Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu, xuất phát từ sự gia tăng lượng khí thải nhà kính, được xem là một trong những thách thức lớn nhất của thế kỷ 21, ảnh hưởng sâu rộng đến các hiện tượng thời tiết và thủy văn trên toàn cầu. Tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền Trung, biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ các hiện tượng thiên tai như bão, lũ lụt và hạn hán, gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và xã hội. Lưu vực sông Lại Giang, tỉnh Bình Định, với diện tích 1.466 km² và chiều dài 85 km, là con sông lớn thứ hai của tỉnh, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội khu vực phía Bắc Bình Định. Tuy nhiên, lưu vực này cũng thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai, đặc biệt là ngập lụt và hạn hán, gây thiệt hại lớn cho người dân và cơ sở hạ tầng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá tác động của việc xây dựng hồ chứa nước Đồng Mít và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy hạ du sông Lại Giang. Nghiên cứu tập trung vào mô phỏng dòng chảy trong các kịch bản khác nhau, từ đó cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý nguồn nước, phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại lưu vực. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực sông Lại Giang từ thượng nguồn đến cầu Bồng Sơn, thị trấn Bồng Sơn, huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định, với dữ liệu thu thập từ năm 1995 đến 2014.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp thông tin chính xác về sự biến đổi dòng chảy do tác động của hồ Đồng Mít và biến đổi khí hậu, giúp các cơ quan quản lý nhà nước và phòng chống thiên tai chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại và xây dựng các giải pháp thích ứng hiệu quả. Đồng thời, kết quả nghiên cứu góp phần vào việc quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường tại khu vực hạ du sông Lại Giang.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

  1. Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động thủy văn: Dựa trên các báo cáo của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) và các nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến lượng mưa, nhiệt độ và dòng chảy sông ngòi. Các khái niệm chính bao gồm: biến đổi khí hậu toàn cầu, kịch bản RCP (Representative Concentration Pathways), tác động đến chu trình thủy văn, và các hiện tượng cực đoan như lũ lụt và hạn hán.

  2. Mô hình thủy văn phân bố MIKE SHE: Đây là mô hình thủy văn vật lý phân bố, mô phỏng toàn bộ quá trình thủy văn lưu vực bao gồm mưa, bốc hơi, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, và dòng chảy trong sông. MIKE SHE được phát triển dựa trên mô hình SHE ban đầu, có khả năng mô phỏng chi tiết các thành phần thủy văn và tương tác giữa chúng. Các khái niệm chính trong mô hình bao gồm: dòng chảy vùng không bão hòa, dòng chảy vùng bão hòa, dòng chảy mặt, bốc hơi thực tế, và mô hình kết nối MIKE 11 cho dòng chảy trong sông.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng được sử dụng gồm: lưu lượng dòng chảy trung bình, hệ số Nash-Sutcliffe (R²) để đánh giá độ chính xác mô hình, kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5, và các chỉ số khí tượng thủy văn như lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ 10 trạm đo mưa và trạm đo lưu lượng An Hòa trong giai đoạn 1995-2014, dữ liệu địa hình số (DEM), bản đồ sử dụng đất và đất đai, cùng các số liệu về tài nguyên nước và dân số tại lưu vực sông Lại Giang. Dữ liệu được thu thập từ các dự án quy hoạch và các cơ quan quản lý địa phương.

Phương pháp phân tích chính là mô hình hóa thủy văn sử dụng phần mềm MIKE SHE, kết hợp với mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy trong sông. Quá trình nghiên cứu gồm các bước: xây dựng mô hình thủy văn cho lưu vực, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực đo tại trạm An Hòa (cỡ mẫu 8 năm cho hiệu chỉnh và 8 năm cho kiểm định), sau đó mô phỏng dòng chảy trong các kịch bản tác động của hồ Đồng Mít và biến đổi khí hậu.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 1995 đến 2014 cho dữ liệu nền, với các kịch bản biến đổi khí hậu dự báo đến năm 2065 theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Phương pháp thống kê khách quan và phân tích trường hợp điển hình được sử dụng để đánh giá kết quả mô phỏng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE SHE đạt độ chính xác cao: Hệ số Nash-Sutcliffe (R²) đạt 0,82 trong giai đoạn hiệu chỉnh (1996-2002) và 0,78 trong giai đoạn kiểm định (2003-2009), cho thấy mô hình mô phỏng dòng chảy tại trạm An Hòa rất phù hợp với số liệu thực đo. Lưu lượng dòng chảy trung bình năm tại trạm An Hòa là khoảng 30,19 m³/s, tương ứng với tổng lượng dòng chảy năm 952,1 triệu m³.

  2. Ảnh hưởng của hồ chứa Đồng Mít đến dòng chảy hạ du: Mô phỏng cho thấy việc vận hành hồ Đồng Mít với dung tích khoảng 89,8 triệu m³ sẽ làm giảm lưu lượng dòng chảy trung bình tháng tại các trạm hạ du như An Hòa, Lại Giang 1 và Lại Giang 3, đặc biệt trong mùa lũ. Ví dụ, lưu lượng trung bình tháng tại trạm An Hòa giảm khoảng 10-15% trong các tháng mùa mưa khi hồ vận hành.

  3. Tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Lại Giang: Theo kịch bản RCP4.5, nhiệt độ tại Bình Định dự kiến tăng từ 0,9 đến 2,0°C và lượng mưa tăng từ 10,9% đến 30,8% trong giai đoạn 2046-2065. Mô phỏng dòng chảy cho thấy tổng lượng dòng chảy trung bình năm có xu hướng tăng, nhưng phân bố theo mùa thay đổi rõ rệt, với mùa mưa có lượng dòng chảy tăng mạnh, còn mùa khô có thể giảm nhẹ, làm tăng nguy cơ ngập lụt và hạn hán xen kẽ.

  4. Tình trạng ngập lụt và thiệt hại do lũ tại lưu vực: Các trận lũ lớn trong các năm 1987, 1999, 2003, 2005, 2013 và 2016 đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, với tổng thiệt hại vật chất lên đến hàng trăm tỷ đồng. Lũ chính vụ chiếm khoảng 87% số trận lũ hàng năm, thường xảy ra vào tháng 10 và 11, trùng với mùa bão.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự biến đổi dòng chảy là do sự kết hợp giữa tác động của hồ chứa Đồng Mít và biến đổi khí hậu làm thay đổi lượng mưa và nhiệt độ trong lưu vực. Việc xây dựng hồ chứa nhằm mục đích điều tiết nước, giảm thiểu lũ lụt và cung cấp nước cho mùa khô, tuy nhiên cũng làm giảm lưu lượng dòng chảy hạ du trong mùa mưa, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sinh hoạt của người dân.

So sánh với các nghiên cứu tương tự trong khu vực miền Trung, kết quả mô phỏng phù hợp với xu hướng chung về tác động của biến đổi khí hậu và các công trình thủy lợi đến chế độ dòng chảy. Việc sử dụng mô hình MIKE SHE cho phép mô phỏng chi tiết và chính xác các thành phần thủy văn, hỗ trợ hiệu quả cho công tác quy hoạch và quản lý nguồn nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ dòng chảy trung bình tháng trước và sau khi xây dựng hồ Đồng Mít, biểu đồ biến đổi nhiệt độ và lượng mưa theo kịch bản RCP, cũng như bảng tổng hợp thiệt hại do lũ tại các huyện trong lưu vực. Những biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng sự thay đổi dòng chảy và tác động của các yếu tố nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng quy trình vận hành hồ Đồng Mít hợp lý nhằm cân bằng giữa mục tiêu điều tiết lũ và cung cấp nước mùa khô, giảm thiểu tác động tiêu cực đến dòng chảy hạ du. Thời gian thực hiện: ngay sau khi hồ đi vào vận hành; Chủ thể: Ban quản lý dự án và Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn Bình Định.

  2. Tăng cường giám sát và cập nhật dữ liệu khí tượng thủy văn tại lưu vực sông Lại Giang để nâng cao độ chính xác mô hình và dự báo dòng chảy, phục vụ công tác phòng chống thiên tai. Thời gian: liên tục hàng năm; Chủ thể: Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh Bình Định.

  3. Phát triển hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt và hạn hán dựa trên mô hình thủy văn và dữ liệu thực tế, giúp người dân và chính quyền địa phương chủ động ứng phó. Thời gian: trong vòng 2 năm; Chủ thể: Ban chỉ huy Phòng chống thiên tai tỉnh và các huyện trong lưu vực.

  4. Xây dựng kế hoạch quy hoạch sử dụng đất và phát triển kinh tế bền vững tại lưu vực, hạn chế tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và công trình thủy lợi đến môi trường và đời sống dân cư. Thời gian: 3-5 năm; Chủ thể: Sở Kế hoạch và Đầu tư, Sở Tài nguyên và Môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch ứng phó thiên tai hiệu quả tại lưu vực sông Lại Giang.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, biến đổi khí hậu: Tham khảo phương pháp mô hình hóa MIKE SHE và kết quả mô phỏng để phát triển các nghiên cứu tương tự hoặc mở rộng phạm vi nghiên cứu.

  3. Nhà đầu tư và quản lý dự án thủy lợi: Đánh giá tác động của các công trình thủy lợi như hồ Đồng Mít đến dòng chảy và môi trường, từ đó điều chỉnh thiết kế và vận hành phù hợp.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực môi trường và phát triển bền vững: Nắm bắt thông tin về tác động biến đổi khí hậu và công trình thủy lợi để tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường và nâng cao nhận thức cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hồ Đồng Mít có ảnh hưởng như thế nào đến dòng chảy sông Lại Giang?
    Việc xây dựng và vận hành hồ Đồng Mít làm giảm lưu lượng dòng chảy trung bình tháng tại hạ du, đặc biệt trong mùa mưa, giúp điều tiết lũ nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và sinh thái vùng hạ du.

  2. Biến đổi khí hậu tác động ra sao đến lưu vực sông Lại Giang?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ từ 0,9 đến 2,0°C và lượng mưa từ 10,9% đến 30,8% theo kịch bản RCP4.5, gây biến động lớn về dòng chảy, tăng nguy cơ ngập lụt và hạn hán xen kẽ.

  3. Mô hình MIKE SHE có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE SHE là mô hình thủy văn vật lý phân bố, mô phỏng chi tiết các thành phần thủy văn như mưa, bốc hơi, dòng chảy mặt và ngầm, giúp đánh giá chính xác tác động của công trình và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực.

  4. Làm thế nào để giảm thiểu thiệt hại do lũ tại lưu vực sông Lại Giang?
    Cần xây dựng quy trình vận hành hồ chứa hợp lý, tăng cường hệ thống cảnh báo sớm, cải thiện cơ sở hạ tầng phòng chống lũ và quy hoạch sử dụng đất phù hợp để giảm thiểu thiệt hại.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các lưu vực khác không?
    Phương pháp mô hình hóa và phân tích tác động biến đổi khí hậu có thể áp dụng cho các lưu vực tương tự, giúp các địa phương khác xây dựng kế hoạch quản lý nguồn nước và phòng chống thiên tai hiệu quả.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công mô hình thủy văn MIKE SHE cho lưu vực sông Lại Giang với độ chính xác cao (R² đạt 0,82 và 0,78 trong hiệu chỉnh và kiểm định).
  • Việc xây dựng hồ chứa Đồng Mít có tác động rõ rệt đến dòng chảy hạ du, giảm lưu lượng trong mùa mưa, góp phần điều tiết lũ và cung cấp nước mùa khô.
  • Biến đổi khí hậu dự kiến làm tăng nhiệt độ và lượng mưa, gây biến động lớn về dòng chảy, làm gia tăng nguy cơ thiên tai tại lưu vực.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho công tác quản lý nguồn nước, phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại Bình Định.
  • Đề xuất các giải pháp vận hành hồ chứa, giám sát khí tượng thủy văn, cảnh báo sớm và quy hoạch phát triển nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý được khuyến nghị áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý lưu vực sông Lại Giang, đồng thời tiếp tục cập nhật và mở rộng nghiên cứu trong tương lai nhằm ứng phó kịp thời với các thách thức ngày càng gia tăng.