BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ THỊ THƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHÂN VÙNG HẠN - MẶN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG CHO VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN SÔNG MÃ Ngành: Thủy văn học Mã số: 9440224
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2020
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Hoàng Ngọc Quang Người hướng dẫn khoa học 2: GS. TS Ngô Đình Tuấn
Phản biện 1: PGS.TS Lã Thanh Hà
Phản biện 2: GS.TS Vũ Minh Cát
Phản biện 3: TS Đặng Thanh Mai
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. vào lúc giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đối với các lưu vực sông có hạ du là đồng bằng ven biển thì hạn hán và xâm
nhập mặn là hai hiện tượng tự nhiên luôn tồn tại song hành và có mối quan hệ
vật lý chặt chẽ với nhau; hạn hán càng nghiêm trọng thì nước mặn càng xâm
nhập sâu vào trong sông. Trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng hiện
nay, quá trình diễn biến của hạn - mặn trở nên phức tạp hơn, ảnh hưởng lớn đến
nhu cầu khai thác sử dụng nước cho các mục tiêu phát triền kinh tế - xã hội vùng
đồng bằng ven biển. Theo Tổng cục Thủy lợi, mùa khô năm 2019 -2020, cả ba
vùng gồm ĐBSCL, đồng bằng sông Hồng, khu vực Nam Trung Bộ đã và đang
chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của HH&XNM. Trong bối cảnh đó đã có nhiều
giải pháp cũng như phương án trong công tác phòng chống hạn – mặn. Bên cạnh
những ưu điểm thì những phương án này vẫn còn một số tồn tại, bởi nhu cầu
nước ngày càng cao mà tài nguyên nước ngọt thì ngày càng giảm do nước mặn,
nước lợ ngày càng gia tăng. Chính vì vậy, thời gian gần đây các nhà khoa học đã
cho rằng trước thử thách biến đổi khí hậu, nước biển dâng, hạn - mặn có thể coi
vừa là thách thức vừa là cơ hội.
Đồng thời, có nhiều đề tài nghiên cứu về HH&XNM cho nhiều vùng hạ lưu các
sông trên phạm vi cả nước nói chung, vùng đồng bằng ven biển sông Mã nói
riêng. Tuy nhiên, các đề tài thường nghiên cứu HH&XNM một cách riêng rẽ,
chưa xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng trong bài toán phân
vùng hạn – mặn; Việc coi hạn – mặn trong bối cảnh nước biển lấn là cơ hội để
tận dụng khai thác cũng chưa được đề cập đến. Với đề tài lựa chọn “Nghiên cứu
cơ sở khoa học phân vùng hạn – mặn và đề xuất giải pháp thích ứng cho vùng
đồng bằng ven biển sông Mã” nghiên cứu sinh đã xác định được sự biến đổi
nguồn nước mặt và độ mặn theo không gian và thời gian; đưa ra khái niệm hạn
– mặn, bước đầu tìm hiểu và xây dựng được mối quan hệ định lượng giữa
HH&XNM; phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước; qua đó
đề xuất được giải pháp khai thác sử dụng nguồn nước mang tính thích nghi cho
vùng đồng bằng ven biển sông Mã nhằm phát huy và tận dụng tác động có lợi,
1
hạn chế tác động bất lợi của hạn – mặn. Vì vậy luận án có tính cấp thiết, ý nghĩa
khoa học và thực tiễn rất rõ ràng.
2. Mục tiêu nghiên cứu
(i) Nghiên cứu được cơ sở khoa học và thực tiễn phân vùng hạn – mặn vùng
đồng bằng ven biển sông Mã trong trường hợp nước biển dâng.
(ii) Đề xuất được các giải pháp thích ứng với hạn – mặn cho vùng đồng bằng
ven biển sông Mã có xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hạn – mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã (phần nước mặt) trong trường hợp
nước biển dâng, bao gồm các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, TP Sầm
Sơn và Quảng Xương.
4. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp kế thừa, phương pháp điều tra, khảo
sát thực địa, phương pháp phân tích, thống kê, tổng hợp, phương pháp mô hình
toán, phương pháp tích hợp bản đồ, phương pháp chuyên gia.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1 Ý nghĩa khoa học
i) Luận án đã đưa ra được cơ sở khoa học của mối quan hệ hạn -mặn; sự biến đổi
tổ hợp hạn – mặn theo không gian, thời gian và cơ sở phân vùng hạn – mặn.
ii) Luận án đã nghiên cứu và tính toán phân vùng hạn – mặn trong trường hợp
nước biển dâng và đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng nước có tính khả thi.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Luận án đã phân vùng hạn – mặn trên cơ sở nghiên cứu tính toán mô phỏng hạn
– mặn kết hợp điều kiện tự nhiên và truyền thống phát triển kinh tế - xã hội. Từ
đó đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước hợp lý.
6. Bố cục của luận án: Gồm ba chương chính: Chương 1: Tổng quan tình hình
nghiên cứu hạn – mặn; Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp phân
vùng hạn – mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã; Chương 3: Phân vùng hạn –
mặn và đề xuất giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu, nước biển dâng.
2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HẠN – MẶN
1.1 Tình hình nghiên cứu hạn – mặn
1.1.1 Các khái niệm và định nghĩa
1.1.1.1 Hạn hán: Hạn hán là hiện tượng thiếu nước trong một thời gian dài do
không có mưa và cạn kiệt nguồn nước. Theo đó, hạn hán theo cách tiếp cận trong
luận án được hiểu là sự kết hợp của hạn thủy văn và hạn kinh tế - xã hội.
1.1.1.2 Xâm nhập mặn: Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn với nồng độ
4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biển dâng hoặc cạn
kiệt nguồn nước ngọt.
1.1.1.3 Biến đổi khí hậu: Theo IPCC (2007): Biến đổi khí hậu là sự biến đổi về
trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được nhận biết qua sự biến đổi trung bình
và sự biến động các thuộc tính của nó, được duy trì trong khoảng thời gian đủ dài,
điển hình là hàng thập kỉ hoặc có thể dài hơn.
1.1.1.4 Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn: Thứ nhất: Hạn hán và xâm
nhập mặn thường xuất hiện đồng thời, đặc biệt là ở khu vực đồng bằng ven biển.
Thứ hai: HH&XNM thường xuất hiện không phải lúc nào cũng cùng cấp. Điều đó
cho thấy mối quan hệ nguyên nhân – kết quả giữa HH&XNM được thể hiện rất rõ.
Từ đó, luận án đưa ra cách tiếp cận về hạn – mặn: là hiện tượng thiếu hụt dòng chảy
trong một thời gian dài dẫn đến lượng dòng chảy xuống hạ lưu giảm mạnh, mặn theo
dòng triều xâm nhập sâu hơn trong điều kiện nước biển dâng.
1.1.1.5 Vùng hạn – mặn: là một vùng đất tự nhiên có sự tương đồng giữa các tiểu
vùng về điều kiện kinh tế - xã hội và mức độ ảnh hưởng của hạn – mặn đến khả năng
khai thác sử dụng nước. Trong luận án vùng này được xác định dựa trên việc kết hợp
giữa kết quả tính toán mô phỏng hạn – mặn với điều kiện tự nhiên và đặc điểm phát
triển kinh tế - xã hội của từng khu vực.
1.1.1.6 Vùng đồng bằng ven biển sông Mã: trong phạm vi nghiên cứu chỉ bao gồm
các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Thành phố Sầm Sơn và Quảng Xương.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Quá trình tổng quan trên thế giới cho thấy: các nghiên cứu thường tập trung
nghiên cứu riêng rẽ dự báo về hạn hán, theo dõi giám sát tình hình hạn hán hoặc
3
dự báo về xâm nhập mặn, phân vùng hạn hán hoặc phân vùng xâm nhập mặn.
Một số các nghiên cứu quan hệ giữa hạn với mặn thì mới dừng lại ở việc sử dụng
các chỉ số hạn để tính toán các chỉ số mặn và phân tích đánh giá sự tương tác
giữa nước sông và nước biển diễn ra dưới sự tác động của lưu lượng dòng chảy
trong sông với thủy triều. Các nghiên cứu chưa đề cập đến mối quan hệ hạn mặn
và phân vùng hạn – mặn trong điều kiện BĐKH.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước
Công trình nghiên cứu liên quan đến HH&XNM theo nhiều cách tiếp cận khác nhau,
nhưng có thể tựu trung lại thành các nhóm nội dung:
(1) Mô tả về hạn hán và nguyên nhân hình thành hạn hán, phân loại và phân cấp hạn
cho khu vực ven biển miền Trung; (2) Xác định các chỉ tiêu hạn, đánh giá tác động
của hạn hán, ENSO đến tình hình hạn, nguyên nhân hoang mạc hóa cho các vùng
khí hậu Việt Nam; (3) Về công nghệ dự báo đã đưa ra các phương pháp, phương án
dự báo hạn dựa trên nguyên tắc mối tương quan giữa các yếu tố khí hậu, ENSO và
các điều kiện thực tế vùng nghiên cứu; (4) Các nghiên cứu mô phỏng xâm nhập mặn
kịch bản hiện trạng và trong tương lai; (5) Các nghiên cứu khác với mục đích mô
phỏng dự báo, phân vùng xâm nhặp mặn dựa trên công nghệ viễn thám; đánh giá
khả năng thích ứng của cộng đồng với xâm nhập mặn.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu trên lưu vực sông Mã
Nguyễn Thị Hằng (2011), “Nghiên cứu xâm nhập mặn và đề xuất các giải pháp
kiểm soát mặn phục vụ phát triển kinh tế xã hội cho khu vực hạ lưu sông Mã”;
Lã Văn Chú (2014) “Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông
Mã, sông Yên”; Trần Hồng Thái và cs (2017) đã sử dụng kết hợp Mike 11 và
Mike 21 để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn và đưa ra các kịch bản xâm nhập
mặn với các tần suất dòng chảy 75%, 90% và 95%.
1.1.5 Nhận xét chung về các nghiên cứu có liên quan đến nội dung của luận án
(1) Đa phần các nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu đơn lẻ hạn hán hoặc xâm
nhập mặn mà chưa đề cập đến mối quan hệ giữa HH&XNM; chú trọng vào tác hại
của HH&XNM và cần phải phòng chống chứ chưa thực sự thay đổi tư duy coi
hạn – mặn là tài nguyên trong bối cảnh biến đổi khí hậu; (2) Các nghiên cứu chưa
4
xét đến việc tính toán phân vùng hạn – mặn trong trường hợp nước biển dâng và
cũng chưa đề cập đến việc đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng nước thích
nghi theo hướng thuận thiên.
1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu
Vùng đồng bằng sông Mã nhỏ, hẹp chạy dọc ven biển bị ảnh hưởng của thủy
triều, mặn xâm nhập sâu vào nội đồng nhất là về mùa cạn. Với đặc điểm thổ
nhưỡng vùng ven biển rất đa dạng, đã tạo nên sự phân hóa trong thảm phủ thực
vật và cơ cấu cây trồng với diện tích lúa và hoa màu chiếm ưu thế.
Đặc điểm thủy triều: Diễn biến độ mặn có nét tương đồng với diễn biến của thủy
triều. Do vùng đồng bằng ven biển sông Mã có chế độ nhật triều không đều nên
trong 1 ngày có 1 diễn biến mặn, nhưng thời điểm độ mặn lớn nhất thường xuất hiện
cùng lúc hoặc chậm hơn 1-2 giờ so với thời điểm xuất hiện đỉnh triều.
Đặc điểm tình hình hạn – mặn: (1) Đa phần các năm xuất hiện độ mặn lớn nhất
trùng với những năm xảy ra hạn hán nặng nề do có hiện tương El Nino xảy ra;
(2) Lưu lượng tại các trạm thượng nguồn có quan hệ chặt chẽ với độ mặn tại các
trạm vùng hạ lưu sông Mã thể hiện qua mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa Qmin
thượng nguồn và Smax hạ lưu; (3) Mức độ xâm nhập mặn vào sông trong năm
nhiều hay ít tùy thuộc chủ yếu vào lượng dòng chảy cơ bản trên sông từ thượng
nguồn chảy về hạ lưu.
1.3 Định hướng nghiên cứu của luận án
Luận án đi theo hướng nghiên cứu để giải quyết các vấn đề sau: (1) Nghiên cứu
cơ sở khoa học của mối quan hệ hạn – mặn và tiêu chí, cơ sở phân vùng hạn –
mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã; (2) Dựa trên cơ sở phân vùng, nghiên
cứu tính toán phân vùng hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước cho
trường hợp hiện trạng và biến đổi khí hậu; (3) Từ kết quả phân vùng hạn – mặn,
luận án đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng nước phù hợp với từng vùng có
mức độ hạn – mặn khác nhau theo hướng thích nghi trong điều kiện biến đổi khí
hậu, nước biển dâng. Sơ đồ tiếp cận hướng nghiên cứu như hình 1.8
5
Hình 1.8: Sơ đồ khối tổng thể quá trình nghiên cứu của luận án
6
Kết luận chương 1: Qua tổng quan các công trình nghiên cứu cho thấy: đa phần các nghiên cứu đều tập vào mô phỏng, dự báo xâm nhập mặn; xây dựng công nghệ cảnh báo xâm nhập mặn; phân vùng xâm nhập mặn, hạn hán hay tác động của hồ chứa đến dòng chảy kiệt ở hạ lưu sông Mã. Vì vậy việc tính toán phân vùng hạn – mặn và xem xét hạn – mặn trên hai khía cạnh: mặt hại và mặt lợi là hướng nghiên cứu phù hợp. Để làm được như vậy thì cơ sở khoa học cũng như cơ sở thực tiễn và phương pháp luận của việc phân vùng cần được chỉ ra một cách rõ ràng. Đây sẽ là nội dung chính được trình bày trong chương 2 của luận án.
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN VÙNG HẠN – MẶN VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN SÔNG MÃ
2.1 Cơ sở khoa học: Việc phân vùng hạn – mặn trong luận án dựa trên các cơ sở khoa học sau: (1) Mối quan hệ hạn hán và xâm nhập mặn trong khu vực nghiên cứu; (2) Sự biến đổi của các tổ hợp hạn – mặn theo không gian và thời gian; (3) Nhu cầu khai thác sử dụng nước dọc sông trong khu vực nghiên cứu. 2.1.1 Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn Mối quan hệ hạn – mặn được xem xét theo 02 hướng chính: (1) HH&XNM thường xuất hiện đồng thời, đặc biệt là khu vực đồng bằng ven biển; (2) HH&XNM thường xuất hiện nhưng không phải khi nào cũng đồng cấp. Để minh chứng cho hai nhận định trên, luận án phân tích các mối quan hệ sau: 2.1.1.1 Mối quan hệ giữa thủy triều và dòng triều Thủy triều là hiện tượng nước biển, nước sông lên xuống theo một chu kỳ nhất định, tạo ra các dòng chảy có tính dao động gọi là dòng triều. Dòng chảy theo dòng triều truyền vào trong sông sẽ mang theo độ mặn và biến đổi theo một phương nhất định tổng hợp lại thành 2 hướng: dòng triều lên và dòng triều xuống. Khi xét đường quá trình Hgiờ ~t, Qgiờ ~t và Vgiờ ~t tại trạm Quảng Châu cho thấy tính chất dao động của thủy triều cũng như dòng triều theo một quy luật chung, với thứ tự xuất hiện các giá trị cực đại lần lượt: Hmax -> Qmax -> Vmax. Điều đó chứng tỏ thủy triều và dòng triều có một mối quan hệ nhất định. 2.1.1.2 Mối quan hệ giữa mực nước đặc trưng trạm Giàng và trạm Quảng Châu a, Quan hệ giữa Hmax mùa cạn trạm Giàng và trạm Quảng Châu. Với chuỗi số liệu mực nước lớn nhất trong 38 năm tại Giàng và Quảng Châu cho thấy: Ở cấp mực nước cao: mực nước của năm 1990 tại hai trạm Quảng Châu và Giàng xuất hiện cùng năm nhưng không cùng thời gian. Ở cấp mực nước trung bình mực nước tại
7
hai trạm xuất hiện đồng bộ vào năm 1992, 1984 và 1983. Mực nước của các năm 1988, 2017, 2001 của hai trạm xuất hiện cùng năm nhưng không cùng thời gian. Đến cấp mực nước thấp cho thấy mực nước tại hai trạm xuất hiện đồng bộ vào năm 1981, 2014, 1994, 1998. Mực nước của các năm 1997, 1997, 1999, 1985, 2015 của hai trạm xuất hiện cùng năm nhưng không cùng thời gian. Điều này giải thích rõ hơn về việc: Hạn hán (Hmax tại Giàng) và xâm nhập mặn (Hmax tại Quảng Châu) có thế xuất hiện đồng thời nhưng không phải khi nào cũng đồng bộ. b, Quan hệ giữa Hmin mùa cạn trạm Giàng và trạm Quảng Châu. Ở cấp mực nước cao thì mực nước của năm 2016 và 1994 tại hai trạm Quảng Châu và Giàng xuất hiện cùng năm nhưng không cùng thời gian. Ở cấp mực nước trung bình mực nước tại hai trạm xuất hiện đồng bộ vào năm 2013. Mực nước của các năm 2011, 2017, 1995, 1998, 2000, 2015, 1996 của hai trạm xuất hiện cùng năm nhưng không cùng thời gian. Đến cấp mực nước thấp cho thấy mực nước tại hai trạm xuất hiện đồng bộ vào năm 2009, 2010, 1999, 2006 và 2005. Mực nước các năm 2003, 2004, 2007 của hai trạm xuất hiện cùng năm nhưng không cùng thời gian. Có thể thấy từ cấp độ mực nước cao cho đến cấp độ mực nước trung bình và thấp thì số năm mực nước tại hai trạm xuất hiện đồng bộ tăng dần và đạt cao nhất ở cấp mực nước thấp (5 năm). Do đó ở mức độ mực nước thấp (mức độ hạn hán cao) sự đồng bộ giữa hạn hán và xâm nhập mặn là cao hơn so với các cấp độ mực nước cao và trung bình. 2.1.1.3 Quan hệ giữa lưu lượng, mực nước và độ mặn tại các trạm vùng hạ du (1) Độ mặn lớn nhất hầu hết các trạm hạ du trên sông Mã có xu thế tỷ lệ nghịch với lưu lượng thượng nguồn (Xuân Khánh, Sét Thôn); (2) Đường quá trình lưu lượng trạm (Sét Thôn + Xuân Khánh) có xu thế tăng còn độ mặn tại các trạm có xu thế giảm và ngược lại; (3) Diễn biến độ mặn dọc sông Mã từ Cửa Hới ngược lên phía thượng lưu đến trạm Giàng thể hiện rõ ứng với các cấp lưu lượng đo được tại Xuân Khánh từ 6,88 m3/s đến 84 m3/s; (4) Diễn biến Hmin và Smax tại Giàng và Quảng Châu có xu thế giảm thì độ mặn có xu thế tăng và ngược lại. Độ mặn lớn nhất thường xuất hiện cùng lúc hoặc chậm hơn một ít so với lúc xuất hiện đỉnh triều.
2.1.2 Sự biến đổi của các tổ hợp hạn – mặn theo không gian và thời gian.
Đối với trường hợp hiện trạng: Lưu lượng ứng với các tần suất thiết kế nguồn nước
được xác định từ chuỗi dòng chảy thực đo tại Cẩm Thủy và Cửa Đạt trong thời kỳ
cơ sở (1986 – 2005). Đối với kịch bản biến đổi khí hậu: Sau khi có được dòng chảy
8
đến các hồ chứa tính từ mưa bằng mô hình Mike - Nam, tiến hành xác định dòng
chảy ứng với các tần suất thiết kế. Tiếp đó xác định được lượng dòng chảy xả xuống
hạ lưu của hồ thông qua quá trình tính toán điều tiết hồ chứa. Quá trình tổ hợp hạn
– mặn sẽ được mô phỏng cho 25 trường hợp bằng cách kết hợp giữa tần suất thiết
kế nguồn nước với các mức độ mặn. Từ đó, luận án xác định được sự biến đổi
của các tổ hợp hạn - mặn theo không gian, thời gian.
2.1.3 Nhu cầu khai thác sử dụng nước dọc sông khu vực nghiên cứu
Quá trình khai thác sử dụng nước dọc sông Mã chủ yếu dùng để tưới cho nông
nghiệp và đa phần sử dụng hệ thống các trạm bơm, cống để chuyển nước vào
khu tưới. Các vị trí lấy nước được đề cập đến là các cống lấy nước tưới dọc sông
có quy mô vừa và lớn; nhu cầu khai thác sử dụng nước dọc sông được NCS thu
thập từ phòng NN và PTNN các huyện.
2.2 Cơ sở thực tiễn 2.2.1 Thiệt hại do hạn – mặn và biện pháp phòng chống
Theo báo cáo tổng hợp quy hoạch thủy lợi Thanh Hóa năm 2010 cho thấy diện
tích có khả năng xảy ra thiếu nước ngọt và hạn hán của 4 huyện ven biển là
khoảng 5000ha (chiếm 21%). Độ mặn đã xâm nhập sâu trong đất liền có nơi tới
gần 20km (tại Cụ Thôn từ 0,3 – 6 ‰) khiến cho hoạt động lấy nước ở hạ lưu
càng trở nên khó khăn. Vụ chiêm xuân 2017 – 2018 có khoảng 9000 ha lúa tại các
huyện ven biển bị thiếu nước trồng trọt do xâm nhập mặn và hạn hán. Tính đến
cuối tháng 7/2018, vẫn còn tới 118 hồ chưa tích đầy nước theo thiết kế. Chính
điều này làm tăng nguy cơ hạn hán, xâm nhập mặn. Trước tình hình trên, tỉnh
Thanh Hóa đã chỉ đạo các địa phương rà soát, kiểm tra nguồn nước, có kế hoạch
phân phối nước hợp lý và tuyên truyền sử dụng nước tiết kiệm. Đối với các địa
phương hay xảy ra hạn hán, nhiễm mặn, phải xây dựng kế hoạch bố trí cơ cấu
mùa vụ hợp lý, chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp.
2.2.2 Khả năng thích ứng hạn – mặn trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước
biển dâng
Trước ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, một số mô hình thích ứng điển hình đang
được tiến hành thử nghiệm trên thực tế tại vùng nghiên cứu: (1) Mô hình trồng rừng
9
ngập mặn kết hợp nuôi ngao tại xã Hải Lộc, Đa Lộc, Nga Tân, Nga Thanh…triển
khai các mô hình kinh tế dưới tán rừng như: nuôi tôm sú kết hợp với cua xanh,
nuôi ong lấy mật để tận dụng nhụy hoa; (2) Mô hình trồng lạc được che phủ xác
thực vật tại xã Quảng Hải và xã Hoằng Thanh: Mô hình này giúp bà con giảm
chi phí về công làm cỏ, xới xáo, giảm lượng nước tưới, phân bón; (3) Mô hình
thâm canh lúa cải tiến theo phương pháp SRI áp dụng thí điểm tại xã Hoằng Phụ.
Vụ chiêm xuân năm 2015 mô hình đã giúp người dân tiết kiệm chi phí về giống
từ 30 - 40%; 30% lượng phân bón, đặc biệt tiết kiệm được 40% lượng nước tưới.
2.3 Phương pháp sử dụng phục vụ tính toán phân vùng hạn – mặn
2.3.1 Phương pháp thống kê, điều tra xã hội học: Thông tin điều tra thu thập
được thực hiện bằng cách điều tra trực tiếp, ghi âm, ghi hình dưới dạng phỏng
vấn tại địa phương. Kết quả sẽ được sử dụng để phân tích tình hình thực trạng
về khả năng thích ứng với hạn – mặn đến mức độ nào? nhu cầu khai thác sử
dụng nước phục vụ nông nghiệp ra sao?
2.3.2 Phương pháp tích hợp bản đồ: Việc phân thành các vùng hạn – mặn
dựa trên giá trị độ mặn tại các vị trí kết hợp với ArcGIS chồng xếp các lớp dữ
liệu về hiện trạng khai thác sử dụng nước, bản đồ sử dụng đất, bản đồ nền, bản
đồ hành chính sẽ cho ta bản đồ tổng hợp thể hiện các vùng hạn – mặn.
2.3.3 Phương pháp chuyên gia: Phương pháp này được sử dụng nhằm tận dụng
hiểu biết và kinh nghiệm của chuyên gia trong ngành, liên ngành để tư vấn từ
việc phỏng vấn, điều tra với hình thức như thế nào đạt hiệu quả, cho đến việc lựa
chọn được đối tượng điều tra sao cho điển hình và đại biểu.
2.3.4 Phương pháp mô hình toán: Mô hình Mike – Nam được sử dụng để tính
dòng chảy từ mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu, làm đầu vào cho mô hình Mike
11, được áp dụng để mô phỏng thủy lực mạng lưới sông và quá trình khuếch tán
mặn cho cả trường hợp hiện trạng và biến đổi khí hậu (hình 2.24).
Lựa chọn và tính toán dòng chảy đến hồ kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng
Luận án lựa chọn kịch bản phát thải RCP 4.5 và RCP 8.5 để đưa vào mô phỏng
mối quan hệ hạn – mặn. Sự thay đổi lượng mưa theo RCP 4.5 và RCP 8.5 được
tính theo công thức: XBĐKH = Xthời kỳ nền + Xthời kỳ nền * % biến đổi lượng mưa.
10
Tính toán điều tiết hồ xác định lượng xả xuống hạ lưu
Quá trình tính toán điều tiết qua hồ được thực hiện theo phương pháp lập bảng. Trong
đó, lượng nước đến hồ được tính từ mưa ứng với kịch bản biến đổi khí hậu bằng mô
hình Mike – Nam, lượng nước dùng tương lai tăng 10,3 % so với thời kỳ hiện trạng.
Lượng nước xả xuống hạ lưu sẽ được xác định bằng công thức: Qx(t) = Qx(t) + Qtb(t).
Lượng tổn thất thấm tính theo lưu lượng thấm trung bình từ số liệu đo đạc thực tế tại
hồ. Lượng tổn thất bốc hơi được tính theo diện tích mặt thoáng hồ và lượng bốc hơi
tại trạm Bái Thượng. Quá trình tính toán điều tiết có tham khảo quy trình vận hành
liên hồ chứa trên lưu vực sông Mã.
Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Mike – Nam, Mike 11: Mô hình mô phỏng thủy
lực và lan truyền mặn về thời kì kiệt cho kết quả tốt, chênh lệch chân mặn, đỉnh mặn,
thời gian xuất hiện giá trị đỉnh mặn nằm trong sai số cho phép. Hầu hết tại các vị trí
kiểm tra quá trình mực nước giữa tính toán và thực đo tương đối phù hợp, quá trình
mặn tính toán và thực đo tại hầu hết các trạm kiểm tra nhìn chung khá tốt.
Hình 2.24 Sơ đồ mô phỏng mạng lưới sông MIKE 11 kịch bản BĐKH
2.4 Cơ sở phân vùng hạn – mặn 2.4.1 Tiêu chí phân vùng hạn – mặn: Kết hợp giữa quan điểm truyền thống và
quan điểm mới về khai thác sử dụng nước, NCS tiến hành tổ hợp hạn – mặn theo
các cấp độ tương ứng với tần suất thiết kế nguồn nước và độ mặn (bảng 2.22).
Trong đó, việc phân cấp độ mặn thành 05 cấp: S < 1‰, 1 ≤ S ≤ 4‰, 4‰ < S ≤
10‰, 10‰ < S ≤ 18‰, S ≥ 18‰ dựa trên ngưỡng sinh trưởng và phát triển của
cây trông, vật nuôi được quy định tại QCVN-02-19:2014 của Bộ NN&PTNT.
Căn cứ vào tài liệu mới điều tra bổ sung về hiện trạng sử dụng đất, nước trong
11
khu vực nghiên cứu (tháng 6 năm 2020), luận án dựa trên tiêu chí mức độ hạn –
mặn và tiêu chí thích ứng của từng vùng trong phân vùng hạn - mặn. Trên cơ sở
đó, dựa vào nguồn nước cung cấp và đặc điểm cơ cấu cây trồng của từng tiểu
Mức độ mặn
Cấp mặn
vùng để có những giải pháp tận dụng mặt lợi hay hạn chế mặt hại của hạn – mặn.
Cấp hạn
T T
S < 1‰
Không mặn
1‰ ≤ S ≤ 4‰
Mặn nhẹ
4‰ ≤ S ≤ 10‰
Mặn vừa
1
Bắt đầu thiếu nước
10‰< S < 18‰
Mặn nặng
Mặn rất nặng
S >18‰
2
Hạn nhẹ
3
Hạn vừa
4
Hạn nặng
S < 1‰ 1‰ ≤ S ≤ 4‰ 4‰ ≤ S ≤ 10‰ 10‰< S < 18‰ S >18‰ S < 1‰ 1‰ ≤ S ≤ 4‰ 4‰ ≤ S ≤ 10‰ 10‰< S < 18‰ S >18‰ S < 1‰ 1‰ ≤ S ≤ 4‰ 4‰ ≤ S ≤ 10‰ 10‰< S < 18‰ S >18‰
Không mặn Mặn nhẹ Mặn vừa Mặn nặng Mặn rất nặng Không mặn Mặn nhẹ Mặn vừa Mặn nặng Mặn rất nặng Không mặn Mặn nhẹ Mặn vừa Mặn nặng Mặn rất nặng
Bắt đầu thiếu nước – Không mặn Bắt đầu thiếu nước – Mặn nhẹ Bắt đầu thiếu nước – Mặn vừa Bắt đầu thiếu nước – Mặn nặng Bắt đầu thiếu nước – Mặn rất nặng Hạn nhẹ - Không mặn Hạn nhẹ – Mặn nhẹ Hạn nhẹ – Mặn vừa Hạn nhẹ - Mặn nặng Hạn nhẹ – Mặn rất nặng Hạn vừa - Không mặn Hạn vừa – Mặn nhẹ Hạn vừa – Mặn vừa Hạn vừa - Mặn nặng Hạn vừa – Mặn rất nặng Hạn nặng – Không mặn Hạn nặng – Mặn nhẹ Hạn nặng – Mặn vừa Hạn nặng – Mặn nặng Hạn nặng – Mặn rất nặng Hạn rất nặng - Không mặn
S < 1‰
Không mặn
5
1‰ ≤ S ≤ 4‰ 4‰ ≤ S ≤ 10‰ 10‰< S < 18‰
Hạn rất nặng
Mặn nhẹ Mặn vừa Mặn nặng Mặn rất nặng
S >18‰
Hạn rất nặng – Mặn nhẹ Hạn rất nặng – Mặn vừa Hạn rất nặng - Mặn nặng Hạn rất nặng – Mặn rất nặng
Bảng 2.22 Tổ hợp hạn – mặn theo mức độ hạn hán và xâm nhập mặn Tổ hợp hạn – mặn Mức độ hạn (QP%)
2.4.2 Cơ sở phân vùng hạn – mặn: (i) Kết quả thể hiện sự biến đổi của hạn –
mặn theo không gian và thời gian; (ii) Báo cáo kết quả điều tra triều–mặn hạ lưu
hệ thống sông Mã hàng năm; (iii) Hiện trạng khai thác sử dụng đất, nước của các
huyện; (iv) Thực trạng hiện tượng lấn biển và biến lấn trong vùng đồng bằng ven
biển; (v) Nước biển dâng diễn tiến từ từ và là quá trình lâu dài qua nhiều năm;
12
(vi) Hậu quả của nước biển dâng theo kịch bản biến đổi khí hậu.
2.4.2.1 Dữ liệu sử dụng để phân vùng hạn – mặn
Các loại dữ liệu, bao gồm: (1) Kết quả tính toán mô phỏng sự biến đổi của dòng
chảy, độ mặn theo không gian và thời gian tương ứng với các kịch bản khác nhau;(2)
Các loại bản đồ: Bản đồ hành chính, bản đồ DEM (30x30), bản đồ địa hình số tỷ lệ
1/25.000, bản đồ sử dụng đất (2019), bản đồ vị trí các cống dọc sông; (3) Hiện trạng
khai thác sử dụng nước 133 xã thuộc 05 huyện Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa,
TP Sầm Sơn và Quảng Xương.
2.4.2.2 Phương pháp xử lý và xây dựng bản đồ phân vùng hạn – mặn
(1) Sử dụng kết quả từ mô hình mô phỏng hạn – mặn để xác định độ mặn đến
từng vị trí các cống; (2) Tích hợp bản đồ địa hình, bản đồ hành chính, sau đó xác
định vị trí các cống trên bản đồ. Đồng thời sử dụng cơ sở dữ liệu đã điều tra để
xác định các vùng/khu vực mà cống phụ trách cấp nước tưới; (3) Nhập trường
dữ liệu mặn cho vùng được cấp nước tưới từ các cống; (4) Xây dựng bản đồ hạn
– mặn khi chưa xét đến nhu cầu khai thác sử dụng nước; (5) Trên cơ sở kết quả
dữ liệu điều tra hiện trạng sử dụng đất, nước của khu vực nghiên cứu mà NCS
đã đi điều tra bổ sung vào tháng 6/2020 để xác định mục đích cụ thể sử dụng
nước cho từng vị trí dựa trên tiêu chí thích ứng. Theo đó cho phép xác định được
mức độ hạn – mặn của từng vị trí; (6) Xây dựng lại bản đồ phân vùng hạn – mặn
khi đã xét đến hiện trạng khai thác sử dụng đất, nước trong khu vực nghiên cứu.
Dữ liệu về khai thác sử dụng đất, nước cần được cập nhật thường xuyên để xây
dựng bản đồ phân vùng cho phù hợp.
Kết luận chương 2: Trong chương này, luận án đã đưa ra cơ sở khoa học của
việc tính toán phân vùng hạn – mặn; cơ sở thực tiễn của thiên tai hạn – mặn
tương ứng với hai khía cạnh: phòng chống mặt hại và khai thác mặt lợi; tính toán
điều tiết hồ chứa, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Mike - Nam và Mike 11 cho
kết quả đạt yêu cầu để tiến hành mô phỏng, các tiêu chí và cơ sở phân vùng nhằm
phục vụ cho tính toán, phân vùng hạn - mặn. Từ đó đề xuất các giải pháp khai
thác sử dụng nước theo từng vùng. Nội dung này sẽ được trình bày trong chương
3 của luận án.
13
CHƯƠNG 3 PHÂN VÙNG HẠN – MẶN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
THÍCH ỨNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƯỚC BIỂN DÂNG
3.1 Kết quả mô phỏng ranh giới hạn - mặn theo trường hợp hiện trạng
Kết quả mô phỏng trường hợp hiện trạng cho thấy: với độ mặn nằm trong khoảng
từ 1‰ đến 4‰ thì khoảng cách xâm nhập mặn dao động từ 19,6 – 25 km trên sông
Mã; 10 – 20,4 km trên sông Lèn; độ mặn lớn hơn 4‰ thì khoảng cách xâm nhập
mặn trong khoảng từ 10 – 24,2 km trên sông Mã; 3-12 km trên sông Lèn và dọc
toàn bộ sông Lạch Trường trong hầu hết các trường hợp tần suất nguồn nước khác
nhau. Với ngưỡng mặn 1‰ và 4‰ thì khoảng cách xâm nhập mặn vào trong đất
liền ở sông Mã cao hơn sông Lèn và sông Lạch Trường ở tất cả các tần suất.
Trường hợp ngưỡng mặn 10‰ thì khoảng cách xâm nhập mặn vào trong đất liền
trên sông Lèn là lớn nhất và khoảng cách trên sông Mã là nhỏ nhất.
3.2 Kết quả mô phỏng ranh giới mặn theo kịch bản biến đổi khí hậu
Trên sông Mã theo kịch bản RCP 8.5 với khoảng dao động của độ mặn từ 10‰
đến 18‰ vào sâu đến vị trí cách cửa Hới 11,8 km, trong khi kịch bản RCP 4.5
chỉ vào sâu đến vị trí cách cửa Hới 10 km. Trên sông Lạch Trường, với kịch bản
RCP 8.5 vào sâu đến vị trí cách cửa Lạch Trường 12,4 km, RCP 4.5, cùng độ
mặn nhưng chỉ xâm nhập sâu vào đến vị trí cách cửa Lạch Trường 11,2 km. 3.3 Phân vùng hạn - mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã. 3.3.1 Phân vùng hạn – mặn theo cách tiếp cận truyền thống
3.3.1.1 Trường hợp hiện trạng: Căn cứ kết quả mô phỏng hạn – mặn đã tính toán,
luận án trích giá trị lưu lượng và độ mặn tại vị trí các cống. Từ đó kết hợp với các tổ
hợp hạn – mặn đã được xây dựng (bảng 2.22) để xác định mức độ hạn – mặn của
các vùng cụ thể. Ví dụ giá trị lưu lượng tại một vị trí nằm trong khoảng:
và giá trị độ mặn nằm trong khoảng 1‰ ≤ S ≤ 4‰. Khi đó mức
độ hạn – mặn được xác định là: “Bắt đầu thiếu nước – mặn nhẹ”. Với cách tiếp cận
như vậy sẽ xác định được mức độ hạn – mặn của toàn vùng nghiên cứu. Từ đó làm
cơ sở để xây dựng bản đồ phân vùng hạn – mặn theo độ mặn tại các cống, khi chưa
xét đến khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông (hình 3.13)
14
Hình 3.13 Bản đồ phân vùng hạn – mặn trường hợp hiện trạng khi chưa xét đến nhu cầu khai thác sử dụng nước. Kết quả phân vùng hạn – mặn theo cách tiếp cận truyền thống cho thấy: mức độ hạn – mặn của các vùng giảm dần theo hướng từ biển vào trong sông. Những vùng càng xa cửa biển, độ mặn càng giảm và ngược lại. Ở các xã vùng ven biển độ mặn đã ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất nông nghiệp: cây lúa, cây cói đạt năng suất thấp (xã Nga Thủy), nuôi tôm, nuôi cua, cá bị ảnh hưởng nặng do độ mặn quá cao (xã Đa Lộc, Hưng Lộc)…
3.3.1.2 Trường hợp biến đổi khí hậu: Căn cứ kết quả mô phỏng hạn – mặn đã tính
toán theo kịch bản biến đổi khí hậu, luận án trích giá trị lưu lượng và độ mặn tại
vị trí các cống. Kết hợp với các tổ hợp hạn – mặn đã được xây dựng để xác định
mức độ hạn – mặn của các vùng cụ thể theo cách tiếp cận tương tự như trường
hợp hiện trạng. Từ đó kết hợp với công cụ GIS để xây dựng thành bản đồ phân
vùng hạn – mặn (hình 3.14, 3.15).
Hình 3.14 Bản đồ phân vùng hạn – Hình 3.15 Bản đồ phân vùng hạn – mặn RCP4.5 khi chưa xét nhu cầu khai mặn RCP8.5 khi chưa xét nhu cầu thác sử dụng nước khai thác sử dụng nước
Nhận xét: Từ kết quả hình 3.13 đến hình 3.15 nhận thấy: (13/16) vùng không có
sự thay đổi về tổ hợp hạn – mặn giữa trường hợp hiện trạng và kịch bản BĐKH.
Số ít còn lại (3/16) vùng có sự thay đổi tổ hợp hạn – mặn rõ rệt.
15
3.3.2 Phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước 3.3.2.1 Trường hợp hiện trạng
Với giả thiết tần suất mưa tương ứng với tần suất dòng chảy. Mối quan hệ hạn – mặn được thể hiện thông qua mối liên hệ tương ứng giữa tần suất suất nguồn nước và mức độ hạn (minh họa bảng 3.3). Hiện trạng quá trình khai thác sử dụng nước dọc hai bên sông phục vụ sản suất nông nghiệp trong khu vực nghiên cứu được NCS tiến hành thu thập, điều tra và phân tích. Quy hoạch tổng thể phát triển nông nghiệp tỉnh Thanh Hóa đến năm 2025, định hướng đến 2030 với mục tiêu thay đổi cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng tăng cường tỷ trọng nuôi trồng thủy sản và giảm tỷ trọng trồng trọt. Theo đó các huyện đã chuyển dịch cơ cấu cây trồng thông qua việc: (1) Ứng dụng các loại cây trồng chịu được hạn – mặn thay thế cây trồng truyền thống; (2) Chuyển đổi một phần diện tích ở cùng sâu trũng trồng lúa kém hiệu quả sang diện tích nuôi trồng thủy hải sản với năng suất hiệu quả cao hơn. Từ thực tế quá trình khai thác sử dụng nước phục vụ nông nghiệp tại các huyện, kết hợp với kết quả mô phỏng hạn – mặn và giá trị lưu lượng và độ mặn tại các cống (bảng 2.22), bản đồ phân vùng hạn – mặn (hình 3.16) được xây dựng với sự hỗ trợ từ hệ thống tin địa lý (GIS) trên lớp bản đồ nền về ranh giới hành chính và mạng lưới thủy văn. Theo đó, từ kết quả mô phỏng xác định được độ mặn tại từng vị trí các cống, từ đó độ mặn trong nước cung cấp cho từng vùng cụ thể cũng sẽ được xác định theo khu vực phụ trách cấp nước tưới của các cống. Trên cơ sở hiện trạng khai thác sử dụng đất, sử dụng nước tại mỗi vùng đã biết, xác định được nước sẽ dùng cho mục đích gì? Từ đó sẽ xác định được vùng đó có hạn – mặn hay không? Nếu có thì ở mức độ như thế nào?
Hình 3.16 Bản đồ phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước trường hợp hiện trạng
16
Bảng 3.3 Minh họa phân cấp cấp độ hạn – mặn theo khả năng khai thác sử dụng nước dọc sông Mã trường hợp hiện trạng
Nhu cầu khai thác sử dụng nước
Vị trí đoạn sông tương ứng
Phân cấp độ mặn (S‰)
Tần suất nguồn nước
Phân cấp mức độ hạn
Khoảng cách từ cửa biển (km)
S < 1‰
23 – 35
Nước dùng cho sinh hoạt, tưới tiêu [a]
1‰ ≤ S ≤ 4‰
20 – 23 Giới hạn trồng cây nông nghiệp [b]
4‰ < S ≤ 10‰
10 – 20
Nuôi trồng thủy sản nước lợ [c]
Giàng – Ngã ba Bông Hoằng Lý – Giàng Quảng Phú – Hoằng Lý
P = 75%
Bắt đầu thiếu nước
10‰ < S ≤ 18‰
6 – 10
Quảng Châu – Quảng Phú
S > 18 ‰
0 – 6
Nuôi trồng thủy sản nước mặn; Áp dụng khoa học công nghệ lai tạo giống chịu hạn – mặn [d] Áp dụng khoa học công nghệ lai tạo giống chịu hạn – mặn [e]
S < 1‰
23 - 35
Nước dùng cho sinh hoạt, tưới tiêu
1‰ ≤ S ≤ 4‰
Giới hạn trồng cây nông nghiệp
19,6 – 23
4‰ < S ≤ 10‰
11-19,6
Nuôi trồng thủy sản nước lợ
Cửa Hới – Quảng Châu Giàng – Ngã ba Bông Hoằng Quỳ - Giàng Hoằng Đại – Hoàng Quỳ
P = 80%
Hạn nhẹ
10‰ < S ≤ 18‰
6 – 11
Quảng Châu – Hoằng Đại
S > 18 ‰
0 – 6
Cửa Hới – Quảng Châu
Nuôi trồng thủy sản nước mặn; Áp dụng khoa học công nghệ lai tạo giống chịu hạn – mặn Áp dụng khoa học công nghệ lai tạo giống chịu hạn – mặn
3.3.2.2 Kịch bản biến đổi khí hậu Với giả thiết nhu cầu khai thác sử dụng nước dọc sông trong tương lai tương tự như
trường hợp hiện trạng, luận án xác định được mức độ hạn – mặn của từng vùng cụ thể,
kết hợp với công nghệ GIS xây dựng được bản đồ phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu
khai thác sử dụng nước ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu (hình 3.17, 3.18).
Hình 3.17 Bản đồ phân vùng hạn – Hình 3.18 Bản đồ phân vùng hạn – mặn RCP4.5 khi xét đến nhu cầu khai mặn RCP8.5 khi xét đến nhu cầu thác sử dụng nước khai thác sử dụng nước
17
3.3.3 Nhận xét, phân tích và lựa chọn kết quả
Đối với trường hợp hiện trạng, toàn vùng nghiên cứu có 11 tổ hợp hạn –
mặn, đến kịch bản RCP4.5 thì có 12 tổ hợp hạn – mặn và đến kịch bản RCP8.5 số
tổ hợp hạn – mặn là 14, với các mức độ từ (bắt đầu thiếu nước – không mặn) cho
đến (hạn vừa – mặn nặng). Các tổ hợp hạn – mặn có sự thay đổi về số lượng cũng
như mức độ hạn – mặn. Ở kịch bản biến đổi khí hậu do mức độ xâm nhập mặn cao
hơn trường hợp hiện trạng nên mức độ hạn – mặn cũng theo xu hướng tăng lên nếu
xét tại một vị trí cụ thể. Như vậy, kết quả phân vùng đã cho thấy sự biến đổi nguồn
nước mặt theo cả về không gian và thời gian.
Sự biến đổi nguồn nước mặt theo không gian thể hiện ở sự thay đổi mức
độ hạn – mặn tại các vị trí trong cùng một kịch bản. Trong cùng kịch bản nhưng
mỗi vùng cụ thể lại có mức độ hạn – mặn khác nhau, kể cả có những vùng giáp
nhau, có cùng độ mặn nhưng do nhu cầu nước được sử dụng cho những mục đích
khác nhau nên mức độ hạn – mặn cũng khác nhau.
Sự biến đổi nguồn nước mặt theo thời gian thể hiện qua sự thay đổi các
tổ hợp hạn – mặn tại một vùng từ trường hợp hiện trạng cho đến kịch bản biến
đổi khí hậu. Tại cùng một vùng với việc sử dụng nước cho cùng một mục đích
trong cả hiện trạng và tương lai, nhưng giá trị lưu lượng và độ mặn giữa trường
hợp mô phỏng cho hiện trạng và tương lai khác nhau sẽ quy định giá trị mức độ
hạn – mặn khác nhau tại cùng một vùng. Ví như, với xã Tuy Lộc (Hậu Lộc), mức
độ hạn – mặn ở trường hợp hiện trạng được xác định là (hạn nhẹ - không mặn)
nhưng đến kịch bản biến đổi khí hậu thì mức độ hạn – mặn là (hạn nhẹ - mặn
nhẹ). Như vậy sự thay đổi nồng độ mặn trong nước sông đã quy định mức độ
hạn – mặn trong các trường hợp khau nhau. Diễn biến mặn dọc các sông tại các
kịch bản khác nhau được thể hiện như hình 3.19 đến hình 3.22.
Trong trường hợp biến đổi khí hậu, nước biển dâng: khi phân vùng hạn
– mặn theo độ mặn tại vị trí các cống dựa trên nhu cầu khai thác sử dụng nước
dọc sông cho thấy cái nhìn về mặt không gian khi nước biển dâng, mặn sẽ làm
ngập các vùng đất nào, với độ mặn ra sao. Đồng thời kết quả phân vùng cũng đã
chỉ ra các tiểu vùng cụ thể tương ứng với các mức độ hạn – mặn khác nhau, giúp
18
cho việc đề xuất các giải pháp được phù hợp hơn. Từ đó có ứng xử với những
loại đất như thế nào cho phù hợp theo hướng thích nghi.
Việc xây dựng bản đồ phân vùng hạn – mặn khi xét đến hiện trạng khai
thác sử dụng nước cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với khi chưa đã xét đến hiện
trạng khai thác sử dụng nước dọc sông. Tại cùng một vị trí nhưng có thể mức độ
hạn – mặn có sự thay đổi ngược nhau hoàn toàn. Sự khác biệt rõ rệt đó đến từ
việc hiện trạng nước dọc sông được sử dụng cho mục đích gì và vì thế được coi
là mặn nặng, mặn nhẹ hay không mặn. Qua đó cho thấy, việc phân vùng hạn –
mặn có xét đến hiện trạng khai thác sử dụng nước là cách tiếp cận sát với tình
hình thực tế trên khu vực nghiên cứu, phù hợp theo định hướng chung của toàn
tỉnh Thanh Hóa về cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng thích nghi. Do vậy,
luận án lựa chọn kết quả phân vùng hạn – mặn theo hiện trạng khai thác sử dụng
nước làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp mang tính thuận thiên nhằm tận
dụng mặt lợi, hạn chế mặt hại của thiên tại hạn – mặn.
Hình 3.19 Xâm nhập mặn tại các vị trí Hình 3.20 Xâm nhập mặn tại các vị trí dọc sông Mã ứng với các kịch bản dọc sông L.Trường ứng với các kịch bản
Hình 3.21 Xâm nhập mặn tại các vị trí Hình 3.22 Độ mặn tại vị trí trên các sông dọc sông Lèn ứng với các kịch bản sông tương ứng với các trường hợp
Nhận xét: (i) Xét tại cùng một vị trí dọc các sông Mã, sông Lạch Trường, sông
Lèn độ mặn lớn nhất tại các vị trí của kịch bản biến đổi khí hậu so với trường
19
hợp hiện trạng có xu thế tăng theo các kịch bản RCP 4.5, RCP 8.5 qua các thời
kì 2016 – 2035 và 2046 – 2065 (hình 3.19, 3.20, 3.21); (ii) Xét trong cùng một
kịch bản biến đổi khí hậu: đa phần độ mặn tại các vị trí dọc các sông Mã, Lạch
Trường và sông Lèn đều có xu thế tăng ở cả kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Độ
mặn tại các vị trí ở kịch bản RCP8.5 lớn hơn so với kịch bản RCP4.5 nhưng
không có sự chênh lệch lớn, mức tăng dao động từ 0,15% đến 12,5% ở các vị trí;
(iii) Xét giữa trường hợp hiện trạng với các kịch bản biến đổi khí hậu: Trên sông
Mã và sông Lạch trường, độ mặn tại các vị trí giữa các kịch bản chênh lệch không
nhiều, trừ độ mặn tại Giàng (sông Mã), nhập lưu sông Mã (sông Lạch Trường)
và Cụ Thôn (sông Lèn) giữa trường hợp hiện trạng và kịch bản biến đổi khí hậu
có sự khác biệt (hình 3.22).
3.4 Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước.
3.4.1 Cơ sở đề xuất giải pháp: Theo nghị quyết số 120/NQ-CP ngày 17 tháng
11 năm 2017 của Thủ tướng chính phủ: Cần thay đổi tư duy phát triển, xác định
biến đổi khí hậu và nước biển dâng là xu thế tất yếu, phải sống chung và thích
nghi, biến thách thức thành cơ hội. Trong cơ cấu nông nghiệp trước đây theo
quan điểm truyền thống thứ tự ưu tiên là: lúa - thủy sản - cây ăn quả, tuy nhiên
hiện nay cần định hướng theo thứ tự: thủy sản - cây ăn quả - lúa. Có như vậy chúng
ta có thể tận dụng mặt lợi của hạn - mặn để khai thác, tận dụng nước lợ, nước mặn.
Căn cứ kết quả phân vùng hạn – mặn đã trình bày mục 3.3. Luận án đề xuất các
giải pháp sử dụng nước với tư duy: hạn – mặn là một hiện tượng thiên tai có hai
mặt: mặt lợi và mặt hại, cần tận dụng khai thác mặt có lợi và phòng chống, ngăn
chặn, giảm thiểu mặt có hại. Trong đó những vùng được xác định là “Mặn nhẹ”
hoặc “Không mặn” thì cần tiếp tục hạn chế mặt hại, những vùng “mặn nặng” cần
phải thay đổi tư duy: thay vì đề xuất giải pháp phòng chống thì tăng cường các
giải pháp nhằm khai thác mặt lợi bằng việc áp dụng các biện pháp khoa học kỹ
thuật, các giống lai tạo chịu được hạn – mặn, chuyển đổi cơ cấu nhằm tăng tính
hiệu quả trong quá trình sản xuất, đồng thời các giải pháp tăng tính bền vững,
20
tăng khả năng thích ứng của cộng đồng với thiên tai hạn – mặn. Quá trình đề
xuất các giải pháp, luận án có tham khảo các tài liệu [84], [85].
3.4.2 Đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước
Việc đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng nước dựa trên kết quả phân vùng
hạn – mặn cũng như cơ cấu cây trồng trong năm của các xã thuộc vùng nghiên
cứu. Để các giải pháp đề xuất có tính hợp lý với thực tế, luận án tham khảo tài
liệu về hiện trạng cơ cấu cây trồng các xã của phòng NN&PTNT các huyện và
định hướng thay đổi cơ cấu cây trồng của tỉnh Thanh Hóa về việc tái cơ cấu
ngành nông nghiệp đến năm 2020, định hướng 2025 và tầm nhìn 2030. Căn cứ
vào đặc điểm tình hình khí tượng thủy văn cũng như đặc điểm về phong tục, tập
quán, kinh tế - xã hội của từng vùng mà áp dụng các biện pháp sao cho phù hợp
nhất. Tuy nhiên đối với những khu vực mà độ mặn trong nước vượt quá ngưỡng
sinh trưởng, phát triển của cây trồng thì thay vì phòng chống tác hại, con người
nên tư duy, sáng tạo để biến hạn – mặn thành cơ hội bằng việc áp dụng và cải
tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất để khai thác mặt có lợi của xâm nhập mặn.
Từ đó tăng khả năng thích nghi của cộng đồng trong điều kiện biến đổi khí hậu,
nước biển dâng hiện nay.
Các vùng hạn – mặn được kí hiệu từ HM1 đến HM11 theo mức độ hạn - mặn
tăng dần (phụ lục 3.2). Các giải pháp khai thác sử dụng nước cụ thể được đề xuất
theo từng nhóm tổ hợp hạn – mặn theo tiêu chí vừa thích ứng vừa phòng chống:
những giải pháp lợi dụng măt lợi, khai thác hạn –mặn như một nguồn tài nguyên
sẽ được khuyến nghị áp dụng cho những vùng có mức độ từ “không mặn” (trường
hợp vùng có độ mặn cao nhưng sử dụng nước cho mục đích nuôi thủy sản nước
lợ, nước mặn) và từ “mặn vừa” cho đến “mặn nặng”. Những vùng mức độ từ
“không mặn” (vùng có độ mặn thấp, nhỏ hơn 1‰) cho đến “mặn nhẹ” sẽ được
khuyến nghị áp dụng các giải pháp phòng chống mặt hại. Với cách tiếp cận như
vậy, luận án đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng nước cho từng vùng cụ thể
(minh họa như bảng 3.10).
21
Bảng 3.10: Minh họa đề xuất giải pháp khai thác sử dụng nước theo từng vùng hạn – mặn
Xem xét hạn – mặn theo hai mặt
Vùng Mức độ hạn – mặn
Giải pháp khai thác sử dụng nước hợp lý Biện pháp phòng chống/khai thác
Mặt hại
Mặt lợi
HM1
Bắt đầu thiếu nước – Không mặn
HM2
Bắt đầu thiếu nước – Mặn nhẹ
x
HM5
Hạn nhẹ – Không mặn
+ Tiếp tục chuyển đổi những phần diện tích đất còn lại bị sâu trũng, chua, mặn trồng lúa kém hiệu quả sang nuôi trồng thủy sản nước lợ, nước mặn theo hình thức áp dụng công nghệ cao: nuôi trong nhà lưới. + Phát triển các hình thức quản lý vùng nuôi có sự tham gia của cộng đồng trong nuôi trồng thủy sản. + Tiếp tục nuôi trồng thủy sản theo hướng đa con, đa canh, đa thời vụ; đối tượng nuôi là tôm sú, tôm thẻ, cua, cá đối mục, cá bống bớp, cá vược, cá rô phi, rau câu và tận dụng nguồn lợi tự nhiên như tôm rảo, cá các loại. + Tiếp tục sử dụng công nghệ vi sinh và áp dụng công nghệ Biofloc một cách đầy đủ, nuôi nhiều giai đoạn trong thâm canh và siêu thâm canh với mật độ cao nhằm rút ngắn thời gian nuôi, tăng năng suất, sản lượng, giảm thiểu rủi ro và chi phí, tăng hiệu quả kinh tế. + Khuyến khích trồng dừa trên toàn bộ bờ bao, bờ kênh vùng nuôi trồng thủy sản nhằm tăng hiệu quả kinh tế-xã hội và cải thiện môi môi trường sinh thái. + Chuyển đổi sang trồng cây vừng, cây đậu nành, cây đậu tương (có khả năng chịu hạn – mặn tốt); Xây dựng khu du lịch sinh thái trên nền đất trồng lúa, kết hợp nuôi tôm, cá nước mặn.
22
Kết luận chương 3: Với việc lựa chọn bộ mô hình MIKE 11 làm công cụ để tính toán mô phỏng mối quan hệ hạn – mặn tương ứng với trường hợp hiện trạng và kịch bản biến đổi khí hậu, luận án đã tính toán, phân vùng hạn – mặn khu vực đồng bằng ven biển sông Mã. Kết quả đã đưa ra được ranh giới mặn dọc các sông Mã, Lạch Trường, sông Lèn theo trường hợp hiện trạng và kịch bản biến đổi khí hậu. Nhìn chung ranh giới mặn kịch bản biến đổi khí hậu có xu thế tăng so với kịch bản hiện trạng, độ mặn tại các vị trí dọc các sông Mã, Lạch Trường, Lèn cũng tăng theo xu thế chung.
Trong chương này, luận án cũng đã phân vùng hạn - mặn theo cách truyền thống và theo hiện trạng khai thác sử dụng nước dọc sông. Theo cách tiếp cận truyền thống, luận án đã phân thành 9 vùng (hiện trạng) và 10 vùng (kịch bản biến đổi khí hậu) với mức độ hạn – mặn có xu thế tăng dần từ hiện trạng đến biến đổi khí hậu. Tuy nhiên theo cách tiếp cận khai thác sử dụng nước thì mức độ hạn – mặn lại biến đổi dựa trên độ mặn tại một vị trí và mục đích sử dụng nước cho vị trí đó là gì? Chính vì vậy, phần đa các vùng ven biển, có độ mặn trong nước cao nhưng do áp dụng khoa học kỹ thuật, thay đổi cơ cấu cây trồng thích nghi với hạn – mặn nên được xác định là “không mặn”.
Nội dung chương 3 luận án đã đề xuất các giải pháp tương ứng với từng vùng theo hướng: những giải pháp lợi dụng măt lợi, khai thác hạn –mặn như một nguồn tài nguyên sẽ được khuyến nghị áp dụng cho những vùng có mức độ cao. Những vùng có độ mặn thấp sẽ được khuyến nghị áp dụng các giải pháp phòng chống mặt hại, tăng tính thích ứng của cộng đồng dân cư vùng đồng bằng ven biển sông Mã trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Những kết quả đạt được của luận án
i) Luận án đã tổng quan được các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cũng như trên lưu vực sông Mã về hạn – mặn. Tuy nhiên đa phần các nghiên cứu chỉ tập trung xem xét mặt có hại của hạn – mặn, cần phòng chống thông qua việc mô phỏng và dự báo hạn – mặn; chưa xem xét mặt có lợi của hạn – mặn và phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước trong điều kiện biến đổi 23
khí hậu, nước biển dâng; (ii) Cơ sở khoa học của việc phân vùng hạn – mặn cũng được chỉ ra trong luận án dựa trên sự biến đổi của các tổ hợp hạn – mặn theo không gian và thời gian và mối quan hệ giữa HH&XNM. Các tiêu chí và phương pháp phân vùng cũng được đưa ra làm cơ sở cho việc xây dựng các bản đồ phân vùng hạn – mặn; (iii) Luận án đã mô phỏng được mối quan hệ hạn – mặn cho hai trường hợp: trường hợp hiện trạng và biến đổi khí hậu. Tần suất thiết kế nguồn nước càng lớn thì mặn càng xâm nhập sâu vào nội đồng; (iv) Luận án đã phân cấp được cấp độ hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước trường hợp hiện trạng và biến đổi khí hậu; Xây dựng và lựa chọn đuợc các bản đồ phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước tương ứng với các trường hợp. Theo đó vùng đồng bằng sông Mã được chia thành 11 vùng (hiện trạng), 12 vùng (RCP4.5) và 14 vùng (RCP8.5) với mức độ hạn – mặn khác nhau; (v) Nội dung của luận án cũng đã đề xuất được các giải pháp theo nhu cầu khai thác sử dụng nước cho từng vùng hạn – mặn theo hai hướng: khai thác mặt lợi và hạn chế, phòng chống mặt hại. Các giải pháp mang tính thích nghi nhiều hơn phòng chống.
2. Những đóng góp mới của luận án
(i) Đã xác lập được mối quan hệ hạn – mặn, sự biến đổi của các tổ hợp hạn – mặn theo không gian, thời gian, phân vùng hạn – mặn theo nhu cầu khai thác sử dụng nước và áp dụng thành công ở đồng bằng ven biển sông Mã đối với trường hợp hiện trạng và kịch bản biến đổi khí hậu. (ii) Đã kiến nghị được các giải pháp khai thác phát huy mặt lợi và hạn chế mặt hại của thiên tai hạn – mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã.
3. Kiến nghị
Dựa trên các kết quả nghiên cứu đã đạt được, luận án kiến nghị: Trong quá trình ứng dụng nếu có điều kiện cần xét thêm sự thay đổi của nhiệt độ trong khi tính toán kịch bản BĐKH, các hồ chứa có dung tích nhỏ trên lưu vực và cần đầu tư nghiên cứu, tính toán đến đơn vị cấp xã nhằm tăng mức độ chi tiết của kết quả tính toán cũng như tăng hiệu quả trong công tác khai thác sử dụng nước, đất.
24
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Lê Thị Thường, “Nghiên cứu tính toán phân vùng hạn – mặn đồng bằng ven biển sông Mã trong điều kiện biến đổi khí hậu”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, No 699, pp:59-67, Mar.2019.
2. Lê Thị Thường, Trương Văn Hùng, “Nghiên cứu tính toán phân vùng hạn – mặn đồng bằng ven biển sông Mã”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, No. 693, pp: 23-29, Sep.2018.
3. Lê Thị Thường, Hoàng Thị Nguyệt Minh, “Nghiên cứu thiết lập phương pháp xây dựng hàm thiệt hại rủi ro thiên tai xâm nhập mặn vùng đồng bằng ven biển sông Mã”, Hội thảo khoa học năm 2018 của Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà nội: Quản lý, bảo tồn trong phát triển bền vững tài nguyên và môi trường vùng bờ, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2018, pp:200 – 207.
4. Lê Thị Thường, “Nghiên cứu tính toán giá trị độ phơi nhiễm tính dễ bị tổn thương xâm nhập mặn vùng ven biển sông Mã” Hội nghị khoa học Thủy lợi toàn quốc (11/2017), NXB Xây dựng, 2017, pp. 95-97.
5. Lê Thị Thường, “Các phương pháp đánh giá tính dễ bị tổn thương – Khả năng áp dụng tính dễ bị tổn thương hạn – mặn khu vực đồng bằng ven biển sông Mã”. Tạp chí Khí tượng Thủy văn, No 672, pp: 41- 45, Dec.2016.
