cứu phát triển mô hình ở cấp độ chi tiết hơn. - và đo đạc thêm dữ liệu mực nước thực tế trên cánh đồng làm cơ sở so sánh với kết quả mô phỏng của mô hình.. - Quản lý nguồn nước mặt cho hệ thống canh tác lúa vùng bị ảnh hưởng xâm nhập mặn ở ĐBSCL. - Ứng dụng mô hình toán thủy lực một chiều đánh giá và dự báo tình hình xâm nhập mặn trên hệ thống sông chính trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. - Ứng dụng mô hình Aquacrop mô phỏng năng suất lúa trong điều kiện các yếu tố khí hậu thay đổi tại vùng Bắc quốc lộ 1A, tỉnh Bạc Liêu