Chương 1 TỔNG QUAN 1. KHÁI NIỆM VỀ XÂM NHẬP MẶN Xâm nhập mặn (XNM) 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 - 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. Trong thực tiễn, 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 XNM tại các lưu vực sông cũng mang nhiều tính chất đặc trưng khác nhau. Bên cạnh đó, tác động của biến đổi khí hậu đã làm thay đổi chế độ dòng chảy trong sông, nước biển dâng dẫn đến diễn biến của XNM ngày càng gay gắt và tác hại ngày càng lớn. Ngoài ra, hoạt động của con người như xây dựng hồ chứa, dập dâng, kênh dẫn, khai thác cát, kè bờ biển và cửa sông cũng tác động đáng kể đến diễn biến XNM. Nói cách khác, XNM là một trong những quá trình rất phức tạp của động lực cửa sông ven biển, do đó để nghiên cứu diễn biến XNM cần phải sử dụng phương pháp mô hình hóa để mô phỏng.
Mô hình hóa chất lượng nước nói chung và mô phỏng các quá trình XNM nói riêng đã được quan tâm với nhiều nghiên cứu đã được công bố. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước Xâm nhập mặn có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống, kinh tế xã hội, do đó nhiều nước trên thế giới đã có những nghiên cứu để đề xuất giải pháp ứng phó, 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phòng chống, quy hoạch phù hợp. Điển hình là những nghiên cứu tại Hoa Kỳ, Trung Quốc, Bangladesh, Italia [2, 4], cụ thể như sau: S.Hasan đã nghiên cứu, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến XNM vùng ven bờ Bangladesh, công bố năm 2012 trong Hội thảo chuyên môn quốc tế lần thứ 8; Conrads (2013) đã mô phỏng XNM dọc vùng bờ biển Georgia và nam Carolina trong bối cảnh biến đổi khí hậu; Năm 2013, Mollema đã nhiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của quá trình vật lý và thủy hóa đến quá trình mặn hóa và nước sạch vùng Địa Trung Hải; IshtiaqAhmed, Viện quản lý lũ lụt và nguồn nước Bangladesh đã đánh giá XNM của nước biển vùng tây nam Bangladesh; Yanwen Xu, Trường Đại học Hộ Hải thành phố Nam Ninh, Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu, so sánh các giải pháp phòng chống XNM vùng cửa sông ven bờ Modaomen; Rui Yu, Trường Đại học Đông Trung Hoa, thành phố Thượng Hải, Trung Quốc đã nghiên cứu tác động của nước biển dâng đến XNM vùng cửa sông lưu vực sông Ngọc Trai; Tác giả Brockway đã nghiên cứu, đề xuất một số vấn đề lưu ý về XNM vùng cửa sông hình phễu, áp dụng thí điểm cho vùng cửa sông Incomati – Mô Dăm Bích; Ippen, Hải quân Hoa Kỳ đã xây dựng mô hình phân tích một chiều XNM vùng cửa sông Vicksburg, Mississippi; Năm 2018, Soufiane Haddout công bố đề tài Ứng dụng mô hình phân tích thủy lực 1 chiều mô phỏng ảnh hưởng của nước biển dâng đến XNM vùng cửa sông Sebou – Ma Rốc; S.Andrews xây dựng mô hình XNM ở đồng bằng châu thổ San Francisco (Hoa Kỳ) trong thời kỳ ảnh hưởng của con người; Việc nghiên cứu dự báo, cảnh báo mặn cho các lưu vực sông đa quốc gia cũng đã được nhiều nước trên thế giới thực hiện, có nhiều dự án, đề tài nghiên cứu về dự báo XNM được xây dựng, điển hình là các nghiên cứu sau: 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dự án nghiên cứu và dự báo xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Mê Công dự án do Ủy ban sông Mê Công thực hiện từ năm 1981-1995, dự án này chia làm 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1 (1981-1984): Vùng bán đảo Cà Mau được chọn nghiên cứu đầu tiên.
Để có số liệu cho nghiên cứu của dự án, đã tiến hành đo mặn tại 22 vị trí trong vùng. Chế độ lấy mẫu như sau: Năm 1983, lấy mẫu nước hàng giờ (24 lần/ngày) trong 4 ngày triều cường; năm 1984, ngoài việc lấy mẫu nước như năm 1983 còn lấy thêm mẫu nước vào kỳ triều kém cũng theo chế độ này ở tầng nước mặt và tầng đáy; + Giai đoạn 2 (1985-1987): Tiến hành đo mặn trên các sông chính: 32 trạm trong năm 1985, 36 trạm trong năm 1986; chế độ đo như sau: Mẫu nước được lấy 12 lần trong ngày vào các giờ lẻ tại tất cả các ngày trong mùa khô; + Giai đoạn 3 (1988-1995): Trong giai đoạn này, các trạm đo mặn được xây dụng để phục vụ cho dự báo mặn với số lượng trạm là 22 trạm trong năm 1989; 32 trạm vào năm 1990; 33 trạm vào năm 1991. Mẫu nước được lấy 24 lần trong ngày đối với các trạm đo mặn để phục vụ dự báo mặn, các trạm còn lại lấy mầu nước 12 lần trong ngày. Số liệu quan trắc mặn trong dự án rất hữu ích trong công tác đánh giá, phân tích nguyên nhân xâm nhập mặn, phần mềm MEKSAL của dự án đã được dùng để mô phỏng và dự báo mặn MEKSAL cho vùng hạ lưu sông Mê Công trong giai đoạn trên.
Tuy nhiên do không được nâng cấp nên hiện nay phần mềm MEKSAL không còn được dùng trong tính toán và dự báo xâm nhập mặn tại Đài KTTV khu vực Nam Bộ. Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), thông qua các chương trình khoa học và kỹ thuật, mạng lưới các Trung tâm Khí tượng toàn cầu và khu vực, các Trung tâm nghiên cứu Khí hậu và các Cơ quan KTTV các quốc gia, cung cấp các dịch vụ khoa học và kỹ thuật quan sát, phát hiện, theo dõi, dự báo và cảnh báo sớm các tác hại của thời tiết, khí hậu và các tác hại liên quan đến nguồn nước, trong đó có xâm nhập mặn. Hệ thống cảnh báo sớm của chương trình này đã được triển khai ở các nước: Hoa Kỳ, Pháp, Đức, Nhật, Bangladesh, Cuba, v. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các kết quả nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, nghiên cứu XNM đã được quan tâm từ những năm 60 với việc tiến hành quan trắc độ mặn ở hai vùng Đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long. Đối với Đồng bằng sông Cửu Long, do đặc điểm địa hình (không có đê bao) và mức độ ảnh hưởng của XNM có tính quyết định đến sản xuất nông nghiệp ở vựa lúa quan trọng nhất toàn quốc nên việc nghiên cứu XNM ở đây được chú ý nhiều hơn, đặc biệt là thời kỳ sau năm 1976. Tình hình nghiên cứu đối với khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Trong phạm vi khu vực Đồng bằng Bắc Bộ hiện nay, đã có một số công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của BĐKH đến môi trường nước, môi trường đất và những ảnh hưởng đến nông nghiệp. Dưới đây là một số nghiên cứu điển hình về hướng nghiên cứu này: Vũ Thế Hải và nhóm nghiên cứu (2011) trong nghiên cứu: "Nghiên cứu đề xuất các giải pháp thủy lợi kết hợp nông nghiệp để ứng phó với hạn hán và XNM tại các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Hồng" đã đưa ra được các giải pháp thủy lợi kết hợp nông nghiệp để ứng phó với hạn hán và xâm nhập mặn tại các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Hồng.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chưa đưa yếu tố nước biển dâng ứng với điều kiện BĐKH góp phần làm thúc đẩy và tăng cường quá trình xâm nhập mặn tại khu vực ven biển Đồng bằng sông Hồng; Công trình nghiên cứu của Vũ Hoàng Hoa "Nghiên cứu, dự báo xu thế diễn biến XNM do nước biển dâng cho vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ "đã lồng ghép được yếu tố nước biển dâng trong vai trò góp phần vào quá trình XNM đối với các cửa sông ven biển Bắc Bộ, kết quả chưa đưa được các giải pháp để làm giảm quá trình XNM đối với khu vực này khi xét đến ảnh hưởng của BĐKH; Đề tài "Nghiên cứu đánh giá xâm nhập mặn và đề xuất các giải pháp giảm thiểu mặn, cấp nước cho Đồng bằng sông Hồng - sông Thái Bình trong mùa cạn" của Đỗ Thị Bính đã đưa ra các đánh giá về XNM cho vùng Đồng bằng sông Hồng - sông Thái Bình và đề xuất được các giải pháp nhằm giảm thiểu mặn cho khu vực này trong mùa cạn. Trong nghiên cứu này tác tác mới chỉ đánh giá được sự XNM điển hình và mạnh trong mùa cạn (do thiếu nước từ thượng nguồn) chưa xét đến ảnh hưởng của yếu tố nước biển dâng trong điều kiện BĐKH; 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đề tài: "Nghiên cứu, xây dựng quy trình kỹ thuật canh tác và bảo vệ đất cho cây trồng chủ lực tại các vùng Đồng bằng dưới ảnh hưởng của BĐKH". Chủ nhiệm đề tài: ThS. Bùi Thị Phương Loan, Viện Môi trường Nông nghiệp.
Đề tài đã đạt được một số kết quả đáng chú ý như: Đã tiến hành điều tra, khảo sát 1116 cán bộ và nông dân tại 12 tỉnh thuộc đồng bằng Sông Hồng (Thái Bình, Nam Định, Hải Phòng, Ninh Bình), đồng bằng Duyên Hải Miền Trung (Nghệ An, Hà Tĩnh, Huế, Bình Định) và ĐBSCL (Cần Thơ, Kiên Giang, Cà Mau, Long An); đánh giá được mức độ tổn thương đối với các cây trồng chính dưới tác động của BĐKH ở ĐBSCL, ĐBDHMT và ĐBSH; nghiên cứu nhu cầu sử dụng nước của các cây trồng chủ lực tại 3 vùng đồng bằng; tác động của nước biển dâng đến sản xuất các cây trồng chủ lực ở 3 vùng Đồng bằng. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên các bản đồ XNM trong bối cảnh BĐKH khu vực nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu đối với khu vực Miền Trung Đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng dòng chảy kiệt phục vụ sản xuất nông nghiệp, thủy sản vùng hạ du sông Cả và sông Mã” do PGS. Nguyễn Quang Trung – Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường làm chủ nhiệm với mục tiêu đánh giá được biến động và tác động dòng chảy kiệt ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp, thuỷ sản vùng hạ du sông Cả và sông Mã.
Đề tài đã đưa ra những đánh giá về hiện trạng và nguyên nhân hạn hán và XNM tại vùng hạ lưu sông Cả và sông Mã.