Luận văn Thạc sĩ Biến đổi khí hậu: Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến sự biến đổi hạn hán tỉnh Ninh Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu tổng quát của luận văn là ứng dụng các phương pháp tính toán chỉ số hạn trong khí tượng, thủy văn và nông nghiệp để tính toán và đánh giá tác động của BĐKH đến sự biến đổi hạn hán, đề xuất các giải pháp thích ứng và phòng chống hạn hán trong tương lai tại tỉnh Ninh Bình. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Biến đổi khí hậu: Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến sự biến đổi hạn hán tỉnh Ninh Bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC PHAN TRƢỜNG DUÂN ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI HẠN HÁN TỈNH NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội – 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC PHAN TRƢỜNG DUÂN ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI HẠN HÁN TỈNH NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chƣơng trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: TS. Ngô Đức Thành Hà Nội – 2014
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, đề tài: “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến sự biến đổi hạn hán tỉnh Ninh Bình”. Trong quá trình thu thập số liệu, tài liệu, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi luôn đón nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình từ các cơ quan, tổ chức, các thầy giáo, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, ngƣời thân. Đặc biệt với sự hƣớng dẫn trực tiếp của thầy giáo TS. Ngô Đức Thành, sự đóng góp ý kiến của NCS. Ngô Thị Thanh Hƣơng đã giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Ngô Đức Thành, các thầy cô giáo, các cán bộ Khoa Sau đại học - Đại học Quốc Gia Hà Nội, các bạn bè, đồng nghiệp, ngƣời thân đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến, khích lệ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Trong khuôn khổ một luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp. Xin trân trọng cảm ơn! Ninh Bình, ngày 06 tháng 11 năm 2013 Tác giả Phan Trƣờng Duân
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HẠN HÁN VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ....... 4 1.1. Tổng quan chung về khái niệm hạn ............................................................... 4 1.1.1. Khái niệm về hạn hán................................................................................. 4 1.1.2. Nguyên nhân gây ra hạn hán ...................................................................... 5 1.1.3. Phân loại hạn hán ....................................................................................... 6 1.2. Tổng quan nghiên cứu hạn hán trên thế giới.................................................. 8 1.2.1. Ở Mỹ .......................................................................................................... 12 1.2.2. Ở Úc .......................................................................................................... 13 1.2.3. Ở Trung Quốc ........................................................................................... 13 1.2.4. Một số nước và tổ chức khác .................................................................... 13 1.3. Tổng quan nghiên cứu hạn hán ở Việt Nam ................................................ 14 1.3.1. Đặc điểm hạn hán trong những năm gần đây ở Việt Nam ....................... 14 1.3.2. Những nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam ............................................... 17 1.4. Giới thiệu khu vực nghiên cứu ..................................................................... 20 1.4.1. Vị trí địa lý ................................................................................................ 20 1.4.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .......................................................................... 21 1.4.3. Đặc điểm đất đai và địa hình .................................................................... 22 1.4.4. Đặc điểm thuỷ văn..................................................................................... 23 1.4.5. Đặc điểm khí hậu ...................................................................................... 24 1.4.6. Tình hình hạn hán khu vực nghiên cứu ..................................................... 25 1.5. Những tác động tiềm tàng của BĐKH đối với các lĩnh vực của tỉnh Ninh Bình .........................................................................................................27 1.5.1. Những tác động tiềm tàng của hạn hán đối với nông nghiệp và an ninh lương thực ..................................................................................................28 1.5.2. Những tác động tiềm tàng của hạn hán đối với tài nguyên nước… …….28 1.5.3. Những tác động tiềm tàng của hạn hán đối với năng lượng………….....29 1.5.4. Những tác động tiềm tàng của hạn hán đối với giao thông thủy….........29 1.5.5. Những tác động tiềm tàng của hạn hán đến các hoạt động du lịch…..…29 1.5.6. Những tác động tiềm tàng của hạn hán đến sức khỏe con người……..…29
Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU ............................. 30 2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 30 2.2. Tổng quan và lựa chọn các chỉ số hạn ......................................................... 30 2.2.1. Một vài chỉ số hạn hán .............................................................................. 30 2.2.2. Lựa chọn chỉ số hạn .................................................................................. 41 2.2.3. Số liệu tính toán ........................................................................................ 42 Chƣơng 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................... 44 3.1. Đánh giá mức độ và xu thế biến đổi của chỉ số chuẩn hóa giáng thủy SPI . 44 3.1.1. Sự biến đổi chỉ số chuẩn hóa giáng thủy SPI năm ................................... 44 3.1.2. Sự biến đổi chuẩn hóa giáng thủy SPI vụ Đông Xuân.............................. 46 3.1.3. Sự biến đổi chuẩn hóa giáng thủy SPI vụ Hè Thu .................................... 48 3.2. Đánh giá mức độ và xu thế biến đổi của chỉ số Ped .................................... 50 3.2.1. Sự biến đổi của chỉ số Ped năm ................................................................ 51 3.2.2. Sự biến đổi của chỉ số Ped vụ Đông Xuân ................................................ 52 3.2.3. Sự biến đổi của chỉ số Ped vụ Hè Thu ...................................................... 53 3.3. Đánh giá mức độ và xu thế biến đổi của chỉ số D ....................................... 54 3.3.1. Kết quả tính toán ....................................................................................... 54 3.3.2. Phân tích đánh giá mức độ và xu thế biến đổi.......................................... 56 3.4. Mức độ và xu thế biến đổi mực nƣớc trên các sông trong tỉnh Ninh Bình .56 3.4.1. Xu thế biến đổi mực nước thấp nhất năm ................................................. 57 3.4.2. Xu thế biến đổi mực nước trung bình năm................................................ 59 3.4.3. Xu thế biến đổi mực nước trung bình vụ đông xuân ................................. 60 3.4.4. Xu thế biến đổi mực nước trung bình vụ hè thu ........................................ 62 3.5. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến sự biến đổi của hạn hán .....63 3.5.1. Đánh giá tác động BĐKH nhiệt độ trung bình với chỉ số hạn Ped năm...64 3.5.2. Đánh giá tác động BĐKH nhiệt độ trung bình với chỉ số hạn SPI năm...65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 66 1. Kết luận ........................................................................................................... 66 2. Kiến nghị, đề xuất giải pháp .......................................................................... .67 3.Những khuyến nghị ........……………………………….…………..……….68 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 70
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu ĐBSH Đồng bằng sông Hồng KHCN Khoa học công nghệ KH&CNVN Khoa học và công nghệ Việt Nam KTTV Khí tƣợng Thủy văn KT-XH Kinh tế - xã hội TBNN Trung bình nhiều năm TP Thành phố NBD Nƣớc biển dâng WHO Tổ chức y tế thế giới WMO Tổ chức khí tƣợng thế giới
DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1. Mực nƣớc thấp nhất ở hai sông chính đoạn chảy qua tỉnh Ninh Bình giai đoạn (2004 ÷ 2010) ...................................................................................... 27 Bảng 2.1. Cấp hạn đƣợc xác định theo chỉ số Penman ....................................... 33 Bảng 2.2. Cấp hạn đƣợc xác định theo chỉ số Palmer PDSI ............................... 36 Bảng 2.3. Cấp hạn đƣợc xác định theo chỉ số SPI .............................................. 39 Bảng 2.4. Phân cấp hạn theo chỉ số Ped .............................................................. 39 Bảng 2.5. Phân cấp mức độ hạn .......................................................................... 40 Bảng 2.6. Các chỉ số hạn đƣợc sử dụng và các thời đoạn tính ........................... 42 Bảng 2.7. Danh sách mạng lƣới trạm khí tƣợng, thủy văn, đo mƣa đƣợc khai thác số liệu ........................................................................................................... 43 Bảng 3.1. Bảng tổng kết những năm hạn và hạn nghiêm trọng của các trạm thời kì 1980 – 2010. .................................................................................................... 55
DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa các loại hạn ......................................... 8 Hình 1.2. Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Bình...................................................... 21 Hình 2.1 Sơ đồ phân bố các trạm quan trắc khí tƣợng thủy văn trong tỉnh Ninh Bình……………………………………………………………………………..43 Hình 3.1. Biến trình lƣợng mƣa tháng trung bình nhiều năm các trạm giai đoạn 1980 – 2010 ......................................................................................................... 44 Hình 3.2. Kết quả và xu thế biến đổi chỉ số SPI năm thời kỳ 1980 - 2010 ........ 45 Hình 3.3. Kết quả và xu thế biến đổi chỉ số SPI vụ Đông Xuân, thời kỳ 1980 - 2010.. ............................................................................................................................. 47 Hình 3.4. Kết quả và xu thế biến đổi chỉ số SPI vụ Hè Thu thời kỳ 1980 - 2010 ........ 49 Hình 3.5. Phân bố nhiệt độ trung bình tháng, lƣợng mƣa tháng các trạm khí tƣợng Ninh Bình và Nho Quan, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 - 2010 ................ 50 Hình 3.6. Biến đổi của chỉ số Ped năm các trạm Nho Quan và Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 – 2010........................................................................... 51 Hình 3.7. Biến đổi của chỉ số Ped vụ Đông Xuân thời kỳ 1980 - 2010.............. 52 Hình 3.8. Biến đổi của chỉ số Ped vụ Hè Thu thời kỳ 1980 - 2010 .................... 53 Hình 3.9. Kết quả chỉ số D của các trạm, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 - 2010.. 56 Hình 3.10. Xu thế biến đổi mực nƣớc thấp nhất năm của các trạm, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 - 2010 .................................................................................... 58 Hình 3.11. Xu thế biến đổi mực nƣớc trung bình năm của các trạm, tỉnh Ninh Bình (1980 - 2010) .............................................................................................. 59 Hình 3.12. Xu thế biến đổi mực nƣớc trung bình vụ Đông xuân các trạm, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 - 2010. .......................................................................... 61 Hình 3.13. Xu thế biến đổi mực nƣớc trung bình vụ hè thu, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 – 2010 .................................................................................................... 62 Hình 3.14. Tƣơng quan sự biến đổi nhiệt độ trung bình năm với chỉ số hạn Ped, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 – 2010……………………………………………64 Hình 3.15. Tƣơng quan sự biến đổi nhiệt độ trung bình năm với chỉ số hạn SPI, tỉnh Ninh Bình thời kỳ 1980 – 2010………………………………….………..65
MỞ ĐẦU Hạn hán là một dạng thiên tai xảy ra thƣờng do thiếu hụt lƣợng mƣa đủ lớn trong một khoảng thời gian tƣơng đối dài. Trong một số trƣờng hợp sự thiếu hụt mƣa kết hợp với sự tăng cao của nhiệt độ làm quá trình bốc hơi từ bề mặt đất đƣợc đẩy mạnh. Hạn hán gây nên những điều kiện bất lợi cho hoạt động sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt của ngƣời dân… Điểm đặc trƣng của hạn hán là tác động của nó thƣờng tích lũy một cách chậm chạp trong một khoảng thời gian dài và có thể kéo dài trong nhiều năm sau khi đợt hạn kết thúc. Những đợt hạn hán có thể xảy ra ở mọi nơi, vào bất cứ thời gian nào, đã và đang gây ra cho nhân loại những thiệt hại vô cùng to lớn. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu, nhiệt độ đƣợc dự tính sẽ gia tăng và lƣợng mƣa cũng biến đổi cả về lƣợng, thời gian và không gian. Do đó, BĐKH sẽ tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến nguy cơ hạn hán cả về mặt xu thế và mức độ hạn hán ở phạm vi toàn cầu, khu vực, quốc gia cũng nhƣ ở một số tiểu vùng khí hậu… BĐKH là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. BĐKH đƣợc cho là sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Các hiện tƣợng khí hậu cực đoan nhƣ hạn hán, lũ lụt, bão lớn… gia tăng cả về tần suất và cƣờng độ. Theo báo cáo đánh giá lần thứ 4 của Ban Liên Chính phủ về BĐKH (IPCC) đƣa ra nhiều nghiên cứu cho thấy, khí hậu ấm hơn sẽ làm gia tăng nguy cơ lũ lụt và hạn hán. Nguy cơ hạn hán phụ thuộc vào nhiều yếu tố khí hậu và phi khí hậu. Do vậy, hạn hán xảy ra có thể là hạn khí tƣợng (lƣợng mƣa dƣới mức trung bình), hạn thủy văn (hạ thấp mực nƣớc ở các sông, hồ và nƣớc ngầm), hạn nông nghiệp (độ ẩm đất thấp) và hạn kinh tế xã hội (do kết hợp của các loại hạn kể trên). Nguy cơ hạn hán sẽ khác nhau ở các khu vực, quốc gia và tiểu vùng khí hậu khác nhau. Theo báo cáo mới nhất của Viện phân tích rủi do Maplecroft (Maplecroft, England, 10/2010), Việt Nam đứng thứ 13/16 nƣớc hàng đầu phải chịu tác động mạnh mẽ của hiện tƣợng BĐKH toàn cầu trong 30 năm tới. Thực tế, trong những năm gần đây, do sự BĐKH và môi trƣờng, con ngƣời đã và đang phải đƣơng đầu với thiên tai hạn hán ở mức độ khắc nghiệt hơn. Ở Việt Nam, trƣớc 1
đây, hạn hán đã từng làm mất mùa, gây ra nạn đói trầm trọng. Ngày nay, trong quá trình phát triển, mặc dù có sự quan tâm và đầu tƣ một hệ thống thuỷ nông khá hoàn chỉnh, nhƣng hạn hán vẫn thƣờng xuyên xảy ra và gây khó khăn rất lớn cho đời sống kinh tế - xã hội, môi sinh. Nhìn chung, tần suất xuất hiện hạn hán ngày càng gia tăng, tác hại của nó đối với các ngành kinh tế quốc dân, đặc biệt là sản xuất nông, lâm, ngƣ nghiệp và môi trƣờng sinh thái ngày càng lớn. Theo Văn phòng đại diện của tổ chức y tế thế giới (WHO) tại Việt Nam [36], sau bão và lũ, hạn hán đứng thứ ba về tần suất xảy ra trong các thảm họa thiên nhiên ở Việt Nam. Hạn hán có thể là do tác động bất lợi của thời tiết cực đoan, ngày càng xảy ra nhiều đợt hạn hán trên cả nƣớc. Những vùng chịu ảnh hƣởng nhiều nhất của hạn hán là khu vực đồng bằng sông Hồng ở miền Bắc và khu vực Tây Nguyên. Mặc dù ít khi gây tai nạn và thƣơng tích, song hạn hán thƣờng có tác động lớn đối với tình trạng sức khỏe con ngƣời do thiếu nƣớc sạch, điều kiện vệ sinh kém và suy dinh dƣỡng. Theo kịch bản BĐKH và nƣớc biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, vùng đồng bằng sông Hồng đƣợc dự tính sẽ chịu tác động nặng nề của việc tăng mực nƣớc biển, nhiệt độ tăng và thay đổi chế độ khí hậu theo mùa ngày càng sâu sắc hơn. Tần suất và số lƣợng hạn hán trên khu vực này do vậy cũng có thể bị thay đổi mạnh mẽ trong những thập kỷ tiếp theo. Ninh Bình là một tỉnh nằm ở phía Nam vùng đồng bằng sông Hồng với diện tích 1420,76km2, Phía Bắc và Đông Bắc giáp Tỉnh Nam Định và Hà Nam; Phía Tây Nam giáp Tỉnh Thanh Hoá; Phía Tây giáp Tỉnh Hoà Bình; Phía Nam giáp Biển. Địa hình Ninh Bình khá phức tạp (miền núi, bán sơn địa, chiêm trũng và đồng bằng ven biển), chịu ảnh hƣởng trực tiếp của khí hậu Bắc bộ và Khu bốn. Mạng lƣới sông ngòi chằng chịt, đan xen với chế độ thuỷ triều phức tạp bao gồm tổ hợp các dạng lũ lớn: lũ sông Hoàng Long từ Hoà Bình đổ về, lũ nội địa sông Đáy, lũ sông Hồng qua sông Đào Nam Định chuyển sang, thuỷ triều biển. Do vị trí địa lý nên Ninh Bình chịu ảnh hƣởng của loại hình thời tiết, khí hậu khác nhau làm cho sản xuất nông nghiệp, công tác phòng chống thiên tai gặp nhiều khó khăn và phức tạp. Trong những năm gần đây, tình trạng hạn hán đã xảy ra liên tiếp với mức độ ngày càng khắc nghiệt và tác động bất lợi trên diện 2
rộng tại tỉnh Ninh Bình. Nó đã gây ra những thiệt hại không chỉ cho phát triển kinh tế mà còn tác động rất bất lợi đến sự ổn định của xã hội, gây ô nhiễm môi trƣờng, giảm chất lƣợng cuộc sống và hạn hán càng trở thành vấn đề thời sự của khu vực này. Nhƣ vậy, để có đƣợc những biện pháp phòng chống cũng nhƣ thích ứng với hạn hán trong tƣơng lai một cách hiệu quả ở tỉnh Ninh Bình, cần phải tiến hành nghiên cứu đánh giá hạn hán cũng nhƣ tác động của BĐKH đến hạn hán, qua đó đề xuất các biện pháp tích cực nhằm phục vụ công tác hoạch định chiến lƣợc phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh. Đây chính là lý do học viên chọn đề tài luận văn là “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến sự biến đổi hạn hán tỉnh Ninh Bình”. Mục tiêu tổng quát của luận văn là ứng dụng các phƣơng pháp tính toán chỉ số hạn trong khí tƣợng, thuỷ văn và nông nghiệp để tính toán và đánh giá tác động của BĐKH đến sự biến đổi hạn hán, đề xuất các giải pháp thích ứng và phòng chống hạn hán trong tƣơng lai tại tỉnh Ninh Bình. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: - Đánh giá đƣợc tình trạng hạn hán tại tỉnh Ninh Bình thông qua các chỉ số hạn trong những thập kỷ gần đây; - Làm rõ đƣợc tính chất, mức độ và xu thế biến đổi của hạn hán ở tỉnh Ninh Bình trong những thập kỷ gần đây; - Đánh giá đƣợc sự tác động của việc gia tăng nhiệt độ, biến đổi lƣợng mƣa đến tình trạng hạn hán tại tỉnh Ninh Bình; - Đề xuất đƣợc các giải pháp phòng chống và thích ứng với hạn hán trong tƣơng lại góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại tỉnh Ninh Bình. 3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ HẠN HÁN VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan chung về khái niệm hạn 1.1.1. Khái niệm về hạn hán Theo Wilhite (2000), hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu mặc dù nó vẫn bị nhầm lẫn là sự kiện hiếm và ngẫu nhiên. Hiện tƣợng hạn hán có thể xảy ra ở hầu hết tất cả các vùng khí hậu, với các đặc tính của hạn biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn. Bởi khô hạn bị giới hạn trong những vùng lƣợng mƣa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trƣng lâu dài của khí hậu. So với các thảm họa tự nhiên nhƣ: tố, lốc xoáy, lũ lụt, động đất, sự phun trào núi lửa, và sóng thần có sự khởi đầu nhanh chóng, có ảnh hƣởng trực tiếp và có cấu trúc, thì hạn hán lại ngƣợc lại. - Hạn hán có sự khởi đầu chậm, là hiện tƣợng từ từ, dẫn đến khó có thể xác định đƣợc sự bắt đầu và kết thúc một sự kiện hạn. - Thời gian hạn dao động từ vài tháng đến vài năm, vùng trung tâm và vùng xung quanh bị ảnh hƣởng bởi hạn hán có thể thay đổi theo thời gian. Không có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn lẻ nào có thể xác định chính xác sự bắt đầu và mức độ khắc nghiệt của sự kiện hạn cũng nhƣ các tác động tiềm năng của nó. - Phạm vi không gian của hạn hán thƣờng lớn hơn nhiều so với các thảm họa khác, do đó các ảnh hƣởng của hạn thƣờng trải dài trên nhiều vùng địa lý lớn. - Các tác động của hạn nhìn chung không theo cấu trúc và khó định lƣợng. Các tác động tích lũy lại và mức độ ảnh hƣởng của hạn sẽ mở rộng khi các sự kiện hạn tiếp tục kéo dài từ mùa này sang mùa khác hoặc sang năm khác [33]. Mặc dù các nhân tố khí hậu (nhiệt độ cao, gió mạnh, độ ẩm tƣơng đối thấp) thƣờng gắn liền với hạn hán ở nhiều vùng trên thế giới và có thể làm nghiêm trọng thêm mức độ hạn, song lƣợng mƣa vẫn là nhân tố ảnh hƣởng chính gây ra hạn hán và tác giả cũng đã đƣa ra một định nghĩa về hạn: “hạn hán là kết quả của sự thiếu hụt lƣợng mƣa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thƣờng là một mùa hoặc lâu hơn” [33]. Chính vì vậy, hạn hán thƣờng đƣợc gắn liền với 4
các khoảng thời điểm (mùa hạn chính, sự khởi đầu muộn của mùa mƣa, sự xuất hiện mƣa trong mối liên hệ với các giai đoạn sinh trƣởng chính của cây trồng) và đặc tính của mƣa (cƣờng độ mƣa, các đợt mƣa). Với các thời điểm hạn xuất hiện khác nhau sẽ dẫn đến các sự kiện hạn khác nhau về tác động, phạm vi ảnh hƣởng cũng nhƣ các đặc tính khí hậu của hạn khác nhau. Theo Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu (2002): Hạn hán là hiện tƣợng lƣợng mƣa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lƣợng ẩm trong không khí và hàm lƣợng nƣớc trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nƣớc ao hồ, mực nƣớc trong các tầng chứa nƣớc dƣới đất gây ảnh hƣởng xấu đến sự sinh trƣởng và phát dục của cây trồng, làm mùa màng thất bát, môi trƣờng suy thoái gây ra đói nghèo và dịch bệnh [11]. 1.1.2. Nguyên nhân gây ra hạn hán Theo Trung tâm dự báo Khí tƣợng Thủy văn trung ƣơng, có nhiều nguyên nhân gây ra hạn hán nhƣng trong đó có hai nguyên nhân cơ bản gây ra hạn hán. Nguyên nhân khách quan: Do khí hậu thời tiết bất thƣờng gây nên lƣợng mƣa thƣờng xuyên ít ỏi hoặc nhất thời thiếu hụt. Mƣa rất ít, lƣợng mƣa không đáng kể trong thời gian dài hầu nhƣ quanh năm, đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn. Lƣợng mƣa trong khoảng thời gian dài đáng kể thấp hơn rõ rệt mức trung bình nhiều năm cùng kỳ. Tình trạng này có thể xảy ra trên hầu khắp các vùng, kể cả vùng mƣa nhiều. Mƣa không ít lắm, nhƣng trong một thời gian nhất định trƣớc đó không mƣa hoặc mƣa chỉ đáp ứng nhu cầu tối thiểu của sản xuất và môi trƣờng xung quanh. Đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khí hậu gió mùa, có sự khác biệt rõ rệt về mƣa giữa mùa mƣa và mùa khô. Bản chất và tác động của hạn hán gắn liền với định loại về hạn hán [15]. Nguyên nhân chủ quan: Do con ngƣời gây ra, trƣớc hết là do tình trạng phá rừng bừa bãi làm mất nguồn nƣớc ngầm dẫn đến cạn kiệt nguồn nƣớc; việc trồng cây không phù hợp, 5
vùng ít nƣớc cũng trồng cây cần nhiều nƣớc (nhƣ lúa) làm cho việc sử dụng nƣớc quá nhiều, dẫn đến việc cạn kiệt nguồn nƣớc; thêm vào đó công tác quy hoạch sử dụng nƣớc, bố trí công trình không phù hợp, làm cho nhiều công trình không phát huy đƣợc tác dụng... Vùng cần nhiều nƣớc lại bố trí công trình nhỏ, còn vùng thiếu nƣớc (nguồn nƣớc tự nhiên) lại bố trí xây dựng công trình lớn. Cạnh đó, chất lƣợng thiết kế, thi công công trình chƣa đƣợc hiện đại hóa và không phù hợp. Thêm nữa, hạn hán thiếu nƣớc trong mùa khô (mùa kiệt) là do không đủ nguồn nƣớc và thiếu những biện pháp cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng gia tăng do sự phát triển kinh tế-xã hội ở các khu vực, các vùng chƣa có quy hoạch hợp lý hoặc quy hoạch phát triển không phù hợp với mức độ phát triển nguồn nƣớc, không hài hoà với tự nhiên, môi trƣờng vốn vẫn tồn tại lâu nay. Mức độ nghiêm trọng của hạn hán thiếu nƣớc càng tăng cao do nguồn nƣớc dễ bị tổn thƣơng, suy thoái lại chịu tác động mạnh của con ngƣời [15]. 1.1.3. Phân loại hạn hán Hạn hán có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau nhƣng theo Wilhite và Glantz (1985) đã phân loại hạn theo 4 cách tiếp cận cơ bản sau: hạn khí tƣợng, hạn thủy văn, hạn nông nghiệp và hạn kinh tế xã hội. Ba định nghĩa đầu tiên liên quan đến phƣơng pháp lƣợng hóa hạn hán nhƣ một hiện tƣợng vật lý. Cách tiếp cận cuối cùng (thứ tƣ) liên quan đến nhu cầu và khả năng cung cấp nƣớc, cũng nhƣ ảnh hƣởng của sự thâm hụt nƣớc đến các hệ thống kinh tế xã hội [32]. Hạn khí tƣợng đƣợc định nghĩa dựa trên mức độ khô hạn so với trung bình trong một khoảng thời gian xác định. Hạn khí tƣợng là sự thiếu hụt nƣớc trong cán cân mƣa - bốc hơi. Lƣợng bốc hơi đặc trƣng cho phần chi và lƣợng mƣa đặc trung cho phần thu của cán cân nƣớc. Lƣợng bốc hơi đồng biến với cƣờng độ bức xạ, nhiệt độ, tốc độ gió và nghịch biến với độ ẩm không khí nên khi nắng nhiều, nhiệt độ cao, gió mạnh, thời tiết khô thì hạn tăng [32]. Hạn nông nghiệp kết nối các đặc trƣng khác nhau của hạn khí tƣợng (hoặc hạn thủy văn) với những ảnh hƣởng đến nông nghiệp tập trung vào sự thâm hụt giáng thủy, sự chênh lệch giữa bốc thoát hơi thực tế và tiềm năng, sự thiếu hụt độ ẩm đất, giảm mức nƣớc ngầm hoặc mực nƣớc lƣu vực... Nhu cầu nƣớc của 6
thực vật phụ thuộc vào điều kiện thời tiết thịnh hành, các đặc tính sinh học của từng cây cụ thể, các giai đoạn sinh trƣởng và phát triển của chúng và các tính chất vật lý và sinh học của đất. Hạn nông nghiệp xuất hiện khi độ ẩm đất không đủ đáp ứng nhu cầu của một cây trồng cụ thể nào đó trong một thời điểm cụ thể. Hạn nông nghiệp xuất hiện sau hạn khí tƣợng nhƣng trƣớc khi hạn thủy văn xuất hiện. Nông nghiệp là ngành kinh tế đầu tiên bị ảnh hƣởng của hạn hán [32]. Hạn thủy văn liên quan đến sự thiếu hụt nƣớc trên bề mặt đất và dƣới mặt đất (đƣợc đo lƣờng bằng lƣu lƣợng dòng chảy, mực nƣớc của hồ, lƣu vực và mực nƣớc ngầm). Có một khoảng thời gian trễ giữa thiếu nƣớc mƣa và ít nƣớc trong dòng chảy, trong sông, trên hồ, trên lƣu vực, vì vậy các trị số đo thủy văn không phải là chỉ số sớm nhất về hạn hán. Khi lƣợng giáng thủy bị giảm hoặc thiếu hụt trong một khoảng thời gian dài, sự thâm hụt này sẽ đƣợc phản ánh thông qua sự giảm sút các mức nƣớc trên bề mặt đất hoặc dƣới đất. Hạn thủy văn thƣờng xuất hiện trễ hơn hạn khí tƣợng và hạn nông nghiệp. Nó cần thời gian thiếu mƣa dài hơn để thể hiện sự thiếu hụt nƣớc trong các thành phần của hệ thống thủy văn, nhƣ độ ẩm đất, dòng chảy, mực nƣớc ngầm lƣu vực. Vì vậy, những ảnh hƣởng này không cùng pha với những tác động đối với các ngành kinh tế khác. Các nhân tố khác nhƣ những thay đổi trong sử dụng đất (ví dụ nạn phá rừng...), sự suy thoái đất, và việc xây dựng đập đều ảnh hƣởng đến các đặc trƣng thủy văn của lƣu vực (ví dụ ở thƣợng nguồn và hạ lƣu). Các hoạt động của con ngƣời nhiều khi làm thay đổi tần suất thiếu hụt nƣớc ngay cả khi không có sự thay đổi về tần suất xuất hiện hạn khí tƣợng [32]. Hạn kinh tế xã hội thƣờng xuất hiện khi sự thâm hụt nƣớc vật lý bắt đầu tác động đến con ngƣời. Loại hạn này khác với 3 loại hạn trên vì sự xuất hiện của nó phụ thuộc diễn biến theo thời gian và không gian của nhu cầu và khả năng cung cấp để xác định hoặc phân loại hạn hán. Do sự dao động tự nhiên của khí hậu, việc cung cấp nƣớc là dƣ thừa trong một số năm nhƣng lại không không đủ đáp ứng cho con ngƣời và môi trƣờng trong những năm khác. Hạn kinh tế xã hội xuất hiện khi nhu cầu về nƣớc vƣợt quá khả năng cung cấp. Ví dụ, hạn hán gây ra sự thâm hụt nƣớc trầm trọng cho các nhà máy thủy điện, bắt buộc nhà 7
nƣớc phải chi phí nhiều hơn để nhập khẩu xăng dầu và các giải pháp bảo đảm nhu cầu điện của quốc gia. Nhu cầu các hàng hóa kinh tế đang tăng lên do dân số tăng và mức sử dụng theo đầu ngƣời [32]. Hình 1.1. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa các loại hạn (Nguồn: National Drought Mitigation Centre, http://enso.unl.edu/ndmc/enigma/def2.htm) [34]. 1.2. Tổng quan nghiên cứu hạn hán trên thế giới Trên thế giới, có rất nhiều tác giả nghiên cứu về hạn hán. Nhƣng do tính phức tạp của hiện tƣợng này, đến nay vẫn chƣa có một phƣơng pháp chung cho các nghiên cứu về hạn hán. Trong việc xác định, nhận dạng, giám sát và cảnh báo hạn hán, các tác giả thƣờng sử dụng công cụ chính là các chỉ số hạn hán. Việc theo dõi sự biến động của giá trị các chỉ số hạn hán sẽ giúp ta xác định đƣợc sự khởi đầu, thời gian kéo dài cũng nhƣ cƣờng độ hạn. Chỉ số hạn hán là hàm của các biến đơn nhƣ lƣợng mƣa, nhiệt độ, bốc thoát hơi, dòng chảy... hoặc là tổng hợp của các biến. Mỗi chỉ số đều có ƣu điểm nhƣợc điểm khác nhau, và mỗi nƣớc đều sử dụng các chỉ số phù hợp với điều kiện nƣớc mình. Việc xác định hạn hán bằng các chỉ số hạn không chỉ áp dụng với bộ số liệu quan trắc mà còn áp dụng với bộ số liệu là sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực và mô hình khí hậu toàn cầu. Trong quá trình nghiên cứu hạn, việc xác định các đặc trƣng của hạn là hết sức cần thiết, nhƣ xác định: sự khởi đầu và kết thúc hạn, thời gian kéo dài hạn, phạm 8
vi mở rộng của hạn, mức độ hạn, tần suất và mối liên hệ giữa những biến đổi của hạn với khí hậu [27]. Các phân tích về hạn hán trên quy mô mô toàn cầu [21, 25], khu vực và địa phƣơng [20, 22], thông qua các chỉ số hạn dựa trên số liệu mƣa, nhiệt độ và độ ẩm quan trắc trong quá khứ cho thấy số đợt hạn, thời gian kéo dài hạn, cũng nhƣ tần suất và mức độ của nó ở một số nơi đã tăng lên đáng kể. Nổi bật lên trong nghiên cứu hạn trên quy mô toàn cầu là nghiên cứu của Niko và cs (2010), tác giả đã phân tích ƣu điểm, nhƣợc điểm của 18 chỉ số hạn hán bao gồm cả chỉ số hạn khí tƣợng, chỉ số hạn thủy văn, chỉ số độ ẩm, rồi lựa chọn ra các chỉ số thích hợp để áp dụng phân tích các đặc trƣng của hạn hán trong năm vùng khí hậu khác nhau trên toàn cầu: vùng xích đạo, vùng khô hạn cực, vùng nhiệt độ ấm, vùng tuyết, vùng địa cực [25]. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự giảm lƣợng mƣa đáng kể đi kèm với sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng quá trình bốc hơi, gây ra hạn hán nghiêm trọng hơn [24]. Cùng với xu thế ấm hơn trên toàn cầu giai đoạn (1980-2000), tần suất và xu thế hạn tăng lên và xảy ra nghiêm trọng hơn vào bất cứ mùa nào trong năm, nhƣ ở Cộng hòa Séc cứ khoảng 5 năm lại xảy ra đợt hạn hán nặng trong suốt mùa đông hoặc mùa hè, với mức độ nặng và tần suất lớn nhất vào tháng IV và tháng VI (xảy ra trên toàn bộ lãnh thổ với tổng diện tích là 95%) [28], hạn xảy ra vào các tháng mùa hè ở Hy Lạp ảnh hƣởng nghiêm trọng đến hoa màu và sự cung cấp nƣớc trong thành phố [24], ở Cộng hòa Moldova, cứ 2 năm thì lại có một đợt hạn nặng vào mùa thu [28]). Bên cạnh sự gia tăng về tần suất và mức độ hạn, thời gian kéo dài các đợt hạn cũng tăng lên đáng kể, thời gian xảy ra hạn có thể kéo vài tháng đến vài năm trong nhiều quốc gia. Nghiên cứu hạn dựa trên bộ số liệu mƣa và nhiệt độ tháng quan trắc với bƣớc lƣới 0,5 độ trên toàn lãnh thổ Châu Âu 35o-70oN và 35oE-100oW, Benjamin và cs (2002) đã chỉ ra rằng thời gian hạn hán lớn nhất trung bình trên mỗi ô lƣới ở Châu Âu là 48 ± 17 tháng. Tần suất hạn hán cao hơn xảy ra ở lục địa Châu Âu, thấp hơn ở bờ biển phía đông bắc Châu Âu, bờ biển Địa Trung Hải, thời gian hạn kéo dài nhất thì xảy ra ở Italya, đông bắc Pháp, đông bắc Nga, với thời gian kéo dài là 40 tháng [20]. Xukai và cs (2005) chỉ ra rằng hạn hán ở phía bắc 9
Trung Quốc có xu thế tăng lên kể từ sau những năm 1990, đặc biệt có vài vùng hạn hán kéo dài 4-5 năm từ năm 1997 đến năm 2003 [37]. Trong những thập kỷ gần đây hạn hán đã và đang xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới, gây nhiều thiệt hại về kinh tế, ảnh hƣởng đến đời sống con ngƣời và môi trƣờng sinh thái. Theo Youlin (2007), hàng năm có khoảng 21 triệu ha đất biến thành đất không có năng suất kinh tế do hạn. Trong gần 1/4 thế kỷ vừa qua, số dân gặp rủi ro vì hạn hán trên những vùng đất khô cằn đã tăng hơn 80%. Hơn 1/3 đất đai thế giới đã bị khô cằn mà trên đó có 17,7% dân số thế giới sinh sống. Đồng hành với hạn hán, hoang mạc hoá và sa mạc hoá trên thế giới cũng ngày càng lan rộng từ các vùng đất khô hạn, bán khô hạn đến cả một số vùng bán ẩm ƣớt. Diện tích hoang mạc hoá đã lên đến 39,4 triệu km2, chiếm 26,3% đất tự nhiên thế giới và trên 100 quốc gia chịu ảnh hƣởng. Nguy cơ đói và khát do hạn hán uy hiếp 250 triệu con ngƣời trên trái đất, kèm theo đó còn ảnh hƣởng tới môi trƣờng khí hậu chung toàn cầu (Youlin, 2007) (Nguồn: Vũ Thị Thu Lan, Nguyễn Lập Dân (2011), Đề xuất các giải pháp phòng tránh và giảm thiểu thiên tai lũ lụt, hạn hán tỉnh Quảng Nam, Dự án P1-08-VIE, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam) [37]. Hạn thƣờng gây ảnh hƣởng trên diện rộng. Tuy ít khi là nguyên nhân trực tiếp gây tổn thất về nhân mạng nhƣng thiệt hại do hạn gây ra rất lớn. Theo số liệu của Trung tâm giảm nhẹ hạn hán quốc gia Mỹ, hàng năm hạn hán gây thiệt hại cho nền kinh tế Mỹ khoảng 6-8 tỷ USD (so với 2,41 tỷ USD do lũ và 1,2-4,8 tỷ USD do bão). Đợt hạn hán lịch sử ở Mỹ xảy ra vào năm 1988-1989 gây thiệt hại 39-40 tỷ USD, lớn hơn nhiều so với thiệt hại kỷ lục của lũ (15 - 27,6 tỷ USD, 1993) và bão (25 - 33,1 tỷ USD, 1992). Hạn cũng gây những tổn thất lớn về kinh tế và môi sinh ở nhiều quốc gia khác nhƣ Ấn độ, Pakistan, Australia... Hạn hán dƣới tác động của El Nino vào năm 1997-1998 đã gây cháy rừng trên diện rộng ở Indonesia, không chỉ làm thiệt hại rất lớn về kinh tế của nƣớc này mà còn là một thảm họa môi sinh cho nhiều nƣớc thuộc khu vực Đông Nam Á. Theo tính toán của Liên Hiệp Quốc, đến năm 2025 sẽ có 2/3 diện tích đất canh tác ở châu Phi, 1/3 diện tích đất canh tác ở châu Á và 1/5 diện tích đất canh tác ở Nam Mỹ 10
không còn sử dụng đƣợc. Khoảng 135 triệu ngƣời có nguy cơ phải rời bỏ nhà cửa đi kiếm sống ở nơi khác (Nguồn: Nguyễn Quang Kim, 2005, Nghiên cứu dự báo hạn hán vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên và xây dựng giải pháp phòng chống, Đề tài KC.08.22) [13]. Vì vậy trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về hạn hán. Hạn hán là hiện tƣợng hết sức phức tạp mà sự hình thành là do cả hai nguyên nhân: tự nhiên và con ngƣời. Các yếu tố tự nhiên gây hạn nhƣ sự dao động của các dạng hoàn lƣu khí quyển ở phạm vi rộng và các vùng xoáy nghịch, hoặc các hệ thống áp thấp cao, sự biến đổi khí hậu, sự thay đổi nhiệt độ mặt nƣớc biển nhƣ El Nino và các nguyên nhân do con ngƣời nhƣ nhu cầu nƣớc ngày càng gia tăng, phá rừng, ô nhiễm môi trƣờng ảnh hƣởng tới nguồn nƣớc, quản lý đất và nƣớc kém bền vững, gây hiệu ứng nhà kính,... Qua các nghiên cứu, đến nay các nƣớc phát triển trên thế giới đã hƣớng đến việc quản lý hạn hán, việc giám sát và quản lý hạn đƣợc dựa trên các chỉ số hạn và các ngƣỡng hạn [30]. Hiện nay có rất nhiều chỉ số/hệ số hạn khác nhau đã đƣợc phát triển và ứng dụng ở các nƣớc trên thế giới nhƣ: Chỉ số ẩm Ivanov (1948), Chỉ số khô Budyko (1950), Chỉ số khô Penman, Chỉ số gió mùa GMI, Chỉ số mƣa chuẩn hóa SPI, Chỉ số Sazonov, Chỉ số Koloskov (1925), Hệ số khô, Hệ số cạn, Chỉ số Palmer (PDSI), Chỉ số độ ẩm cây trồng (CMI), Chỉ số cấp nƣớc mặt (SWSI), Chỉ số RDI (Reclamation Drought Index)... Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy hầu nhƣ không có một chỉ số nào có ƣu điểm vƣợt trội so với các chỉ số khác trong mọi điều kiện. Do đó, việc áp dụng các chỉ số/hệ số hạn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng vùng cũng nhƣ hệ thống cơ sở dữ liệu quan trắc sẵn có ở vùng đó [4]. Một số nƣớc phát triển trên thế giới đã thành lập các trung tâm giám sát, dự báo, cảnh báo hạn hán. Nhiệm vụ chính của các trung tâm này là: (1-) Theo dõi, giám sát, dự báo và cảnh báo hạn hán; (2-) Phối hợp với các ban ngành có liên quan để đề xuất và tiến hành các hoạt động ngăn ngừa, phòng tránh và giảm nhẹ tác hại của hạn hán; (3-) Phối hợp với các cơ quan nghiên cứu khoa học xây dựng các phƣơng pháp dự báo và cảnh báo hạn hán. 11
Chi tiết về các trung tâm này đƣợc mô tả dƣới đây. 1.2.1. Ở Mỹ Đã thành lập Trung tâm Quốc gia về giảm nhẹ hạn hán (The National Drought Mitigation Center - NDMC). Các dạng thông tin về hạn hán đƣợc phát hành thƣờng xuyên cho các ngành ở Mỹ, đặc biệt là cho nông nghiệp, bao gồm: - Đánh giá các điều kiện hạn gần đây và hiện trạng hạn hán dựa trên sự phối hợp giám sát hạn hán toàn diện giữa các cơ quan của Bộ Nông nghiệp và Trung tâm Quốc gia về Giảm nhẹ hạn hán; - Các bản đồ chỉ số hạn của Cơ quan Khí quyển Đại dƣơng Quốc gia (NOAA) cho 6, 12 tuần trƣớc; - Nhận định hạn mùa về hạn hán do Trung tâm Dự báo Khí hậu thuộc NOAA (đƣợc cập nhật hàng tháng); - Tính toán của NOAA về lƣợng mƣa cần có đến cuối các đợt hạn hán trên toàn nƣớc Mỹ; - Giám sát độ ẩm đất: Hiện trạng độ ẩm đất trên các bang/các khu vực; Giám sát hạn hán của NOAA thông qua các chỉ số hạn, bao gồm: Chỉ số chuẩn hoá lƣợng mƣa, tỷ chuẩn lƣợng mƣa hàng tháng; Chỉ số hạn khắc nghiệt theo Palmer (cập nhật hàng tuần); Chỉ số ẩm cây trồng (cập nhật hàng tuần). Hiện nay, đã có trên 30 bang của Mỹ lập kế hoạch phòng chống hạn hán hàng năm với 10 bƣớc nhƣ sau: 1) Thành lập một Ban phòng chống hạn hán; 2) Xác định mục tiêu và nội dung của kế hoạch phòng chống hạn hán; 3) Tìm kiếm sự tham gia của các đối tác và giải quyết các mâu thuẫn; 4) Kiểm kê nguồn tài nguyên và xác định các nhóm có nguy cơ chịu rủi ro; 5) Phát triển cơ cấu tổ chức và chuẩn bị kế hoạch chống hạn; 6) Xác định nhu cầu nghiên cứu và kiện toàn các thể chế; 7) Liên kết khoa học và chính sách; 8) Quảng bá kế hoạch phòng chống hạn; 9) Phổ biến kiến thức cộng đồng về hạn hán; 10) Đánh giá và điều chỉnh kế hoạch phòng chống hạn hán. Tóm lại, ở Mỹ tập trung vào 3 hoạt động bắt buộc của kế hoạch phòng chống hạn hán là: 1) Giám sát và cảnh báo sớm; 2) Đánh giá nguy cơ rủi ro và tác động; 3) Giảm nhẹ và ứng phó với hạn hán. 12