Đánh giá biến đổi hạn hán và ảnh hưởng đến xâm nhập mặn cùng hoạt động nông nghiệp ở Đồng bằng sông Cửu Long

• Tác giả: Doi Thi Loan
• Người hướng dẫn: Prof. Phan Van Tan
• Trường học: Vietnam National University, Hanoi Vietnam Japan University
• Chuyên ngành: Climate Change and Development
• Đề tài: Assessment of Drought Change and Its Impact on Salinity Intrusion and Agricultural Activity Over Mekong River Delta of Vietnam
• Loại tài liệu: Master's thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hanoi

• PLEDGE
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• ACKNOWLEDGEMENT
• 1. CHƯƠNG 1: DROUGHT AND SALINE INTRUSION UNDER CLIMATE CHANGE CONTEXT IN VIET NAM
• 1.1. Necessity of research
• 1.2. Research question and hypothesis
• 1.3. Objectives of the research
• 1.4. Matrix of learning outcomes for the master's thesis
• 1.5. Scope of research
• 1.6. Study area
• 2. CHƯƠNG 2: DATA AND METHOD
• 2.1. Pearson’s Correlation Coefficient and linear regression
• 2.2. Drought risk assessment
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Spatio-temporal variability of drought over MRD
• 3.2. Relationship between drought and saline intrusion and agricultural activity
• 3.2.1. Relationship between drought and saline intrusion
• 3.2.2. Relationship between drought and agricultural activity
• 3.3. Drought Risk assessment
• 3.3.1. Drought Hazard Index (DHI)
• 3.3.2. Drought Exposure Index (DEI) and Drought Vulnerability Index (DVI)
• 3.3.3. Drought Risk Index (DRI)
• 3.4. Limitations and outlooks
• APPENDIX A: PROGRAM LEARNING OUTCOMES (PLOS) OF MCCD
• APPENDIX B: PEARSON’S CORRELATION COEFFICIENT TESTS AND LINEAR REGRESSION
• APPENDIX C: DURBIN WATSON TEST
• APPENDIX D: RESULT OF DROUGHT HAZARD INDEX, DROUGHT EXPOSURE INDEX, DROUGHT VULNERABILITY INDEX AND DROUGHT RISK INDEX IN FOUR STAGE OVER SOC TRANG PROVINCE

I. Biến đổi hạn hán và tác động đến xâm nhập mặn

Biến đổi hạn hán là một hiện tượng phức tạp, được thúc đẩy bởi biến đổi khí hậu và các yếu tố tự nhiên khác. Tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), hạn hán đã gia tăng cả về tần suất, cường độ và thời gian kéo dài. Xâm nhập mặn là hệ quả trực tiếp của hạn hán, đặc biệt khi kết hợp với mực nước biển dâng. Nghiên cứu chỉ ra rằng, hạn hán và xâm nhập mặn có mối quan hệ chặt chẽ, với hệ số tương quan dương. Điều này đặt ra thách thức lớn cho quản lý tài nguyên nước và nông nghiệp bền vững tại khu vực này.

1.1. Nguyên nhân và đặc điểm của hạn hán

Hạn hán tại ĐBSCL chủ yếu do thiếu hụt lượng mưa so với trung bình dài hạn. Biến đổi khí hậu làm gia tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa, dẫn đến hạn hán kéo dài và nghiêm trọng hơn. Các nghiên cứu sử dụng Chỉ số Mưa Chuẩn hóa (SPI) đã xác định rõ xu hướng gia tăng hạn hán từ năm 1980 đến 2020. Đặc biệt, các tỉnh như Sóc Trăng chịu ảnh hưởng nặng nề với tần suất hạn hán cao.

1.2. Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn

Hạn hán làm giảm lượng nước ngọt, tạo điều kiện cho xâm nhập mặn lan rộng. Nghiên cứu sử dụng hệ số tương quan Pearson cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa mức độ hạn hán và diện tích đất bị nhiễm mặn. Điều này đặc biệt nghiêm trọng trong các đợt hạn hán kéo dài như giai đoạn 2015-2016, khi nước mặn xâm nhập sâu vào đất liền tới 90 km.

II. Tác động của hạn hán và xâm nhập mặn đến hoạt động nông nghiệp

Hoạt động nông nghiệp tại ĐBSCL chịu ảnh hưởng nặng nề từ hạn hán và xâm nhập mặn. Hạn hán làm giảm năng suất cây trồng, đặc biệt là lúa, trong khi xâm nhập mặn gây thiệt hại lớn cho đất canh tác. Nghiên cứu chỉ ra rằng, hạn hán và xâm nhập mặn đã làm giảm sản lượng lúa tại ĐBSCL lên tới 1.1 triệu tấn trong năm 2016. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về thích ứng với hạn hán và phát triển nông nghiệp bền vững.

2.1. Ảnh hưởng đến sản xuất lúa

Lúa là cây trồng chính tại ĐBSCL, chiếm 54% sản lượng lúa cả nước. Hạn hán và xâm nhập mặn làm giảm diện tích đất canh tác và năng suất lúa. Nghiên cứu sử dụng phân tích hồi quy tuyến tính cho thấy mối quan hệ âm giữa mức độ hạn hán và sản lượng lúa. Đặc biệt, trong giai đoạn 2015-2016, hơn 477,000 ha đất lúa bị thiệt hại do hạn hán và xâm nhập mặn.

2.2. Tác động đến nuôi trồng thủy sản

Nuôi trồng thủy sản cũng chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ xâm nhập mặn. Tại Sóc Trăng, hơn 81,000 ha đất nuôi tôm bị thiệt hại trong giai đoạn 2015-2016. Điều này cho thấy sự cần thiết của các giải pháp quản lý tài nguyên nước và thích ứng với biến đổi khí hậu để bảo vệ ngành nuôi trồng thủy sản.

III. Đánh giá rủi ro hạn hán và giải pháp thích ứng

Đánh giá rủi ro hạn hán tại ĐBSCL cho thấy Sóc Trăng là một trong những tỉnh chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Nghiên cứu sử dụng Chỉ số Rủi ro Hạn hán (DRI) để đánh giá mức độ rủi ro tại các giai đoạn khô hạn khác nhau. Kết quả cho thấy, Sóc Trăng có chỉ số rủi ro cao, đặc biệt trong các giai đoạn 2004-2005 và 2015-2016. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về các giải pháp thích ứng với hạn hán và quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

3.1. Chỉ số Rủi ro Hạn hán DRI

Chỉ số Rủi ro Hạn hán (DRI) được tính toán dựa trên ba yếu tố: Chỉ số Nguy cơ Hạn hán (DHI), Chỉ số Phơi nhiễm Hạn hán (DEI) và Chỉ số Dễ bị tổn thương (DVI). Kết quả cho thấy, Sóc Trăng có chỉ số DRI cao, đặc biệt trong các giai đoạn khô hạn kéo dài. Điều này phản ánh mức độ rủi ro cao đối với hoạt động nông nghiệp và tác động kinh tế tại khu vực này.

3.2. Giải pháp thích ứng

Các giải pháp thích ứng bao gồm cải thiện quản lý tài nguyên nước, phát triển các giống cây trồng chịu hạn và mặn, và tăng cường hệ thống cảnh báo sớm. Nghiên cứu cũng đề xuất các chính sách hỗ trợ nông dân trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng các công nghệ tiên tiến để giảm thiểu tác động của hạn hán và xâm nhập mặn.

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) của Việt Nam là vùng đồng bằng lớn nhất phía Nam với diện tích tự nhiên khoảng 40.816 km² và dân số hơn 17 triệu người, đóng góp 17,7% GDP quốc gia năm 2019. Đây là vùng trọng điểm nông nghiệp với 2,615 triệu ha đất nông nghiệp, chiếm 64% diện tích tự nhiên, trong đó 65,5% diện tích trồng lúa. Tuy nhiên, ĐBSCL đang phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng do biến đổi khí hậu, đặc biệt là hạn hán và xâm nhập mặn, ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế người dân.

Nghiên cứu tập trung đánh giá biến đổi hạn hán trong giai đoạn 1980-2020, mối quan hệ giữa hạn hán với xâm nhập mặn và hoạt động nông nghiệp, đồng thời đánh giá rủi ro hạn hán tại tỉnh Sóc Trăng – một tỉnh điển hình chịu ảnh hưởng nặng nề. Mục tiêu cụ thể gồm: (i) phân tích biến đổi hạn hán về tần suất, cường độ, mức độ nghiêm trọng và thời gian kéo dài; (ii) đánh giá tác động của hạn hán đến xâm nhập mặn và sản xuất nông nghiệp; (iii) xây dựng chỉ số rủi ro hạn hán cho tỉnh Sóc Trăng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho các giải pháp thích ứng, giảm thiểu thiệt hại do hạn hán và xâm nhập mặn gây ra, góp phần đảm bảo an ninh lương thực và phát triển bền vững vùng ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về hạn hán và rủi ro thiên tai, bao gồm:

• Lý thuyết về hạn hán: Hạn hán được định nghĩa là hiện tượng thiếu hụt lượng mưa kéo dài, gây ra sự mất cân bằng thủy văn nghiêm trọng (WMO, 1992; IPCC, 2012). Hạn hán được phân loại thành bốn loại chính: hạn hán khí tượng, thủy văn, nông nghiệp và kinh tế - xã hội (Wilhite, 1985).

• Chỉ số hạn hán chuẩn hóa (SPI): SPI được sử dụng để đánh giá đặc điểm hạn hán dựa trên lượng mưa, phản ánh tần suất, cường độ, mức độ nghiêm trọng và thời gian kéo dài của hạn hán trên các quy mô thời gian khác nhau (McKee et al., 1993).

• Mô hình đánh giá rủi ro hạn hán: Rủi ro hạn hán được xác định dựa trên ba thành phần chính gồm nguy cơ (hazard), mức độ phơi nhiễm (exposure) và tính dễ tổn thương (vulnerability) (IPCC, 2014). Các chỉ số Drought Hazard Index (DHI), Drought Exposure Index (DEI) và Drought Vulnerability Index (DVI) được xây dựng và kết hợp để tính toán chỉ số rủi ro hạn hán (Drought Risk Index - DRI).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng dữ liệu lượng mưa tháng từ 10 trạm quan trắc tại ĐBSCL giai đoạn 1980-2020; dữ liệu diện tích đất bị ảnh hưởng xâm nhập mặn (4g/l, 8g/l, 12g/l) và sản lượng lúa gạo giai đoạn 2000-2020 tại tỉnh Sóc Trăng; các số liệu thống kê kinh tế - xã hội từ Tổng cục Thống kê và các báo cáo chuyên ngành.

• Phương pháp phân tích:

  • Tính toán SPI-6 tháng để đánh giá đặc điểm hạn hán (tần suất, thời gian, cường độ, mức độ nghiêm trọng).
  • Phân tích tương quan Pearson và hồi quy tuyến tính để xác định mối quan hệ giữa hạn hán với diện tích đất bị xâm nhập mặn và sản lượng nông nghiệp.
  • Đánh giá rủi ro hạn hán tại tỉnh Sóc Trăng dựa trên ba chỉ số DHI, DEI, DVI, được chuẩn hóa theo phương pháp Min-Max và kết hợp theo công thức trung bình.
  • Sử dụng phần mềm R-Studio cho phân tích thống kê và ArcMap 10.1 để trực quan hóa bản đồ rủi ro.

• Timeline nghiên cứu:

  • Giai đoạn phân tích hạn hán: 1980-2020 (41 năm).
  • Giai đoạn đánh giá tác động hạn hán đến xâm nhập mặn và nông nghiệp: 2000-2020 (21 năm).
  • Đánh giá rủi ro hạn hán tập trung vào 4 giai đoạn hạn hán nghiêm trọng tại Sóc Trăng: 2004-2005, 2008-2009, 2015-2016, 2019-2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Biến đổi hạn hán tại ĐBSCL:

   • Tần suất hạn hán trung bình khoảng 5-8 lần mỗi thập kỷ, cao nhất tại các tỉnh ven biển như Sóc Trăng, Bạc Liêu với 22-31 lần trong 41 năm.
   • Tần suất hạn hán tăng rõ rệt trong giai đoạn 2010-2020, ví dụ Sóc Trăng tăng lên 9 lần/10 năm, Can Tho 11 lần/10 năm.
   • Thời gian kéo dài hạn hán trung bình 9 tháng, có những đợt kéo dài đến 20 tháng, đặc biệt nghiêm trọng trong các năm 2015-2016 và 2019-2020.
   • Cường độ và mức độ nghiêm trọng hạn hán tăng lên, với giá trị SPI âm sâu nhất đạt gần 60 tại Sóc Trăng năm 2019-2020, gấp 9 lần mức trung bình.

2. Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn:

   • Hạn hán có mối tương quan dương mạnh với diện tích đất bị xâm nhập mặn ở các mức độ 4g/l, 8g/l và 12g/l (hệ số tương quan r từ 0,56 đến trên 0,7, mức ý nghĩa 95%).
   • Hồi quy tuyến tính cho thấy khi độ nghiêm trọng hạn hán tăng 1 đơn vị, diện tích đất bị xâm nhập mặn 4g/l tăng khoảng 2.459 ha, thể hiện ảnh hưởng trực tiếp của hạn hán đến xâm nhập mặn.

3. Ảnh hưởng hạn hán đến hoạt động nông nghiệp:

   • Hạn hán có mối tương quan âm với sản lượng lúa và diện tích đất nông nghiệp, cho thấy hạn hán làm giảm năng suất và diện tích canh tác.
   • Trong các đợt hạn hán nghiêm trọng, sản lượng lúa giảm hàng trăm nghìn tấn, diện tích đất nông nghiệp bị thiệt hại lên đến gần 500.000 ha tại ĐBSCL.

4. Đánh giá rủi ro hạn hán tại tỉnh Sóc Trăng:

   • Chỉ số Drought Hazard Index (DHI) và Drought Risk Index (DRI) cho thấy Sóc Trăng thuộc nhóm có mức rủi ro hạn hán cao nhất trong vùng, đặc biệt trong các năm 2015-2016 và 2019-2020.
   • Các chỉ số phơi nhiễm và dễ tổn thương cũng cao do tỷ lệ dân cư nông thôn lớn (68%), phụ thuộc nhiều vào nông nghiệp (72% dân số), cùng với tỷ lệ nghèo đa chiều và trình độ học vấn thấp.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy hạn hán tại ĐBSCL đang có xu hướng gia tăng về tần suất, thời gian và mức độ nghiêm trọng, phù hợp với các dự báo biến đổi khí hậu toàn cầu và khu vực. Sự gia tăng này làm trầm trọng thêm tình trạng xâm nhập mặn, do lượng nước ngọt giảm, tạo điều kiện cho nước mặn xâm nhập sâu vào nội địa, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đất canh tác và sản xuất nông nghiệp.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả tương đồng với báo cáo của FAO (2021) về đợt xâm nhập mặn nghiêm trọng năm 2015-2016 và các nghiên cứu về tác động của El Niño đến hạn hán và xâm nhập mặn tại Việt Nam. Mối tương quan dương mạnh giữa hạn hán và xâm nhập mặn cũng được ghi nhận trong các nghiên cứu quốc tế tại các vùng đồng bằng ven biển khác.

Việc đánh giá rủi ro hạn hán dựa trên ba thành phần nguy cơ, phơi nhiễm và dễ tổn thương giúp xác định rõ các khu vực và nhóm dân cư chịu ảnh hưởng nặng nề nhất, từ đó làm cơ sở cho các chính sách ứng phó hiệu quả. Bản đồ rủi ro hạn hán tại Sóc Trăng minh họa rõ sự phân bố không đồng đều của rủi ro, phản ánh đặc điểm địa lý, kinh tế và xã hội của tỉnh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ tần suất hạn hán theo năm, bản đồ phân bố chỉ số rủi ro hạn hán, biểu đồ tương quan giữa hạn hán và diện tích xâm nhập mặn, cũng như biểu đồ giảm sút sản lượng lúa theo các đợt hạn hán.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường hệ thống giám sát và dự báo hạn hán, xâm nhập mặn

   • Nâng cấp mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn, áp dụng công nghệ số và mô hình dự báo hiện đại.
   • Mục tiêu: Cải thiện độ chính xác dự báo hạn hán trong vòng 3 năm tới.
   • Chủ thể: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia.

2. Phát triển và áp dụng các giống cây trồng chịu hạn, chịu mặn

   • Nghiên cứu, chuyển giao công nghệ và khuyến khích nông dân sử dụng giống lúa, cây trồng có khả năng thích nghi cao.
   • Mục tiêu: Giảm thiểu thiệt hại sản lượng lúa ít nhất 20% trong 5 năm.
   • Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Viện Nghiên cứu Nông nghiệp.

3. Xây dựng hệ thống quản lý nước thông minh và tích trữ nước mưa

   • Thiết kế các công trình thủy lợi, hồ chứa nhỏ, hệ thống tưới tiết kiệm nước.
   • Mục tiêu: Tăng khả năng cung cấp nước tưới trong mùa khô lên 30% trong 5 năm.
   • Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh ĐBSCL.

4. Tăng cường công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng

   • Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về phòng chống hạn hán và xâm nhập mặn.
   • Mục tiêu: 80% hộ nông dân tại vùng nguy cơ cao được trang bị kiến thức thích ứng trong 3 năm.
   • Chủ thể: UBND các tỉnh, các tổ chức xã hội, đoàn thể địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước

   • Lợi ích: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách thích ứng biến đổi khí hậu, quản lý tài nguyên nước và phát triển nông nghiệp bền vững.
   • Use case: Xây dựng kế hoạch ứng phó hạn hán, phân bổ nguồn lực hỗ trợ vùng bị ảnh hưởng.

2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực biến đổi khí hậu, thủy văn và nông nghiệp

   • Lợi ích: Tham khảo phương pháp đánh giá hạn hán, mối quan hệ hạn hán-xâm nhập mặn và mô hình rủi ro thiên tai.
   • Use case: Phát triển nghiên cứu sâu hơn về tác động biến đổi khí hậu tại các vùng đồng bằng ven biển.

3. Người làm công tác phát triển nông thôn và tổ chức phi chính phủ

   • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của hạn hán và xâm nhập mặn đến sinh kế, từ đó thiết kế các chương trình hỗ trợ phù hợp.
   • Use case: Triển khai dự án nâng cao năng lực thích ứng cho cộng đồng nông thôn.

4. Nông dân và cộng đồng địa phương tại ĐBSCL

   • Lợi ích: Nắm bắt thông tin về xu hướng hạn hán, biện pháp phòng tránh và thích ứng trong sản xuất nông nghiệp.
   • Use case: Áp dụng kỹ thuật canh tác, lựa chọn giống cây trồng phù hợp để giảm thiểu thiệt hại.

Câu hỏi thường gặp

1. Hạn hán được định nghĩa như thế nào trong nghiên cứu này?
   Hạn hán là hiện tượng thiếu hụt lượng mưa kéo dài, gây ra sự mất cân bằng thủy văn nghiêm trọng, được đánh giá bằng chỉ số SPI-6 tháng, phản ánh mức độ thiếu nước trong đất và nguồn nước bề mặt.

2. Tại sao tỉnh Sóc Trăng được chọn làm khu vực nghiên cứu rủi ro hạn hán?
   Sóc Trăng là tỉnh ven biển chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của hạn hán và xâm nhập mặn tại ĐBSCL, với tần suất hạn hán cao và tỷ lệ dân cư phụ thuộc vào nông nghiệp lớn, phù hợp để đánh giá rủi ro và đề xuất giải pháp.

3. Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn được xác định như thế nào?
   Qua phân tích tương quan Pearson và hồi quy tuyến tính, hạn hán có mối tương quan dương mạnh với diện tích đất bị xâm nhập mặn, nghĩa là khi hạn hán tăng thì xâm nhập mặn cũng gia tăng, làm giảm diện tích đất canh tác.

4. Chỉ số rủi ro hạn hán (DRI) được tính toán dựa trên những yếu tố nào?
   DRI được tính trung bình từ ba chỉ số: Drought Hazard Index (mức độ nguy cơ hạn hán), Drought Exposure Index (mức độ phơi nhiễm của dân cư và đất nông nghiệp) và Drought Vulnerability Index (mức độ dễ tổn thương dựa trên điều kiện kinh tế - xã hội).

5. Các giải pháp thích ứng hạn hán nào được đề xuất trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu đề xuất tăng cường giám sát và dự báo, phát triển giống cây trồng chịu hạn, xây dựng hệ thống quản lý nước thông minh, và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm giảm thiểu thiệt hại do hạn hán và xâm nhập mặn.

Kết luận

• Hạn hán tại ĐBSCL có xu hướng gia tăng về tần suất, thời gian kéo dài và mức độ nghiêm trọng trong giai đoạn 1980-2020, đặc biệt tại các tỉnh ven biển như Sóc Trăng và Bạc Liêu.
• Hạn hán có mối quan hệ tích cực với xâm nhập mặn, làm gia tăng diện tích đất bị ảnh hưởng và gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp.
• Tỉnh Sóc Trăng được xác định là khu vực có rủi ro hạn hán cao nhất trong vùng, do đặc điểm địa lý và kinh tế - xã hội đặc thù.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chính sách và giải pháp thích ứng hạn hán, bảo vệ sinh kế và phát triển bền vững vùng ĐBSCL.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp thích ứng đề xuất, nâng cao năng lực dự báo và giám sát, đồng thời mở rộng nghiên cứu sang các tỉnh khác trong vùng để có cái nhìn toàn diện hơn.

Kêu gọi hành động: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để ứng phó hiệu quả với hạn hán và xâm nhập mặn, bảo vệ nguồn nước và phát triển nông nghiệp bền vững tại Đồng bằng sông Cửu Long.