Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu ứng dụng các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước vùng sông Phan - Cà Lồ

Chia sẻ: Tri Tâm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xác định các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nước vùng sông Phan – Cà Lồ; đề xuất một số giải pháp ứng phó với tình trạng hạn hán trên lưu vực sông Phan- Cà Lồ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu ứng dụng các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước vùng sông Phan - Cà Lồ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THU HÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KHÔ HẠN TRONG ĐÁNH GIÁ NGUỒN NƯỚC VÀ GIÁM SÁT TÌNH HÌNH THIẾU HỤT NGUỒN NƯỚC VÙNG SÔNG PHAN – CÀ LỒ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THU HÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KHÔ HẠN TRONG ĐÁNH GIÁ NGUỒN NƯỚC VÀ GIÁM SÁT TÌNH HÌNH THIẾU HỤT NGUỒN NƯỚC VÙNG SÔNG PHAN – CÀ LỒ Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số: 8580212 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: TS. NGUYỄN QUANG PHI NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS.TS. NGUYỄN VĂN TUẤN HÀ NỘI, NĂM 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thu Hà, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu là trung thực. Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2019 TÁC GIẢ Nguyễn Thu Hà i
LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước vùng sông Phan - Cà Lồ” đã được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo, của các đồng nghiệp và bạn bè. Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này, lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến PGS,TS. Nguyễn Văn Tuấn và TS. Nguyễn Quang Phi, người đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi hoàn thiện luận văn này. Ngoài ra tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước đã đóng góp những ý kiến quý báu cho luận văn. Nhân dịp này, tôi cũng xin cảm ơn Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước Trường đại học Thủy lợi, lãnh đạo và các anh chị đang công tác tại Viện quy hoạch Thủy lợi đã giúp đỡ, tạo điều kiện và dành thời gian cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi hoàn thành khóa học và bài luận văn này. Trân trọng cảm ơn!. Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2019 TÁC GIẢ Nguyễn Thu Hà ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài................................................................ 2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đề tài ....................................................... 3 4. Các kết quả dự kiến đạt được ......................................................................................3 5. Cấu trúc của luận văn ..................................................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HẠN HÁN VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU.........................................................................5 1.1 Khái niệm về hạn hán ............................................................................................. 5 1.1.1 Định nghĩa hạn hán .................................................................................................5 1.1.2 Phân loại hạn hán ....................................................................................................6 1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới .............................. 7 1.2.1 Tình hình hạn hán trên thế giới ...............................................................................7 1.2.2 Các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới............................................................... 10 1.3 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam ............................. 12 1.3.1 Tình hình hạn hán ở Việt Nam .............................................................................12 1.3.2 Một số nghiên cứu liên quan.................................................................................15 1.4 Tổng quan vùng nghiên cứu .................................................................................17 1.4.1 Tổng quan vùng nghiên cứu .................................................................................17 1.4.2 Tình hình hạn hán vùng nghiên cứu .....................................................................27 CHƯƠNG 2: CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 31 2.1 Thu thập, phân tích số liệu khí tượng ...................................................................31 2.2 Xây dựng công thức tính toán chỉ số SPI ............................................................. 38 2.3 Xây dựng công cụ tính toán chỉ số Kappa ............................................................ 42 2.4 Phân tích lựa chọn công cụ GIS để phân tích tình trạng thiếu hụt nguồn nước ...43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 45 3.1. Kết quả tính toán chỉ số Kappa...............................................................................45 3.2. Kết quả tính toán chỉ số SPI ...................................................................................48 3.3. So sánh kết quả đánh giá hạn bằng chỉ số Karpa và SPI ........................................55 iii
3.4. Xây dựng bản đồ hạn SPI và đánh giá diện tích hạn ..............................................57 3.5. Đề xuất một số giải pháp ứng phó, khắc phục thiếu hụt nguồn nước lưu vực sông Phan - Cà Lồ .................................................................................................................60 3.5.1. Một số giải pháp công trình .................................................................................60 3.5.2. Một số giải pháp phi công trình ...........................................................................61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 63 I)Kết luận ....................................................................................................................... 63 II) Kiến nghị ..................................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 65 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Phan – Cà Lồ .............................................19 Bảng 1.2 Lượng mưa trung bình tháng tại các trạm vùng nghiên cứu .......................... 20 Bảng 1.3 Tổng hợp số lượng công trình trên hệ thống sông chính ............................... 23 Bảng 1.4 Diện tích sử dụng đất của vùng nghiên cứu năm 2015 ..................................26 Bảng 2.1 Lượng bốc hơi trạm Vĩnh Yên giai đoạn năm 1985-2010 ............................. 37 Bảng 2.2 Lượng bốc hơi trạm Tam Đảo giai đoạn năm 1985-2008 ............................ 38 Bảng 2.3 Ngưỡng các giá trị phân loại tình trạng khô hạn theo chỉ số SPI ..................41 Bảng 2.4. Ngưỡng các giá trị phân loại tình trạng khô hạn theo chỉ số K ....................42 Bảng 3.1 Kết quả tính chỉ số Kappa trạm Vĩnh Yên ....................................................45 Bảng 3.2 Kết quả tính chỉ số Kappa trạm Tam Đảo...................................................... 47 Bảng 3.3: Tỷ lệ diện tích hạn của vùng nghiên cứu ...................................................... 60 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ ví trí vùng nghiên cứu ........................................................................18 Hình 2.1 Bản đồ mạng lưới trạm đo mưa vùng nghiên cứu ..........................................31 Hình 2.2 Lượng mưa năm tại các trạm vùng nghiên cứu ..............................................35 Hình 2.3 Diễn biến lượng mưa năm và lượng mưa mùa khô tại 1 số trạm đo ..............36 Hình 3.1 Kết quả tính Kappa trạm Vĩnh Yên T1 đến T3 .............................................46 Hình 3.2 Kết quả tính Kappa trạm Vĩnh Yên T12 đến T5 ............................................46 Hình 3.3 Kết quả tính Kappa trạm Tam Đảo T2 đến T4 ...............................................48 Hình 3.4 Kết quả tính Kappa trạm Tam Đảo T12 đến T5 .............................................48 Hình 3.5 Diễn biến hạn hán vùng nghiên cứu tại các trạm theo chỉ số SPI1 ................49 Hình 3.6 Diễn biến hạn hán vùng nghiên cứu tại các trạm theo chỉ số SPI3 ................53 Hình 3.7 Diễn biến hạn hán vùng nghiên cứu theo chỉ số SPI6 ...................................55 Hình 3.8 Bản đồ hạn theo chỉ số SPI 3 lưu vực sông Phan – Cà Lồ năm 1988 ............57 Hình 3.9 Bản đồ hạn theo chỉ số SPI 3 lưu vực sông Phan – Cà Lồ năm 1995 ............58 Hình 3.10 Bản đồ hạn theo chỉ số SPI 3 lưu vực sông Phan – Cà Lồ năm 2005 ..........58 Hình 3.11 Bản đồ hạn theo chỉ số SPI 3 lưu vực sông Phan – Cà Lồ năm 2010 ..........59 Hình 3.12 Bản đồ hạn theo chỉ số SPI 3 lưu vực sông Phan – Cà Lồ năm 2015 ..........59 vi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, làm môi trường suy thoái gây đói nghèo dịch bệnh… Hạn hán được phân loại thành 04 nhóm bao gồm: Hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thủy văn và hạn kinh tế xã hội. Bốn loại hạn hán này đều có liên quan tới sự thiếu hụt lượng mưa kéo dài qua các năm; tuy nhiên, các yếu tố khác nhau của chu trình thủy văn sẽ phản ánh các loại hạn hán khác nhau. Vùng cực Nam Trung bộ, Đông Nam Bộ, Trung Bộ, miền núi Trung du Bắc Bộ, Tây Nguyên,...là những khu vực thường xuyên bị hạn hán với mức độ nghiêm trọng nhất. Mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể trong thời gian dài hầu như quanh năm, đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn. Lượng mưa 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 mưa nhiều. Mưa không ít lắm, nhưng trong một thời gian nhất định trước đó không mưa hoặc mưa chỉ đáp ứng nhu cầu tối thiểu của sản xuất và sinh hoạt của con người. Đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khí hậu gió mùa, có sự khác biệt rõ rệt về mưa giữa mùa mưa và mùa khô. Ngoài ra nguyên nhân dẫn đến hạn hán còn do yếu tố con người. Trước hết là do tình trạng phá rừng bừa bãi làm giảm khả năng điều tiết nước mặt, hạ thấp mực nước ngầm dẫn đến cạn kiệt nguồn nước; việc trồng cây không phù hợp, vùng ít nước cũng trồng cây cần nhiều nước (như lúa) làm cho việc sử dụng nước quá nhiều, dẫn đến việc cạn kiệt nguồn nước; thêm vào đó công tác quy hoạch sử dụng nước, bố trí công trình không phù hợp, làm cho nhiều công trình không phát huy được tác dụng. Hạn hán có tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, chính trị xã hội và sức khoẻ con người. Hạn hán là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo, bệnh tật thậm chí là chiến tranh do xung đột nguồn nước. Hạn hán tác động đến môi trường như huỷ hoại các loài thực vật, các loài động vật, quần cư hoang dã, làm giảm chất lượng không khí, nước, làm 1
gia tăng nguy cơ cháy rừng, xói lở đất. Các tác động này có thể kéo dài và không khôi phục được. Hạn hán tác động đến kinh tế xã hội như giảm năng suất cây trồng, giảm diện tích gieo trồng, giảm sản lượng cây trồng, chủ yếu là sản lượng cây lương thực. Tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu nhập của lao động nông nghiệp. Tăng giá thành và giá cả các lương thực. Giảm tổng giá trị sản phẩm chăn nuôi. Các nhà máy thuỷ điện gặp nhiều khó khăn trong quá trình vận hành. Nghiên cứu về hiện tượng hạn hán từ lâu đã thu hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước. Dữ liệu quan trắc, chủ yếu là các yếu tố khí tượng như lượng mưa, nhiệt độ không khí gần bề mặt, tốc độ gió, lượng hơi nước trong khí quyển, độ ẩm tương đối và sự bốc thoát hơi nước... là những thông tin đầu vào quan trọng để theo dõi, đánh giá và định lượng mức độ hạn hán cũng như các tác động của hạn hán đến môi trường sinh thái, đến cuộc sống của con người. Tỉnh Vĩnh Phúc là tỉnh thuộc khu vực trung du có bốn con sông chính chảy qua gồm: sông Hồng, sông Lô, sông Đáy và sông Cà Lồ. Lượng nước hằng năm của các sông cung cấp nước tưới cho 38.200 ha đất canh tác nông nghiệp, được chia làm hai hệ thống sông chính: hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Cà Lồ. Nhưng những năm gần đây lượng mưa của tỉnh Vĩnh Phúc giảm đáng kể dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn nước ở các con sông. Vì vậy, để giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước và có giải pháp ứng phó với hạn hán thì đề tài:" Nghiên cứu ứng dụng các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước vùng sông Phan - Cà Lồ" là rất cần thiết. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài  Mục đích của đề tài - Xác định các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nước vùng sông Phan – Cà Lồ. - Đề xuất một số giải pháp ứng phó với tình trạng hạn hán trên lưu vực sông Phan- Cà Lồ. 2
 Phạm vi nghiên cứu của đề tài - Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Phan – Cà Lồ - Đối tượng nghiên cứu: Các đặc điểm khí tượng như lượng mưa, bốc hơi. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đề tài  Cách tiếp cận - Tiếp cận thực tế: khảo sát, thu thập, nghiên cứu các số liệu cần thiết. - Tiếp cận kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề hạn hán. - Tiếp cận theo mô hình: Các mô hình liên quan đến tính toán các chỉ số hạn và xây dựng bản đồ phân vùng  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Luận văn sử dụng, kế thừa quả nghiên cứu, đề tài, dự án trên thế giới cũng như tại Việt Nam về các vấn đề về hạn hán, dự báo, cảnh báo hạn hán và quản lý hạn hán. Kế thừa, sử dụng có chọn lọc số liệu. - Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập số liệu: Nhằm đánh giá hiện trạng, thu thập số liệu phục vụ công tác tính toán, đánh giá, xây dựng công cụ dự báo cũng như đề xuất các giải pháp ứng phó. - Phương pháp thống kê phân tích: Thống kê và phân tích các số liệu đo đạc, thu thập được để phục vụ tính toán phân tích và dự báo. - Phương pháp ứng dụng mô hình: Luận văn sử dụng các mô hình liên quan đến tính toán các chỉ số hạn và xây dựng bản đồ phân vùng. 4. Các kết quả dự kiến đạt được - Xây dựng bộ chỉ số hạn và mức độ hạn cho từng vùng - Thành lập bản đồ thể hiện vùng hạn hán và mức độ hạn - Các giải pháp ứng phó với hạn hán đối với vùng nghiên cứu 3
5. Cấu trúc của luận văn Nội dung bao gồm phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị và 3 chương: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu đánh giá hạn hán và tổng quan vùng nghiên cứu Chương 2: Công cụ và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HẠN HÁN VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm về hạn hán 1.1.1 Định nghĩa hạn hán Hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu, hạn hán hình thành do một hoặc nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm sự thiếu hụt mưa, lượng bốc hơi lớn và việc khai thác quá mức nguồn tài nguyên nước. Hạn hán xuất hiện trên khắp thế giới có thể xảy ra ở 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 có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng lâu dài của khí hậu. So với các thảm họa tự nhiên khác như: xoáy, lũ lụt, động đất, sự phun trào núi lửa và sóng thần có sự khởi đầu nhanh chóng, có ảnh hưởng trực tiếp và có cấu trúc, thì hạn hán lại ngược lại. Hạn hán khác với các thảm họa tự nhiên khác theo các khía cạnh quan trọng sau:  Không tồn tại một định nghĩa chung về hạn hán.  Hạn hán có sự khởi đầu chậm, là hiện tượng từ từ, dẫn đến khó có thể xác định được 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 hưởng bởi hạn hán có thể thay đổi theo thời gian.  Không có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn kẻ nào có thể xác định chính xác sự bắt đầu và mức độ khắc nghiệt của sự kiện hạn cũng như các tác động tiềm năng của nó.  Phạm vi không gian của hạn hán thường lớn hơn nhiều so với các thảm họa khác, do đó ảnh hưởng của hạn thường trải dài trên nhiều vùng địa lý lớn.  Các tác động của hạn nhìn chung không theo cấu trúc và khó định lượng. Các tác động tích lũy lại và mức độ ảnh hưởng của hạn sẽ mở rộng khi các sự kiện hạn tiếp tục kéo dài từ mùa này sang mùa khác hoặc sang năm khác. 5
 Mặt khác, hạn hán ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực kinh tế và xã hội nên các định nghĩa về hạn sẽ được đưa ra theo nhiều cách tiếp cận khác nhau: như các ngưỡng sử dụng, theo mục đích sử dụng, khu vực, địa phương....Hơn nữa, hạn hán xảy ra với tần suất thay đổi gần như ở tất cả các vùng trên toàn cầu, các tác động của hạn đến nhiều lĩnh vực cũng khác nhau theo không gian và thời gian. Như vậy để có được một định nghĩa chung nhất về hạn thì rất khó. D.A.Wilhite cho rằng mặc dù các nhân tố khí hậu (nhiệt độ cao, gió mạnh, độ ẩm tương đối thấp) thường gắn liền với hạn hán ở nhiều vùng trên thế giới và có thể làm nghiêm trọng thêm mức độ hạn, song lượng mưa vẫn là nhân tố ảnh hưởng chính gây ra hạn hán và tác giả cũng đã đưa ra một định nghĩa về hạn hán: “hạn hán là kết quả của sự thiếu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thường là một mùa hoặc lâu hơn”. Chính vì vậy, hạn hán thường gắn liền với các khoảng thời gian (mùa hạn chính, sự khởi đầu muộn của mùa mưa, sự xuất hiện mưa trong mối liên hệ với các giai đoạn sinh trưởng chính của cây trồng) và đặc tính của mưa (cường độ mưa, các đợt mưa). Với các thời điểm hạn xuất hiện khác nhau sẽ dẫn đến các sự kiện hạn khác nhau về tác động, phạm vi ảnh hưởng cũng như các đặc tính khí hậu của hạn khác nhau. 1.1.2 Phân loại hạn hán Theo tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO), hạn hán được phân thành 4 loại là: (1) Hạn khí tượng; (2) Hạn thủy văn; (3) Hạn nông nghiệp; (4) Hạn kinh tế- xã hội. (1) Hạn khí tượng (Meteorological Drought): hạn khí tượng là hiện tượng thiếu hụt nước trong suốt một thời gian nào đó do sự mất cân bằng giữa lượng giáng thủy và bốc hơi, hạn khí tượng phản ánh đặc trưng vật lý hạn hán. Hạn khí tượng không phản ánh được sự ảnh hưởng của sự thiếu hụt dòng chảy nhưng lại phản ánh tốt sự thiếu hụt nước thực tế. (2) Hạn nông nghiệp (Agricultural Dought): hạn nông nghiệp thường xảy ra ở nơi độ ẩm đất không đáp ứng đủ nhu cầu của một cây trồng cụ thể ở một thời gian nhất định và cũng ảnh hưởng đến vật nuôi và các hoạt động nông nghiệp khác. Mối quan hệ giữa lượng mưa thấm vào đất thường không được chỉ rõ. Sự thẩm thấu lượng mưa vào 6
trong đất sẽ phụ thuộc vào các điều kiện ẩm trước đó, độ dốc của đất, loại đất, cường độ mưa. Hạn nông nghiệp xảy ra sau hạn hán khí tượng, bởi vì hận khí tượng có ảnh hưởng đến lượng nước có trong đất, khả năng giữ nước trong đất thấp thì khả năng xảy ra hạn nông nghiệp sẽ cao và ngược lại. Ví dụ, một số loại đất có khả năng giữ nước tốt hơn thì các loại đất đó ít bị hạn hơn. (3) Hạn thủy văn (Hydrological Drought): hạn thủy văn liên quan đến sự thiếu hụt nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Nó được lượng hóa bằng dòng chảy, tuyết, mực nước hồ, hồ chứa và nước ngầm. Hạn thủy văn xuất hiện trễ hơn hạn khí tượng và nông nghiệp, sau khi kết thúc một đợt hạn khí tượng và hạn nông nghiệp thì hạn thủy văn phải mất một thời gian dài mới kết thúc. Cũng giống như hạn nông nghiệp, hạn thủy văn không chỉ ra được mối quan hệ rõ ràng giữa lượng mưa và trạng thái cung cấp nước bề mặt trong các hồ, bể chứa, tầng ngập nước, dòng suối. Bởi vì quá trình hình thành dòng chảy rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều thành phần trong hệ thống thủy văn, như sự tưới tiêu, kiểm soát lũ lụt, vận chuyển nước, phát điện, cung cấp nước sinh hoạt và bảo tồn môi trường. (4) Hạn kinh tế - xã hội khác hoàn toàn với các loại hạn khác. Bởi nó phản ánh mối quan hệ giữa sự cung cấp và nhu cầu hàng hóa kinh tế (ví dụ như cung cấp nước, thủy điện), nó phụ thuộc vào lượng mưa. Sự cung cấp đó biến đổi hàng năm như là một hàm của lượng mưa và nước. Nhu cầu nước cũng dao động và thường có xu thế dương do sự tăng dân số, sự phát triển của kinh tế và các nhân tố khác. 1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới 1.2.1 Tình hình hạn hán trên thế giới Trong những thập kỷ gần đây hạn hán xảy ra nhiều nơi trên thế giới, gây nhiều thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái. Hàng năm có khoảng 21 triệu ha đất biến thành đất không có khả năng suất kinh tế do hạn hán. Trong gần ¼ thế kỉ vừa qua, số dân gặp rủi ro về hạn hán trên những vùng khô cằn đã tăng 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 + 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 7
ướt. Diện tích hoang mạc hoá đã lên đến 39,4 triệu km2, chiếm 26,3% đất tự nhiên thế giới và 100 quốc gia chịu ảnh hưởng. Nguy cơ đói và khát do hạn hán uy hiếp 250 triệu con người, kèm theo đó còn ảnh hưởng tới môi trường khí hậu chung toàn cầu (WMO [1]) Một số ví dụ điển hình về hạn hán tại các quốc gia: - Tại Trung Quốc, từ năm 1876 đến 1879, hạn hán và lũ lụt đã gây ra nạn đói lịch sử, làm chết khoảng 9 đến 13 triệu người. Năm 1985 đến 1961, mưa lũ diễn ra ở nhiều vùng, sau đó là các đợt hạn hán nghiêm trọng và kéo dài đã gây mất mùa khiến sản lượng ngũ cốc giảm khoảng từ 25-30%, khiến khoảng 16,5 triệu người thiệt mạng và đây được coi là nạn đói khủng khiếp nhất trong lịch sử nước này, trong các năm 1994 và 1995, mỗi năm có khoảng 27 đến 55 triệu ha đất nông nghiệp bị ảnh hưởng do thiên tai có liên quan đến hạn, chỉ tính riêng năm 1994 đã làm tổn thất khoảng 25 triệu tấn lương thực [2]. Mùa xuân năm 1995, hạn hán lan rộng khắp nơi, tại phần lớn các tỉnh phía Bắc Trung Quốc có lượng mưa giảm từ 50-80% so với bình thường, một số vùng không có mưa hoặc tuyết. Thêm vào đó, gió mạnh và nhiệt độ cao đã góp phần làm cho hạn hán càng thêm nặng nề. Kết quả là nhiều vùng thuộc tỉnh Hà Bắc, phía Bắc tỉnh Sơn Tây và Thiểm Tây, phía Đông tỉnh Cam Túc, phía Tây vùng Nội Mông, miền Trung và Đông tỉnh Sơn Đông, một số vùng tại tỉnh Giang Tây, tỉnh An Huy tại miền Đông Trung Quốc đều bị hạn nặng. Đến đầu tháng 5/1995 đã có hơn 10 triệu người và hơn 5 triệu gia súc thiếu nước sinh hoạt. Mùa hè năm 2000, hạn hán kéo dài 3 tháng liên tục tại nhiều địa phương đã làm cho tổng sản lượng lương thực ở Trung Quốc giảm 9% [3] - Ở Indonexia, từ năm 1982 đến 1983, hiện tượng El Nino xảy ra đồng thời với hạn hán và làm cho 420.000 ha ruộng lúa bị ảnh hưởng do thiếu nước, 158.000 ha bị mất trắng và 3,7 ha rừng gỗ tái sinh bị cháy trụi. Năm 1991, hiện tượng El Nino cùng với nắng nóng đã gây ra hạn hán nghiêm trọng nhất trong lịch sử, gây tổn thất lớn đến sản xuất nông nghiệp làm 483.000 ha trong đó có 190.000 ha lúa bị huỷ hoại hoàn toàn, buộc chính phủ phải nhập khẩu khẩn cấp 600.000 tấn lương thực. Hạn hán cũng là nguyên nhân gây ra cháy rừng, tại Kalimantan ở Indonexia 88.000 ha rừng bị cháy. Đây là vụ cháy rừng lớn nhất trong lịch sử tại quốc gia này, cháy lớn đến nỗi lớp khói dày đặc do nó tạo ra đã bao phủ toàn bộ đảo Kalimantan, lan tới tận các nước láng giềng là Singapore và Malaixia trong tháng 9 và tháng 10 năm 1991 và cháy rừng âm ỉ 8
kéo dài đến tận 29/4/1992. Trong những năm 1997-1998, do ảnh hưởng của hiện tượng El Nino, các nước trong khu vực Đông Nam Á (trong đó có Việt Nam) hầu như không có mưa, nhiệt độ không khí cao đã gây cháy rừng ở nhiều nơi, trong đó cháy rừng xảy ra nghiêm trọng nhất là ở Indonexia và Malaixia. [4,5] - Ở Châu Phi, một trong những khu vực điển hình thường xuyên xảy ra hạn hán và cũng vì hạn hán xảy ra triền miên đã là nguyên nhân gây ra nghèo đói và chiến tranh, trong đó có nhiều cuộc chiến tranh chỉ đơn thuần xuất phát từ việc tranh dành nguồn nước. Do nguồn nước phân bố không đều, nên nhiều vùng tại Châu Phi, hạn hán mang tính thường xuyên đã gây nên sự suy giảm nguồn lương thực, năng lượng và nước rất phổ biến [6]. Những thông báo về sự suy giảm của nền kinh tế và môi trường tại châu lục này đang gây mối lo ngại cho nhiều quốc gia trên thế giới. Theo OTA (Office of Technology Assessment), do hạn hán kéo dài, sản xuất lương thực trong thời kì từ 1975 đến 1985 tại Tây Phi đã giảm sút 25%, khiến cộng đồng quốc tế đã phải trợ giúp 15 tỷ USD nhưng vẫn không cải thiện nổi nền kinh tế bị sa sút của các nước ở khu vực này. Nơi điển hình chịu tác động nghiêm trọng nhấ của hạn hán tại châu lục này là nước Cộng hoà Sudan vào mùa xuân năm 1984, mất mùa làm nạn đói lan rộng, trong đó ba tỉnh Kordofan và Darfur ở miền Tây và tỉnh Red Sea (Biển Đỏ) ở miền Đông Sudan la bị đói nghèo nặng nề nhất. Tình trạng thiếu đói đã ảnh hưởng đến một nửa dân số, khoảng 20-15 triệu người và làm chết khoảng 3% dân số trong vòng một tháng. Khoảng 2,5 triệu người phải di cư ra thành phố hoặc đến các khu vực phía Nam. Hạn hán kéo dài tại tỉnh Kordofan đã làm sa mạc đã tiến về hướng Nam khoảng 90- 100 km trong vòng 17 năm, trung bình mức sa mạc hoá từ 5 đến 6 km hằng năm. Đợt hạn tại Sahel năm 1974 đã làm chết tới 300.000 người và ảnh hưởng đến 150 triệu người do bị đói và suy dinh dưỡng. Trước đó, những đợt hạn liên tiếp trong thời gian 6 năm (1968-1974) đã làm số người chết ước tính từ 100.000 đến 300.000 người. Tại Mali, hạn hán kéo dài đã làm cho sa mạc Shara mở rộng xuống phía Nam khoảng 350km trong vòng 20 năm, kết quả là đã có 1,5 tỷ ha vốn là đất canh tác biến thành hoang mạc. - Tại Hoa Kỳ, sản xuất công, nông nghiệp và dịch vụ phát triển cao, đồng thời cũng là quốc gia sử dụng nhiều nước nhất trên thế giới. Do vậy, những năm bị hạn hán, thiệt hại về kinh tế ở nước này là rất nghiêm trọng. Hoa Kỳ cũng là nước quan 9
tâm nhiều đến vấn đề hạn hán và có nhiều cơ quan nghiên cứu về hạn hán. Theo kết quả thống kê về những thiệt hại do bão, lũ lụt và hạn hán gây ra là lớn nhất, từ 6-8 tỷ USD, tiếp sau đó là do lũ lụt khoảng 2,41 tỷ USD và sau cùng là do bão khoảng từ 1,2 đến 4,8 tỷ USD. Cũng theo số liệu thống kê, thiệt hại về kinh tế do hạn hán gây ra, cao nhất là vào năm 1988, khoảng 39,4 tỷ USD, gần tương đương với mức thiệt hại năm 1998 cũng do hạn bao gồm mất mát về nông nghiệp, năng lượng, nước, sinh thái và các vấn đề khác,...chiếm hơn 39 tỷ USD. Về thời gian, hạn hán cũng hết sức dai dẳng, có thể kéo dài hàng tháng, hàng năm, thậm chí hàng thập kỷ. Theo tài liệu thống kê của cơ quan Quản lý lưu vực sông và khí quyển đại dương quốc gia Hoa Kỳ cho thấy, tại một số nơi liên tục có hạn trong cả 100 năm, lưu vực sông Missouri có đến 90 năm bị hạn có ở mức độ khác nhau. [7] - Thiệt hại do hạn hán gây ra ở nhiều nước trên thế giới là rất nghiêm trọng, kể cả về người và tài sản. Thực tế, các con số thiệt hại đó rất khó có thể thống kê một cách chính xác do số liệu thống kê chưa đầy đủ hoặc giá cả trong quá khứ và hiện tại là khác nhau. 1.2.2 Các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới Trên thế giới, có rất nhiều tác giải nghiên cứu về hạn hán. Nhưng do tính phức tạp của hiện tượng này, đến nay vẫn chưa có một phương pháp chung cho các nghiên cứu về hạn hạn. Trong việc xác định, nhận dạng, giám sát và cảnh báo hạn hán, các tác giả thường 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 được sự khởi đầu, thời gian kéo dài cũng như cường độ hạn. Chỉ số hạn hán là hàm của các biến đơn như lượng mưa, nhiệt độ, bốc thoát hơi, dòng chảy... hoặc là tổng hợp của các biến. Mỗi chỉ số đều có ưu nhược điểm khác nhau và mỗi nước đều sử dụng các chỉ số phù hợp với điều kiện của nước 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 sản phâm 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 trưng của hạn là hết sức cần thiết, như xác định sự khởi đầu và kết thúc hạn, thời gian kéo dài hạn, phạm vi mở rộng của hạn, mức độ hạn, tần suất và mối liên hê giữa những biến đổi của hạn với khí hậu [8]. 10
Các phân tích về hạn hán trên quy mô toàn cầu của Aiguo Dai và cộng sự [9], theo khu vực và địa phương của Benjamin Lloyd-Hughes & Mark A.Saunders [10]; Michael J.Hayes và cộng sự [11] đã thông qua cấc chỉ số hạn dựa trên số liệu mưa, nhiệt độ và độ ẩm quan trắc trong quá khứ cho thấy số đợt hạn, thời gian kéo dài hạn, cũng như tần suất và mức độ của nó ở một số nơi đã tăng lên đáng kể. Nổi bật lên nghiên cứu hạn trên quy mô toàn cầu là nghiên cứu của Nico Wanders và cộng sự [12], trong nghiên cứu của mình tác giả đã phân tích ưu điểm, nhược điểm của 18 chỉ số hạn hán bao gồm cả chỉ số hạn khí tượng, chỉ số hạn thủy văn, chỉ số độ ẩm, rồi lựa chọn ra các chỉ số thích hợn để áp dụng phân tích các đặc trưng của hạn hán trong năm vùng khí hậu khác nhau trên toàn cầu: vùng xích đạo, vùng khô hạn cực, vùng nhiệt độ ẩm, vùng tuyết, vùng địa cực. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự giảm lượng mưa đáng kể đi kèm với sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng quá trình bốc hơi, gây ra hạn hán nghiêm trọng hơn (A.V.Meshcherskaya & V.G Blazhevich [13], A.Loukas & L.Vasiliades [14]). Cùng với xu thế nóng lên 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, như 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%) [15]; hạn hán xảy ra vào các tháng mùa hè ở Hy Lạp ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoa màu và sự cung cấp nước trong thành phố (A.Loukas & L.Vasiliades [14]; ở Cộng hòa Moldova, cứ 2 năm thì lại có một đợt hạn nặng vào mùa thu [15]. Bên cạnh sự gia tưng 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 vào tháng đến vài năm ở nhiều quốc gia. Nghiên cứu hạn dựa trên bộ số liệu mưa và nhiệt độ tháng quan trắc với bước lưới 0,5o trên toàn lãnh thổ Châu Âu 35o-70oN và 35oE-10oW (Benjamin Lloyd-Hughes & Mark A.Saunders [10]) đã chỉ ra rằng thời hạn hạn hán lớn nhất trung bình trên mỗi ô lưới 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. Xukai Zou, và cộng sự [16] đã chỉ ra rằng hạn hán ở phía bắc 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. Vì vậy, có thể nói hạn 11
hán trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu và đi đến kết luận: Hạn hán là hiện tượng hết sức phức tạp mà sự hình thành là do cả hai nguyên nhân: tự nhiên và con người; Các yếu tố tự nhiên gây hạn như sự dao dộng của các dạng hoàn lưu khí quyển ở phạm vi rộng và các vùng xoáy nghịch, hoặc các hệ thống áp thấp, áp cao, sự biến đổi khí hậu, sự thay đổi nhiệt độ mặt nước biển như EL Nino; Các nguyên nhân do con người như nhu cầu nước ngày càng gia tăng, phá rừng, ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới nguồn nước, quản lý đất và nước kém bền vững, gây hiệu ứng nhà kính...[17]. Hiện nay, rất nhiều chỉ số/ hệ số hạn hán khác nhau đã được phát triển và ứng dụng ở các nước trên thế giới như: Chỉ số ẩm Ivanov (1948), Chỉ số khô Budyko (1950), Chỉ số khô Penman, Chỉ số gió mùa GMI, Chỉ số mưa chuẩn hóa SPI, Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa và bốc hơi SPEI, 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 nước mặt (SWSI), Chỉ số RDI (Reclamation Drought Index)...Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy hầu như không có một chỉ số nào có ưu điểm vượt 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 như hệ thống cơ sở dữ liệu quan trắc sẵn có ở vùng đó [18]. Nhằm mục đích giảm nhẹ tác hại của hạn hán, ở một số nước 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 phương pháp dự báo và cảnh báo hạn hán. 1.3 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam 1.3.1 Tình hình hạn hán ở Việt Nam Ở Việt Nam, hạn hán xảy ra ở vùng này hay vùng khác với mức độ và thời gian khác nhau, gây ra những thiệt hại to lớn đối với kinh tế-xã hội, đặc biệt là nguồn nước và 12