Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá rủi ro xâm nhập mặn khu vực ven biển Thái Bình - Nam Định ứng với các kịch bản mực nước triều và nước biển dâng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu đánh giá rủi ro xâm nhập mặn khu vực ven biển Thái Bình - Nam Định ứng với các kịch bản mực nước triều và nước biển dâng" nhằm đánh giá xâm nhập mặn theo không gian đến các xã trong khu vực nghiên cứu; xây dựng bộ chỉ số đánh giá tính dễ bị tổn thương và rủi ro xâm nhập mặn; tính toán thử nghiệm tính dễ bị tổn thương và rủi ro do xâm nhập mặn cho vùng ven biển Thái Bình - Nam Định và đề xuất các giải pháp giảm thiểu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá rủi ro xâm nhập mặn khu vực ven biển Thái Bình - Nam Định ứng với các kịch bản mực nước triều và nước biển dâng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VĂN ĐÀO NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO XÂM NHẬP MẶN KHU VỰC VEN BIỂN THÁI BÌNH – NAM ĐỊNH ỨNG VỚI CÁC KỊCH BẢN MỰC NƯỚC TRIỀU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG Ngành: Thủy văn học Mã số ngành: 9440224 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Mai Đăng Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. Trần Hồng Thái Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Tiền Giang, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Phản biện 2: PGS.TS. Hoàng Thanh Tùng, Trường Đại học Thủy lợi Phản biện 3: GS.TS. Huỳnh Thị Lan Hương, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại Phòng Room 5 Nhà K1, Trường Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội, vào lúc 8 giờ 30 ngày 03 tháng 08 năm 2023. 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 Xâm nhập mặn là quá trình phức tạp diễn ra ở các vùng đồng bằng và cửa sông ven biển. XNM có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động phát triển kinh tế-xã hội, đặc biệt là các ngành sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và đời sống xã hội. Trong những năm gần đây, theo số liệu thống kê tình hình thiệt hại do XNM càng trở lên nghiêm trọng hơn. Ở Việt Nam nói chung và đồng bằng lưu vực sông Hồng – Thái Bình nói riêng, hiện nay cũng có nhiều nghiên cứu xây dựng bản đồ xác định ranh giới XNM dựa trên việc nội suy tuyến tính độ mặn dọc trên sông chính. Điều đó cho thấy những hạn chế nhất định và mang tính chủ quan khi chưa xét tới việc mặn xâm nhập vào nội đồng. Cùng với đó, các nghiên cứu thường chỉ tập trung vào việc xây dựng các kịch bản, dự báo khả năng và diễn biến XNM mà chưa phân tích đánh giá cũng như dự báo những thiệt hại tiềm tàng dựa trên cơ sở phân tích rủi ro và tính dễ bị tổn thương với các tiêu chí cụ thể. Chính vì vậy, đối với XNM các nhà quản lý cũng còn khá lúng túng khi đưa ra các giải pháp ứng phó phù hợp nhất là trong bối cảnh Biến đổi khí hậu. Việc nghiên cứu tiếp cận một hướng mới trong việc xây dựng bản đồ hiểm họa XNM, thể hiện sự phân bố hiểm họa do mặn gây ra theo các khu vực (nội đồng) là cần thiết qua đó có thể nhận định về ranh giới ảnh hưởng của XNM phù hợp hơn. Bên cạnh đó, để đánh giá những tác động do XNM đến các hoạt động phát triển KT-XH thì việc xây dựng bộ tiêu chí đánh giá TDBTT do XNM là rất cần thiết và đó là cơ sở khoa học để đánh giá rủi ro do XNM. Trên cơ sở đó làm rõ được những điểm mạnh, điểm yếu, dự báo những thiệt hại tiềm tàng mà XNM có thể gây ra nhằm hỗ trợ cho các công tác chuẩn bị ứng phó, quản lý và phục hồi được chính xác và khả quan hơn cho các vùng bị ảnh hưởng. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá XNM theo không gian đến các xã trong khu vực nghiên cứu. - Xây dựng bộ chỉ số đánh giá tính dễ bị tổn thương và rủi ro XNM. 1
- Tính toán thử nghiệm tính dễ bị tổn thương và rủi ro do XNM cho vùng ven biển Thái Bình - Nam Định và đề xuất các giải pháp giảm thiểu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Độ mặn tầng nước mặt trong sông và nội đồng, các đối tượng dễ bị tổn thương do XNM chủ yếu là cây trồng. - Phạm vi nghiên cứu: Diễn biến XNM trong thời gian từ tháng I đến tháng III; các kịch bản NBD đến 2030, 2040 và năm 2050 cho 243 xã thuộc khu vực ven biển Thái Bình và Nam Định. 4. Câu hỏi nghiên cứu: - Làm thế nào để xác định nguy cơ XNM trong nội đồng khi lấy nước từ sông vào đồng phục vụ cho nông nghiệp? - Những tiêu chí nào nên lựa chọn để đánh giá rủi ro XNM cho khu vực nghiên cứu, và trọng số của từng tiêu chí là bao nhiêu? - Làm thế nào để tính toán được các chỉ số về nguy cơ, tính dễ bị tổn thương và rủi ro XNM đến từng xã trong khu vực nghiên cứu? 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra thực địa: thu thập các thông tin về tình hình XNM và các thiệt hại do XNM trên phạm vi nghiên cứu. Phương pháp thống kê: nhằm phân tích các đặc trưng thống kê về mực nước, lưu lượng và độ mặn tại các trạm có tài liệu thực đo. Phương pháp này cũng được sử dụng nhằm chuẩn hóa các dữ liệu thu thập được trong bộ chỉ số đánh giá TDBTT. Phương pháp mô hình toán: mô phỏng diễn biến XNM theo các KB. Phương pháp tích hợp bản đồ: xây dựng các bản đồ hiểm họa và bản đồ rủi ro do XNM. Phương pháp phân tích hệ thống: phân tích các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội từ đó thiết lập bộ tiêu chí đánh giá rủi ro. Phương pháp chuyên gia: tham vấn ý kiến của các chuyên gia làm việc trực tiếp liên quan đến vấn đề XNM nhằm xác định được các chỉ số đánh giá tính dễ bị tổn thương do XNM và xác định các giá trị trọng số. 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: luận án đã đề xuất phương pháp xây dựng bản đồ hiểm họa XNM trên cơ sở xem xét các trường hợp rủi ro XNM; xây dựng bộ tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương và đánh giá rủi ro do XNM theo không gian đến cấp xã cho khu vực ven biển. Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị trong công tác phòng chống XNM, từ đó đề xuất và ra quyết định các giải pháp giảm thiểu tác động của XNM, đảm bảo sự phát triển ổn định cho khu vực. 7. Những đóng góp mới (1) Luận án đã góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học và thực tiễn phương pháp xây dựng bản đồ XNM đến cấp độ xã, có xét đến khả năng lấy nước của hệ thống cống tưới, tiêu kết hợp trên sông chính và phạm vi diện tích cấp nước của cống. (2) Luận án đã thiết lập được 1 bộ tiêu chí và các trọng số đánh giá tính dễ bị tổn thương do XNM với 26 biến, có xét tới trọng số của các biến. Từ đó đánh giá TDBTT và RR do XNM trên địa phận các xã vùng ven biển trong phạm vi tỉnh Nam Định và Thái Bình, hạ lưu lưu vực sông Hồng – Thái Bình, chỉ rõ mức độ HH và RR do XNM cho các xã. Đây là cơ sở để các bên liên quan có kế hoạch, giải pháp phù hợp để ứng phó, khắc phục giảm thiểu những tác động của XNM đối với địa phương. 8. Bố cục của luận án Ngoài các nội dung phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, luận án gồm các chương chính như sau: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về rủi ro XNM, giới thiệu lưu vực nghiên cứu. Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đánh giá rủi ro XNM. Chương 3: Kết quả đánh giá rủi ro do XNM cho khu vực ven biển Thái Bình – Nam Định. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ RỦI RO XÂM NHẬP MẶN 1.1 Một số khái niệm Rủi ro thiên tai được cấu thành từ 3 yếu tố: (1) hiểm họa (hazard); (2) Mức độ phơi nhiễm trước hiểm họa (exposure); và (3) Tính dễ bị tổn thương (vulnerability). (IPCC, 2012) [2]. Đây là định nghĩa được dùng phổ biến nhất nên luận án cũng sử dụng định nghĩa này. Hiểm họa là khả năng xảy ra trong tương lai của các hiện tượng tự nhiên hoặc do con người gây ra, có tác động bất lợi đến các đối tượng dễ bị tổn thương và nằm trong phạm vi ảnh hưởng của hiểm họa đó (IPCC, 2012) [2]. Để đánh giá Tính dễ bị tổn thương, IPCC (2007) dựa trên cơ sở đánh giá mức độ phơi nhiễm, tính dễ bị tác động (tính nhạy) và khả năng ứng phó của nhóm cộng đồng [7]. Mức độ phơi nhiễm trước hiểm họa được sử dụng để chỉ sự hiện diện của con người, các hoạt động sinh kế, các dịch vụ môi trường v.v. ở những nơi có thể chịu những ảnh hưởng bất lợi bởi các hiểm họa [2]. Tính nhạy là biểu hiện của hệ thống xã hội thông qua các hoạt động sống của con người trước thiên tai. Khả năng ứng phó bao gồm tất cả những năng lực cần thiết để có thể đối phó khi mà một thiên tai cực đoan xảy ra [2]. 1.2 Tổng quan nghiên cứu đánh giá hiểm họa xâm nhập mặn 1.2.1 Khái niệm về xâm nhập mặn Theo Tổ chức Khí tượng thế giới WMO [9], XNM chính là quá trình thay thế nước ngọt trong các tầng chứa nước ở ven biển bằng nước mặn. Theo quyết định 46/2014-TTg Thủ tướng Chính phủ về dự báo, cảnh báo và truyền tin thiên tai [10], XNM là hiện tượng nước mặn với nồng độ mặn bằng 4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, NBD hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt. 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn trên thế giới Hiện nay trên thế giới, các mô hình toán phục vụ tính toán mô phỏng quá trình XNM đã rất phát triển, cho phép các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu nguyên nhân, tính toán, dự báo các quá trình diễn biến XNM. Các mô hình mô phỏng quá trình 4
tương tác thủy lực 1, 2 và 3 chiều hoàn toàn có thể đưa vào áp dụng tính toán mô phỏng XNM nước mặt. Tuy nhiên, để có thể áp dụng các mô hình như mô hình 2 và 3 chiều thì phụ thuộc nhiều vào tài liệu đo đạc. Đối với một lưu vực cụ thể, các nghiên cứu đã xem xét chế độ dòng chảy trong sông vào các mùa dòng chảy trong năm kết hợp với chu kỳ triều. Đã xem xét đánh giá ảnh hưởng của BĐKH và NBD đến sự biến động của biên mặn. Các bản đồ XNM trên hệ thống sông chính đã được xây dựng, tuy nhiên, nếu không có số liệu địa hình và mặt cắt của hệ thống kênh nội đồng thì chưa có nghiên cứu nào đưa ra các phương pháp xây dựng bản đồ XNM cho khu vực nội đồng được cho là hợp lý. 1.2.3 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn tại Việt Nam Ở Việt Nam, các phương pháp thực hiện cũng đa dạng, dựa trên các tài liệu quan trắc, số liệu thực đo để phân tích. Từ việc sử dụng các công thức triết giảm độ mặn theo chiều dài dòng sông đến các mô hình thủy văn, thủy lực 1, 2 và 3 chiều được áp dụng, ranh giới XNM trên các hệ thống sông chính đã được xác định. Tuy nhiên, đa phần các mô hình thủy lực được áp dụng đều là các mô hình 1 chiều, do điều kiện về tài liệu đo đạc địa hình và đặc biệt là tài liệu đo mặn còn hạn chế. Với các bản đồ XNM vẫn chủ yếu dựa trên việc mô phỏng trên sông chính và chưa xét đến sự XNM vào nội đồng. Bản đồ ranh giới XNM hoàn toàn mang tính chất định tính thông qua việc nối các điểm đẳng mặn trên các sông chính. Điều này rõ ràng là chưa thực sự phù hợp. 1.3 Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tính dễ bị tổn thương và rủi ro thiên tai và xâm nhập mặn 1.3.1 Tổng quan nghiên cứu về đánh giá TDBTT và rủi ro trên thế giới Nhiều nghiên cứu đánh giá tổn thương trong quá khứ đã nhấn mạnh quá nhiều sự tác động của hiểm họa đến các yếu tố vật lý, mà các yếu tố kinh tế xã hội đã bị xem nhẹ [42]-[44]. Các nghiên cứu gần đây về tính dễ bị tổn thương ở vùng ven biển đã cố gắng áp dụng cách tiếp cận đánh giá tích hợp hơn bằng cách đo lường cả tổn thương các yếu tố vật lý và tình trạng kinh tế xã hội [45]-[47]. Không như 5
các loại hình thiên tai khác như lũ lụt, các nghiên cứu về tính dễ bị tổn thương và rủi ro do XNM còn quá ít. 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu về đánh giá TDBTT và rủi ro tại Việt Nam TDBTT được xác định dựa trên 3 thành phần chính đó là: mức độ phơi nhiễm, tính nhạy và khả năng chống chịu, tuy nhiên có nhiều nghiên cứu lại thiên về mức độ phơi nhiễm hoặc tính nhạy mà ít chú ý đến khả năng chống chịu. Nghiên cứu về ảnh hưởng của mặn đến sự phát triển của các giống lúa, hoa mầu và chăn nuôi đã được thực hiện. Tuy nhiên, các nghiên cứu đó mới chỉ dừng lại ở mức đánh giá ảnh hưởng đến các giống loài riêng lẻ mà chưa có đánh giá tổng hợp tác động của XNM đến hoạt động phát triển KT-XH ở địa phương. 1.4 Các Kịch bản Biến đổi khí hậu và Nước biển dâng cho Việt Nam So sánh kịch bản BĐKH và NBD năm 2016 và 2020 của Bộ TN&MT, tại khu vực từ Hòn Dáu đến Đèo Ngang: với KB RCP 4.5, mực NBD không có sự chênh lệch ở giai đoạn 2040 và 2050, ngoại trừ mốc 2030, mực NBD theo KB 2020 so với 2016 thấp hơn 1 cm. Với KB RCP 8.5, tại mốc 2030, mực NBD không thay đổi, ở mốc năm 2040 và 2050 mực NBD theo KB 2020 cao hơn 2016 là 1 cm. 1.5 Tổng quan lưu vực sông Hồng – Thái Bình 1.5.1 Đặc điểm chung về lưu vực nghiên cứu Phần diện tích lưu vực ở Việt Nam là: 86.680 km2 chiếm 51,3 % tổng diện tích. Trong đó 58,4 % diện tích ở mức thấp hơn 2 m. Ở cao trình này hoàn toàn bị ảnh hưởng thuỷ triều nếu không có hệ thống đê biển và đê vùng cửa sông. Mùa khô từ tháng XI đến tháng IV, lượng mưa chỉ chiếm xấp xỉ 15 % lượng trong năm. Vịnh Bắc Bộ có chế độ nhật triều, thời gian triều lên khoảng 11 giờ và triều xuống khoảng 13 giờ. Khoảng 15 ngày có một kỳ nước cường và một kỳ nước ròng. 1.5.2 Hiện trạng xâm nhập mặn Phân mùa xâm nhập mặn: Độ mặn thay đổi mạnh từ tháng XII năm trước đến hết tháng V năm sau, tăng từ đầu mùa đến giữa mùa rồi lại giảm dần tới cuối 6
mùa. Do ảnh hưởng của hệ thống các hồ chứa ở thượng lưu, độ mặn trung bình tháng lớn nhất mùa cạn thường xảy ra vào tháng I; II. Khoảng cách và thời gian xâm nhập mặn trên các nhánh sông: Độ mặn có xu hướng tăng ở dòng chính sông Hồng và giảm phía sông Thái Bình. Khả năng bổ sung nước về mùa cạn của hồ Hoà Bình đã cải thiện tình hình XNM. XNM dẫn tới số cống lấy được nước và số giờ lấy nước bị giảm, mặc dù một số thời điểm mực nước đảm bảo nhưng có độ mặn cao nên các cống không thể mở lấy nước. 1.5.2.1 Hiện trạng XNM vùng ven biển Nam Định Do biến đổi khí hậu, tình trạng hạn hán, xâm nhập mặn trên địa bàn Nam Định đang tăng cả về tần suất và cường độ. Vào mùa khô thường gặp hạn hán kéo dài, kèm theo triều cường, nước mặn lấn sâu vào các cửa sông lớn từ 30-40 km. 1.5.2.2 Hiện trạng XNM vùng ven biển Thái Bình Đây là là tỉnh ven biển có địa hình thấp, tình trạng nước biển xâm nhập sâu vào vùng đất liền làm cho diện tích canh tác bị nhiễm mặn đang có xu hướng gia tăng. Chiều dài XNM 1 ‰ xa nhất trên sông Trà Lý 51 km và Thái Bình 13 - 49 km. 1.5.3 Một số nghiên cứu điển hình về xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu Các nghiên cứu về vấn đề XNM trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình đã được thực hiện từ nhiều năm trước đây, cho tới nay với việc tiếp cận các mô hình hiện đại hơn, số liệu quan trắc đủ dài thì các nghiên cứu về XNM trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình cũng đa dạng và phát triển hơn. 1.6 Định hướng nghiên cứu Với tính chất phức tạp của XNM trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình, cũng như hạn chế về tài liệu đo mặn như: (1) về không gian: số trạm đo mặn quá thưa; (2) số liệu đo mặn không liên tục, không đồng bộ; (3) việc đo mặn chỉ thực hiện cho một vị trí trên mặt cắt ngang sông nên không biểu thị mức độ diễn biến mặn theo chiều ngang, chiều sâu. Bởi vậy, các nghiên cứu về XNM cũng còn nhiều vấn đề tồn tại. Việc nghiên cứu đánh giá hiểm họa do XNM là rất cần thiết, đặc biệt 7
trong bối cảnh BĐKH và NBD. Đồng thời, cần phải có cách tiếp cận mới trong việc xây dựng bản đồ XNM, xác định cấp độ mặn cho các khu vực cụ thể thay cho cách tiếp cận trước đây. Để có thể đánh giá được những tác động của XNM đến các hoạt động phát triển KTXH nói chung thì việc xây dựng bộ chỉ số đánh giá TDBTT và rủi ro do XNM cho phạm vi cấp xã là rất cần thiết. Bộ chỉ số cung cấp cái nhìn chi tiết hơn về tình hình XNM hỗ trợ cho các công tác chuẩn bị ứng phó, quản lý và phục hồi được chính xác và khả quan hơn cho các vùng bị ảnh hưởng. 1.7 Kết luận chương 1 Các phương pháp nghiên cứu trong đánh giá rủi ro do XNM không nhiều, trong đó chủ yếu nghiên cứu về hiểm họa do XNM. Các nghiên cứu về hiểm họa XNM áp dụng các phương pháp đa dạng, từ những phương pháp đơn giản tới việc áp dụng các mô hình 1, 2 và 3 chiều. Tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình nhiều chiều đòi hỏi phải có dữ liệu quan trắc lớn về địa hình, số liệu mặn thực đo để có thể thực hiện mô phỏng chính xác và có độ tin cậy cao. Đối với các bản đồ ranh giới XNM được xây dựng, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc dựa trên giá trị độ mặn mô phỏng trên sông chính để thực hiện vạch ranh giới xâm nhập trong khu vực nội đồng mà chưa xem xét tới sự xâm nhập qua hệ thống công trình lấy nước trên sông, đây có thể xem là một hạn chế trong việc xây dựng bản đồ ranh giới XNM. Pương pháp và cách tiếp cận đánh giá tính dễ bị tổn thương và rủi ro do XNM cũng tương tự như các loại hình thiên tai khác, ví dụ như thiết lập các hàm quan hệ giữa hiểm họa và mức độ tác động, thiết lập các bộ tiêu chí đánh giá. Tất nhiên, các đối tượng chịu tác động cũng như các tiêu chí nhằm đánh giá tính dễ bị tổn thương là khác nhau cho các loại hình thiên tai khác nhau. Trên cơ sở phân tích đặc điểm của lưu vực sông Hồng – Thái Bình, tình hình XNM trên lưu vực và các nghiên cứu đã thực hiện trước đây. Luận án đã nhận định được những điểm còn hạn chế trong các nghiên cứu và chỉ ra các điểm cần nghiên cứu tiếp đối với lưu vực sông trong việc cần phải nghiên cứu mô phỏng XNM trong các kịch bản mới và xây dựng bản đồ XNM theo hướng tiếp cận phù 8
hợp hơn, đồng thời cần có bộ tiêu chí để có thể đánh giá tính dễ bị tổn thương cũng như rủi ro do XNM trên lưu vực nghiên cứu. Các nội dung này sẽ được trình bày trong nội dung chương 2 của luận án. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐÁNH GIÁ RỦI RO XÂM NHẬP MẶN 2.1 Hướng tiếp cận nghiên cứu Hướng tiếp cận nghiên cứu trong luận án được thể hiện khái quát trong sơ đồ sau: Hình 2.1 Sơ đồ tiếp cận và các bước nghiên cứu trong luận án 2.2 Phương pháp mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn theo dọc sông 2.2.1 Lựa chọn mô hình mô phỏng Các mô hình 1 chiều thường được áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp. Thêm vào đó, việc số liệu địa hình cũng như trạm quan trắc mặn còn hạn chế, các mô hình 1 chiều đòi hỏi ít tài liệu sẽ dễ dàng tiếp cận hơn. Mô hình 9
MIKE 11 được áp dụng khá phổ biến hiện nay. Chính bởi vậy, nghiên cứu sẽ lựa chọn cho mô phỏng XNM trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình. 2.2.2 Giới thiệu mô hình MIKE 11 mô phỏng vùng nghiên cứu MIKE 11 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực một chiều, thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. 2.3 Phương pháp tính toán hiểm hoạ và xây dựng bản đồ XNM đến cấp xã Kết quả mô phỏng các kịch bản là quá trình mực nước và độ mặn tại các vị trí dọc sông, giá trị độ mặn lớn nhất tại các vị trí cống lấy nước cũng được xác định. Nhằm xác định mức độ hiểm họa XNM theo phân bố không gian đến cấp xã, luận án đã tính toán trên một số giả thiết sau: (i) chỉ xét XNM qua hệ thống cấp nước mặt, chưa xét XNM qua các tầng nước ngầm; (ii) nồng độ mặn xâm nhập vào nội đồng của một xã được tính toán từ nồng độ mặn tại các cống lấy nước vào xã; phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích cấp nước và tổng lượng lấy nước của từng cống (xét cho trường hợp thông thường S ≤ 1 %o và kịch bản rủi ro cao với S ≤ 4%o); (iii) không xét sự pha loãng của nước đệm trong nội đồng. Luận án đề xuất công thức để tính giá trị độ mặn trung bình phân bố theo không gian đến từng xã: Si,k = wF . ∑n wFi,k,j . Si,k,j + wV . ∑n wVi,k,j . Si,k,j j=1 j=1 (2-1) Trọng số riêng tại từng cống của yếu tố diện tích và tổng lượng cấp nước cho xã sẽ được xác định theo công thức dưới đây: 𝐹𝑗 𝑉𝑗 𝑤 𝐹𝑖,𝑘,𝑗 = ∑ 𝑛 và 𝑤 𝑉𝑖,𝑘,𝑗 = ∑ 𝑛 ( 2-2) 𝑗=1 𝐹 𝑗 𝑗=1 𝑉𝑗 Thời gian lấy nước của từng cống trong các kịch bản (k) khác nhau được xác định dựa trên hai điều kiện: (1) Độ mặn trên sông chính theo kịch bản (k) (Sk) dưới ngưỡng độ mặn cho phép (Scp) lấy nước vào nội đồng, và (2) cao trình mực nước trên sông theo kịch bản (k) (Zk) cao hơn cao trình đáy cống (Zc). 10
Trên cơ sở xét tác động của các cấp độ mặn tới các đối tượng chịu tác động, mức độ hiểm họa theo các cấp độ mặn (HS) có thể được chia thành 5 cấp từ rất thấp đến rất cao. Cùng với đó, phân tích thời gian lấy nước trung bình hàng năm tại các cống lấy nước dưới sự quản lý, vận hành của các Công ty KTCT Thủy lợi, mức độ hiểm họa theo thời gian lấy nước (HT) cũng có thể được chia thành 5 cấp rất thấp đến rất cao. Như vậy, mức độ hiểm họa tại xã (i) theo kịch bản (k) khi xét tổ hợp của hai yếu tố độ mặn lớn nhất và thời gian lấy nước được xác định: 𝐻 𝑖,𝑘 = 𝑤 𝑆 . 𝐻 𝑆 𝑖,𝑘 + 𝑤 𝑇 . 𝐻 𝑇 𝑖,𝑘 (2-3) Bảng 2.1. Thang cấp độ hiểm họa và bảng phân mầu cấp độ Cấp Mức độ hiểm họa (Hi,k) Chú giải Cấp 1 < 2,00 Rất thấp Cấp 2 2,01 - 3,00 Thấp Cấp 3 3,01 - 4,00 Trung bình Cấp 4 4,00 – 4,50 Cao Cấp 5 > 4,50 Rất cao Hiểm hoạ trung bình cho tất cả các kịch bản trong vùng nghiên cứu, luận án tham khảo các nghiên cứu của Ferrari (2013) [92] và Ranzi (2013) [93] 𝑚 ∑ 𝑘=1[𝐻 𝑖,𝑘 .𝑤 𝑘 ] 𝐻𝑖 = 𝑚 ∑ 𝑘=1 𝑤 𝑘 (2-4) Bản đồ hiểm họa do XNM cho các xã trong vùng nghiên cứu được xây dựng dựa trên danh giới hành chính để mô tả cho các xã chịu ảnh hưởng theo các cấp, thay vì chỉ ra một khu vực cụ thể trong xã đó. 2.4 Phương pháp xây dựng bộ tiêu chí và đánh giá tổn thương do XNM Luận án đã tiến hành điều tra, khảo sát thực địa; thu thập, phân tích số liệu; nghiên cứu và đánh giá các tài liệu liên quan đến tính dễ bị tổn thương do XNM ở Việt Nam và trên thế giới; tham vấn các ý kiến chuyên gia thông qua phiếu phỏng vấn (Phụ lục 4). Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tiếp cận DPSIR để phát triển khung chung cho đánh giá các yếu tố bị tác động do XNM. Để thiết lập bộ tiêu 11
chí có cơ sở khoa học, rõ ràng và hiệu quả, dễ thực hiện thì phương pháp SMART (Hình 2.2) là một phương pháp phổ biến hiện nay trên thế giới. Hình 2.2 Sơ đồ tiếp cận của phương pháp SMART Như vậy, dựa trên: (1) Các báo cáo thống kê về thiệt hại do XNM để làm rõ các đối tượng chịu tác động; (2) Khả năng thu thập số liệu từ các nguồn thông tin có độ tin cậy cao; (3) Thảo luận với các chuyên gia và đề xuất vấn đề cần được quan tâm; các tiêu chí, chỉ thị và biến số được lựa chọn bao gồm: ❖ Tiêu chí độ nhạy: Các biến biểu thị các tính chất về xã hội và kinh tế của khu vực. Trong đó các biến liên quan đến đặc điểm nhân khẩu và sinh kế. ❖ Tiêu chí mức độ phơi nhiễm: Các biến biểu thị cho đối tượng trong khu vực khi tiếp xúc trực tiếp với hiểm họa. Để đánh giá được mức độ tác động của XNM đến các biến thuộc tiêu chí, luận án kế thừa các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của mặn tới các nhóm đối tượng trong hoạt động sản xuất nông nghiệp. ❖ Tiêu chí khả năng ứng phó: Các biến biểu thị cho khả năng chống chịu, ứng phó và phục hồi trước và sau những tác động của hiểm họa. Từ các dữ liệu đầu vào phân tích, việc chuẩn hóa sẽ chuyển các giá trị này thành các giá trị nằm trong khoảng 0÷1. Tham khảo các nghiên cứu của ABARE-BRS (2010), Dwyer và css, (2004), Dolan và ccs (2006), Rehman và ccs, (2019) [97]–[100], TDBTT tại mỗi xã trong khu vực nghiên cứu được xác định theo công thức: 𝑝 𝑞 𝑉𝑖,𝑘 = ∑ 𝑡=1 𝑆 𝑡,𝑖,𝑘 ∗ 𝑤 𝑡 + ∑ 𝑢=1 𝐸 𝑢,𝑖,𝑘 ∗ 𝑤 𝑢 − ∑ 𝑟𝑣=1 𝐴 𝑣,𝑖,𝑘 ∗ 𝑤 𝑣 (2-5) 12
2.5 Phương pháp xác định các trọng số của các yếu tố trong bộ tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương Một trong những phương pháp thường được sử dụng để xác định giá trị trọng số đó là phương pháp phân tích thứ bậc AHP (Analysis Hierarchy Process) do Thomas Saaty [101] đề xuất. 2.6 Phương pháp đánh giá rủi ro Rủi ro là tổ hợp của hiểm họa, tính dễ bị tổn thương và mức độ phơi bày. Hiểm họa do XNM được xác định trên cơ sở phân tích độ mặn và thời gian lấy nước; tính dễ bị tổn thương được tổng hợp từ các tiêu chí tính nhạy, mức độ phơi nhiễm và khả năng chống chịu. Như vậy, chỉ số rủi ro được xác định tại từng xã (i) trong khu vực nghiên cứu ứng với kịch bản (k), khi đó chỉ số rủi ro tính trung bình tại từng xã (i) được xác định và được phân thành 5 cấp [102]: ∑m [Ri,k . wk ] k=1 Ri = ∑m wk (2-6) j=1 2.7 Kết luận chương 2 Luận án đã đưa ra các cơ sở khoa học nhằm thực hiện các mục tiêu đã đề ra. Để mô phỏng diễn biến XNM cho các kịch bản triều và NBD trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình, nghiên cứu tiếp cận sử dụng mô hình 1 chiều (MIKE 11). Để thực hiện xây dựng bản đồ hiểm họa XNM, luận án đã đề xuất cách tiếp cận mới đó là dựa trên giá trị độ mặn lớn nhất và thời gian lấy nước vào nội đồng được mô phỏng theo các kịch bản khác nhau. Cùng với đó, để tiếp cận đánh giá tính dễ bị tổn thương và rủi ro do XNM, trong nội dung chương này đã đề cập tới cơ sở khoa học để xây dựng bộ tiêu chí với các chỉ thị và biến có xét tới trọng số. Nói chung, việc xác định các biến không chỉ dựa trên sự phù hợp, tính logic để phản ánh mức độ tác động của XNM đến các hoạt động phát triển, mà còn phải dựa trên cơ sở giá trị các biến đó có thể xác định được hay không. Bởi lẽ, trong nhiều trường hợp mặc dù biến đó có thể rất liên quan, nhưng lại khó có thể thu thập được thông tin hoặc lượng hóa thông qua một giá trị để đánh giá. 13
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ RỦI RO DO XÂM NHẬP MẶN CHO KHU VỰC VEN BIỂN THÁI BÌNH – NAM ĐỊNH 3.1 Mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn 3.1.1 Thiết lập mô hình và hiệu chỉnh, kiểm định mô hình mô phỏng 3.1.1.1 Thiết lập mô hình mô phỏng Mô hình MIKE 11 mô phỏng XNM trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình được thiết lập bao gồm 9 biên trên là dòng chảy hạ lưu của các hồ chứa Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và các trạm thủy văn trên các nhánh sông, 8 biên dưới tại các vị trí ngoài biển cách cửa sông khoảng 15-25 km. Các biên mặn ở biên trên được lấy 0 ‰, biên mặn tại các vị trí ngoài biển được lấy 32 ‰ theo số liệu của Hòn Dấu 2000-2016. Các tài liệu địa hình, mặt cắt sông được thu thập bổ sung và cập nhật đến năm 2019. Mặt cắt đoạn từ cửa sông ra vị trí biên ngoài biển được giả thiết điều kiện địa hình vùng bờ có độ rộng khoảng 100 m và chiều sâu 20-30 m. Trong nghiên cứu này nhập lưu khu giữa được bỏ qua và không xem xét tính toán. Điều kiện ban đầu được xác định tại tất cả các nút bao gồm lưu lượng, mực nước và độ mặn tại thời điểm bắt đầu tính toán theo tài liệu thực đo. 3.1.1.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Hiệu chỉnh và kiểm định modyun thủy lực – HD: Kết quả chỉ số r2 tại các trạm kiểm tra trong các trường hợp đa phần đều cho kết quả lớn hơn 0.8. Sự xuất hiện đỉnh triều xảy ra đồng pha, hầu hết tại các vị trí kiểm tra đều tương đối phù hợp giữa tính toán và thực đo. Hiệu chỉnh và kiểm định modyun truyền tải – khuếch tán (AD): Các kết quả giữa thực đo và tình toán cho thấy chênh lệch độ mặn lớn nhất khoảng 2,18 ‰, tuy nhiên đa phần các trạm đều có mức độ dao động khoảng 0,02 - 0,14 ‰. Các kết quả này có thể được chấp nhận cho nghiên cứu tiếp theo. 3.1.2 Xây dựng các kịch bản mô phỏng 3.1.2.1 Nhóm kịch bản tần suất triều 14
Các kịch bản bao gồm: (i) KB 1: mực nước triều ứng với tần suất P = 25 %, các cống lấy nước với độ mặn (Scp) với ngưỡng Scp ≤ 1 ‰; và (ii) Nhóm KB 2: Các kịch bản triều ứng với các tần suất 1 %, 5 %, 10 %, 20 % và 25 %, các cống lấy nước với Scp ≤ 4 ‰. Quá trình dòng chảy tại các trạm biên trên được giả thiết là đồng nhất giữa các kịch bản theo giá trị thực đo từ tháng I đến tháng III năm 2005 tại mỗi trạm. Mực nước triều tại biên dưới được xác định từ công cụ phân tích và dự báo mực nước triều theo mô hình triều toàn cầu với độ phân giải 0.1250 [103]. Các đặc trưng triều thiết kế được xác định theo hàm phân phối Person III với chuỗi số liệu 2000- 2021. Năm 2005 được chọn là năm điển hình do xấp xỉ trung bình nhiều năm. 3.1.2.2 Nhóm kịch bản nước biển dâng Để mô phỏng XNM theo các kịch bản này, quá trình triều năm 2011 được chọn là thời kỳ nền bởi lẽ mực nước triều năm 2011 có ngưỡng xấp xỉ với mực nước trung bình giai đoạn 2000-2021. Các KB bao gồm: (i) KB 3: NBD năm 2030, các cống lấy nước với Scp ≤ 1 ‰; và (ii) Nhóm KB 4: KB nền, NBD năm 2030, 2040, 2050 RCP 4.5 và 2050 RCP 8.5, các cống lấy nước với Scp ≤ 4 ‰. 3.1.3 Kết quả mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn 3.1.3.1 Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản tần suất triều Trên sông Đáy khoảng cách XNM tăng từ khoảng 44 km (P = 25 %) lên 50 km (P = 1%). Trên sông Ninh Cơ độ mặn lớn nhất dọc theo sông có xu hướng giảm mạnh từ khoảng 27 ‰ đến 4 ‰ trong khoảng km 15+ đến km 40+. Đối với sông Hồng, khoảng cách XNM tính từ cửa biển vào lục địa là khá lớn, tăng từ 54 km đến 57 km ứng với các kịch bản tính toán. Trên sông Trà Lý, khoảng cách tăng từ 28 km đến 32 km. Trên sông Thái Bình nhìn chung độ mặn giảm khá đều và nhanh nhất là trong đoạn từ 0÷10 km, khoảng cách XNM tăng từ 25 km đến 27 km. Với kết quả mô phỏng trên các tuyến sông chính, diễn biến mực nước và độ mặn tại các cống lấy nước trong thời đoạn mô phỏng cũng được xác định. Cùng với đó, thời gian lấy nước tại các cống ứng với độ mặn cho phép lấy nước được xác định. 15
3.1.3.2 Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản nước biển dâng So sánh giữa các kịch bản NBD với kịch bản nền, khi MNB càng dâng lên thì XNM càng sâu vào trong lục địa, tuy nhiên mức độ chênh lệch không lớn. Trên sông Đáy khoảng cách tăng từ 38 km đến 42 km. Trên sông Ninh Cơ ở khoảng cách 35 km tính từ cửa sông độ mặn trên sông đã giảm xuống dưới 4 ‰. Đối với sông Hồng khoảng cách dao động trong khoảng 54÷57 km. Trên sông Trà Lý khoảng cách tăng từ 27 km đến 28.5 km. Trên sông Thái Bình khoảng cách dao động trong khoảng 26 km. Với kết quả mô phỏng trên các tuyến sông chính, diễn biến mực nước, độ mặn và thời gian lấy nước tại các cống trong thời đoạn mô phỏng được xác định theo kịch bản nền và NBD. 3.2 Xây dựng bản đồ hiểm họa xâm nhặp mặn 3.2.1 Xây dựng bản đồ hiểm họa XNM ứng với các kịch bản mực nước triều ❖ KB 1: Tần suất triều 25 %, độ mặn cấp nước dưới 1 ‰ Kết quả phân tích tổ hợp hiểm họa cho thấy, trên khu vực nghiên cứu gồm 243 xã, cấp độ hiểm họa chỉ ở mức 1, 2 và 3, không có xã nào chịu ảnh hưởng ở cấp độ 4 và 5. Tuy nhiên, số xã chịu ảnh hưởng ở cấp độ 3 chiếm xấp xỉ 50 % tổng số xã trong khu vực nghiên cứu ở cá tỉnh Nam Định và Thái Bình. ❖ Nhóm KB 2: Tần suất triều 1 %, 5 %, 10 %, 20 % và 25 %, độ mặn cấp nước dưới 4 ‰ Hình 3.1 Hiểm họa XNM tại các xã theo kịch bản triều 25 % Độ mặn cấp nước dưới 4 ‰ 16
Xét tổ hợp hiểm họa từ yếu tố độ mặn và thời gian cấp nước cho các xã trong phạm vi nghiên cứu, số các xã chịu hiểm họa phân bổ từ cấp 1÷5, tuy nhiên đa phần các xã chịu hiểm họa ở cấp độ 3 trở lên. Khoảng 50 % tổng số các xã trên địa bàn cả hai tỉnh chịu hiểm họa ở cấp độ 3, và khoảng từ 23 % ÷ 29 % (Nam Định) và từ 23% ÷ 26 % (Thái Bình) chịu hiểm họa ở cấp độ 4. Số lượng các xã chịu hiểm họa ở cấp độ 5 tại tỉnh Nam Định cũng lớn hơn so với tỉnh Thái Bình. ❖ Hiểm họa trung bình các kịch bản XNM ứng với các tần suất triều, độ mặn cấp nước dưới 4 ‰ Đa phần các xã đều chịu hiểm họa trung bình từ cấp 3 trở lên chiếm khoảng 93 % tại tỉnh Nam Định và 80 % tại tỉnh Thái Bình, trong đó số các xã ở cấp độ 3 chiếm tỷ lệ xấp xỉ 50 %. 3.3.2 Xây dựng bản đồ hiểm họa xâm nhập mặn ứng với các kịch bản NBD ❖ KB 3: NBD 2030 – RCP 4.5, độ mặn cấp nước dưới 1 ‰ Các xã trong khu vực nghiên cứu đều không chịu hiểm họa do mặn gây ra, nhưng về thời gian được cấp nước rõ ràng cũng bị nhiều hạn chế. Tổng số các xã chịu hiểm họa ứng với thời gian cấp nước trên cấp độ 3 thuộc tỉnh Nam Định chiếm tỷ lệ lớn, khoảng 91 %, riêng cấp độ 5 chiếm trên 52 % tổng số xã. Tỉnh Thái Bình, có tổng số xã chịu hiểm họa từ cấp 3 trở lên thấp hơn, chiếm khoảng 70 % tổng số xã và ở cấp độ 5 chiếm khoảng 40 %. Tuy vậy, khi xét tổ hợp của hai yếu tố độ mặn và thời gian lấy nước trong phạm vi nghiên cứu, cấp độ hiểm họa do XNM gây ra toàn bộ các xã trong khu vực nghiên cứu vẫn ở cấp độ từ 1÷3. ❖ Nhóm kịch bản 4: kịch bản nền, NBD 2030, 2040, 2050 - RCP 4.5 và 2050 - RCP 8.5, độ mặn cấp nước dưới 4 ‰ Tỉnh Nam Định và Thái Bình đều có tổng số xã chịu hiểm họa ở cấp độ cao, tập trung vào cấp 3 và 4, chiếm tỷ lệ tương ứng khoảng trên 72 %, riêng ở cấp 3 chiếm trên 45 %. So sánh giữa các kịch bản, tỉnh Nam Định có những biến động khá rõ về tổng số xã ở các cấp độ hiểm họa, xu thế chung là chuyển từ cấp thấp 17
lên cấp cao hơn khi điều kiện NBD cao hơn so với KB nền. Đối với tỉnh Thái Bình, không có sự biến động về tổng số xã ở các cấp độ hiểm họa. 3.3 Thiết lập bộ tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương do xâm nhập mặn Giá trị các biến trong bộ tiêu chí được xác định từ các tài liệu bao gồm: Niên giám thống kê của các huyện, kế thừa các nghiên cứu về tác động của độ mặn tới sự phát triển của các loại cây trồng và vật nuôi, điều tra thực địa và phỏng vấn (Phụ lục 4). Bảng 3.1 Tiêu chí tính nhạy và trọng số các biến Bảng 3.2 Tiêu chí mức độ phơi nhiễm thiệt hại và trọng số các biến 18