Đặc điểm và mối quan hệ giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn ở khu vực Tây Nguyên

Luận văn phân tích đặc điểm và mối quan hệ giữa hạn khí tượng, hạn thủy văn tại Tây Nguyên, làm rõ tần suất, cường độ, thời gian kéo dài hạn hán.

• Tác giả: Đỗ Thanh Hằng
• Người hướng dẫn: Pgs. Vũ Thanh Hằng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khí tượng - Khí hậu học
• Đề tài: Đặc Điểm Và Mối Quan Hệ Giữa Hạn Khí Tượng Và Hạn Thủy Văn Ở Khu Vực Tây Nguyên
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ Khoa học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về hạn khí tượng và hạn thủy văn tại Tây Nguyên

Hạn khí tượng và hạn thủy văn là hai hiện tượng tự nhiên quan trọng tại khu vực Tây Nguyên. Hạn khí tượng được định nghĩa là khoảng thời gian kéo dài khi lượng mưa giảm đáng kể so với mức trung bình lâu năm, dẫn đến tình trạng khô hạn về khí tượng. Hạn thủy văn là sự thiếu hụt lưu lượng nước trong các sông suối, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước ngầm và mực nước hồ chứa. Tây Nguyên, với đặc điểm địa hình cao và khí hậu nhiệt đới gió mùa, thường xuyên chịu tác động của các hiện tượng này. Sự tương tác giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn tạo nên những thách thức lớn cho phát triển bền vững của vùng, ảnh hưởng đến nông nghiệp, thủy điện và sinh hoạt của cộng đồng địa phương.

1.1. Định nghĩa hạn khí tượng

Hạn khí tượng là hiện tượng khi lượng mưa hàng tháng hoặc hàng năm thấp hơn 75% so với giá trị trung bình của chuỗi dữ liệu dài hạn. Tại Tây Nguyên, hiện tượng này thường xảy ra vào mùa khô, từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mức độ khô hạn được đo lường bằng Chỉ số lượng mưa chuẩn hóa (SPI), giúp xác định cường độ và thời gian kéo dài của hạn khí tượng.

1.2. Định nghĩa hạn thủy văn

Hạn thủy văn được xác định khi dòng chảy nước sông suối giảm mạnh, thường dưới 75% so với giá trị trung bình lâu năm. Hiện tượng này có độ trễ so với hạn khí tượng vì nước cần thời gian để chảy qua lưu vực. Chỉ số dòng chảy chuẩn hóa (SSI) được sử dụng để đánh giá cường độ hạn thủy văn tại các trạm đo trên các con sông chính.

II. Đặc điểm tự nhiên ảnh hưởng đến hạn khí tượng và thủy văn

Khu vực Tây Nguyên nằm ở vị trí địa lý đặc biệt với độ cao 500-2000 mét, tạo nên khí hậu đặc thù. Khí hậu bán khô hạn của vùng này được chi phối bởi gió mùa Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 9, mang lượng mưa tập trung. Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 là thời kỳ tăng cường hạn khí tượng. Đặc điểm địa hình gồi lên cản phá các khối khí, làm giảm lượng mưa ở phía leeward. Các lưu vực sông chính như An Khê, Bảo Lộc, Đà Lạt và Kon Tum có các đặc điểm thủy văn khác nhau. Tình trạng thiếu nước mùa khô ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống, nông nghiệp và sản xuất thủy điện, đặc biệt khi xảy ra những năm El Niño gây hạn kéo dài.

2.1. Điều kiện địa hình và khí hậu

Tây Nguyên là vùng cao nguyên với địa hình phức tạp, độ cao không đều. Khí hậu nhiệt đới gió mùa tạo nên sự phân hóa rõ rệt giữa mùa mưa và mùa khô. Mưa tập trung vào mùa gió mùa Tây Nam, khi đó có thể rơi 80% lượng mưa năm. Mùa khô lạnh, gió Bắc Đông mạnh, điều kiện khô hạn tăng cường.

2.2. Các lưu vực sông chính và đặc điểm thủy văn

Bốn lưu vực chính là An Khê, Bảo Lộc, Đà Lạt và Kon Tum với dòng chảy khác nhau. Lưu vực Đà Lạt có độ cao cao nhất, Kon Tum là lưu vực lớn nhất. Mỗi lưu vực có khả năng chứa nước riêng biệt, ảnh hưởng đến mức độ hạn thủy văn mùa khô.

III. Đặc trưng của hạn khí tượng tại Tây Nguyên

Phân tích dữ liệu từ 1980 đến 2015 cho thấy tần suất hạn khí tượng tại Tây Nguyên không đều theo các trạm. Hạn trung bình xuất hiện từ 3-5 năm/decade, với cường độ dao động từ nhẹ đến rất nặng. Thời gian kéo dài hạn khí tượng thường từ 1-3 tháng, nhưng có những năm hạn kéo dài cả 5-6 tháng như 1997-1998 (ảnh hưởng El Niño mạnh). Độ lớn hạn khí tượng được đo bằng độ lệch của lượng mưa so với mức trung bình, có thể đạt 40-60% ở các năm hạn nặng. Các sự kiện hạn khí tượng đột biến thường xảy ra khi có sự biến đổi trong áp suất khí quyển và dòng chảy của gió mùa. Sự hiểu biết sâu sắc về đặc trưng hạn khí tượng là cơ sở để dự báo và cảnh báo hạn hiệu quả.

3.1. Tần suất và phân bố thời gian hạn khí tượng

Tần suất hạn khí tượng khác nhau giữa các trạm trong khu vực. Trạm Pleiku và Kon Tum có tần suất hạn khí tượng cao hơn các trạm khác. Hạn mùa khô là loại phổ biến nhất, từ tháng 11 đến tháng 4. Các sự kiện hạn nặng (SPI < -1.5) xuất hiện khoảng 2-3 lần/10 năm.

3.2. Cường độ độ lớn và thời gian kéo dài

Cường độ hạn khí tượng được phân loại từ nhẹ (SPI -1.0 đến -1.5) đến cực kỳ nặng (SPI < -2.0). Thời gian kéo dài trung bình là 2-3 tháng. Năm 1998 ghi nhận hạn kéo dài nhất với 6 tháng liên tiếp lượng mưa thấp. Độ lớn hạn có thể gây ảnh hưởng nặng nề đến sản xuất nông nghiệp.

IV. Mối quan hệ giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn

Mối quan hệ giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn không đơn giản và phụ thuộc vào tính chất địa chất, khả năng lưu trữ nước và quá trình chảy trong lưu vực. Nghiên cứu các lưu vực An Khê, Bảo Lộc, Đà Lạt và Kon Tum cho thấy độ trễ từ 1-4 tháng giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn. Lưu vực Đà Lạt với độ cao cao có phản ứng nhanh hơn, trong khi Bảo Lộc có bộ nhớ lâu dài do khả năng lưu trữ nước tốt. Hệ số tương quan giữa SPI (hạn khí tượng) và SSI (hạn thủy văn) dao động từ 0.6-0.8 tùy lưu vực. Hiểu rõ mối liên hệ này giúp cải thiện dự báo hạn thủy văn và quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn, hỗ trợ lập kế hoạch phát triển bền vững cho Tây Nguyên.

4.1. Quy trình truyền từ hạn khí tượng đến hạn thủy văn

Quá trình chuyển tiếp từ hạn khí tượng sang hạn thủy văn bao gồm: giảm lượng mưa → giảm nạp ngầm nước → suy giảm dòng chảy sông suối. Độ trễ thời gian phụ thuộc thâm dung nước của đất, tạo nước ngầm và độ rộng lưu vực. Các trạm có mực nước ngầm sâu phản ứng chậm hơn.

4.2. Sự khác biệt giữa các lưu vực

An Khê và Kon Tum có phản ứng nhanh (độ trễ 1-2 tháng), Bảo Lộc và Đà Lạt phản ứng chậm hơn (3-4 tháng). Hệ số tương quan giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn cao nhất ở An Khê (r = 0.78), thấp nhất ở Bảo Lộc (r = 0.62). Sự khác biệt này giúp tùy biến chiến lược quản lý nước cho từng lưu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Trong chương này, luận văn tìm hiểu và khái quát về khái niệm của hạn hán, nguyên nhân gây ra hạn hán, khái quát về điều kiện tự nhiên, đặc điểm hạn ở Tây Nguyên và tổng quan khái quát về tình hình nghiên cứu hạn hán trong và ngoài nước; trọng tâm những công trình nghiên cứu liên quan đến đặc điểm và mối quan hệ giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn. Số liệu và phương pháp nghiên cứu Trong chương này luận văn trình bày về nguồn số liệu được luận văn sử dụng nghiên cứu, phương pháp đánh giá đặc điểm của hạn hán và phương pháp tìm mối quan hệ giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn. Đặc điểm và mối quan hệ giữa hạn hạn khí tượng và hạn thủy văn ở khu vực Tây Nguyên.

Chương 3 sẽ đi sâu đánh giá các đặc điểm bao gồm tần suất, thời gian, độ lớn và cường độ của hạn hán dựa trên chỉ số SPI(SSI), từ đó tìm ra mối quan hệ giữa hạn khí tượng và hạn thủy văn cũng thông qua các chỉ số này. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm về hạn hán và nguyên nhân gây ra hạn hán 1.1 Khái niệm về hạn hán Theo Quyết định 18/2021/QĐ-TTg quy định về dự báo, cảnh báo, truyền tin thiên tai và cấp độ rủi ro thiên tai: “Hạn hán là hiện tượng thiếu nước nghiêm trọng xảy ra trong thời gian dài do không có mưa và cạn kiệt nguồn nước”. Do vậy, hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất vì thế suy giảm, đồng thời làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước trong ao hồ, trong các tầng chứa nước dưới mặt đất gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, dẫn đến môi trường suy thoái, đói nghèo dịch bệnh… Hạn hán là một loại thiên tai xảy ra thường xuyên trên phạm vi toàn cầu. Nhiều khu vực trên thế giới, trong đó có Việt Nam, đang phải gánh chịu các đợt hạn hán nghiêm trọng bất thường do vấn đề BĐKH gây ra.

Hạn hán là một loại hình thiên tai mang nhiều đặc thù riêng và tác động của hạn hán thường xảy ra trên một phạm vi rộng lớn, với sự khởi đầu một cách thầm lặng, thời điểm bắt đầu cũng như kết thúc thường rất khó nhận biết. Do đó, việc nghiên cứu đánh giá hạn hán trong một khoảng thời gian dài là cần thiết để tìm ra các biện pháp ứng phó thích hợp với các hiện tượng hạn hán cực đoan có thể xảy ra ở tương lai [15][31]. Thực tế đang diễn ra trong phạm vi toàn cầu cho thấy, nạn khan hiếm nước và hạn hán đã và đang gây thiệt hại với quy mô tương đương đại dịch COVID-19 và được dự báo mang theo các rủi ro tăng nhanh do sự ấm lên của Trái đất, đang sắp trở thành đại dịch tiếp theo và không có vaccine chữa trị. Có thể thấy rằng, hạn hán giống như một virus có xu hướng diễn ra trong một thời gian dài, trên một phạm vi địa lý rộng lớn và gây ra thiệt hại có tính dây chuyền.

Như vậy không thể phủ nhận hạn hán có thể gián tiếp ảnh hưởng tới những quốc gia không xảy ra hạn hán khi gây mất an ninh lương thực và làm tăng giá lương thực ở những quốc gia này. `3 Sổ tay chỉ dẫn của Tổ chức Khí tượng Thế giới IDMP năm 2016 [48] khẳng định việc theo dõi hạn hán là rất quan trọng. Hạn hán là một phần bình thường của khí hậu, và chúng có thể xảy ra ở bất kỳ chế độ khí hậu nào trên thế giới, thậm chí cả sa mạc và rừng nhiệt đới. Hạn hán là một trong những các hiểm họa thiên nhiên tốn kém; tác động của chúng là đáng kể và trên diện rộng, ảnh hưởng đến nhiều thành phần kinh tế và con người.

Hạn hán có thể ảnh hưởng xấu đến nông nghiệp và an ninh lương thực, sản xuất thủy điện và công nghiệp, sức khỏe con người và động vật, an ninh sinh kế, an ninh cá nhân (ví dụ: phụ nữ đi bộ quãng đường dài để lấy nước) và tiếp cận giáo dục (ví dụ: trẻ em gái không đi học vì thời gian lấy nước tăng lên)… Dựa vào bản chất tác động của hạn hán mà WMO đã chia hạn thành 4 loại: 1) Hạn khí tượng; 2) Hạn nông nghiệp; 3) Hạn thuỷ văn; và 4) Hạn kinh tế xã hội [15][47].1 dưới đây minh họa mối quan hệ giữa các loại hạn nêu trên [47]. Hạn khí tượng Hạn khí tượng được định nghĩa dựa trên mức độ khô hạn so với giá trị trung bình trong một khoảng thời gian xác định, là sự thiếu hụt giáng thủy, ít hơn lượng mưa trung bình trong khoảng thời gian nào đó. Hạn khí tượng sẽ dẫn đến các loại hạn khác và là nguồn gốc của ba loại hạn còn lại, đặc biệt hạn kinh tế xã hội. Hạn nông nghiệp Hạn nông nghiệp gồm các nhân tố của hạn khí tượng mà tác động đến hoạt động sản xuất nông nghiệp, gây hậu quả tiêu cực đến vụ mùa.

Hạn nông nghiệp thể hiện thông qua chỉ số về độ ẩm đất cần thiết cho một vụ trồng trọt trong khoảng thời gian xác định. Sự thiếu hụt mưa dẫn tới sự mất cân bằng giữa lượng nước thực tế và nhu cầu nước của cây trồng với nguyên nhân chủ yếu do thiếu mưa, địa hình, đất và do chế độ canh tác… Hạn thuỷ văn Hạn thuỷ văn xảy ra cùng pha với hạn khí tượng và hạn nông nghiệp, thường biểu hiện là sự thiếu hụt về cung cấp nước mặt và nước ngầm, phản ánh hệ quả tác `4 động của hạn hán. Ngoài yếu tố lượng mưa, hạn thủy văn còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: dòng chảy mặt, nước ngầm tầng nông, tầng sâu… Hạn kinh tế - xã hội Hạn kinh tế - xã hội là sự thiếu hụt về khả năng đáp ứng nhu cầu cung cấp nước phục vụ cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Hạn kinh tế - xã hội xuất hiện khi nhu cầu về lợi ích kinh tế vượt quá sự cung cấp nước do thời tiết gây ra sự thâm hụt nước trong tự nhiên.

Nó khác với các loại hạn nêu trên vì nó xảy ra phụ thuộc vào quá trình cung cấp nước theo không gian và thời gian. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa các loại hạn 1.2 Nguyên nhân gây ra hạn hán a) Nguyên nhân tự nhiên Các nghiên cứu cho thấy nguyên nhân gây ra hạn hán không bao giờ đơn lẻ mà thường là kết quả quả nhiều nguyên nhân đồng bộ trong tự nhiên. - Trước hết là do lượng mưa thường xuyên ít ỏi hoặc nhất thời thiếu hụt: Nguyên nhân tự nhiên dẫn đến sự hình thành thiên tai hạn hán trước hết là do tính chất phân hóa theo không gian và thời gian của các yếu tố thời tiết, thủy văn. Trong đó đáng chú ý hơn cả là các yếu tố lượng mưa và dòng chảy.

Sự chênh lệch `5 lớn giữa hai mùa khô cạn với mưa lũ làm cho: mùa mưa thì thừa nước sinh lũ lụt, đến mùa khô lại chịu cảnh hạn hán, thiếu nước [12]. Thêm vào đó, Tây Nguyên vốn là vùng đất bazan rộng lớn nhất Việt Nam. Loại đất này thường dễ hấp thụ nước, vì vậy nguồn nước ngầm ở đây còn khá dồi dào. Tuy nhiên, hiện trạng sử dụng đất tại khu vực này đã thay đổi trong nhiều năm gần đây: diện tích đất thổ cư và diện tích gieo trồng đã tăng, dẫn đến diện tích lâm nghiệp giảm.

Tỷ lệ di dân cao, đặc biệt là tại Kon Tum và Đắk Nông, dẫn đến diện tích canh tác và đất thổ cư mở rộng. Xu hướng này làm tăng lưu lượng dòng chảy mặt và giảm khả năng phục hồi của nước ngầm. Việc duy tu và phát triển cơ sở hạ tầng kém dẫn tới thiệt hại từ thiên tai đặc biệt là từ hạn hán càng nghiêm trọng hơn [2]. - Hiện tượng ENSO: Các nghiên cứu cho thấy thời tiết Việt Nam là một bộ phận của hệ thống thời tiết toàn cầu, chịu ảnh hưởng của hoàn lưu khí hậu trên diện rộng.

Có một mối liên hệ chặt chẽ giữa các điều kiện khí hậu ở Việt Nam và toàn cầu ảnh hưởng của El Niño và La Nina thường xảy ra cứ sau hai đến bảy lần nhiều năm. Các sự kiện El Niño trong các năm 1982-1983 và 1997-1998 là cực kỳ mạnh mẽ và nghiêm trọng tác động đến môi trường và các lĩnh vực kinh tế - xã hội của Việt Nam. Ảnh hưởng của El Niño ở phía nam thường mạnh hơn ở phía bắc của Việt Nam. Tây Nguyên là một trong những vùng nhạy cảm nhất với hiệu ứng El Niño, thường dẫn đến hạn hán nghiêm trọng trong mùa khô [24].

Có thể nói, hiện tượng ENSO là một trong những cơ chế gây ảnh hưởng mạnh nhất đối với hạn hán trong quá khứ, trong tương lai, cũng có thể là nhân tố này. - Biến đổi khí hậu: Xét về mức độ và xu thế biến đổi khí hậu ở Việt Nam: Nhiệt độ trung bình năm có xu thế tăng trên phạm vi cả nước, với mức tăng trung bình toàn Việt Nam 0,89°C giai đoạn 1958-2018, riêng giai đoạn 1986-2018 tăng 0. Lượng mưa năm, tính trung bình trên phạm vi cả nước có xu thế tăng nhẹ 2.1% trong giai đoạn `6 1958-2018, đồng thời có xu thế giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc và tăng ở các vùng khí hậu phía Nam. Nhiệt độ tối cao tăng trên hầu hết phạm vi cả nước, nhiều kỷ lục cao của nhiệt độ được ghi nhận trong những năm gần đây.

Số ngày nắng nóng có xu thế tăng trên phạm vi cả nước. Trong khi lượng mưa cực trị có xu thế giảm nhiều ở khu vực Đồng bằng Bắc Bộ và có xu thế tăng nhiều ở vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Khả năng tác động của ENSO đến thời tiết, khí hậu Việt Nam có sự gia tăng (trang 47 báo cáo đầy đủ Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam, phiên bản cập nhật năm 2020 [1]). Báo cáo AR5 về hiện trạng BĐKH toàn cầu của IPCC nhận định: Hạn hán chỉ tăng ở một số mùa và một số khu vực do giảm lượng mưa hoặc tăng quá trình bốc hơi [30].

Đối với Việt Nam, số tháng hạn tính theo ngưỡng của chỉ số SPI trong mùa khô cho 7 vùng khí hậu (Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Đồng bằng - Đồng bằng sông Hồng, Bắc Trung Bộ - Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ - Duyên hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ), kết quả cho thấy, số tháng hạn có sự tăng hoặc giảm khác nhau trên các vùng khí hậu [4][6].