Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam được xếp hạng thứ 13 trên 16 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ biến đổi khí hậu toàn cầu theo đánh giá của Viện Nghiên cứu Maplecroft. Tại tỉnh Ninh Bình, địa phương có diện tích tự nhiên 1.420,76 km² và mật độ dân số trung bình 664 người/km², các tác động tiêu cực của thời tiết cực đoan đang ngày càng gia tăng. Cơ cấu kinh tế địa phương ghi nhận sự chuyển dịch mạnh mẽ khi tỷ trọng nông nghiệp giảm từ 43,6% năm 2000 xuống còn 22,4% năm 2010, song lĩnh vực này vẫn giữ vai trò then chốt đối với sinh kế và an ninh lương thực. Địa hình phức tạp với 71,1% diện tích đồng bằng (khoảng 101.000 ha), 24% diện tích đồi núi bán sơn địa và 4,2% vùng ven biển (khoảng 6.000 ha) khiến Ninh Bình trở thành tâm điểm nhạy cảm trước các đợt thiên tai hạn hán kéo dài.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm tập trung vào sự thiếu hụt lượng mưa kết hợp với nền nhiệt độ gia tăng, thúc đẩy quá trình bốc thoát hơi bề mặt và làm suy giảm dòng chảy tự nhiên. Nghiên cứu thực hiện đánh giá toàn diện chuỗi số liệu quan trắc 31 năm (1980–2010) tại hệ thống trạm khí tượng thủy văn đại diện trên địa bàn tỉnh. Mục tiêu cụ thể là lượng hóa tính chất, tần suất, cường độ và xu thế biến đổi hạn hán qua các chỉ số chuyên ngành, từ đó xác định rõ tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước và sản xuất nông nghiệp. Kết quả phân tích mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp cơ sở khoa học để hoạch định chiến lược phòng ngừa thiên tai, giảm thiểu thiệt hại kinh tế vốn từng vượt mức 5.000 tỷ đồng trên phạm vi cả nước trong các đợt hạn hán lịch sử.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng khung lý thuyết phân loại hạn hán kinh điển của Wilhite và Glantz (1985), chia hạn hán thành 4 cấp độ tiếp cận: hạn khí tượng, hạn thủy văn, hạn nông nghiệp và hạn kinh tế - xã hội. Mô hình nghiên cứu tích hợp các chỉ số định lượng tiên tiến bao gồm Chỉ số chuẩn hóa giáng thủy (SPI) của McKee (1993), Chỉ số khô hạn Ped (1975) và Chỉ số khô hạn D nhằm nắm bắt toàn diện động thái ẩm. Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa gồm: thâm hụt giáng thủy theo chu kỳ, cân bằng bức xạ nhiệt ẩm, độ bốc thoát hơi tiềm năng và ngưỡng kiệt dòng chảy sông ngòi nội tỉnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng chuỗi số liệu khí tượng thủy văn liên tục 31 năm (1980–2010) được thu thập từ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 372 tháng quan trắc liên tục về lượng mưa, nhiệt độ không khí trung bình và mực nước sông. Phương pháp chọn mẫu phi xác suất kết hợp phân tầng theo 3 tiểu vùng địa hình đặc trưng: vùng đồi núi phía Tây (đại diện bởi trạm Nho Quan), vùng đồng bằng trung tâm (đại diện bởi trạm Ninh Bình) và vùng hạ lưu ven biển Kim Sơn.

Lý do lựa chọn phương pháp tính toán chỉ số SPI đa thời đoạn (3 tháng, 6 tháng, 12 tháng) là nhờ khả năng phản ánh linh hoạt tình trạng thâm hụt nước ở cả tầng mặt và tầng nước ngầm mà không bị phụ thuộc vào phân bố xác suất chuẩn. Đồng thời, việc kết hợp chỉ số Ped cho phép tích hợp trực tiếp ảnh hưởng của sự gia tăng nhiệt độ trung bình từ 0,5°C đến 1,5°C vào cường độ khô hạn. Phương pháp phân tích xu thế tuyến tính Sen và hệ số tương quan Pearson được ứng dụng để kiểm định mối quan hệ định lượng giữa các yếu tố biến đổi khí hậu và tần suất xuất hiện hạn nghiêm trọng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích chỉ số SPI trong giai đoạn 1980–2010 cho thấy xu thế gia tăng rõ rệt của các đợt hạn hán vụ Đông Xuân. Lượng mưa vụ Đông Xuân tại Ninh Bình ghi nhận mức sụt giảm từ 30% đến 50% so với trung bình nhiều năm trong các năm hạn nặng như 1993, 1998 và 2005.

Thứ hai, chỉ số khô hạn Ped tại hai trạm Ninh Bình và Nho Quan thể hiện xu thế biến đổi đồng pha với sự gia tăng nhiệt độ không khí trung bình năm. Tần suất xuất hiện các tháng có chỉ số Ped lớn hơn 1 (mức hạn nặng đến rất nặng) trong thập niên 2000–2010 đã tăng khoảng 25% so với giai đoạn 1980–1990.

Thứ ba, hạn thủy văn trên hệ thống sông Đáy và sông Hoàng Long diễn biến phức tạp với mực nước thấp nhất năm liên tục hạ thấp. Trong giai đoạn 2004–2010, mực nước kiệt mùa khô tại các trạm thủy văn nội tỉnh thấp hơn trung bình nhiều năm từ 0,2 m đến 0,6 m, dẫn đến hiện tượng xâm nhập mặn tiến sâu từ 10 km đến 20 km vào các nhánh sông thuộc huyện Kim Sơn và Yên Khánh.

Thứ tư, chu kỳ lặp lại của các đợt hạn hán nghiêm trọng có xu hướng rút ngắn từ 7–8 năm xuống còn khoảng 3–4 năm một lần, tạo ra áp lực nặng nề lên nguồn cấp nước ngọt cho 101.000 ha đất canh tác nông nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn tới sự gia tăng hạn hán tại Ninh Bình xuất phát từ sự phân bố bất hợp lý của lượng mưa theo không gian và thời gian dưới tác động của biến đổi khí hậu. Mùa mưa kết thúc sớm kết hợp với các đợt nắng nóng gay gắt kéo dài từ 15 đến 20 ngày khiến lượng bốc hơi bề mặt tăng cao từ 12% đến 18%. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu của Nguyễn Trọng Hiệu (2003) và báo cáo đánh giá lần thứ tư của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC).

Để trực quan hóa các kết quả trên, dữ liệu nghiên cứu có thể được biểu diễn thông qua hệ thống biểu đồ đường đa trục thể hiện tương quan giữa chỉ số SPI, chỉ số Ped và nhiệt độ trung bình giai đoạn 1980–2010. Bản đồ GIS phân vùng khô hạn theo tỷ lệ 1:50.000 cùng bảng tổng hợp phân cấp hạn thủy văn theo mùa sẽ cung cấp góc nhìn không gian chi tiết, giúp phân định rõ mức độ rủi ro giữa 24% diện tích đồi núi và 71,1% diện tích đồng bằng phù sa.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp mạng lưới trạm quan trắc tự động và xây dựng hệ thống cảnh báo sớm hạn hán. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Ninh Bình cần chủ trì lắp đặt thêm 5 trạm đo mưa tự động tại các vùng trũng và ven biển, nâng cao độ chính xác dự báo hạn hán lên trên 85%, hoàn thành trong giai đoạn 2024–2026.

Thứ hai, tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa và hệ thống công trình thủy nông sông Đáy - Hoàng Long. Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cần hoàn thiện quy chế tích trữ nước mùa kiệt, bảo đảm dung tích hữu ích tại các hồ chứa vùng Nho Quan, Gia Viễn đạt tối thiểu 90% trước tháng 12 hàng năm, triển khai liên tục từ năm 2024 đến năm 2027.

Thứ ba, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước. Trung tâm Khuyến nông tỉnh phối hợp Ủy ban Nhân dân các huyện chuyển đổi 15% đến 20% diện tích trồng lúa kém hiệu quả sang cây trồng cạn có khả năng chịu hạn, giúp giảm từ 25% đến 30% nhu cầu nước tưới nông nghiệp vào năm 2028.

Thứ tư, kiên cố hóa hệ thống đê điều và xây dựng các cống ngăn mặn vùng duyên hải. Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng Công trình Nông nghiệp tỉnh cần triển khai các công trình kiểm soát độ mặn dưới 1,0‰ tại vùng ven biển Kim Sơn, bảo vệ an toàn cho 6.000 ha đất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản trước năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cán bộ quản lý và hoạch định chính sách tại Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Ninh Bình: Nắm bắt bức tranh toàn cảnh về xu thế hạn hán 31 năm để lồng ghép kịch bản thích ứng vào Kế hoạch Hành động Ứng phó Biến đổi Khí hậu cấp tỉnh giai đoạn 2025–2035.

Nhóm kỹ sư thủy lợi và cán bộ vận hành trạm bơm, hồ chứa: Khai thác chuỗi dữ liệu mực nước kiệt và chỉ số khô hạn để xây dựng lịch lấy nước linh hoạt cho hơn 101.000 ha đất đồng bằng trong mùa kiệt.

Nhóm nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Biến đổi Khí hậu, Thủy văn học: Tiếp cận phương pháp luận chuẩn mực kết hợp giữa chỉ số khí tượng SPI và chỉ số nhiệt ẩm Ped để nhân rộng nghiên cứu cho các tỉnh thuộc lưu vực đồng bằng sông Hồng.

Nhóm doanh nghiệp và hợp tác xã sản xuất nông nghiệp công nghệ cao: Sử dụng dự báo phân bố mùa khô và rủi ro mặn xâm nhập để lựa chọn thời vụ gieo trồng hợp lý trên 24% diện tích bán sơn địa và vùng duyên hải.

Câu hỏi thường gặp

Biến đổi khí hậu làm gia tăng hạn hán tại Ninh Bình theo cơ chế nào? Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình từ 0,5°C đến 0,8°C và gia tăng hiện tượng cực đoan, thúc đẩy bốc hơi bề mặt nhanh hơn khoảng 15%. Đồng thời, lượng mưa mùa khô sụt giảm cục bộ từ 30% đến 50%, gây mất cân bằng cán cân ẩm nghiêm trọng.

Tại sao nghiên cứu cần kết hợp đồng thời chỉ số SPI và chỉ số Ped? Chỉ số SPI chuẩn hóa lượng mưa gián thủy theo các thang thời gian khác nhau, trong khi chỉ số Ped bổ sung thêm biến số sai lệch nhiệt độ. Việc kết hợp giúp đánh giá chính xác cả tình trạng thiếu hụt mưa lẫn mức độ bốc thoát hơi do nền nhiệt gia tăng.

Vụ sản xuất nông nghiệp nào tại Ninh Bình chịu ảnh hưởng hạn hán nặng nhất? Vụ Đông Xuân chịu tổn thất lớn nhất do trùng vào thời kỳ mùa kiệt từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mực nước sông Đáy hạ thấp từ 0,2 m đến 0,6 m khiến các trạm bơm không đủ nguồn nước ngọt để tưới dưỡng cho lúa.

Xâm nhập mặn tại huyện Kim Sơn có liên hệ như thế nào với hạn thủy văn? Khi hạn hán thủy văn xảy ra, lưu lượng dòng chảy từ thượng nguồn sông Hoàng Long và sông Đáy suy giảm mạnh, tạo điều kiện cho thủy triều đẩy mặn sâu vào nội đồng từ 10 km đến 20 km, làm nhiễm mặn nguồn nước tưới của 6.000 ha đất ven biển.

Kết quả nghiên cứu của luận văn có khả năng ứng dụng cho địa phương khác không? Phương pháp đánh giá tích hợp các chỉ số hạn hoàn toàn có thể chuyển giao cho các tỉnh lân cận thuộc đồng bằng sông Hồng như Nam Định, Hà Nam hoặc vùng Bắc Trung Bộ nhờ sự tương đồng về đặc điểm khí hậu gió mùa và chế độ thủy văn sông ngòi.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện chuỗi số liệu khí tượng thủy văn 31 năm (1980–2010), lượng hóa rõ nét quy luật hạn hán tại tỉnh Ninh Bình dưới bối cảnh biến đổi khí hậu.
  • Xác lập được mối tương quan nghịch chặt chẽ giữa chỉ số SPI và sự gia tăng nhiệt độ, chứng minh xu thế khô hạn ngày càng gia tăng trong vụ Đông Xuân.
  • Làm rõ thực trạng suy giảm mực nước kiệt sông ngòi nội tỉnh, kéo theo nguy cơ xâm nhập mặn sâu từ 10 km đến 20 km tại vùng ven biển Kim Sơn.
  • Đóng góp hệ thống 4 nhóm giải pháp công trình và phi công trình có tính khả thi cao, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho 1.420,76 km² diện tích tự nhiên của tỉnh.
  • Lộ trình triển khai các giải pháp thích ứng cần được phân kỳ cụ thể từ nay đến năm 2030, bắt đầu bằng việc số hóa mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn tự động.

Các cơ quan quản lý nhà nước, viện nghiên cứu và tổ chức phát triển cần tăng cường hợp tác khai thác nguồn tư liệu khoa học này để bảo vệ tài nguyên nước và phát triển kinh tế bền vững.