Nghiên cứu diễn biến xâm nhập mặn tại vùng hạ lưu sông Mã do biến đổi khí hậu

Luận văn thạc sĩ phân tích diễn biến xâm nhập mặn ở hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu, cung cấp giải pháp ứng phó hiệu quả.

• Tác giả: Trịnh Thế Thành
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Ngọc Quang
• Trường học: Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy Văn Học
• Đề tài: Nghiên Cứu, Đánh Giá Diễn Biến Xâm Nhập Mặn Ở Vùng Hạ Lưu Sông Mã Trong Bối Cảnh Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Nội dung nghiên cứu chính và cấu trúc luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI, VÙNG HẠ LƯU SÔNG MÃ
• 1.1. Các vấn đề nghiên cứu về diễn biến xâm nhập mặn vùng cửa sông
• 1.2. Tổng quan chung về xâm nhập mặn
• 1.2.1. Khái niệm về xâm nhập mặn
• 1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến xâm nhập mặn
• 1.3.1. Các yếu tố tự nhiên
• 1.3.2. Các yếu tố con người
• 1.4. Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông
• 1.5. Độ mặn và phạm vi xâm nhập mặn phụ thuộc vào nhiều yếu tố
• 1.6. Các hoạt động của con người có ảnh hưởng đến thay đổi xâm nhập mặn
• 1.7. Đối với các cửa sông tiếp giáp với biển
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN MẶN SÔNG MÃ
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE 11 tính toán xâm nhập mặn
• 2.2. Ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng diễn biến mặn sông Mã
• 2.3. Thiết lập sơ đồ mạng lưới
• 2.4. Thiết lập mạng lưới sông
• 2.5. Tài liệu địa hình
• 2.6. Tài liệu thủy văn
• 2.7. Hiệu chỉnh và kiểm định thông số mô hình MIKE 11 cho sông Mã
• 2.7.1. Hiệu chỉnh bộ thông số cho mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN THEO CÁC KỊCH BẢN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIẾU
• 3.1. Lựa chọn các kịch bản tính toán xâm nhập mặn
• 3.2. Cơ sở lựa chọn kịch bản
• 3.3. Kịch bản nước biển dâng cho tỉnh Thanh Hóa
• 3.4. Các kịch bản tính toán
• 3.5. Kết quả tính toán mô phỏng xâm nhập mặn sông Mã theo các kịch bản
• 3.5.1. Kết quả mô phỏng
• 3.5.2. Nhận xét kết quả tính toán
• 3.6. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu
• 3.6.1. Các cơ sở đề xuất giải pháp cụ thể
• 3.6.2. Các giải pháp cụ thể
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xâm nhập mặn

Xâm nhập mặn là một hiện tượng tự nhiên xảy ra khi nước mặn từ biển xâm nhập vào các tầng nước ngọt ở ven biển. Hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước ngọt mà còn tác động đến đời sống và sản xuất nông nghiệp của người dân. Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới, chỉ có 2,5% tổng lượng nước trên trái đất là nước ngọt, trong khi nước mặn chiếm phần lớn. Xâm nhập mặn xảy ra chủ yếu do sự thay đổi khí hậu, nước biển dâng, và các hoạt động của con người như khai thác nước ngầm quá mức. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi khí hậu, tình trạng xâm nhập mặn đang gia tăng, gây ra nhiều khó khăn cho việc quản lý tài nguyên nước. "Xâm nhập mặn là một quá trình tự nhiên, nhưng nếu không được quản lý tốt, nó có thể gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cho hệ sinh thái và kinh tế".

1.1. Nguyên nhân xâm nhập mặn

Có hai nhóm nguyên nhân chính dẫn đến xâm nhập mặn: yếu tố tự nhiên và yếu tố con người. Yếu tố tự nhiên bao gồm điều kiện khí tượng, thủy văn, nước biển dâng, gió, bão và dao động thủy triều. Trong khi đó, các hoạt động của con người như xây dựng hồ chứa, phát triển nông nghiệp, đô thị hóa và quản lý nguồn nước cũng góp phần làm gia tăng tình trạng xâm nhập mặn. "Các yếu tố tự nhiên và con người tương tác với nhau, tạo ra một bức tranh phức tạp về xâm nhập mặn".

II. Tác động của biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn

Biến đổi khí hậu đang tạo ra những tác động mạnh mẽ đến tình hình xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu sông Mã. Nhiệt độ và mực nước biển tăng lên làm gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn. Theo dự báo, đến năm 2100, mực nước biển có thể tăng lên tới 1m, điều này sẽ làm cho ranh giới xâm nhập mặn tiến sâu vào đất liền hơn. "Tình trạng xâm nhập mặn không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước mà còn tác động đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế của người dân". Việc nắm bắt và dự báo tình hình xâm nhập mặn là rất cần thiết để có những biện pháp ứng phó kịp thời.

2.1. Tác động đến nguồn nước

Xâm nhập mặn làm giảm chất lượng nước ngọt, gây khó khăn cho việc sử dụng nước trong sinh hoạt và sản xuất. Nguồn nước ngọt trở nên khan hiếm, ảnh hưởng đến đời sống của người dân. "Việc quản lý nguồn nước trong bối cảnh xâm nhập mặn là một thách thức lớn đối với các nhà quản lý".

2.2. Tác động đến nông nghiệp

Nông nghiệp là lĩnh vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ xâm nhập mặn. Nước mặn làm giảm năng suất cây trồng, đặc biệt là các loại cây nhạy cảm với độ mặn. "Người nông dân cần có những biện pháp thích ứng để giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra".

III. Đề xuất biện pháp ứng phó với xâm nhập mặn

Để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn, cần có những biện pháp ứng phó hiệu quả. Các giải pháp có thể bao gồm việc xây dựng hệ thống thủy lợi, cải thiện quản lý nguồn nước, và phát triển các giống cây trồng chịu mặn. "Các biện pháp này không chỉ giúp bảo vệ nguồn nước mà còn đảm bảo sinh kế cho người dân". Việc nâng cao nhận thức cộng đồng về xâm nhập mặn cũng là một yếu tố quan trọng trong công tác phòng ngừa.

3.1. Giải pháp công trình

Xây dựng các công trình thủy lợi, đê bao và hệ thống tưới tiêu hợp lý sẽ giúp kiểm soát tình trạng xâm nhập mặn. "Các công trình này cần được thiết kế phù hợp với điều kiện tự nhiên và nhu cầu sử dụng nước của người dân".

3.2. Giải pháp phi công trình

Cần có các chính sách quản lý nguồn nước hiệu quả, khuyến khích sử dụng nước tiết kiệm và bền vững. "Giáo dục cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước cũng là một phần không thể thiếu trong chiến lược ứng phó".

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vùng hạ lưu sông Mã, thuộc tỉnh Thanh Hóa, là khu vực có diện tích tự nhiên khoảng 267.000 ha với dân số khoảng 3 triệu người, đóng vai trò trung tâm kinh tế - xã hội quan trọng của tỉnh. Tuy nhiên, trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu, vùng này đang phải đối mặt với hiện tượng xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa kiệt khi dòng chảy suy giảm. Theo ước tính, trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình tại Việt Nam đã tăng khoảng 0,7°C và mực nước biển dâng khoảng 20 cm, dự báo đến năm 2100, nhiệt độ có thể tăng thêm 3°C và mực nước biển dâng lên tới 1 m. Những biến động này làm gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn sâu vào nội địa, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước ngọt phục vụ sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp, thủy sản.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiện trạng xâm nhập mặn và thiệt hại do mặn gây ra tại vùng hạ lưu sông Mã, đồng thời mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu mới nhất để đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các huyện giáp ranh giữa ba cửa sông Mã, Lạch Trường và Lèn, gồm TP Sầm Sơn, Nga Sơn, Hà Trung, Hậu Lộc và Hoằng Hóa. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng cơ sở khoa học cho quản lý và khai thác tài nguyên nước vùng cửa sông một cách hợp lý, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn, thủy lực hiện đại để nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Hệ phương trình Saint-Venant: Đây là hệ phương trình thủy động lực học một chiều mô tả dòng chảy không ổn định trong lòng sông, bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng. Hệ phương trình này là cơ sở để mô phỏng lưu lượng và mực nước trong hệ thống sông.

2. Phương trình khuếch tán chất hòa tan (phương trình tải - khuếch tán): Mô tả quá trình vận chuyển và phân tán độ mặn trong dòng chảy, bao gồm vận chuyển đối lưu và khuếch tán theo gradient nồng độ.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: xâm nhập mặn (hiện tượng nước mặn xâm nhập vào vùng nước ngọt), mực nước biển dâng, dòng chảy kiệt, mô hình thủy lực một chiều, hệ số nhám, hệ số khuếch tán, và kịch bản biến đổi khí hậu RCP.

Mô hình MIKE 11 được lựa chọn làm công cụ chính để mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn. Đây là phần mềm kỹ thuật chuyên dụng của Viện Thủy lực Đan Mạch, có khả năng mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát trong hệ thống sông và cửa sông. MIKE 11 bao gồm nhiều mô đun như mô đun thủy động lực (HD), mô đun tải - khuếch tán (AD), và mô đun sinh thái (Ecolab), cho phép mô phỏng chi tiết các hiện tượng thủy văn và thủy lực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thủy văn, khí tượng, địa hình và độ mặn thu thập từ các trạm quan trắc trên lưu vực sông Mã, đặc biệt là các trạm Giàng, Cự Đà, Phà Thắm, Lạch Sung và các trạm thủy văn khác. Dữ liệu được thu thập trong các năm từ 1999 đến 2012, với các số liệu mưa, dòng chảy, mực nước và độ mặn được xử lý và hiệu chỉnh kỹ lưỡng.

Phương pháp phân tích chính là mô hình toán thủy văn - thủy lực MIKE 11, được hiệu chỉnh và kiểm định bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực đo tại các trạm kiểm tra. Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn và độ mặn được lựa chọn phù hợp với các giai đoạn mùa kiệt và mùa lũ để đảm bảo tính đại diện. Phương pháp chọn mẫu là chọn các trạm đại diện cho vùng hạ lưu sông Mã và các phụ lưu chính.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2018, bao gồm các bước: thu thập và xử lý số liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu, và đề xuất giải pháp giảm thiểu xâm nhập mặn.

Ngoài ra, phương pháp chuyên gia được áp dụng thông qua trao đổi, học tập và xin ý kiến góp ý từ các nhà khoa học, chuyên gia trong lĩnh vực thủy văn và biến đổi khí hậu nhằm hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng xâm nhập mặn tại vùng hạ lưu sông Mã: Độ mặn 4‰ đã xâm nhập sâu tới 28 km trên dòng chính sông Mã, 22 km trên sông Lèn, và toàn tuyến sông Lạch Trường trong mùa kiệt năm 2010. So với năm 2009, chiều dài xâm nhập mặn tăng từ 23 km lên 28 km trên sông Mã, cho thấy xu hướng xâm nhập mặn ngày càng sâu hơn.

2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng: Mô phỏng theo các kịch bản biến đổi khí hậu RCP cho thấy mực nước biển dâng có thể làm tăng chiều dài xâm nhập mặn thêm từ 10% đến 30% tùy theo kịch bản. Ví dụ, theo kịch bản RCP8.5, chiều dài xâm nhập mặn có thể tăng lên tới 35 km trên sông Mã vào mùa kiệt.

3. Tác động của dòng chảy kiệt và hồ chứa thượng nguồn: Dòng chảy kiệt giảm làm mặn xâm nhập sâu hơn vào nội địa. Các hồ chứa lớn như Trung Sơn, Cửa Đạt và Hủa Na với tổng dung tích gần 2.245 triệu m³ đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy, giảm thiểu xâm nhập mặn. Tuy nhiên, việc vận hành hồ chứa chưa tối ưu có thể làm gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn.

4. Hiệu quả mô hình MIKE 11: Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với hệ số Nash đạt trên 0,8 tại các trạm kiểm tra, sai số độ mặn tính toán so với thực đo dưới 10%, chứng tỏ mô hình có độ tin cậy cao trong mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Mã.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc xâm nhập mặn sâu hơn là do sự suy giảm dòng chảy mùa kiệt kết hợp với mực nước biển dâng và biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn vùng cửa sông. So với các nghiên cứu trước đây tại đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng, kết quả mô phỏng tại sông Mã cũng cho thấy xu hướng tương tự về sự gia tăng xâm nhập mặn do tác động của BĐKH.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ diễn biến độ mặn theo thời gian và không gian tại các trạm quan trắc, bảng so sánh chiều dài xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu, và bản đồ phân bố độ mặn vùng hạ lưu sông Mã. Những biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo đến quá trình xâm nhập mặn.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để quản lý tài nguyên nước hiệu quả, giúp các nhà quản lý và chính quyền địa phương có thể dự báo, ứng phó kịp thời với tình trạng xâm nhập mặn, từ đó giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt dân cư.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa vận hành hồ chứa thượng nguồn: Điều chỉnh lưu lượng xả hồ Trung Sơn, Cửa Đạt và Hủa Na vào mùa kiệt để duy trì dòng chảy tối thiểu khoảng 40 m³/s, nhằm hạn chế xâm nhập mặn sâu vào nội địa. Chủ thể thực hiện là Ban quản lý hồ chứa phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường, thực hiện trong vòng 1-2 năm tới.

2. Xây dựng hệ thống đê bao và cống ngăn mặn tại các cửa sông: Thiết kế và thi công các công trình thủy lợi nhằm ngăn chặn nước mặn xâm nhập vào vùng sản xuất nông nghiệp, đặc biệt tại các huyện Nga Sơn, Hà Trung và Hậu Lộc. Thời gian thực hiện dự kiến 3-5 năm, do chính quyền địa phương và Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

3. Phát triển mô hình cảnh báo sớm xâm nhập mặn: Ứng dụng mô hình MIKE 11 kết hợp dữ liệu quan trắc thời gian thực để xây dựng hệ thống cảnh báo sớm cho người dân và các cơ quan quản lý. Thời gian triển khai trong 1 năm, do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia phối hợp với các viện nghiên cứu.

4. Tuyên truyền và đào tạo nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình tập huấn, hướng dẫn kỹ thuật lấy nước, sử dụng nước hợp lý trong mùa kiệt, giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn đến sản xuất và sinh hoạt. Chủ thể là các tổ chức chính quyền địa phương và các tổ chức phi chính phủ, thực hiện liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô hình để quản lý, điều tiết dòng chảy và kiểm soát xâm nhập mặn hiệu quả, phục vụ công tác quy hoạch và vận hành hồ chứa.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy văn, biến đổi khí hậu: Tài liệu tham khảo chi tiết về ứng dụng mô hình MIKE 11 trong nghiên cứu xâm nhập mặn, phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, cũng như các kịch bản biến đổi khí hậu.

3. Chính quyền địa phương vùng hạ lưu sông Mã: Giúp hiểu rõ diễn biến xâm nhập mặn và các giải pháp giảm thiểu tác động, từ đó xây dựng chính sách phát triển kinh tế - xã hội bền vững phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu.

4. Người dân và doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp, thủy sản: Cung cấp thông tin về xu hướng xâm nhập mặn và các biện pháp ứng phó, giúp điều chỉnh kế hoạch sản xuất, bảo vệ nguồn nước và nâng cao hiệu quả kinh tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Xâm nhập mặn là gì và tại sao nó lại nghiêm trọng ở vùng hạ lưu sông Mã?
   Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển mặn xâm nhập vào vùng nước ngọt trong sông do sự suy giảm dòng chảy và mực nước biển dâng. Ở vùng hạ lưu sông Mã, hiện tượng này nghiêm trọng do mùa kiệt kéo dài, dòng chảy giảm mạnh, ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp.

2. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu xâm nhập mặn?
   MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều có khả năng mô phỏng chi tiết lưu lượng, mực nước và vận chuyển chất hòa tan như độ mặn. Mô hình này dễ sử dụng, hiệu chỉnh chính xác và phù hợp với hệ thống sông phức tạp như sông Mã.

3. Các kịch bản biến đổi khí hậu được sử dụng trong nghiên cứu là gì?
   Nghiên cứu sử dụng các kịch bản RCP (Representative Concentration Pathways) như RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 và RCP8.5 để mô phỏng các mức độ biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng khác nhau, từ đó đánh giá tác động đến xâm nhập mặn.

4. Giải pháp nào được đề xuất để giảm thiểu xâm nhập mặn?
   Các giải pháp bao gồm tối ưu hóa vận hành hồ chứa thượng nguồn, xây dựng đê bao và cống ngăn mặn, phát triển hệ thống cảnh báo sớm, và nâng cao nhận thức cộng đồng về sử dụng nước hợp lý.

5. Làm thế nào để mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định?
   Mô hình được hiệu chỉnh bằng cách điều chỉnh các thông số như hệ số nhám, hệ số khuếch tán để kết quả mô phỏng khớp với số liệu thực đo tại các trạm quan trắc. Kiểm định được thực hiện trên các giai đoạn khác nhau để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá chi tiết hiện trạng và diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu, xác định chiều dài xâm nhập mặn có xu hướng gia tăng đáng kể.
• Mô hình MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định thành công, chứng minh là công cụ hiệu quả để mô phỏng và dự báo xâm nhập mặn trong hệ thống sông phức tạp.
• Các kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy mực nước biển dâng và suy giảm dòng chảy mùa kiệt là nguyên nhân chính làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn sâu vào nội địa.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và phi công trình nhằm giảm thiểu tác động xâm nhập mặn, góp phần bảo vệ nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội bền vững.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng mô hình, cập nhật dữ liệu quan trắc và triển khai hệ thống cảnh báo sớm để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước vùng cửa sông.

Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục theo dõi, cập nhật diễn biến xâm nhập mặn để điều chỉnh chính sách phù hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI, VÙNG HẠ LƯU SÔNG MÃ 1. Các vấn đề nghiên cứu về diễn biến xâm nhập mặn vùng cửa sông 1. Tổng quan chung về xâm nhập mặn a. Khái niệm về xâm nhập mặn Nước ngọt là nguồn tài nguyên khan hiếm.

Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới, chỉ có 2,5% tổng lượng nước trên trái đất là nước ngọt, phần còn lại là nước mặn. Nguồn nước ngọt lớn nhất nằm dưới lòng đất và một phần nước mặt nằm rải rác ở nhiều khu vực trên thế giới. Nước ngầm được sử dụng rộng rãi để bổ sung cho nguồn nước mặt nhằm đáp ứng nhu cầu nước ngày càng tăng. Tuy nhiên, một trong số những vấn đề đối với hệ thống nước ngầm ở những vùng ven biển chính là xâm nhập mặn.

Xâm nhập mặn là quá trình thay thế nước ngọt trong các tầng chứa nước ở ven biển bằng nước mặn do sự dịch chuyển của khối nước mặn vào tầng nước ngọt. Xâm nhập mặn làm giảm nguồn nước ngọt dưới lòng đất ở các tầng chứa nước ven biển do cả 2 quá trình tự nhiên và con người gây ra. Theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai (DMC), Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn: Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn với nồng độ mặn bằng 4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt. Xâm nhập mặn là vấn đề nghiêm trọng đối với nhiều chính quyền địa phương, vấn đề này đã được nỗ lực giải quyết trong bối cảnh đang diễn ra biến đổi khí hậu như nước biển dâng, tăng nhiệt độ, khai thác nước ngầm quá mức để đáp ứng nhu cầu nước cho phát triển, những nguyên nhân này đang làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn.

Những yếu tố ảnh hưởng đến xâm nhập mặn Hiện tượng xâm nhập mặn bị tác động chủ yếu bởi 2 nhóm yếu tố chính là tự nhiên và con người. Cụ thể như sau: (1) - Các yếu tố tự nhiên: - Điều kiện khí tượng, thủy văn: các thay đổi yếu tổ thủy văn, năm hạn và năm nhiều nước ảnh hưởng rất lớn đến chế độ xâm nhập mặn; - Nước biển dâng: do ảnh hưởng của thay đổi khí hậu, đây là yếu tố đáng được quan tâm trong thời gian gần đây và cũng đang là một trong số những yếu tố có tác động mạnh mẽ nhất đến tình trạng xâm nhập mặn hiện nay. - Gió, bão: là yếu tố góp phần gia tăng xâm nhập mặn nhưng chỉ cục bộ và thời gian ảnh hưởng ngắn; - Dao động thủy triều: giao động thủy triều ảnh hưởng đáng kể đến chế độ xâm nhập mặn, vào các tuần trăng, dao động thủy triều lớn, xâm nhập mặn vào sâu, tuy nhiên đây là hiện tượng tự nhiên không thể kiểm soát được. (2) – Các yếu tố con người: Các hoạt động của con người có ảnh hưởng đến thay đổi xâm nhập mặn được phân làm các tác động như dưới đây: Bảng 1.

Các hoạt động của con người có ảnh hưởng đến thay đổi xâm nhập mặn TT Tác động của con người Hinh thức/ Hoạt động cụ thể - Xây dựng hồ chứa, hồ thủy điện Xây dựng các công trình 1 - Làm đê bao thường nguồn - Chuyển nước trong và ngoài lưu vực - Phát triển nông nghiệp 2 Thay đổi sử dụng đất - Chặt phá rừng, mất rừng - Đô thị hóa , công nghiệp hóa - Thủy sản: Nuôi trồng và đánh bắt 3 Các hoạt động khác - Phát triển du lịch - Phát triển dân số 4 Quản lý và vận hành - Quản lý vận hành các hồ chứa 6 Luan van Đối với các cửa sông tiếp giáp với biển, hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào các sông xảy ra khá phổ biến, đặc biệt vào mùa khô. Khi lượng nước từ sông đổ ra biển giảm, thủy triều từ biển sẽ mang nước mặn lấn sâu vào trong sông làm cho nước sông bị nhiễm mặn. Nồng độ mặn sẽ giảm dần khi càng tiến sâu vào đồng bằng. Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông Nguồn: Lê Anh Tuấn (2009) Độ mặn và phạm vi xâm nhập mặn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Lưu lượng nước sông từ thượng nguồn đổ về, lưu lượng càng giảm, nước mặn càng tiến sâu vào đất liền.

- Biên độ triều vùng cửa sông: vào giai đoạn triều cường, nước mặn càng lấn sâu vào. - Địa hình: Địa hình bằng phẳng là yếu tố thuận lợi cho sự xâm nhập mặn. - Các yếu tố khí tượng: Gió từ biển hướng vào đất liền, nhiệt độ cao, mưa ít,… sẽ là tác nhân làm mặn lấn sâu vào nội địa. - Hoạt động kinh tế của con người: Nhu cầu khai thác và sử dụng nước ngọt vào mùa khô tăng sẽ làm giảm nguồn nước mặt cũng như nước ngầm, làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn.

Tình hình xâm nhập mặn tại Việt Nam Việt Nam có trên 3200 km bờ biển, tập trung hàng triệu người sinh sống và khai thác các nguồn lợi từ biển. Xâm nhập mặn diễn ra tại hầu hết các địa phương ven biển, gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất và sinh hoạt của người dân, đặc biệt tại những vùng cửa sông đổ ra biển. Hai đồng bằng rộng lớn nhất của Việt Nam là Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là những nơi chịu ảnh hưởng lớn nhất của hiện tượng này. Do đó, luận văn sẽ trích dẫn từ một số tài liệu tham khảo để đưa ra một cái nhìn rõ ràng về tình hình xâm nhập mặn đang diễn ra trong những năm gần đây và những tác động của nó đến sinh hoạt, sản xuất, và đặc biệt là đến lĩnh vực nông nghiệp ở hai vùng đồng bằng lớn này.

Tác động của nước biển dâng đến Việt Nam Theo kịch bản biến đổi khí hậu năm 2012 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mực nước biển dâng 1m sẽ có khoảng 39% diện tích, 35% dân số vùng Đồng bằng sông Cửu Long; trên 10% diện tích, 9% dân số vùng đồng bằng sông Hồng và Quảng Ninh; trên 2,5% diện tích, 9% dân số các tỉnh ven biển miền Trung và khoảng 7% dân số TP.HCM bị ảnh hưởng trực tiếp. Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng sâu sắc đến chu trình thủy văn thông qua thay đổi mô hình lượng mưa, lượng nước bốc hơi và độ ẩm của đất. Lượng mưa có thể tăng hoặc giảm và phân bố không đồng đều trên toàn cầu. Hiện tượng này sẽ làm thay đổi lượng nước ngầm được bổ sung, đồng thời thay đổi tốc độ xâm nhập mặn vào tầng ngậm nước ven biển.

Vì vậy, thông tin về các tác động của biến đổi khí hậu ở địa phương hoặc khu vực, các quá trình thủy văn và tài nguyên nước ven biển trở nên rất quan trọng. Đặc biệt, mực nước biển dâng gây xâm nhập mặn là mối đe dọa nghiêm trọng đối với các vùng ven biển ở Việt Nam, trong đó các tỉnh ven biển Tây Nam bộ là khu vực chịu ảnh hưởng xâm nhập mặn nghiêm trọng nhất với 1,77 triệu ha đất bị nhiễm mặn, chiếm 45% diện tích. Các nghiên cứu về xâm nhập mặn trong và ngoài nước: 1.1 Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn ngoài nước: Xâm nhập mặn - yếu tố quan trọng trong quản lý chất lượng nước vùng cửa sông và ven biển là một quá trình phức tạp liên quan đến thủy động lực học và vận chuyển chất trong sông. Trên thực tế, sự tương tác giữa nước ngọt và nước biển diễn ra dưới sự tác động của lưu lượng dòng chảy trong sông, thủy triều, gió; các nhân tố này ảnh hưởng đến khả năng xáo trộn pha loãng của nước sông với nước biển.

Rõ ràng ba yếu tố kể trên và yếu tố địa hình của từng khu vực cửa sông dao dộng theo từng địa điểm khác nhau, do đó sự xâm nhập mặn tại các lưu vực sông cũng mang nhiều tính chất đặc trưng khác nhau. Mô hình hóa chất lượng nước nói chung và mô phỏng các quá trình xâm nhập mặn nói riêng đã được quan tâm với nhiều nghiên cứu đã được công bố. Các nghiên cứu sử dụng các mô hình hộp đen như mạng trí tuệ thần kinh nhân tạo hay các mô hình thủy lực kết hợp với mô dun tính toán lan truyền và vận chuyển chất. Một số nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu cũng đã được công bố trong vài năm gần đây như sử dụng mô hình Mike 21 để tiến hành đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu đến độ mặn trên sông Mê Kông.

Conard và các cộng sự đã công bố các nghiên cứu sử dụng mô hình trí tuệ nhân tạo để dự báo biến động độ mặn do Biến đổi khí hậu gây ra trên vùng cửa sông Savannah. Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập mặn có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính toán và nghiên cứu đã được đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông như ở các nước như Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan.

Các phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc) và mô phỏng quá trình bằng các mô hình toán. 9 Luan van Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán được bắt đầu từ khi Saint - Vennant công bố hệ phương trình mô phỏng quá trình thuỷ động lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên ông. Chính nhờ sức mạnh của hệ phương trình Saint - Venant nên khi kỹ thuật tính sai phân và công cụ máy tính điện tử đáp ứng được thì việc mô phỏng dòng chảy sông ngòi là công cụ rất quan trọng để nghiên cứu, xây dựng quy hoạch khai thác tài nguyên nước, thiết kế các công trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ thống thuỷ lợi. Mọi dự án phát triển tài nguyên nước trên thế giới hiện nay đều coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán không thể thiếu.

Tiếp theo đó, việc mô phỏng dòng chảy bằng các phương trình thuỷ động lực đã tạo tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phương trình khuyếch tán.