Luận văn thạc sĩ: Ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước nông nghiệp hệ thống thủy nông Xuân Thủy tỉnh Nam Định - Trường Đại học Thủy Lợi

Phân tích ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước nông nghiệp Nam Định. Nghiên cứu tác động khí hậu, xu hướng sử dụng nước và các giải pháp thích ứng.

• Tác giả: Lê Ngọc Sơn
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Thủy lợi
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước nông nghiệp hệ thống thủy nông xuân thủy tỉnh nam định
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến đổi khí hậu và hệ thống thủy nông Xuân Thủy

Biến đổi khí hậu tác động mạnh đến tài nguyên nước tại đồng bằng sông Hồng. Hệ thống thủy nông Xuân Thủy thuộc tỉnh Nam Định nằm trong vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp. Khu vực này bao gồm hai huyện Xuân Trường và Giao Thủy với tổng diện tích canh tác lớn. Địa hình thấp, cao trình phổ biến từ +0,7 đến +1,1m so với mực nước biển. Vùng ven biển có cao trình chỉ đạt +0,2 đến +0,4m. Khi mực nước biển dâng, phần lớn diện tích có nguy cơ ngập úng. Theo kịch bản B2 do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành năm 2012, nhiệt độ tăng dần và lượng mưa phân bố không đều hơn. Nhu cầu nước tưới cho nông nghiệp thay đổi đáng kể. Hệ thống công trình thủy lợi hiện hữu cần được đánh giá lại năng lực phục vụ. Luận văn thạc sĩ của tác giả Lê Ngọc Sơn, Trường Đại học Thủy lợi năm 2016, đặt nền tảng phân tích khoa học cho vấn đề cấp bách này. Đây là nghiên cứu quan trọng phục vụ quy hoạch thủy lợi vùng ven biển Nam Định trong bối cảnh khí hậu thay đổi.

1.1. Đặc điểm địa hình và vị trí hệ thống thủy nông Xuân Thủy

Hệ thống thủy nông Xuân Thủy nằm ở phía đông nam tỉnh Nam Định. Vùng phía bắc sông Ngô Đồng thuộc huyện Xuân Trường có cao trình phổ biến từ +0,5 đến +0,8m. Các xã ven sông Hồng và sông Ninh Cơ như Xuân Châu, Xuân Hồng, Xuân Thành có cao trình từ +0,9 đến +1,1m. Vùng phía nam sông Ngô Đồng thuộc huyện Giao Thủy có địa hình dốc thoải từ tây bắc xuống đông nam. Cồn Cát phía nam huyện Giao Thủy đạt cao trình +2,0 đến +2,5m. Vùng sát biển chỉ đạt +0,2 đến +0,4m, rất dễ bị ngập khi triều cường. Lịch sử từ thời Lý đã phải xây đê ngăn mặn bảo vệ đồng ruộng.

1.2. Bối cảnh biến đổi khí hậu tại vùng đồng bằng Bắc Bộ

Theo kịch bản biến đổi khí hậu Việt Nam năm 2012, vùng đồng bằng Bắc Bộ đối mặt với ba kịch bản phát thải: B1 thấp, B2 trung bình và A2 cao. Kịch bản B2 được khuyến nghị làm định hướng cho các địa phương. Nhiệt độ trung bình tăng từ 1,5 đến 2,5°C vào cuối thế kỷ 21. Mực nước biển dâng từ 66 đến 95cm dọc bờ biển Việt Nam. Nếu nước biển dâng 1m, trên 10% diện tích đồng bằng sông Hồng và Quảng Ninh sẽ ngập. Trên 9% dân số vùng này bị ảnh hưởng trực tiếp. Hạ tầng giao thông và thủy lợi đứng trước nguy cơ suy giảm nghiêm trọng về hiệu quả phục vụ.

II. Phân tích ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước nông nghiệp

Biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ mưa và bốc thoát hơi nước. Nhiệt độ tăng cao dẫn đến cây trồng cần nhiều nước hơn để duy trì sinh trưởng. Tại hệ thống thủy nông Xuân Thủy, diện tích lúa chiếm tỷ lệ lớn trong cơ cấu cây trồng. Nhu cầu nước tưới cho lúa vụ xuân và vụ mùa đều tăng. Lượng mưa phân bố không đều theo mùa tạo ra những thời đoạn thiếu nước kéo dài. Mùa khô ngày càng gay gắt hơn, mùa mưa xuất hiện những trận mưa cực đoan tập trung. Xâm nhập mặn từ biển vào sâu hơn do mực nước biển dâng và lưu lượng sông giảm vào mùa kiệt. Nguồn nước ngọt phục vụ tưới bị thu hẹp đáng kể. Các công trình đầu mối như cống Xuân Thủy phải vận hành trong điều kiện khắc nghiệt hơn. Cân bằng nước toàn hệ thống bị phá vỡ so với thiết kế ban đầu. Đánh giá định lượng mức độ thay đổi nhu cầu nước là cơ sở khoa học để đề xuất giải pháp thích ứng hiệu quả.

2.1. Tác động đến chế độ mưa và nguồn nước tưới vùng Xuân Thủy

Lượng mưa năm tại Nam Định có xu hướng biến động mạnh hơn. Số ngày mưa giảm nhưng cường độ mỗi trận tăng cao. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau thiếu nước trầm trọng hơn. Lưu lượng sông Hồng và sông Ninh Cơ vào mùa kiệt giảm do biến đổi khí hậu thượng nguồn. Ranh giới xâm nhập mặn tiến sâu hơn vào nội địa. Nguồn nước tưới cho vụ lúa xuân bị đe dọa nghiêm trọng. Hệ thống kênh mương nội đồng không đủ trữ lượng bù đắp thiếu hụt trong thời kỳ đỉnh nhu cầu tưới. Yêu cầu tăng cường năng lực trữ nước và điều tiết liên thời vụ trở nên cấp thiết.

2.2. Gia tăng nhu cầu nước do nhiệt độ và bốc thoát hơi tăng

Nhiệt độ tăng làm tăng lượng bốc thoát hơi nước mặt ruộng và kênh mương. Hệ số tưới thiết kế ban đầu không còn phù hợp với điều kiện khí hậu mới. Cây lúa cần thêm nước trong giai đoạn làm đòng và trổ bông khi nhiệt độ cao. Tổng nhu cầu nước toàn hệ thống tăng từ 5 đến 15% so với kịch bản không có biến đổi khí hậu. Diện tích gieo trồng có thể thu hẹp nếu không đảm bảo đủ nước tưới. Hiệu suất sử dụng nước của hệ thống kênh hở giảm do bay hơi tăng mạnh vào mùa hè. Cần tính toán lại hệ số tưới và lưu lượng thiết kế cho các công trình đầu mối theo kịch bản khí hậu tương lai.

III. Phương pháp đánh giá và mô hình tính toán nhu cầu nước nông nghiệp

Luận văn áp dụng phương pháp tính toán nhu cầu nước theo tiêu chuẩn FAO-56 kết hợp với kịch bản biến đổi khí hậu B2. Mô hình CROPWAT được sử dụng để xác định lượng nước cần thiết cho từng loại cây trồng. Số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trong vùng được thu thập và xử lý. Chuỗi số liệu đủ dài đảm bảo tính đại diện thống kê. Kịch bản khí hậu tương lai được xây dựng theo phương pháp chi tiết hóa thống kê từ mô hình khí hậu toàn cầu. Các thông số nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, bức xạ mặt trời được điều chỉnh theo từng giai đoạn 2020-2050 và 2050-2100. Cân bằng nước toàn hệ thống tính theo phương trình liên tục có xét đến tổn thất kênh mương. Kết quả tính toán được kiểm chứng với số liệu thực đo. Sai số chấp nhận được không vượt quá 10%. Phương pháp luận khoa học chặt chẽ đảm bảo độ tin cậy của kết quả đánh giá.

3.1. Ứng dụng mô hình CROPWAT và dữ liệu khí tượng thủy văn

Mô hình CROPWAT 8.0 của FAO tính toán nhu cầu nước cây trồng dựa trên hệ số cây trồng Kc và bốc thoát hơi nước tham chiếu ET0. ET0 được tính theo công thức Penman-Monteith chuẩn FAO. Số liệu đầu vào gồm nhiệt độ tối cao, tối thấp, độ ẩm tương đối, tốc độ gió và bức xạ mặt trời. Các trạm khí tượng Nam Định và Văn Lý cung cấp chuỗi số liệu nhiều năm. Lịch thời vụ lúa xuân và lúa mùa tại địa phương được tích hợp vào mô hình. Kết quả cho thấy nhu cầu nước vụ xuân tăng rõ rệt hơn vụ mùa do điều kiện khô hạn đầu vụ.

3.2. Xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho vùng nghiên cứu

Kịch bản B2 được áp dụng theo hướng dẫn của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2012. Nhiệt độ trung bình vùng đồng bằng Bắc Bộ tăng 0,5°C vào năm 2020 và 1,5°C vào năm 2050. Lượng mưa năm tăng nhẹ nhưng phân bố theo mùa thay đổi đáng kể. Mực nước biển dâng 12cm vào năm 2020 và 30cm vào năm 2050. Ranh giới xâm nhập mặn tại cửa sông Hồng mở rộng thêm từ 5 đến 10km. Ba giai đoạn đánh giá gồm hiện trạng 2016, ngắn hạn 2020 và trung hạn 2050 đảm bảo tầm nhìn quy hoạch toàn diện.

IV. Kết luận và giải pháp thích ứng cho hệ thống thủy nông Xuân Thủy

Nghiên cứu khẳng định biến đổi khí hậu làm tăng đáng kể nhu cầu nước nông nghiệp tại hệ thống thủy nông Xuân Thủy. Mức tăng nhu cầu nước toàn hệ thống dao động từ 8 đến 18% tùy theo giai đoạn và kịch bản khí hậu. Năng lực công trình hiện hữu không đủ đáp ứng nếu không có giải pháp bổ sung. Cần nâng cấp hệ thống cống đầu mối và kênh dẫn chính. Áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước như tưới ngập khô xen kẽ cho lúa giảm nhu cầu tưới 15 đến 20%. Tăng cường trữ nước nội đồng trong ao hồ và kênh bằng cách điều chỉnh lịch vận hành cống. Xây dựng hệ thống đê biển và cống ngăn mặn mới phù hợp với kịch bản nước biển dâng. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang những giống chịu hạn và chịu mặn tốt hơn. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quy hoạch thủy lợi tỉnh Nam Định và các vùng ven biển đồng bằng sông Hồng có điều kiện tương tự.

4.1. Giải pháp công trình nâng cao năng lực hệ thống thủy lợi

Ưu tiên nâng cấp các cống đầu mối lấy nước từ sông Hồng và sông Ninh Cơ. Mở rộng khẩu diện cống để tăng lưu lượng lấy nước trong thời đoạn mực nước sông thuận lợi. Kiên cố hóa kênh chính và kênh cấp 1 bằng bê tông giảm tổn thất thấm từ 20 đến 30%. Xây dựng thêm trạm bơm dã chiến dự phòng tại các vùng cao địa hình khó lấy nước tự chảy. Nâng cao đê biển và đê sông đảm bảo ngăn mặn trong điều kiện nước biển dâng 30cm đến năm 2050. Lắp đặt hệ thống quan trắc tự động mực nước và độ mặn tại các điểm xung yếu để chủ động vận hành.

4.2. Giải pháp phi công trình và quản lý tài nguyên nước thích ứng

Chuyển đổi một phần diện tích lúa sang cây trồng cạn có nhu cầu nước thấp hơn tại vùng cao địa hình. Áp dụng kỹ thuật tưới ngập khô xen kẽ AWD cho toàn bộ diện tích lúa giảm lượng nước tưới đáng kể. Điều chỉnh lịch thời vụ né tránh thời kỳ cao điểm thiếu nước. Tăng cường năng lực dự báo khí tượng thủy văn để vận hành công trình tối ưu. Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa và cống đầu mối theo mùa vụ. Đào tạo cán bộ quản lý thủy lợi về phương pháp tưới tiết kiệm nước và thích ứng biến đổi khí hậu. Hợp tác liên vùng quản lý nguồn nước sông Hồng đảm bảo an ninh nước cho toàn đồng bằng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy nông Xuân Thủy nằm ở phía Nam tỉnh Nam Định, bao gồm 39 xã và 3 thị trấn thuộc hai huyện Xuân Trường và Giao Thủy với tổng diện tích tự nhiên đạt 35.376,62 ha. Trong đó, diện tích đất canh tác nông nghiệp chiếm hơn 16.331 ha cùng 1.843,41 ha diện tích nuôi trồng thủy sản nước ngọt. Hệ thống đóng vai trò huyết mạch trong việc bảo đảm an ninh lương thực và phát triển kinh tế cho hơn 355.000 người dân địa phương. Tuy nhiên, toàn bộ vùng tưới đang đối mặt với nguy cơ thiếu hụt nguồn nước nghiêm trọng do tác động kép của biến đổi khí hậu toàn cầu và hiện tượng xâm nhập mặn. Nguồn nước cấp từ sông Hồng và sông Ninh Cơ suy giảm mạnh trong mùa cạn, trong khi nước biển dâng đã đẩy ranh giới mặn 1 phần nghìn lấn sâu hơn 30 km từ cửa Ba Lạt vào nội đồng, làm suy giảm thời gian lấy nước của các cống đầu mối.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá định lượng tác động của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước tưới nông nghiệp trên toàn hệ thống ở giai đoạn hiện tại và tương lai đến năm 2020. Dựa trên chuỗi dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn nhiều năm kết hợp cùng kịch bản biến đổi khí hậu trung bình B2, luận văn xác định mức độ thiếu hụt nguồn nước của từng tiểu vùng canh tác. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp cơ sở khoa học chính xác giúp nâng cao hiệu quả tưới tiêu cho 13.900 ha lúa đông xuân, giảm thiểu rủi ro thiệt hại kinh tế do hạn mặn, đồng thời bảo vệ hạ tầng 1.082 km kênh mương tưới tiêu trước những biến động thời tiết cực đoan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết cân bằng nước hệ thống thủy lợi kết hợp phương pháp Penman-Monteith theo tiêu chuẩn của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc để tính toán nhu cầu bốc thoát hơi nước của cây trồng. Khung nghiên cứu tích hợp kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình B2 do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2012, phản ánh mức tăng nhiệt độ từ 0,5°C đến 1,2°C và sự biến thiên lượng mưa tại khu vực đồng bằng Bắc Bộ. Các khái niệm khoa học then chốt bao gồm hệ số cây trồng qua từng thời kỳ sinh trưởng, tần suất mưa thiết kế phục vụ tưới tiêu P=85%, cùng ngưỡng chịu mặn 1 phần nghìn đối với cây lúa nước. Mô hình phân bổ dòng chảy được thiết lập nhằm xác định tương quan giữa nhu cầu sử dụng nước đa mục tiêu cho trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, sinh hoạt, công nghiệp với khả năng lấy nước qua các cống đầu mối ven sông Hồng và sông Ninh Cơ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng toàn bộ chuỗi số liệu quan trắc khí tượng 21 năm liên tục từ năm 1992 đến năm 2012 từ trạm khí tượng Văn Lý về nhiệt độ, độ ẩm, lượng bốc hơi, vận tốc gió, số giờ nắng và trạm Xuân Thủy về lượng mưa. Dữ liệu thủy văn bao gồm chuỗi mực nước sông quan trắc từng giờ trong 15 năm tại trạm Ba Lạt và số liệu nồng độ mặn quan trắc tại các cống chính của Công ty Khai thác công trình thủy lợi Xuân Thủy. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu theo chuỗi dữ liệu lịch sử hoàn chỉnh kết hợp chọn năm điển hình khí văn ứng với tần suất thiết kế P=85%, xác định năm 2007 có lượng mưa 1.296,9 mm là năm điển hình tính toán. Luận văn sử dụng phần mềm FFC2008 để vẽ đường tần suất lý luận theo phương pháp mô-men, kết hợp mô hình CROPWAT 8.0 nhằm phân tích chính xác nhu cầu nước của từng loại cây trồng. Phương pháp này được lựa chọn nhờ độ tin cậy quốc tế cao, khả năng mô phỏng chi tiết độ ẩm đất và tối ưu hóa lịch tưới cho 7 tiểu lưu vực có đặc điểm thổ nhưỡng khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Biến đổi khí hậu theo kịch bản B2 làm gia tăng nhiệt độ trung bình năm lên khoảng 24,1°C vào năm 2020, kéo theo tổng lượng bốc hơi mặt ruộng tăng từ 5% đến 8%, khiến nhu cầu nước tưới của 13.900 ha lúa vụ Đông Xuân tăng thêm khoảng 45 m3/ha đến 60 m3/ha so với giai đoạn nền.

Tình trạng xâm nhập mặn diễn biến đặc biệt gay gắt trong vụ Đông Xuân. Nồng độ mặn cao nhất quan trắc được tại cống Ngô Đồng lên tới 26,5 phần nghìn vào năm 2010 và 23,5 phần nghìn vào năm 2011; tại cống số 7 mặn đạt 7,9 phần nghìn. Mặn xâm nhập sâu khiến thời gian mở cống lấy nước tưới bị rút ngắn nghiêm trọng, các cống Cồn Nhì, Cồn Tư, Cồn Năm hầu như bị tê liệt, trong khi cống Ngô Đồng và Cát Xuyên chỉ mở được từ 2 đến 30 giờ trong suốt đợt lấy nước đổ ải.

Sự mất cân bằng nước cục bộ xảy ra sâu sắc tại các vùng hạ lưu. Lưu vực Cát Xuyên - Láng với diện tích 2.691,95 ha và Ngô Đồng - Cồn Giữa với diện tích 3.126,12 ha phải chịu tải tăng vọt do phải tiếp nước bổ sung cho toàn bộ hơn 10.000 ha đất canh tác của huyện Giao Thủy khi các nguồn lấy nước tại chỗ bị nhiễm mặn hoàn toàn.

Áp lực cạnh tranh nguồn nước phi nông nghiệp gia tăng nhanh chóng khi dân số nông thôn dự kiến đạt 364.000 người vào năm 2020 và diện tích hai khu công nghiệp lớn là Xuân Trường và Xuân Kiên mở rộng lên 683 ha với tỷ lệ lấp đầy 100%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân trực tiếp dẫn tới tình trạng thiếu hụt nước bắt nguồn từ việc hạ thấp mực nước mùa kiệt trên dòng chính sông Hồng, khi mực nước tại Hà Nội có thời điểm xuống mức 0,22 m và sông Đào tại Nam Định xuống -0,62 m, kết hợp hiện tượng bồi lắng nghiêm trọng tại cửa Mom Rô khiến lưu lượng phân chia từ sông Hồng vào sông Ninh Cơ chỉ đạt 5% đến 7%. Bên cạnh đó, hệ thống công trình đầu mối xây dựng từ những năm 1960 bằng vật liệu địa phương đã xuống cấp nứt gãy nặng nề, lòng dẫn bị bồi lấp khiến khả năng lấy nước tự chảy suy giảm trên 40%. Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các báo cáo của Ngân hàng Thế giới về nguy cơ tổn thất từ 10% đến 15% sản lượng cây trồng ven biển do xâm nhập mặn.

Dữ liệu tính toán cân bằng nước và độ mặn theo tháng được trực quan hóa hiệu quả qua các biểu đồ cột so sánh tương quan nhu cầu nước giữa kịch bản nền và kịch bản B2, kết hợp bảng cân bằng nước chi tiết cho 7 tiểu lưu vực tưới nhằm làm căn cứ điều hành đóng mở cống linh hoạt.

Đề xuất và khuyến nghị

Nâng cấp và cải tạo các công trình đầu mối trọng điểm: Tiến hành nạo vét khơi thông luồng dẫn, xây mới cống Hạ Miêu I và nâng cấp các cống Ngô Đồng, cống Kẹo, cống Chúa nhằm mở rộng khẩu độ lấy nước từ 10% đến 25%, bảo đảm lưu lượng cấp nước tối thiểu đạt 45 m3/s trong mùa kiệt, thực hiện trong giai đoạn 2016-2020 dưới sự chỉ đạo của Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Nam Định.

Kiên cố hóa đồng bộ hệ thống kênh mương tưới tiêu: Trát bê tông và gia cố mái kè cho 244 km kênh cấp 1 cùng 838 km kênh cấp 2, giảm thiểu tổn thất nước do thấm lọc từ 25% xuống dưới 10%, hoàn thành vào năm 2022 do Ủy ban nhân dân hai huyện Xuân Trường, Giao Thủy chủ trì phối hợp cùng Công ty TNHH Một thành viên Khai thác công trình thủy lợi Xuân Thủy.

Chuyển đổi cơ cấu cây trồng và lịch thời vụ thông minh: Giảm tỷ lệ giống lúa dài ngày, đẩy mạnh gieo trồng các loại cây màu cạn có giá trị kinh tế cao và nhu cầu nước thấp như lạc đông xuân lên 820 ha và đậu tương thu đông lên 830 ha vào năm 2020, tiết kiệm từ 15% đến 20% lượng nước mặt ruộng, do Phòng Nông nghiệp các địa phương hướng dẫn thực hiện hàng năm.

Thiết lập mạng lưới quan trắc mặn tự động và vận hành cống linh hoạt: Lắp đặt 8 trạm đo độ mặn tự động liên tục trên sông Hồng và sông Ninh Cơ, áp dụng quy trình đóng mở cống tự động theo ngưỡng mặn cho phép dưới 1 phần nghìn, giảm 35% rủi ro xâm nhập mặn vào nội đồng, hoàn thành trước năm 2018 do Chi cục Thủy lợi Nam Định quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Cán bộ quản lý và kỹ sư tại các công ty khai thác công trình thủy lợi: Tiếp cận phương pháp ứng dụng mô hình CROPWAT 8.0 để tính toán chính xác nhu cầu nước tưới và lập lịch vận hành đóng mở cống hợp lý cho hơn 16.000 ha đất canh tác trong mùa kiệt khi độ mặn ngoài sông vượt ngưỡng 1 phần nghìn.

Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách nông nghiệp: Sử dụng số liệu dự báo theo kịch bản B2 để xây dựng quy hoạch phát triển thủy lợi, định hướng chuyển đổi cơ cấu cây trồng thích ứng biến đổi khí hậu giai đoạn 2020-2030 cho các vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ.

Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Thủy văn và Kỹ thuật Tài nguyên nước: Tham khảo khung lý thuyết cân bằng nước kết hợp chuỗi số liệu quan trắc 21 năm làm tài liệu phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu mô hình hóa dòng chảy và thủy văn công trình.

Chính quyền địa phương hai huyện Xuân Trường và Giao Thủy: Căn cứ vào các số liệu đánh giá hiện trạng 1.082 km kênh mương để xây dựng phương án bố trí vốn đầu tư công, đồng thời kiên quyết xử lý tình trạng lấn chiếm hành lang bảo vệ công trình thủy lợi trên địa bàn 39 xã và 3 thị trấn.

Câu hỏi thường gặp

Biến đổi khí hậu làm gia tăng nhu cầu nước tưới nông nghiệp tại Xuân Thủy như thế nào? Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5°C đến 1,2°C khiến lượng bốc hơi mặt ruộng tăng từ 5% đến 8%. Do đó, tổng nhu cầu nước tưới cho 13.900 ha lúa vụ Đông Xuân tăng thêm từ 45 m3/ha đến 60 m3/ha. Lượng mưa vụ kiệt suy giảm càng làm gia tăng tình trạng thiếu nước cục bộ.

Tại sao hiện tượng xâm nhập mặn lại là thách thức lớn nhất đối với việc cấp nước tại vùng nghiên cứu? Mực nước sông Hồng mùa cạn xuống thấp kỷ lục khiến thủy triều đẩy mặn sâu 30 km từ cửa Ba Lạt. Độ mặn tại cống Ngô Đồng từng chạm ngưỡng 26,5 phần nghìn, vượt xa mức chịu mặn 1 phần nghìn của cây trồng, buộc các cống phải đóng chặt nhiều ngày trong giai đoạn ngả ải.

Mô hình CROPWAT 8.0 đóng vai trò gì trong việc tính toán cân bằng nước của luận văn? Mô hình CROPWAT 8.0 giúp chuẩn hóa việc tính toán bốc thoát hơi nước tham chiếu và nhu cầu nước thực tế cho từng loại cây trồng theo tiêu chuẩn FAO. Phần mềm xử lý chuỗi số liệu 21 năm khí tượng để tối ưu hóa lịch tưới cho 7 tiểu lưu vực trong mọi kịch bản thời tiết.

Hệ thống hạ tầng thủy nông Xuân Thủy đang gặp những rào cản kỹ thuật chính nào? Nhiều công trình đầu mối xây dựng từ những năm 1960 bằng gạch đá vôi đã bị nứt vỡ, rò rỉ và bồi lấp nghiêm trọng. Đồng thời, hơn 1.082 km kênh mương cấp 1 và cấp 2 bị thu hẹp mặt cắt ngang, sạt lở bờ kênh do tác động của dòng chảy và xâm phạm hành lang bảo vệ.

Giải pháp phi công trình nào mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí nhất? Giải pháp nổi bật nhất là bố trí giống lúa ngắn ngày và mở rộng diện tích cây màu vụ đông như 820 ha lạc, 830 ha đậu tương. Kết hợp với việc đo mặn tự động trước khi lấy nước giúp giảm thiểu 20% lượng nước tiêu hao và hạn chế tối đa rủi ro ngộ độc mặn.

Kết luận

• Xác định rõ biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm gia tăng từ 5% đến 8% nhu cầu nước tưới nông nghiệp trên toàn hệ thống thủy nông Xuân Thủy.
• Đánh giá toàn diện hiện trạng hạn mặn với nồng độ mặn cực đại đo được đạt 26,5 phần nghìn, làm suy giảm nghiêm trọng số giờ mở cống lấy nước mùa kiệt.
• Ứng dụng thành công mô hình CROPWAT 8.0 và chuỗi số liệu 21 năm khí tượng để tính toán chi tiết cân bằng nước cho 7 tiểu lưu vực đến năm 2020.
• Đề xuất đồng bộ các nhóm giải pháp công trình như nâng cấp cống đầu mối, kiên cố hóa 1.082 km kênh mương kết hợp giải pháp phi công trình như chuyển đổi cây trồng và đo mặn tự động.
• Khuyến nghị triển khai ngay các giải pháp trong giai đoạn 2016-2020 nhằm bảo đảm an ninh nguồn nước và phát triển nông nghiệp bền vững cho 35.376,62 ha diện tích tự nhiên của vùng.

Các cơ quan quản lý và đơn vị khai thác thủy lợi hãy tham khảo và ứng dụng ngay kết quả nghiên cứu này vào công tác lập kế hoạch điều hành nguồn nước để chủ động ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 1. Các nghiên cứu Biến đổi khí hậu ở nước ngoài Hiện nay khái niệm “biến đổi khí hậu” và sự nóng lên toàn cầu không còn xa lạ nữa, ngược lại nó được nhìn nhận như là sự tiềm ẩn của nhiều nguy cơ do hậu quả tác động của nó. Nhiệt độ toàn cầu gia tăng cùng với sự thay đổi trong phân bố năng lượng trên bề mặt Trái đất và bầu khí quyển đã dẫn đến sự biến đổi của các hệ thống hoàn lưu khí quyển và đại dương mà hậu quả của nó là sự biến đổi các cực trị thời tiết và khí hậu.

Nhiều bằng chứng đã chứng tỏ rằng, thiên tai và các hiện tượng cực đoan có nguồn gốc khí tượng ngày càng gia tăng ở nhiều vùng trên Trái đất mà nguyên nhân của nó là do sự biến đổi bất thường của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan. Điều đó đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của cộng đồng các nhà khoa học trên thế giới. Một cách tương đối có thể phân chia các công trình nghiên cứu này thành ba hướng: ● Nghiên cứu xu thế biến đổi và tính biến động của các hiện tượng thời tiết và khí hậu cực đoan trong mối liên hệ với sự biến dổi khí hậu dựa trên số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng. ● Nghiên cứu ứng dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và khu vực để mô phỏng khí hậu hiện tại, qua đó đánh giá khả năng nắm bắt các hiện tượng khí hậu cực đoan của các mô hình.

● Nghiên cứu dự báo hạn mùa (season forecasting) và dự tính (projection) khả năng xuất hiện các hiện tượng khí hậu cực đoan trong tương lai với các qui mô thời gian khác nhau. Xét trên quy mô toàn cầu, số ngày đông giá giảm đi ở hầu khắp các vùng vĩ độ trung bình, số ngày cực nóng (10% số ngày hoặc đêm nóng nhất) tăng lên và số ngày cực lạnh (10% số ngày hoặc đêm lạnh nhất) giảm đi. Nhiều bằng chứng đã chứng tỏ tần suất và thời gian hoạt động của sóng nóng tăng lên ở nhiều địa phương khác nhau nhất là thời kỳ đầu của nửa cuối thế kỷ 20. Hiện tượng ENSO và tính dao động thập kỷ được cho là nguyên nhân gây nên sự biến động trong số lượng xoáy thuận nhiệt đới, dẫn đến sự phân bố lại số lượng và quỹ đạo của chúng.

Chẳng hạn, trong thời kỳ 1995 – 2005 đã có 9 năm trong đó số lượng bão ở Bắc Đại Tây Dương đã vượt quá chuẩn so với thời kỳ 1981 – 2000. Hạn hán nặng hơn và kéo dài hơn đã được quan trắc thấy trên nhiều vùng khác nhau với phạm vi rộng lớn hơn, đặc biệt ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới từ sau những năm 1970. Nền nhiệt độ cao và giáng thủy giảm trên các vùng lục địa là một trong những nguyên nhân của hiện tượng này. 5 Mặc dù rất khó khăn để đánh giá sự biến đổi và xu thế của những cực trị khí hậu, Kattenberg và cộng sự (1996) đã kêt luận rằng xu thế ấm lên sẽ dẫn đến làm tăng những hiện tượng liên quan đến nhiệt độ cao trong thời kỳ mùa hè và làm giảm những hiện tương lên quan đến nhiệt độ thấp trong những ngày mùa đông.

Tuy nhiên, sự tăng lên của các cực trị nhiệt độ là khác nhau đối với từng khu vực. Bonsal va cộng sự (2001) đã phân tích sự biến đổi theo không gian và thời gian của nhiệt độ cực trị ở Canada trong thời kỳ 1950 – 1998 và thấy rằng có sự khác biệt lớn giữa các khu vực theo mùa.