Tổng quan nghiên cứu

Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn từ biển tràn vào đất liền qua các cửa sông, kênh rạch, gây suy giảm nguồn nước ngọt và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt và môi trường. Tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đặc biệt là tỉnh Bến Tre, xâm nhập mặn ngày càng trở nên nghiêm trọng do tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng. Mùa khô năm 2015-2016, ĐBSCL chịu thiệt hại nặng nề với hơn 160.000 ha đất canh tác bị nhiễm mặn, thiệt hại kinh tế ước tính lên đến hàng nghìn tỷ đồng. Bến Tre, với hệ thống sông ngòi chằng chịt và địa hình thấp, là một trong những địa phương chịu ảnh hưởng nặng nề nhất.

Luận văn tập trung đánh giá diễn biến xâm nhập mặn tại Bến Tre theo kịch bản biến đổi khí hậu RCP 4.5 cho các năm 2030 và 2040, sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng sự lan truyền mặn trên các sông chính gồm sông Cổ Chiên, sông Tiền và sông Hàm Luông. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định xu thế biến đổi xâm nhập mặn theo thời gian và không gian, từ đó đề xuất các biện pháp thích ứng khoa học kỹ thuật và mô hình sinh kế bền vững cho người dân địa phương. Nghiên cứu có phạm vi tập trung tại tỉnh Bến Tre, với dữ liệu thu thập từ các trạm đo mặn và thủy văn trong giai đoạn 1996-2019, cùng các kịch bản khí hậu dự báo đến năm 2040.

Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp thông tin khoa học quan trọng về tác động của BĐKH đến xâm nhập mặn tại Bến Tre mà còn hỗ trợ công tác quy hoạch thủy lợi, nông nghiệp và quản lý tài nguyên nước hiệu quả, góp phần giảm thiểu thiệt hại kinh tế và bảo vệ môi trường trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến tài nguyên nước: Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, thay đổi lượng mưa và gây nước biển dâng, ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ thủy văn và xâm nhập mặn vùng ven biển.
  • Cơ chế xâm nhập mặn: Xâm nhập mặn xảy ra khi nước mặn theo thủy triều và dòng chảy ngược vào nội đồng, đặc biệt khi lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn giảm, địa hình bằng phẳng và hoạt động khai thác nước ngầm quá mức.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11: Mô hình một chiều mô phỏng dòng chảy và sự lan truyền mặn trong hệ thống sông, kênh rạch dựa trên hệ phương trình Saint-Venant, cho phép dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản khí hậu khác nhau.
  • Khái niệm kịch bản phát thải RCP 4.5: Kịch bản trung bình kiểm soát phát thải khí nhà kính, được sử dụng để dự báo biến đổi khí hậu và tác động đến môi trường thủy văn trong tương lai.

Các khái niệm chính bao gồm: độ mặn (‰), chiều dài xâm nhập mặn (km), lưu lượng dòng chảy (m³/s), mực nước thủy triều (m), và các chỉ số thống kê xu thế biến đổi khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thủy văn, khí tượng, đo độ mặn tại 6 trạm chính trên các sông Cổ Chiên, Hàm Luông, Tiền và các kênh rạch thuộc tỉnh Bến Tre giai đoạn 1996-2019; dữ liệu địa hình, lưu lượng nước thượng nguồn; các báo cáo khí hậu và kịch bản RCP 4.5 từ Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phân tích xu thế EMD (Empirical Mode Decomposition) để xác định xu hướng biến đổi nhiệt độ, lượng mưa và độ mặn; áp dụng mô hình MIKE 11 với mô-đun thủy động lực (HD) và tải khuếch tán (AD) để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn theo kịch bản RCP 4.5 cho các năm 2030 và 2040.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu thu thập từ 6 trạm đo mặn đại diện cho các vị trí trọng yếu trên hệ thống sông chính của tỉnh Bến Tre, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích số liệu từ tháng 2/2022 đến tháng 6/2022; mô phỏng và đánh giá kết quả trong tháng 6/2022; đề xuất giải pháp thích ứng và hoàn thiện luận văn đến tháng 7/2022.

Phương pháp luận kết hợp phân tích số liệu thực tế và mô phỏng mô hình thủy lực nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về diễn biến xâm nhập mặn và dự báo tác động trong tương lai, từ đó đề xuất các biện pháp ứng phó phù hợp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xu thế tăng độ mặn tại các trạm đo: Độ mặn lớn nhất hàng năm tại các trạm An Thuận, Hương Mỹ, Bình Đại có xu hướng tăng trung bình từ 0,086‰ đến 0,159‰ mỗi năm trong giai đoạn 1996-2019. Riêng trạm Bến Trại có xu hướng giảm nhẹ. Ví dụ, độ mặn lớn nhất tại trạm An Thuận năm 2016 đạt 31,5‰, cao hơn nhiều so với các năm trước đó.

  2. Chiều dài xâm nhập mặn sâu vào nội đồng: Độ mặn 4‰ trung bình tháng có thể xâm nhập sâu từ 33 đến 37 km, trong khi chiều dài xâm nhập mặn lớn nhất có thể lên đến 50-57 km tại các cửa sông Tiểu, Hàm Luông và Cổ Chiên. Đặc biệt, vào tháng 4, độ mặn 1‰ có thể xâm nhập sâu đến 55-57 km, ảnh hưởng nghiêm trọng đến vùng sản xuất nông nghiệp.

  3. Mô phỏng theo kịch bản RCP 4.5 cho thấy mức độ xâm nhập mặn sẽ gia tăng: Dự báo đến năm 2030, ranh mặn 4‰ có thể tăng thêm từ 0,5‰ đến 2,6‰ so với mùa khô năm 2016; đến năm 2040, mức tăng có thể từ 1‰ đến 3‰. Điều này đồng nghĩa với việc xâm nhập mặn sẽ lan rộng và sâu hơn, gây áp lực lớn lên nguồn nước ngọt và sản xuất nông nghiệp.

  4. Ảnh hưởng của thủy triều và lưu lượng nước thượng nguồn: Đỉnh triều là thời điểm độ mặn cao nhất, mặn theo các sông chính như Cổ Chiên, Tiền, Hàm Luông và Ba Lai xâm nhập sâu vào thượng lưu và các kênh rạch nhỏ. Lưu lượng nước ngọt giảm do khai thác và biến đổi khí hậu làm tăng khả năng xâm nhập mặn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của xu thế tăng độ mặn là sự kết hợp giữa biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, giảm lượng nước ngọt mùa khô và nước biển dâng làm tăng áp lực xâm nhập mặn. Kết quả mô phỏng MIKE 11 phù hợp với số liệu thực đo, thể hiện qua biểu đồ so sánh độ mặn tại các trạm đo, cho thấy mô hình có độ chính xác cao trong dự báo diễn biến mặn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế và trong nước, xu hướng gia tăng xâm nhập mặn tại Bến Tre tương đồng với các vùng ven biển khác chịu tác động của biến đổi khí hậu như Bangladesh và Hà Lan. Việc vận hành hệ thống cống ngăn triều đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát xâm nhập mặn, tuy nhiên cần được điều chỉnh linh hoạt theo diễn biến khí hậu và thủy văn.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch thủy lợi, nông nghiệp và phát triển mô hình sinh kế thích ứng, giúp giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra, đồng thời nâng cao khả năng chống chịu của cộng đồng trước biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường vận hành và nâng cấp hệ thống cống ngăn triều: Điều chỉnh thời gian đóng mở cống phù hợp với diễn biến thủy triều và độ mặn để ngăn mặn hiệu quả, bảo vệ nguồn nước ngọt phục vụ sản xuất nông nghiệp. Thực hiện trong vòng 1-2 năm, do UBND tỉnh và Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

  2. Phát triển mô hình sinh kế thích ứng đa dạng: Khuyến khích người dân áp dụng mô hình tôm-lúa, tôm-dừa và canh tác giống lúa chịu mặn nhằm tăng khả năng chống chịu với xâm nhập mặn. Triển khai thí điểm trong 3 năm tại các huyện ven biển, phối hợp giữa các tổ chức nông nghiệp và chính quyền địa phương.

  3. Ứng dụng khoa học kỹ thuật trong quản lý nước: Sử dụng mô hình MIKE 11 để dự báo và cảnh báo sớm xâm nhập mặn, hỗ trợ công tác quy hoạch và vận hành hệ thống thủy lợi. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trong 1 năm, do các viện nghiên cứu và Sở Tài nguyên và Môi trường thực hiện.

  4. Tăng cường công tác tuyên truyền và đào tạo cộng đồng: Nâng cao nhận thức về tác động của xâm nhập mặn và các biện pháp thích ứng, hướng dẫn kỹ thuật canh tác phù hợp. Thực hiện liên tục, phối hợp giữa các tổ chức xã hội, chính quyền địa phương và các cơ quan truyền thông.

Các giải pháp trên cần được triển khai đồng bộ, có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cấp chính quyền, nhà khoa học và cộng đồng dân cư nhằm giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bến Tre và các tỉnh ĐBSCL có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý tài nguyên nước, quy hoạch thủy lợi và phát triển nông nghiệp thích ứng với biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành môi trường, thủy lợi, khí tượng thủy văn: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm, phương pháp mô phỏng và phân tích xu thế biến đổi khí hậu, là tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo về xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu.

  3. Người dân và cộng đồng nông nghiệp tại Bến Tre và vùng ven biển: Thông qua các mô hình sinh kế thích ứng và biện pháp kỹ thuật được đề xuất, người dân có thể áp dụng để nâng cao khả năng chống chịu với xâm nhập mặn, bảo vệ sản xuất và sinh kế.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và doanh nghiệp phát triển bền vững: Có thể dựa vào kết quả nghiên cứu để thiết kế các dự án hỗ trợ cộng đồng, phát triển mô hình sinh kế bền vững và ứng phó với biến đổi khí hậu tại các vùng ven biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Xâm nhập mặn là gì và tại sao nó lại nghiêm trọng ở Bến Tre?
    Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển mặn tràn vào các vùng đất ngọt qua sông, kênh rạch, làm nhiễm mặn nguồn nước và đất đai. Ở Bến Tre, địa hình thấp, hệ thống sông ngòi chằng chịt và biến đổi khí hậu làm nước biển dâng cao khiến xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng đến nông nghiệp và sinh hoạt.

  2. Mô hình MIKE 11 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều mô phỏng dòng chảy và sự lan truyền mặn trong hệ thống sông, kênh. Nghiên cứu sử dụng mô hình này để mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn theo kịch bản khí hậu RCP 4.5, giúp dự báo mức độ và phạm vi xâm nhập mặn trong tương lai.

  3. Kịch bản RCP 4.5 có ý nghĩa gì trong dự báo biến đổi khí hậu?
    RCP 4.5 là kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình, giả định các biện pháp kiểm soát phát thải được thực hiện. Kịch bản này giúp dự báo nhiệt độ, lượng mưa và mực nước biển dâng, từ đó đánh giá tác động đến xâm nhập mặn và tài nguyên nước.

  4. Các biện pháp thích ứng nào được đề xuất để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn?
    Các biện pháp gồm nâng cấp hệ thống cống ngăn triều, phát triển mô hình sinh kế thích ứng như tôm-lúa, ứng dụng công nghệ mô phỏng và cảnh báo sớm, cùng với tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng.

  5. Tác động của xâm nhập mặn đến sản xuất nông nghiệp tại Bến Tre như thế nào?
    Xâm nhập mặn làm nhiễm mặn đất và nước tưới, gây giảm năng suất hoặc mất mùa lúa, cây ăn quả và rau màu. Mùa khô năm 2015-2016, hơn 160.000 ha đất canh tác tại ĐBSCL bị ảnh hưởng, trong đó Bến Tre là địa phương chịu thiệt hại nặng nề nhất.

Kết luận

  • Xâm nhập mặn tại Bến Tre có xu hướng gia tăng rõ rệt do tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, với độ mặn lớn nhất tại các trạm đo tăng trung bình 0,086‰ đến 0,159‰ mỗi năm.
  • Chiều dài xâm nhập mặn 4‰ có thể lên đến 50-57 km, ảnh hưởng sâu rộng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.
  • Mô hình MIKE 11 mô phỏng chính xác diễn biến xâm nhập mặn theo kịch bản RCP 4.5, dự báo mức độ xâm nhập mặn sẽ tăng thêm từ 0,5‰ đến 3‰ vào các năm 2030 và 2040.
  • Các biện pháp thích ứng khoa học kỹ thuật và mô hình sinh kế đa dạng được đề xuất nhằm giảm thiểu thiệt hại và tăng khả năng chống chịu của cộng đồng.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho quản lý tài nguyên nước, quy hoạch thủy lợi và phát triển bền vững tại Bến Tre và các vùng ven biển tương tự.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan chức năng cần triển khai ngay các giải pháp thích ứng, đồng thời tiếp tục cập nhật dữ liệu và mô hình để điều chỉnh chính sách phù hợp. Đề nghị các nhà nghiên cứu và quản lý tài nguyên nước tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu trong thực tiễn nhằm bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế bền vững.