Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) là thách thức lớn nhất của nhân loại trong thế kỷ 21, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường toàn cầu, đặc biệt là lĩnh vực nông nghiệp. Tại Việt Nam, trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình đã tăng khoảng 0,7°C, mực nước biển dâng khoảng 0,2 m, cùng với sự gia tăng tần suất và cường độ các hiện tượng thiên tai như bão, lũ và hạn hán. Dự báo đến năm 2100, nhiệt độ có thể tăng lên 3°C và mực nước biển dâng 1 m, đe dọa ngập úng khoảng 40 nghìn km² đồng bằng ven biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực và phát triển bền vững.

Hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ, tỉnh Hà Tĩnh, là công trình thủy lợi quan trọng phục vụ tưới tiêu cho hơn 21.000 ha đất canh tác, góp phần phát triển kinh tế xã hội vùng Bắc Trung Bộ. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu đã và đang tác động mạnh đến khả năng cấp nước của hệ thống này, gây ra những thách thức lớn trong quản lý và vận hành. Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến nhu cầu nước và cân bằng nước của hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ trong hiện tại và các kịch bản tương lai, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý vận hành trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống tưới hồ Kẻ Gỗ, với dữ liệu khí tượng thủy văn thu thập từ các trạm trong giai đoạn 1958-2011, cùng các kịch bản BĐKH quốc gia được xây dựng dựa trên phương pháp tổ hợp và chỉ tiết hóa. Mục tiêu cụ thể là đánh giá tác động của BĐKH đến khả năng cấp nước, nhu cầu nước của cây trồng và các đối tượng sử dụng nước trong hệ thống, đồng thời đề xuất giải pháp thích ứng phù hợp nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước: Nguyên lý bảo toàn vật chất được áp dụng để phân tích cân bằng nước trong lưu vực hồ chứa, bao gồm lượng mưa, dòng chảy, bốc hơi và nhu cầu sử dụng nước.
  • Mô hình khí tượng thủy văn: Sử dụng mô hình Tank để khôi phục dòng chảy từ số liệu mưa, với chỉ số Nash đạt 86%, đảm bảo độ tin cậy cao trong phân tích dòng chảy.
  • Phương pháp kịch bản biến đổi khí hậu: Áp dụng các kịch bản phát thải khí nhà kính (B1, B2, A2) theo báo cáo IPCC và các nghiên cứu trong nước, sử dụng phần mềm MAGICC/SCENGEN 5.3 và phương pháp chỉ tiết hóa để dự báo biến đổi nhiệt độ và lượng mưa.
  • Phần mềm CropWat 8.0: Được FAO khuyến cáo sử dụng để tính toán nhu cầu nước tưới cho các loại cây trồng dựa trên dữ liệu khí hậu, đất đai và đặc tính sinh trưởng cây trồng.
  • Khái niệm về nhu cầu nước cây trồng và cân bằng nước hệ thống tưới: Bao gồm các khái niệm về lượng nước tưới thiết kế, lượng bốc hơi mặt nước, lượng nước mưa hiệu quả, và các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu nước.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm Hà Tĩnh, Kim Cương, Kẻ Gỗ trong giai đoạn 1958-2011; số liệu dòng chảy thực đo và mô hình hóa; dữ liệu về đất đai, cây trồng, kinh tế xã hội của vùng nghiên cứu; các kịch bản biến đổi khí hậu quốc gia.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích thống kê các thông số khí tượng thủy văn, tính toán nhu cầu nước cây trồng theo từng vụ mùa, cân bằng nước hệ thống tưới trong điều kiện hiện tại và các kịch bản BĐKH tương lai (năm 2030, 2050, 2070).
  • Phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực: Áp dụng mô hình Tank để mô phỏng dòng chảy, sử dụng phần mềm CropWat để tính toán nhu cầu nước tưới, kết hợp với các công thức cân bằng nước và phân tích kịch bản BĐKH.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu từ năm 2003-2011; xây dựng và phân tích kịch bản BĐKH đến năm 2070; đánh giá tác động và đề xuất giải pháp trong giai đoạn 2012-2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Biến đổi khí hậu tại Hà Tĩnh: Nhiệt độ trung bình năm dự kiến tăng từ 0,9°C năm 2030 lên 2,4°C năm 2070; lượng mưa có xu hướng tăng nhẹ (từ 4,9% năm 2030 lên 18% năm 2070), nhưng phân bố không đều theo mùa, mùa khô giảm, mùa mưa tăng. (Bảng 1-1, 1-2, 1-3)

  2. Nhu cầu nước cây trồng hiện tại: Tổng nhu cầu nước tưới cho các cây trồng chính (lúa vụ Đông Xuân, Hè Thu, cây khoai, cây lạc) khoảng 10.767 triệu m³/năm, trong đó lúa vụ Đông Xuân chiếm 50%, lúa vụ Hè Thu 35%, cây trồng cạn còn lại 15%. (Bảng 2-18)

  3. Khả năng cấp nước hệ thống hiện tại: Hồ Kẻ Gỗ có dung tích hơn 30 triệu m³, với dòng chảy trung bình năm khoảng 10,67 m³/s (tần suất 75%), đáp ứng được khoảng 90% nhu cầu nước tưới trong điều kiện hiện tại. Tuy nhiên, vào mùa khô, nguồn nước bị hạn chế, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt. (Bảng 2-25)

  4. Ảnh hưởng của BĐKH đến cân bằng nước: Dự báo đến năm 2070, nhu cầu nước tăng khoảng 20-30% do nhiệt độ tăng và lượng bốc hơi tăng, trong khi nguồn nước có thể không tăng tương ứng, dẫn đến nguy cơ thiếu hụt nước tưới nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa khô. (Bảng 3-25, 3-27)

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng nhu cầu nước là do nhiệt độ trung bình tăng làm tăng bốc hơi mặt nước và nhu cầu sinh lý của cây trồng. Lượng mưa tăng chủ yếu tập trung vào mùa mưa, trong khi mùa khô vẫn thiếu nước nghiêm trọng, làm giảm khả năng cấp nước của hồ. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy xu hướng tương tự về tác động của BĐKH đến nguồn nước và nông nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa theo từng năm, bảng tổng hợp nhu cầu nước theo cây trồng và thời vụ, biểu đồ cân bằng nước hệ thống qua các năm và kịch bản BĐKH. Các kết quả này nhấn mạnh sự cần thiết của việc điều chỉnh kế hoạch quản lý nước và chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp với điều kiện khí hậu mới.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường quản lý vận hành hồ chứa: Áp dụng công nghệ giám sát và điều khiển tự động để tối ưu hóa việc điều tiết nước, đảm bảo cung cấp nước hợp lý theo mùa vụ, giảm thất thoát nước. Chủ thể: Ban quản lý hồ Kẻ Gỗ; Thời gian: 1-2 năm.

  2. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng: Khuyến khích trồng các loại cây chịu hạn, giảm diện tích cây trồng cần nhiều nước vào mùa khô, tăng cường cây trồng cạn phù hợp với điều kiện khí hậu biến đổi. Chủ thể: Nông dân, Sở Nông nghiệp; Thời gian: 3-5 năm.

  3. Xây dựng kế hoạch thích ứng biến đổi khí hậu: Phối hợp các cấp chính quyền địa phương xây dựng kế hoạch dài hạn về quản lý nguồn nước, phòng chống hạn hán và lũ lụt, kết hợp với các kịch bản BĐKH. Chủ thể: UBND tỉnh Hà Tĩnh, Bộ TN&MT; Thời gian: 2-3 năm.

  4. Đầu tư nâng cấp hệ thống thủy lợi: Cải tạo, nâng cấp kênh mương, đập phụ, hệ thống tràn xả để tăng khả năng tích trữ và phân phối nước, giảm thất thoát và tổn thất nước. Chủ thể: Sở NN&PTNT, Ngân hàng Thế giới (WB); Thời gian: 5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý thủy lợi và chính quyền địa phương: Để xây dựng chính sách quản lý nguồn nước hiệu quả, thích ứng với biến đổi khí hậu, đảm bảo an ninh nước cho sản xuất và sinh hoạt.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, môi trường: Cung cấp cơ sở dữ liệu, phương pháp luận và kết quả nghiên cứu thực tiễn về tác động BĐKH đến hệ thống thủy lợi.

  3. Nông dân và các tổ chức nông nghiệp: Hỗ trợ trong việc lựa chọn cây trồng, điều chỉnh lịch mùa vụ và áp dụng các biện pháp tưới tiêu phù hợp nhằm tăng năng suất và giảm thiệt hại do hạn hán.

  4. Các tổ chức phát triển và tài trợ quốc tế: Là tài liệu tham khảo để thiết kế các dự án hỗ trợ nâng cấp hệ thống thủy lợi, thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến khả năng cấp nước của hồ Kẻ Gỗ?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và bốc hơi, thay đổi lượng mưa theo mùa, dẫn đến nhu cầu nước tăng trong khi nguồn nước có thể không tăng tương ứng, gây áp lực lên khả năng cấp nước của hồ.

  2. Nhu cầu nước tưới cho các cây trồng chính tại Hà Tĩnh là bao nhiêu?
    Tổng nhu cầu nước tưới cho lúa vụ Đông Xuân, Hè Thu, cây khoai và cây lạc khoảng 10.767 triệu m³/năm, trong đó lúa chiếm phần lớn.

  3. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán nhu cầu nước cây trồng?
    Phần mềm CropWat 8.0 được sử dụng, dựa trên dữ liệu khí hậu, đất đai và đặc tính sinh trưởng cây trồng, giúp tính toán chính xác nhu cầu nước tưới theo từng vụ mùa.

  4. Các giải pháp chính để nâng cao hiệu quả cấp nước trong điều kiện BĐKH là gì?
    Bao gồm tăng cường quản lý vận hành hồ chứa, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, xây dựng kế hoạch thích ứng biến đổi khí hậu và đầu tư nâng cấp hệ thống thủy lợi.

  5. Tại sao cần chuyển đổi cơ cấu cây trồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu?
    Chuyển đổi sang cây trồng chịu hạn giúp giảm nhu cầu nước tưới, thích ứng với điều kiện khô hạn ngày càng gia tăng, giảm thiệt hại sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng nước.

Kết luận

  • Biến đổi khí hậu đã và đang làm tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và làm gia tăng nhu cầu nước tưới tại hệ thống hồ Kẻ Gỗ, gây áp lực lên khả năng cấp nước hiện tại.
  • Nhu cầu nước tưới cho các cây trồng chính tại Hà Tĩnh dự kiến tăng 20-30% đến năm 2070, trong khi nguồn nước có thể không đáp ứng đủ.
  • Cân bằng nước hệ thống tưới hiện tại còn khả quan nhưng cần có các biện pháp thích ứng để đối phó với kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai.
  • Đề xuất các giải pháp quản lý vận hành, chuyển đổi cây trồng, xây dựng kế hoạch thích ứng và nâng cấp hệ thống thủy lợi nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực tiễn cho các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp đề xuất, cập nhật dữ liệu và mô hình theo dõi biến đổi khí hậu liên tục, đồng thời mở rộng nghiên cứu sang các hệ thống thủy lợi khác để nâng cao khả năng thích ứng toàn diện.