Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Nam Định là trọng điểm sản xuất nông nghiệp tại vùng châu thổ sông Hồng với tổng diện tích đất tự nhiên đạt 167.136 ha, trong đó đất canh tác lúa nước chiếm tới 85.867 ha. Ngành nông nghiệp giữ vai trò xương sống trong việc bảo đảm sinh kế khi có trên 81% dân số nông thôn phụ thuộc trực tiếp vào nghề trồng lúa trong tổng số hơn 1,93 triệu dân toàn tỉnh. Sở hữu 72 km đường bờ biển cùng mạng lưới sông ngòi tự nhiên dài 519 km và hơn 1.130 km kênh mương nội đồng, Nam Định đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu toàn cầu. Hiện tượng nước biển dâng, bão lũ bất thường, hạn hán kéo dài và xâm nhập mặn với nồng độ mặn 1‰ lấn sâu từ 30 km đến 50 km vào nội đồng đã và đang đe dọa trực tiếp đến an ninh lương thực địa phương.

Trước thực trạng đó, nghiên cứu được thực hiện nhằm định lượng hóa mức độ tác động và tính toán chỉ số tổn thương đối với sản xuất lúa nước trên địa bàn tỉnh Nam Định. Mục tiêu cụ thể là xây dựng bộ tiêu chí đánh giá khoa học, phân tích tác động khí hậu đến nhu cầu nước tưới, ngập lụt và xâm nhập mặn, từ đó so sánh mức độ tổn thương giữa 3 tiểu vùng sinh thái thủy lợi bao gồm Bắc Nam Định, Trung Nam Định và Nam Nam Định trong giai đoạn hiện trạng năm 2010 và dự báo đến năm 2020. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp luận cứ khoa học để tối ưu hóa việc quản lý 261 cống qua đê và 788 trạm bơm điện các loại, góp phần hạn chế sự suy giảm năng suất lúa vốn dao động mạnh từ 30,1 tạ/ha đến 82,5 tạ/ha giữa các vụ sản xuất và các vùng sinh thái.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng khung lý thuyết đánh giá tính dễ bị tổn thương do Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu xây dựng, biểu diễn tính tổn thương là một hàm số toán học phụ thuộc vào ba thành phần cốt lõi: Độ phơi nhiễm, Độ nhạy cảm và Khả năng thích ứng. Khung phân tích này kết hợp chặt chẽ với mô hình tổn thương hệ thống tự nhiên - xã hội của Cutter cùng các chỉ số môi trường từ Ủy ban Khoa học Địa cầu Thái Bình Dương.

Hệ thống khái niệm chính được vận dụng trong nghiên cứu bao gồm:

  • Tính dễ bị tổn thương: Mức độ mà hệ thống sản xuất lúa nước dễ bị ảnh hưởng hoặc không có khả năng ứng phó trước các tác động bất lợi của thời tiết cực đoan.
  • Độ phơi nhiễm: Bản chất và cường độ của các hiện tượng khí hậu như bão, mưa lớn cực đoan 5 ngày max, hạn hán và nước biển dâng 12 cm tác động lên địa bàn.
  • Độ nhạy cảm: Các đặc tính nội tại về thổ nhưỡng, cơ cấu giống lúa và tỷ lệ lao động nông nghiệp làm gia tăng mức độ thiệt hại khi xảy ra thiên tai.
  • Khả năng thích ứng: Năng lực của hệ thống công trình thủy lợi, đê điều và các chính sách quản lý nông nghiệp nhằm giảm thiểu rủi ro khí hậu.
  • Kịch bản biến đổi khí hậu B2: Kịch bản phát thải khí nhà kính ở mức trung bình được Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố áp dụng cho khu vực đồng bằng Bắc Bộ đến năm 2020.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập toàn diện từ chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn giai đoạn 2001 - 2011 tại các trạm khí tượng Phủ Lý, Nam Định cùng hệ thống các trạm thủy văn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Dữ liệu địa hình lòng dẫn, cao trình đê điều, số liệu kinh tế - xã hội và diện tích gieo cấy lúa được tổng hợp đồng bộ từ Niên giám thống kê của 10 huyện, thành phố trên toàn tỉnh.

Phương pháp chọn mẫu nghiên cứu được thực hiện theo nguyên tắc phân vùng chức năng thủy lợi, chia toàn bộ địa bàn tỉnh thành 3 tiểu vùng đại diện cho 5 hệ thống thủy nông: Vùng Bắc Nam Định thuộc hệ thống Bắc Nam Hà (tưới tiêu bằng động lực với 5 trạm bơm lớn công suất trên 29.000 m3/h); Vùng Trung Nam Định thuộc hệ thống Nam Ninh và Nghĩa Hưng (kết hợp tự chảy và động lực); Vùng Nam Nam Định thuộc hệ thống Hải Hậu và Xuân Thủy (hoàn toàn tự chảy theo thủy triều).

Phương pháp mô hình hóa sử dụng bộ phần mềm thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy một chiều, lan truyền độ mặn trên 4 trục sông chính gồm sông Hồng, sông Đào, sông Đáy, sông Ninh Cơ và tính toán ngập úng với kịch bản mưa thiết kế 5 ngày max. Phương pháp xử lý thống kê áp dụng kỹ thuật chuẩn hóa trị số thành phần không thứ nguyên về thang điểm từ 0 đến 1 và phương pháp trọng số cân bằng để tích hợp 19 biến thành phần của độ phơi nhiễm, 17 biến thành phần của độ nhạy cảm cùng các biến khả năng thích ứng. Toàn bộ quy trình phân tích được thực hiện xuyên suốt theo trục thời gian từ dữ liệu cơ sở năm 2010 đến kịch bản mô phỏng tương lai năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu chỉ ra rằng tình trạng xâm nhập mặn dọc các cửa sông chính diễn ra ngày càng gay gắt. Vào mùa kiệt, ranh giới mặn 1‰ đã lấn sâu vào đất liền từ 30 km đến 50 km. Điển hình tại cống Ngô Đồng trên triền sông Hồng, độ mặn ghi nhận vào tháng 11/2010 đạt 7,5‰, tăng 44,2% so với mức 5,2‰ cùng kỳ năm 2009. Tại cống Hạ Miêu I thuộc hệ tiếp nước Xuân Thủy, độ mặn đo được đạt 2,5‰, làm tê liệt khả năng lấy nước ngọt phục vụ sản xuất vụ đông xuân và sinh hoạt của người dân.

Kết quả mô phỏng ngập úng do mưa cực đoan 5 ngày max kết hợp kịch bản nước biển dâng 12 cm năm 2020 cho thấy diện tích ngập úng có sự chênh lệch sâu sắc giữa hai kịch bản hạ tầng. Nếu giữ nguyên hiện trạng thủy lợi năm 2010, diện tích ngập sâu trên 0,5 m tại các ô tiêu thuộc Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi Nam Ninh và Xuân Thủy tăng mạnh, gây ngập úng hàng chục nghìn hecta lúa mùa. Khi hoàn thành Quy hoạch thủy lợi 2020, diện tích ngập úng trên toàn tỉnh giảm bình quân từ 25% đến 35%, giải tỏa áp lực tiêu thoát nước cho toàn bộ khu vực trũng thấp.

Đánh giá tổng hợp chỉ số tổn thương năm 2010 cho thấy sự phân hóa rõ rệt giữa các vùng. Vùng Nam Nam Định có chỉ số tổn thương cao nhất toàn tỉnh do chịu sức ép trực tiếp từ 72 km bờ biển và phụ thuộc 100% vào chế độ nhật triều để tưới tiêu. Chỉ số tổn thương của vùng Nam cao hơn vùng Bắc và vùng Trung khoảng 18% đến 22%.

Trong kịch bản năm 2020 với hiện trạng công trình 2010, chỉ số tổn thương ở cả 3 vùng đều gia tăng từ 12% đến 18% do tác động kép của nước biển dâng và biến đổi nhiệt độ, lượng mưa. Tuy nhiên, khi kịch bản Quy hoạch thủy lợi 2020 hoàn thành, chỉ số tổn thương của vùng Nam giảm mạnh từ 20% đến 30%, đưa mức độ rủi ro chung của toàn tỉnh xuống thấp hơn cả giai đoạn hiện trạng 2010.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính khiến sản xuất lúa nước Nam Định dễ bị tổn thương bắt nguồn từ địa hình bằng phẳng ven biển với cao trình thấp và sự xuống cấp nghiêm trọng của hệ thống hạ tầng thủy lợi. Toàn bộ 261 cống qua đê đã xây dựng trên 30 năm, nhiều cống từ thời kỳ trước bị nứt gãy, biến dạng thân cống và hình thành các hố xói sâu ở thượng hạ lưu. Đồng thời, 1.001,18 km kênh cấp I và 3.103,77 km kênh cấp II bị bồi lắng lòng dẫn và sạt lở mái kênh, làm giảm từ 30% đến 40% khả năng chuyển tải nước so với thiết kế ban đầu.

Khi so sánh với các nghiên cứu về tính tổn thương nông nghiệp tại châu thổ sông Hồng của các viện nghiên cứu chuyên ngành, kết quả của luận văn hoàn toàn tương đồng về quy luật xâm nhập mặn và ngập úng ven biển. Điểm vượt trội của nghiên cứu là đã lượng hóa chi tiết mức độ tổn thương theo từng hệ thống thủy nông cụ thể thay vì đánh giá chung cho toàn tỉnh.

Các kết quả nghiên cứu được minh họa trực quan thông qua chuỗi biểu đồ so sánh chỉ số độ phơi nhiễm, độ nhạy cảm, khả năng thích ứng và bản đồ số hóa không gian phân vùng ranh giới mặn 1‰, 4‰ trên các sông Đáy, sông Ninh Cơ, sông Sò. Bản đồ phân vùng tổn thương hiển thị theo dải màu phân cấp giúp các nhà quản lý nhận diện trực quan các điểm nóng rủi ro khí hậu tại từng địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Hiện đại hóa và kiên cố hóa hệ thống công trình thủy lợi đầu mối: Nâng cấp toàn bộ 261 cống dưới đê xung yếu, cải tạo 37 trạm bơm điện lớn và vừa (gồm 229 tổ máy) cùng 751 trạm bơm nhỏ cục bộ. Mục tiêu đến năm 2020 bảo đảm năng lực tưới tiêu chủ động cho 100% diện tích lúa nước (khoảng 85.867 ha) trước các đợt mưa 5 ngày max. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Nam Định phối hợp cùng 5 Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi trên địa bàn.

  2. Chuyển đổi linh hoạt cơ cấu mùa vụ và bộ giống lúa thích ứng: Rà soát và chuyển đổi khoảng 20% đến 30% diện tích đất lúa trũng thấp, thường xuyên nhiễm mặn tại các huyện Hải Hậu, Giao Thủy, Nghĩa Hưng sang canh tác các giống lúa chịu mặn (ngưỡng chịu mặn từ 2‰ đến 3‰), lúa chất lượng cao hoặc mô hình luân canh lúa - thủy sản. Mục tiêu duy trì năng suất lúa bình quân toàn tỉnh đạt 67 tạ/ha vào năm 2020. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Khuyến nông tỉnh phối hợp Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật triển khai định kỳ hàng năm giai đoạn 2015 - 2025.

  3. Nạo vét đồng bộ mạng lưới kênh mương nội đồng và giải tỏa ách tắc dòng chảy: Tổ chức nạo vét toàn diện 1.001,18 km kênh cấp I và 3.103,77 km kênh cấp II, xử lý triệt để tình trạng lấn chiếm hành lang công trình thủy lợi tại các khu dân cư. Mục tiêu gia tăng lưu lượng dẫn dòng tiêu thoát nước thêm 25% đến 35%, hoàn thành 80% khối lượng trọng điểm trước mùa bão lũ năm 2018. Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân các huyện, thành phố chỉ đạo các Hợp tác xã Nông nghiệp thực hiện.

  4. Xây dựng mạng lưới quan trắc tự động và hệ thống cảnh báo sớm xâm nhập mặn: Thiết lập bổ sung 15 trạm đo mặn tự động kết nối dữ liệu trực tuyến tại các cống lấy nước chính ven sông Hồng, sông Đáy và sông Ninh Cơ. Mục tiêu cung cấp số liệu thực đo 24/7 giúp các đơn vị vận hành đóng mở cống chính xác 100% khi độ mặn vượt ngưỡng 1‰, đưa vào vận hành chính thức từ quý II/2016. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Nam Định.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách cấp tỉnh (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban nhân dân các huyện): Luận văn cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng và bản đồ phân vùng tổn thương, giúp tích hợp chính xác các kịch bản thích ứng biến đổi khí hậu vào Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và Kế hoạch đầu tư công trung hạn cho 72 km đê biển cùng hệ thống thủy lợi.
  • Lãnh đạo và cán bộ kỹ thuật các Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi (Bắc Nam Hà, Nam Ninh, Hải Hậu, Xuân Thủy, Nghĩa Hưng): Cung cấp các thông số thủy lực mô phỏng từ mô hình MIKE 11 để xây dựng quy trình vận hành đóng mở 261 cống qua đê và điều tiết 788 trạm bơm điện linh hoạt trong các đợt triều cường, mặn xâm nhập và mưa lớn cực đoan.
  • Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Biến đổi khí hậu, Thủy văn, Quản lý tài nguyên môi trường: Cung cấp khung phương pháp luận kết hợp chuẩn hóa chỉ số IPCC với mô hình thủy lực hiện đại, làm tài liệu tham khảo giá trị để nhân rộng mô hình đánh giá tổn thương nông nghiệp cho các vùng đồng bằng ven biển khác.
  • Ban quản trị Hợp tác xã nông nghiệp và cán bộ khuyến nông cơ sở: Cung cấp thông tin thực tiễn về thời gian xâm nhập mặn và nguy cơ ngập úng tại từng tiểu vùng, giúp hướng dẫn nông dân tại hơn 85.000 ha đất canh tác điều chỉnh lịch gieo cấy vụ đông xuân và vụ mùa hợp lý nhằm bảo vệ năng suất lúa.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao vùng Nam Nam Định lại có chỉ số tổn thương do biến đổi khí hậu cao nhất tỉnh? Vùng Nam Nam Định gồm các huyện Giao Thủy, Hải Hậu, Xuân Trường tiếp giáp trực tiếp 72 km bờ biển và phụ thuộc hoàn toàn vào chế độ tự chảy theo thủy triều để tưới tiêu. Khi nước biển dâng kết hợp mùa kiệt, độ mặn 1‰ lấn sâu 30 - 50 km (đo tại cống Ngô Đồng đạt tới 7,5‰), làm tê liệt nguồn nước cấp cho hơn 26.600 ha lúa, khiến chỉ số tổn thương luôn ở mức cao nhất.

Mô hình thủy lực MIKE 11 đóng vai trò như thế nào trong nghiên cứu này? Mô hình MIKE 11 giải quyết bài toán mô phỏng thủy lực 1 chiều phức tạp trên 519 km sông chính và 261 cống qua đê tại Nam Định. Mô hình giúp lượng hóa chính xác ranh giới lan truyền mặn và diện tích ngập úng theo kịch bản mưa 5 ngày max kết hợp nước biển dâng 12 cm, cung cấp các thông số đầu vào đáng tin cậy cho việc tính toán chỉ số phơi nhiễm.

Quy hoạch thủy lợi 2020 tác động như thế nào đến khả năng giảm thiểu tính tổn thương của lúa nước? Hoàn thành Quy hoạch thủy lợi 2020 giúp nâng cấp công suất hệ thống trạm bơm điện và kiên cố hóa 1.001 km kênh cấp I cùng 3.103 km kênh cấp II. Việc cải thiện hạ tầng làm gia tăng mạnh mẽ chỉ số khả năng thích ứng, qua đó kéo giảm chỉ số tổn thương tổng thể của toàn tỉnh từ 20% đến 30% so với kịch bản giữ nguyên hiện trạng năm 2010.

Biến đổi khí hậu tác động làm chênh lệch năng suất lúa giữa các vụ trong năm ra sao? Thời tiết cực đoan gây rét đậm đầu vụ đông xuân và mưa bão, ngập úng cuối vụ mùa. Số liệu thực tế cho thấy năng suất lúa vụ mùa thường thấp hơn vụ đông xuân từ 15 đến 25 tạ/ha. Năng suất vụ mùa tại một số vùng trũng thấp có thời điểm chỉ đạt 27,6 - 30,9 tạ/ha, trong khi vụ đông xuân ổn định ở mức 57,5 - 77,4 tạ/ha.

Phương pháp chuẩn hóa chỉ số tổn thương theo khung IPCC được thực hiện như thế nào? Các biến số đầu vào có đơn vị đo khác nhau được chuẩn hóa về dải giá trị từ 0 đến 1 bằng phương pháp trị số thành phần không thứ nguyên. Dựa trên mối quan hệ giữa biến số và tính tổn thương, công thức chuẩn hóa tương ứng với trạng thái cực đại hoặc cực tiểu được áp dụng, sau đó tích hợp qua hàm số toán học để so sánh khách quan giữa các vùng.

Kết luận

  • Định lượng hóa toàn diện tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng 12 cm và hiện tượng mặn xâm nhập sâu tới 50 km đối với 85.867 ha lúa nước tỉnh Nam Định.
  • Xây dựng thành công bộ chỉ số tổn thương theo chuẩn IPCC gồm 19 biến phơi nhiễm, 17 biến độ nhạy cảm và các biến thích ứng cho 3 tiểu vùng thủy lợi.
  • Chứng minh bằng mô hình thủy lực MIKE 11 rằng việc hoàn thành Quy hoạch thủy lợi 2020 giúp kéo giảm chỉ số tổn thương toàn tỉnh từ 20% đến 30%.
  • Khẳng định tính cấp bách của việc nâng cấp 261 cống qua đê đã vận hành trên 30 năm và nạo vét hơn 4.104 km kênh mương cấp I, cấp II bị bồi lắng.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp công trình kết hợp phi công trình đồng bộ, tạo tiền đề vững chắc cho việc chuyển đổi cơ cấu giống lúa và bảo đảm an ninh lương thực.

Các giải pháp cần được khẩn trương lồng ghép vào kế hoạch hành động giai đoạn 2015 - 2020 và tầm nhìn 2030 của tỉnh. Độc giả, các nhà quản lý nông nghiệp và các nhà khoa học hãy cùng chung tay ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn để bảo vệ và phát triển bền vững ngành sản xuất lúa nước Nam Định trước thách thức của biến đổi khí hậu.