Môi trường - Tài nguyên

Nghiên cứu xây dựng mô hình quản trị thông minh theo hướng chuyển đổi xanh, kinh tế tuần hoàn để tối ưu khai thác và bảo vệ môi trường cho hệ thống thủy lợi

Thiên Thanh • 10:33 23/05/2026

Nhóm nghiên cứu do TS. Lê Thị Mai Vân – Viện Quy hoạch Thủy lợi đã đề xuất mô hình “Thủy lợi xanh” theo hướng quản trị thông minh

THỰC TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI: ÁP LỰC NGÀY CÀNG LỚN TỪ TÀI NGUYÊN NƯỚC, Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG VÀ MÔ HÌNH QUẢN TRỊ TRUYỀN THỐNG

Hệ thống thủy lợi (HTTL) giữ vai trò quan trọng trong bảo đảm an ninh nguồn nước, phục vụ sản xuất nông nghiệp, phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, trước tác động của biến đổi khí hậu, đô thị hóa và nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, hệ thống thủy lợi Việt Nam đang bộc lộ nhiều hạn chế về hiệu quả khai thác, năng lực quản trị và tính bền vững.

Hiện nay, ngành nông nghiệp sử dụng khoảng 82% tổng lượng nước khai thác hằng năm, tương đương khoảng 65 tỷ m3 nước. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng còn thấp khi diện tích tưới thực tế chỉ đạt khoảng 68% so với thiết kế, cho thấy tình trạng thất thoát nước và vận hành chưa tối ưu vẫn còn phổ biến.

Cùng với đó, ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng tại nhiều hệ thống thủy lợi và lưu vực sông lớn như Bắc Hưng Hải, sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét, sông Nhuệ hay Ngũ Huyện Khê. Ô nhiễm nguồn nước không chỉ ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt mà còn làm suy giảm hệ sinh thái và gia tăng nguy cơ mất an toàn môi trường.

Áp lực nguồn nước cũng đang gia tăng mạnh do công nghiệp hóa, đô thị hóa và biến đổi khí hậu. Dự báo đến năm 2030, nhu cầu sử dụng nước của Việt Nam có thể đạt khoảng 122 tỷ m3/năm, tăng khoảng 1,5 lần so với hiện nay. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, tài nguyên nước Việt Nam đang đối mặt với tình trạng “quá thừa, quá thiếu và quá bẩn”, phản ánh rõ sự phân bố không đồng đều, khai thác thiếu bền vững và suy giảm chất lượng nguồn nước.

Bên cạnh đó, mô hình quản lý và vận hành HTTL hiện vẫn chủ yếu theo phương thức truyền thống, tập trung vào cấp – tiêu nước, thiếu sự tích hợp giữa quản trị tài nguyên nước, môi trường, vận hành công trình và dữ liệu số. Công tác quản lý còn phân tán, thiếu liên kết vùng và chưa tối ưu trên phạm vi toàn hệ thống.

Việc tái sử dụng nước, tận dụng dòng chảy hồi quy còn hạn chế; quá trình vận hành tiêu hao nhiều năng lượng nhưng chưa gắn với mục tiêu phát thải thấp và tăng trưởng xanh. Đặc biệt, hiện chưa có mô hình quản trị thông minh tích hợp cũng như bộ tiêu chí và nền tảng số hỗ trợ đánh giá chuyển đổi xanh cho hệ thống thủy lợi.

Những tồn tại trên cho thấy hệ thống thủy lợi Việt Nam cần được đổi mới toàn diện theo hướng quản trị thông minh, tích hợp, xanh và tuần hoàn nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, bảo vệ môi trường và thích ứng với biến đổi khí hậu trong dài hạn.

XU THẾ PHÁT TRIỂN TOÀN CẦU: HỆ THỐNG THỦY LỢI ĐANG CHUYỂN SANG MÔ HÌNH QUẢN TRỊ XANH – TUẦN HOÀN – THÔNG MINH

Trước áp lực ngày càng lớn từ biến đổi khí hậu, suy giảm tài nguyên nước và ô nhiễm môi trường, nhiều quốc gia trên thế giới đã thay đổi căn bản tư duy phát triển hệ thống thủy lợi. Nếu trước đây công trình thủy lợi chủ yếu được xem là hạ tầng kỹ thuật phục vụ cấp – tiêu nước thì hiện nay, xu hướng phổ biến là tiếp cận hệ thống thủy lợi như một hệ sinh thái tài nguyên tích hợp.

Trong mô hình mới, nước, môi trường, năng lượng, dữ liệu và các dòng vật chất không còn được quản lý riêng lẻ mà được quản trị đồng thời theo nguyên lý tuần hoàn và tối ưu hóa trên nền tảng công nghệ số. Đây được xem là bước chuyển quan trọng từ mô hình khai thác tuyến tính sang mô hình quản trị tổng hợp, hướng tới phát triển xanh và bền vững.

Một trong những xu hướng nổi bật hiện nay là Smart Water – quản trị nước thông minh. Mô hình này ứng dụng Internet vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), hệ thống cảm biến và nền tảng SCADA để giám sát, điều khiển tự động toàn bộ hệ thống nước theo thời gian thực.

Thông qua nền tảng công nghệ số, quá trình khai thác, phân phối, xử lý và giám sát chất lượng nước được vận hành liên tục, đồng bộ và tự động hóa ở mức cao. Hệ thống có khả năng phát hiện nhanh các sự cố rò rỉ, cảnh báo ô nhiễm nguồn nước, giám sát từ xa và tối ưu hóa quá trình vận hành nhằm giảm tiêu hao năng lượng cũng như hóa chất xử lý.

Nhiều quốc gia như Hàn Quốc, Israel và Singapore đã triển khai hiệu quả mô hình Smart Water. Nhờ ứng dụng công nghệ số vào quản trị nước, các quốc gia này đã giảm được khoảng 40-50% thất thoát nước, đồng thời nâng tỷ lệ tái sử dụng nước thải lên tới khoảng 90%. Điều này cho thấy quản trị thông minh không chỉ giúp nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên mà còn góp phần giảm áp lực môi trường và bảo đảm an ninh nguồn nước trong dài hạn.

Song song với Smart Water, công nghệ Digital Twin – “bản sao số” của công trình thực tế cũng đang trở thành xu hướng quan trọng trong quản trị hạ tầng thủy lợi hiện đại. Công nghệ này cho phép tạo lập mô hình 3D động của công trình trên nền tảng số thông qua việc tích hợp BIM, GIS, cảm biến IoT và dữ liệu vận hành theo thời gian thực.

Thông qua Digital Twin, cơ quan quản lý có thể mô phỏng các kịch bản thiên tai như lũ lụt, hạn hán, ô nhiễm hoặc sự cố công trình nhằm dự báo nguy cơ và tối ưu hóa phương án vận hành trước khi triển khai trên thực tế. Đây được xem là công cụ đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng khó lường và nhu cầu điều phối nguồn nước ngày càng phức tạp.

Singapore là quốc gia tiên phong triển khai mô hình “Virtual Singapore” từ năm 2014 được coi là hệ thống Digital Twin cấp quốc gia đầu tiên trên thế giới. Việc ứng dụng mô hình này đã giúp quốc gia này tiết kiệm khoảng 15 triệu USD trong quản lý thoát nước và vận hành hạ tầng đô thị.

Cùng với đó, hệ thống hỗ trợ ra quyết định DSS (Decision Support System) đang trở thành công cụ không thể thiếu trong quản trị tài nguyên nước và vận hành thủy lợi hiện đại. DSS là nền tảng phần mềm tích hợp dữ liệu GIS, mô hình thủy văn và trí tuệ nhân tạo để dự báo mưa, dòng chảy, lũ lụt; mô phỏng kịch bản vận hành hồ chứa, đập thủy lợi và tối ưu hóa nhiều mục tiêu cùng lúc như cấp nước, phát điện, phòng chống lũ và bảo vệ môi trường.

Khả năng trực quan hóa dữ liệu và tính toán theo thời gian thực giúp DSS nâng cao đáng kể năng lực ra quyết định của cơ quan quản lý, đặc biệt trong các tình huống thiên tai cực đoan hoặc điều hành liên hồ chứa quy mô lớn.

Không chỉ tập trung vào chuyển đổi số, nhiều quốc gia còn thúc đẩy mạnh mẽ các giải pháp dựa vào tự nhiên (Nature-based Solutions) nhằm kết hợp hài hòa giữa công trình hạ tầng và hệ sinh thái tự nhiên trong quản trị nguồn nước.

Các giải pháp như phục hồi đất ngập nước, phát triển hệ thống thoát nước tự nhiên, thu gom nước mưa, xây dựng hồ chứa sinh thái hay trồng rừng đầu nguồn đang được xem là hướng đi quan trọng để kiểm soát lũ, cải thiện chất lượng nước và giảm phát thải carbon.

Rwanda hiện được xem là một trong những quốc gia sạch nhất thế giới nhờ định hướng phát triển xanh gắn với bảo vệ môi trường, trong khi Costa Rica nổi bật với tỷ lệ năng lượng tái tạo đạt khoảng 98,84%, cho thấy xu thế kết hợp giữa quản trị tài nguyên, bảo vệ hệ sinh thái và tăng trưởng xanh đang trở thành lựa chọn tất yếu của nhiều quốc gia.

Nhìn tổng thể, xu thế phát triển toàn cầu cho thấy hệ thống thủy lợi hiện đại không còn là tập hợp các công trình đơn lẻ phục vụ cấp – tiêu nước, mà đang chuyển mạnh sang mô hình quản trị tổng thể theo hướng xanh – tuần hoàn – thông minh. Trong mô hình đó, tài nguyên nước được quản trị đồng bộ với môi trường, năng lượng và dữ liệu nhằm tối ưu hóa hiệu quả khai thác, giảm phát thải, tăng khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu và hướng tới phát triển bền vững trong dài hạn.

Đây cũng chính là xu thế tất yếu và cấp thiết đối với Việt Nam trong quá trình đổi mới mô hình quản trị hệ thống thủy lợi hiện nay.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRONG GIAI ĐOẠN MỚI CẦN GÌ?

Trước áp lực từ biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường và nhu cầu sử dụng nước ngày càng gia tăng, hệ thống thủy lợi hiện nay cần được đổi mới theo hướng hiện đại, thông minh và bền vững hơn. Theo nhóm nghiên cứu, công trình thủy lợi trong giai đoạn hiện tại và tương lai cần đáp ứng 4 yêu cầu cốt lõi.

Thứ nhất, cần tối ưu hiệu quả khai thác và tiết kiệm chi phí vận hành nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước, giảm thất thoát tài nguyên và giảm áp lực chi phí quản lý hệ thống.

Thứ hai, cần quản lý và vận hành trên nền tảng công nghệ hiện đại, đẩy mạnh hiện đại hóa hệ thống thông qua ứng dụng IoT, AI, GIS, SCADA, cảm biến và các nền tảng số để giám sát, điều hành theo thời gian thực.

Thứ ba, cần hình thành mạng lưới liên kết vùng và quản lý đồng bộ để điều hòa, phân phối nguồn nước hiệu quả giữa các khu vực, đặc biệt trong điều kiện hạn hán, thiếu nước và thời tiết cực đoan.

Thứ tư, cần kết hợp đa mục tiêu gắn với bảo vệ sinh thái và môi trường bền vững, không chỉ phục vụ tưới tiêu mà còn đáp ứng yêu cầu cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, phòng chống thiên tai và cải thiện môi trường.

Từ yêu cầu thực tiễn đó, mô hình quản trị thông minh theo hướng chuyển đổi xanh và kinh tế tuần hoàn được xác định là xu thế tất yếu đối với hệ thống thủy lợi trong giai đoạn tới.

Theo nhóm nghiên cứu, “chuyển đổi xanh, kinh tế tuần hoàn trong hệ thống thủy lợi” không chỉ là áp dụng các giải pháp tiết kiệm nước hay giảm tiêu hao năng lượng, mà là quá trình chuyển đổi toàn diện mô hình quản trị và vận hành hệ thống dựa trên 4 trụ cột chính.

Gồm sử dụng tài nguyên nước hiệu quả theo hướng tuần hoàn và tái sử dụng nước; giảm ô nhiễm môi trường và giảm phát thải; vận hành thông minh trên nền tảng số; đồng thời khai thác hệ thống theo hướng đa mục tiêu, bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.

ĐỀ XUẤT CÁCH TIẾP CẬN MỚI: QUẢN TRỊ HỆ THỐNG THỦY LỢI THEO HƯỚNG XANH – TUẦN HOÀN – THÔNG MINH

Trước yêu cầu đổi mới mô hình quản trị thủy lợi trong bối cảnh biến đổi khí hậu và chuyển đổi số, nhóm nghiên cứu đề xuất một cách tiếp cận mới mang tính hệ thống và tích hợp đối với hệ thống thủy lợi.

Theo đó, hệ thống thủy lợi không còn được nhìn nhận đơn thuần là công trình cấp – tiêu nước mà được tiếp cận như một hệ sinh thái tài nguyên tuần hoàn được quản trị thông minh trên nền tảng số. Trong mô hình này, các yếu tố như tài nguyên nước, môi trường, năng lượng, dữ liệu và vận hành công trình được liên kết và quản trị đồng thời nhằm tối ưu hiệu quả khai thác và giảm tác động tới môi trường.

Các dòng tài nguyên như nước hồi quy, nước tái sử dụng, năng lượng, dữ liệu vận hành và các nguồn lực phụ trợ khác sẽ được tích hợp trong cùng một hệ thống quản trị. Việc quản lý đồng bộ các nguồn lực này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, giảm thất thoát nước, giảm tiêu hao năng lượng và tăng khả năng tái sử dụng theo hướng kinh tế tuần hoàn.

Điểm cốt lõi của cách tiếp cận mới là tích hợp đồng bộ giữa quản trị hệ thống với chuyển đổi số, vận hành thông minh, phát triển xanh và kinh tế tuần hoàn. Thông qua các bộ tiêu chí đánh giá, công cụ quản lý và nền tảng số hỗ trợ giám sát, cơ quan quản lý có thể theo dõi toàn bộ trạng thái vận hành hệ thống theo thời gian thực, hỗ trợ phân tích dữ liệu và ra quyết định hiệu quả hơn.

Từ cách tiếp cận này, nghiên cứu hướng tới mục tiêu xây dựng mô hình quản trị thông minh cho hệ thống thủy lợi “TL Xanh” theo hướng chuyển đổi xanh và kinh tế tuần hoàn trên nền tảng số.

Mô hình được kỳ vọng sẽ góp phần tối ưu hóa khai thác công trình; nâng cao hiệu quả sử dụng và tái sử dụng tài nguyên nước; giảm ô nhiễm môi trường và phát thải; đồng thời nâng cao năng lực quản trị, vận hành thông minh và bảo vệ môi trường trong dài hạn.

Để triển khai mô hình TL Xanh, nhóm nghiên cứu đề xuất nhiều hợp phần quan trọng.

Trước hết là xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thủy lợi làm nền tảng cho quản trị số và vận hành thông minh. Hệ thống dữ liệu này sẽ tích hợp thông tin về công trình, nguồn nước, môi trường, vận hành và hiện trạng khai thác nhằm phục vụ giám sát và điều hành đồng bộ trên phạm vi toàn hệ thống.

Bên cạnh đó là thiết lập hệ thống tuần hoàn cơ bản gồm khu tưới, tiêu, xử lý tại chỗ và tái sử dụng nước hồi quy nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và giảm áp lực lên nguồn nước tự nhiên.

Nghiên cứu cũng đề xuất xây dựng hệ thống đánh giá và giám sát môi trường đối với hệ thống thủy lợi và vùng cấp nước nhằm kiểm soát chất lượng nước, phát hiện sớm nguy cơ ô nhiễm và hỗ trợ bảo vệ hệ sinh thái.

Một nội dung quan trọng khác là đánh giá mức độ chuyển đổi xanh của hệ thống thủy lợi thông qua bộ chỉ số gồm 7 nhóm tiêu chí: Hiệu quả sử dụng và tái sử dụng nước; hiệu quả khai thác và vận hành công trình; hiệu quả môi trường; mức độ giảm ô nhiễm và phát thải; hiệu quả sử dụng năng lượng; mức độ chuyển đổi xanh; mức độ ứng dụng chuyển đổi số và vận hành thông minh.

Theo nhóm nghiên cứu, cấu trúc tổng thể của mô hình TL Xanh sẽ bao gồm các hợp phần chính như: Cơ sở dữ liệu đầu vào; thiết lập hệ thống tuần hoàn; quản trị hệ thống; giám sát môi trường; bộ chỉ số đánh giá chuyển đổi xanh; cùng hệ thống hỗ trợ vận hành, ra quyết định và đề xuất giải pháp.

Đây được xem là nền tảng quan trọng để từng bước chuyển đổi hệ thống thủy lợi Việt Nam từ mô hình quản lý truyền thống sang mô hình quản trị hiện đại theo hướng xanh, thông minh và phát triển bền vững.

PHƯƠNG ÁN HỢP TÁC: LIÊN KẾT “3 NHÀ” ĐỂ TRIỂN KHAI MÔ HÌNH TL XANH

Để triển khai hiệu quả mô hình quản trị thông minh theo hướng chuyển đổi xanh và kinh tế tuần hoàn cho hệ thống thủy lợi, nhóm nghiên cứu đề xuất phương án hợp tác theo mô hình “3 nhà” gồm nhà quản lý, viện nghiên cứu và doanh nghiệp nhằm bảo đảm tính đồng bộ từ nghiên cứu, thí điểm đến ứng dụng thực tế.

Trong đó, Bộ Nông nghiệp và Môi trường giữ vai trò cơ quan quản lý, hỗ trợ cơ chế, làm đầu mối phối hợp và tạo điều kiện triển khai các mô hình thí điểm. Đồng thời, Bộ sẽ tiếp nhận, xem xét khả năng ứng dụng và nhân rộng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý hệ thống thủy lợi.

Viện Quy hoạch Thủy lợi là đơn vị chủ trì nghiên cứu, xây dựng mô hình TL Xanh, bộ tiêu chí và công cụ đánh giá. Viện cũng sẽ tổ chức triển khai thí điểm, hoàn thiện mô hình, đánh giá hiệu quả và chuyển giao kết quả nghiên cứu phục vụ ứng dụng thực tế.

Trong khi đó, Công ty CPĐT Kiến tạo Xanh Group phối hợp cùng Hội Nước và Môi trường Việt Nam tham gia với vai trò đối tác ứng dụng, hỗ trợ đề xuất các giải pháp thực tiễn, đánh giá tính khả thi cũng như khả năng triển khai và nhân rộng mô hình trong thực tế.

Theo nhóm nghiên cứu, mô hình hợp tác “3 nhà” sẽ giúp gắn kết chặt chẽ giữa quản lý nhà nước, nghiên cứu khoa học và nhu cầu thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng và tính bền vững của mô hình TL Xanh trong tương lai.

DỰ KIẾN HIỆU QUẢ NGHIÊN CỨU

Về khoa học và công nghệ, nghiên cứu được kỳ vọng sẽ góp phần bổ sung cơ sở lý luận và thực tiễn về áp dụng kinh tế tuần hoàn trong hệ thống thủy lợi. Đồng thời, xây dựng được bộ công cụ có khả năng lượng hóa, đánh giá và hỗ trợ lựa chọn phương án áp dụng phù hợp đối với từng khu vực và hệ thống công trình.

Về kinh tế, mô hình TL Xanh sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nước, giảm thất thoát tài nguyên, giảm chi phí vận hành, tăng khả năng tái sử dụng nước và tận dụng hiệu quả hơn các nguồn lực trong hệ thống, qua đó nâng cao hiệu quả khai thác công trình thủy lợi.

Về môi trường, mô hình hướng tới kiểm soát ô nhiễm, cải thiện chất lượng môi trường nước, giảm phát thải và thúc đẩy vận hành hệ thống theo hướng xanh, bền vững hơn.

Về xã hội và quản lý, nghiên cứu sẽ hỗ trợ cơ quan quản lý và các đơn vị khai thác công trình thủy lợi có thêm công cụ phục vụ giám sát, điều hành và ra quyết định. Đồng thời góp phần nâng cao năng lực tổ chức vận hành, tạo cơ sở cho việc xây dựng chính sách, hướng dẫn kỹ thuật và từng bước nhân rộng mô hình tại các khu vực có điều kiện tương đồng.

Theo nhóm nghiên cứu, xây dựng mô hình quản trị thông minh theo hướng chuyển đổi xanh và kinh tế tuần hoàn nhằm tối ưu khai thác và bảo vệ môi trường cho hệ thống thủy lợi là xu hướng tất yếu trong phát triển tài nguyên nước gắn với nông nghiệp, nông thôn mới và năng lượng xanh.

Hiện nay, nghiên cứu về mô hình TL Xanh mới ở giai đoạn đầu, tuy nhiên đã có những cơ sở quan trọng để triển khai theo hướng khả thi và thuận lợi. Dự kiến trong giai đoạn 2026-2028 sẽ triển khai 2 mô hình thí điểm để đánh giá hiệu quả thực tế và hoàn thiện mô hình quản trị.

Nhóm nghiên cứu cho rằng, để mô hình TL Xanh thành công cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa cơ quan quản lý, viện nghiên cứu, doanh nghiệp và các đơn vị thụ hưởng trong quá trình triển khai và ứng dụng thực tế.

Trong dài hạn, việc mở rộng hợp tác và nhân rộng mô hình quản trị thông minh TL Xanh được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy phát triển nông thôn mới, nâng cao hiệu quả quản trị tài nguyên nước, bảo vệ môi trường và phát triển năng lượng xanh theo hướng bền vững.

TS. Lê Thị Mai Vân - Viện Quy hoạch Thủy lợi