Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bến Tre, nằm ở phía Đông Đông Nam Đồng bằng sông Cửu Long, có chiều dài bờ biển 65 km và được bao bọc bởi bốn con sông chính: Tiền, Ba Lai, Hàm Luông và Cổ Chiên. Đây là khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng với độ cao trung bình từ 1-2m, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ thủy văn, khí hậu nhiệt đới gió mùa và đặc biệt là hiện tượng xâm nhập mặn vào mùa khô. Theo số liệu thống kê, mùa khô 2015-2016 và 2019-2020, độ mặn 4‰ đã xâm nhập sâu từ 50 đến 90 km trên các sông chính, gây thiệt hại nặng nề cho sản xuất nông nghiệp và đời sống dân cư. Ước tính thiệt hại ngành nông nghiệp do hạn mặn năm 2016 lên đến hàng nghìn tỷ đồng, trong đó riêng lĩnh vực trồng trọt thiệt hại khoảng 1.448 tỷ đồng và nuôi trồng thủy sản khoảng 212 tỷ đồng.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng phương án dự báo xâm nhập mặn trên các sông chính của tỉnh Bến Tre với độ tin cậy cao, nhằm hỗ trợ công tác dự báo, cảnh báo sớm và giúp địa phương có kế hoạch sản xuất phù hợp, giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bốn sông chính: Hàm Luông, Cổ Chiên, Ba Lai và Cửa Đại, trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 6 hàng năm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước, bảo vệ sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế bền vững tại vùng ven biển chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn, thủy lực để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn trong hệ thống sông ngòi. Hai mô hình chính được sử dụng là:

  • Mô hình MIKE 11: Đây là mô hình thủy lực một chiều do DHI Water & Environment phát triển, giải hệ phương trình Saint-Venant để mô phỏng lưu lượng, mực nước và vận chuyển chất trong sông, kênh. Mô hình bao gồm các mô đun như mô đun thủy động lực (HD) và mô đun khuyếch tán (AD) để mô phỏng lan truyền mặn.

  • Mô hình MIKE 21: Mô hình thủy lực hai chiều được sử dụng để dự báo mực nước triều và mực nước thượng nguồn, cung cấp dữ liệu biên cho mô hình MIKE 11.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: xâm nhập mặn, độ mặn (‰), mực nước triều, lưu lượng dòng chảy, và các yếu tố khí tượng thủy văn ảnh hưởng đến xâm nhập mặn như gió mùa, triều cường, biến đổi khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu quan trắc khí tượng thủy văn, mực nước, độ mặn từ các trạm thủy văn và khí tượng trên địa bàn tỉnh Bến Tre và vùng hạ lưu sông Mê Công, giai đoạn từ năm 2000 đến 2020. Cỡ mẫu dữ liệu lớn, được thu thập từ nhiều trạm quan trắc trải dài trên các sông chính nhằm đảm bảo tính đại diện và độ chính xác.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phương pháp thống kê: Phân tích chuỗi số liệu khí tượng thủy văn, độ mặn để xác định xu thế, đặc điểm biến động theo mùa, tháng và vị trí dọc sông.

  • Phương pháp mô hình hóa: Xây dựng và hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 với các mô đun HD và AD để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu thực đo năm 2016 và 2020, sử dụng các chỉ số đánh giá như R², RMSE, NSE để đảm bảo độ tin cậy.

  • Phương pháp GIS: Trình bày kết quả mô phỏng, dự báo xâm nhập mặn dưới dạng bản đồ đẳng trị, giúp trực quan hóa phạm vi và mức độ xâm nhập mặn trên các sông chính.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2020 đến 2022, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định và ứng dụng dự báo cho mùa khô năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xâm nhập mặn diễn biến phức tạp và sâu rộng: Độ mặn 4‰ xâm nhập sâu trung bình 40-50 km trong mùa khô, đặc biệt mùa khô 2019-2020 xâm nhập mặn sớm hơn 2-3 tháng và sâu hơn 10-25 km so với mùa khô 2015-2016. Độ mặn cao nhất tại các trạm mùa khô 2019-2020 cao hơn từ 1-7‰ so với năm 2016.

  2. Hiệu quả mô hình MIKE 11 trong dự báo xâm nhập mặn: Mô hình đạt giá trị R² trung bình trên 0.85 và RMSE thấp tại các trạm hiệu chỉnh và kiểm định, cho thấy mô hình có khả năng mô phỏng chính xác mực nước và độ mặn. Kết quả dự báo 10 ngày, tháng và mùa đều phù hợp với số liệu thực đo, giúp dự báo kịp thời và chính xác.

  3. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng thủy văn: Gió mùa đông bắc với tốc độ 6-10 m/s, triều cường và dòng chảy giảm mạnh vào mùa khô là các yếu tố chính làm tăng cường xâm nhập mặn. Mực nước cao nhất năm thường xuất hiện vào tháng 10-12, trong khi mực nước thấp nhất vào tháng 6-7.

  4. Tác động kinh tế - xã hội nghiêm trọng: Hạn hán và xâm nhập mặn mùa khô 2015-2016 đã gây thiệt hại khoảng 45.639 ha hoa màu, 71.819 ha cây ăn trái và 7.853 ha nuôi trồng thủy sản. Mùa khô 2019-2020, mặc dù xâm nhập mặn sâu và kéo dài hơn, nhờ dự báo chính xác và kinh nghiệm phòng chống, thiệt hại nông nghiệp thấp hơn, nhưng vẫn ảnh hưởng đến hơn 27.985 ha cây ăn trái và 5.401 ha lúa tự ý xuống giống.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình MIKE 11 cho thấy sự phù hợp cao với số liệu thực tế, khẳng định tính khả thi của phương pháp mô hình hóa thủy lực một chiều kết hợp mô đun khuyếch tán trong dự báo xâm nhập mặn. Sự gia tăng độ mặn và phạm vi xâm nhập mặn sâu hơn trong các năm gần đây phản ánh tác động rõ rệt của biến đổi khí hậu và sự suy giảm dòng chảy mùa khô do khai thác nước thượng nguồn.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả phù hợp với xu hướng gia tăng xâm nhập mặn tại các vùng cửa sông ven biển chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Việc ứng dụng mô hình MIKE 11 và MIKE 21 đã được nhiều nghiên cứu quốc tế chứng minh hiệu quả trong dự báo thủy văn và xâm nhập mặn, đồng thời hỗ trợ quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ mực nước, độ mặn theo thời gian và bản đồ đẳng trị xâm nhập mặn để minh họa rõ ràng phạm vi và mức độ ảnh hưởng. Các chỉ số đánh giá mô hình như R², RMSE cũng giúp đánh giá độ chính xác và tin cậy của mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường hệ thống quan trắc và thu thập dữ liệu: Đầu tư nâng cấp mạng lưới trạm quan trắc mực nước, độ mặn và khí tượng thủy văn để cung cấp dữ liệu thời gian thực, phục vụ hiệu quả cho mô hình dự báo. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, Đài Khí tượng Thủy văn khu vực. Thời gian: 1-2 năm.

  2. Phát triển và ứng dụng rộng rãi mô hình dự báo xâm nhập mặn: Triển khai mô hình MIKE 11 kết hợp MIKE 21 cho các sông chính và mở rộng sang các hệ thống sông nhỏ hơn, phục vụ công tác dự báo dài hạn và ngắn hạn. Chủ thể: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, các viện nghiên cứu. Thời gian: 1 năm.

  3. Xây dựng kế hoạch phòng chống và thích ứng với xâm nhập mặn: Dựa trên kết quả dự báo, địa phương cần xây dựng các phương án sản xuất phù hợp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, áp dụng kỹ thuật tưới tiêu tiết kiệm nước mặn, hạn chế thiệt hại. Chủ thể: UBND tỉnh, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Thời gian: Hàng năm, theo mùa khô.

  4. Tăng cường công tác truyền thông và đào tạo: Nâng cao nhận thức cộng đồng về tác động của xâm nhập mặn và cách phòng tránh, sử dụng kết quả dự báo để chủ động ứng phó. Chủ thể: Ban chỉ huy phòng chống thiên tai, các tổ chức xã hội. Thời gian: Liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách quản lý nước, quy hoạch sử dụng đất và phát triển bền vững vùng ven biển.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, khí tượng: Tham khảo phương pháp mô hình hóa, dữ liệu và kết quả để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu.

  3. Người dân và doanh nghiệp nông nghiệp, thủy sản: Áp dụng các khuyến nghị dự báo để điều chỉnh kế hoạch sản xuất, giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn.

  4. Cơ quan phòng chống thiên tai và ứng phó khẩn cấp: Sử dụng phương án dự báo để tổ chức cảnh báo sớm, chuẩn bị các biện pháp ứng phó kịp thời với hiện tượng xâm nhập mặn.

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 có độ mặn cao xâm nhập vào các sông ngòi làm tăng độ mặn nước ngọt. Ở Bến Tre, do địa hình thấp, chế độ thủy văn và biến đổi khí hậu, xâm nhập mặn gây thiệt hại lớn cho nông nghiệp và sinh hoạt.

  2. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong dự báo xâm nhập mặn?
    MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều giải hệ phương trình Saint-Venant, có khả năng mô phỏng chính xác lưu lượng, mực nước và lan truyền mặn trong hệ thống sông phức tạp với yêu cầu dữ liệu vừa phải, phù hợp cho dự báo ngắn và dài hạn.

  3. Các yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến xâm nhập mặn tại Bến Tre?
    Dòng chảy giảm do hạn hán, mực nước biển dâng, triều cường, gió mùa đông bắc mạnh và các công trình ngăn mặn là những yếu tố chính làm tăng cường xâm nhập mặn.

  4. Phương án dự báo xâm nhập mặn được ứng dụng như thế nào trong thực tế?
    Phương án dự báo giúp các cơ quan chức năng và người dân chủ động trong sản xuất, phòng chống hạn mặn, điều chỉnh lịch gieo trồng và sử dụng nước hợp lý, giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

  5. Làm thế nào để nâng cao độ chính xác của dự báo xâm nhập mặn?
    Cần tăng cường thu thập dữ liệu quan trắc thời gian thực, hiệu chỉnh mô hình thường xuyên, kết hợp nhiều mô hình và áp dụng công nghệ GIS để trực quan hóa kết quả, đồng thời đào tạo nhân lực chuyên môn.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công phương án dự báo xâm nhập mặn trên các sông chính tỉnh Bến Tre với độ tin cậy cao, hỗ trợ công tác dự báo và cảnh báo sớm.
  • Mô hình MIKE 11 kết hợp mô đun thủy lực và khuyếch tán cho kết quả mô phỏng chính xác, phù hợp với số liệu thực đo năm 2016 và 2020.
  • Xâm nhập mặn tại Bến Tre diễn biến ngày càng phức tạp, sâu rộng do tác động của biến đổi khí hậu và giảm dòng chảy mùa khô.
  • Phương án dự báo giúp giảm thiểu thiệt hại kinh tế - xã hội, đặc biệt trong ngành nông nghiệp và thủy sản.
  • Khuyến nghị tiếp tục nâng cấp hệ thống quan trắc, phát triển mô hình dự báo và tăng cường công tác truyền thông, đào tạo để ứng phó hiệu quả với xâm nhập mặn.

Next steps: Triển khai ứng dụng rộng rãi phương án dự báo, cập nhật dữ liệu liên tục và mở rộng nghiên cứu sang các vùng lân cận.

Call to action: Các cơ quan quản lý và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, bảo vệ tài nguyên nước và phát triển bền vững vùng ven biển Bến Tre.