Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất đối với môi trường và phát triển bền vững toàn cầu trong vài thập kỷ qua. Tại Việt Nam, đặc biệt là lưu vực sông Đắk B’la, tỉnh Kon Tum, biến đổi khí hậu được dự báo sẽ gây ra những tác động sâu rộng đến tài nguyên nước và các công trình thủy điện. Lưu vực sông Đắk B’la có diện tích khoảng 3.507 km², với hệ thống sông ngòi dày đặc và nhiều hồ chứa thủy điện quan trọng, đóng vai trò thiết yếu trong phát triển kinh tế - xã hội địa phương. Tuy nhiên, hiện tượng bồi lắng lòng hồ do xói mòn đất đang là vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu quả vận hành các công trình thủy điện.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là ứng dụng mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến lượng bồi lắng tại lưu vực sông Đắk B’la dưới hai kịch bản khí hậu B2 và A2 do Bộ Tài nguyên và Môi trường phát hành năm 2012. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn dự báo từ 2020 đến 2100, so sánh với giai đoạn nền 2000-2009, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các giải pháp thích ứng và giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu tại địa phương. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên nước, nâng cao hiệu quả khai thác thủy điện và phát triển bền vững kinh tế - xã hội khu vực Tây Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động đến tài nguyên nước: Biến đổi khí hậu được định nghĩa theo IPCC (2007) là sự thay đổi có thể xác định được về giá trị trung bình hoặc biến động của các tham số khí hậu trong khoảng thời gian dài. Các tác động của biến đổi khí hậu đến lưu vực sông bao gồm thay đổi nhiệt độ, lượng mưa, tần suất và cường độ các hiện tượng khí hậu cực đoan, ảnh hưởng đến chu trình thủy văn và quá trình xói mòn đất.

  2. Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool): SWAT là mô hình thủy văn phân phối được thiết kế để dự báo ảnh hưởng của quản lý sử dụng đất đến nước, sự bồi lắng và các chất ô nhiễm trong lưu vực rộng lớn và phức tạp. Mô hình mô phỏng chu trình thủy văn qua các đơn vị thủy văn (HRU) và tiểu lưu vực, tính toán cân bằng nước, dòng chảy bề mặt, dòng chảy ngầm, xói mòn đất và lượng bồi lắng. Công thức tính lượng bồi lắng trong SWAT dựa trên các hệ số đặc trưng của đất, độ dốc, lớp phủ thực vật và biện pháp canh tác.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Lưu vực sông (Watershed): Khu vực đất được phân chia dựa trên địa hình để lượng mưa chảy về một điểm cuối (outlet).
  • Tiểu lưu vực (Subbasin): Phân vùng nhỏ hơn trong lưu vực để mô phỏng chi tiết hơn.
  • Đơn vị thủy văn (HRU): Khu vực có đặc điểm sử dụng đất, loại đất và độ dốc đồng nhất, dùng để mô phỏng các quá trình thủy văn và xói mòn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu đầu vào bao gồm:

  • Dữ liệu địa hình (DEM) với độ phân giải cao.
  • Dữ liệu sử dụng đất và loại đất tại lưu vực.
  • Dữ liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ mặt trời) thu thập từ các trạm quan trắc tại Kon Tum.
  • Dữ liệu lưu lượng dòng chảy thực đo tại trạm thủy văn Kon Tum giai đoạn 2000-2009.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT dựa trên dữ liệu lưu lượng dòng chảy thực đo, sử dụng các chỉ số đánh giá như hệ số tương quan (R²) và chỉ số Nash-Sutcliffe (Ens), cả hai đều đạt trên 0,7, cho thấy mô hình mô phỏng tốt quá trình thủy văn tại lưu vực.
  • Áp dụng mô hình SWAT để mô phỏng lượng bồi lắng dưới hai kịch bản biến đổi khí hậu B2 và A2 do Bộ Tài nguyên và Môi trường phát hành năm 2012, dự báo giai đoạn 2020-2100.
  • Phân tích biến động lượng bồi lắng theo mùa và năm, so sánh với giai đoạn nền 2000-2009.
  • Đề xuất các giải pháp thích ứng dựa trên kết quả mô phỏng và đặc điểm kinh tế - xã hội của lưu vực.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2012 đến tháng 8/2013, với cỡ mẫu dữ liệu khí tượng thủy văn và lưu lượng dòng chảy được thu thập liên tục trong giai đoạn 2000-2009.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT: Mô hình đạt hệ số tương quan R² và chỉ số Nash-Sutcliffe Ens đều trên 0,7 khi so sánh lưu lượng dòng chảy mô phỏng với dữ liệu thực đo tại trạm Kon Tum, chứng tỏ khả năng mô phỏng chính xác các quá trình thủy văn trong lưu vực.

  2. Tác động của biến đổi khí hậu đến lượng bồi lắng: Dưới kịch bản B2, lượng bồi lắng trung bình năm dự báo tăng khoảng 14,73% so với giai đoạn nền 2000-2009. Dưới kịch bản A2, mức tăng là 15,36%. Sự gia tăng này tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa từ tháng 7 đến tháng 9, với mức tăng lượng bồi lắng cao nhất trong năm.

  3. Biến động theo mùa: Lượng bồi lắng tăng mạnh trong mùa mưa do lượng mưa và dòng chảy bề mặt tăng, làm gia tăng quá trình xói mòn đất và vận chuyển trầm tích vào các hồ chứa thủy điện.

  4. Ảnh hưởng đến công trình thủy điện: Sự gia tăng lượng bồi lắng sẽ làm giảm dung tích chứa nước của các hồ chứa, ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu quả vận hành của các nhà máy thủy điện như Dak Po Ne, Dak Ne, Thượng Kon Tum và các công trình thủy điện bậc thang trên sông Sê San.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng lượng bồi lắng là do biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ mưa, tăng cường cường độ và tần suất các trận mưa lớn, dẫn đến dòng chảy bề mặt mạnh hơn và tăng xói mòn đất. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu tương tự tại các lưu vực sông khác ở Việt Nam và khu vực Tây Nguyên, cho thấy xu hướng tăng lượng bồi lắng dưới tác động của biến đổi khí hậu là phổ biến.

Việc mô hình SWAT đạt hiệu quả cao trong mô phỏng dòng chảy và lượng bồi lắng khẳng định tính ứng dụng của mô hình trong đánh giá tác động biến đổi khí hậu tại các lưu vực sông phức tạp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lượng bồi lắng trung bình tháng giữa các kịch bản và giai đoạn nền, cũng như bảng số liệu thể hiện tỷ lệ tăng theo năm, giúp minh họa rõ ràng xu hướng biến đổi.

Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý đất đai và bảo vệ rừng trong lưu vực nhằm giảm thiểu xói mòn và bồi lắng. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả cũng phù hợp với nhận định rằng biến đổi khí hậu sẽ làm gia tăng các hiện tượng xói mòn và bồi lắng, đòi hỏi các biện pháp thích ứng kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường trồng rừng và bảo vệ thảm thực vật: Động viên các địa phương trong lưu vực triển khai các chương trình trồng rừng phủ xanh đất trống đồi trọc, đặc biệt là các loại cây bản địa có khả năng chống xói mòn cao. Mục tiêu giảm tỷ lệ xói mòn đất ít nhất 10% trong vòng 5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Kon Tum chủ trì.

  2. Áp dụng các biện pháp quản lý sử dụng đất bền vững: Khuyến khích áp dụng kỹ thuật canh tác bảo vệ đất như luân canh, phủ đất, giảm xáo trộn đất, nhằm giảm thiểu tác động của mưa đến đất. Mục tiêu nâng cao độ che phủ đất và giảm dòng chảy bề mặt trong 3 năm tới, phối hợp giữa các cơ quan quản lý môi trường và nông nghiệp.

  3. Nghiên cứu và phát triển các loại cây trồng phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu: Tập trung phát triển các giống cây trồng có khả năng chịu hạn, chịu mưa lớn và giảm thiểu xói mòn đất, nhằm tăng cường độ bền vững của hệ sinh thái nông nghiệp trong lưu vực. Thời gian thực hiện 5 năm, do các viện nghiên cứu nông nghiệp và trường đại học địa phương đảm nhiệm.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo sớm về xói mòn và bồi lắng: Thiết lập mạng lưới quan trắc thủy văn, khí tượng và trầm tích để theo dõi biến động lượng bồi lắng, phục vụ công tác quản lý và vận hành các hồ chứa thủy điện. Mục tiêu hoàn thành trong 2 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Kon Tum phối hợp với các đơn vị liên quan.

  5. Tăng cường tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Phổ biến kiến thức về tác động của biến đổi khí hậu và vai trò của bảo vệ rừng, quản lý đất đai trong giảm thiểu xói mòn đất đến người dân và các tổ chức địa phương. Thực hiện liên tục, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương đảm trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách thích ứng với biến đổi khí hậu, đặc biệt trong quản lý tài nguyên nước và phát triển thủy điện tại Tây Nguyên.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành quản lý môi trường, thủy văn: Tài liệu chi tiết về ứng dụng mô hình SWAT trong đánh giá tác động biến đổi khí hậu, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng mô hình hóa thủy văn.

  3. Các đơn vị vận hành và quản lý công trình thủy điện: Thông tin về xu hướng biến đổi lượng bồi lắng giúp các đơn vị dự báo và điều chỉnh kế hoạch bảo trì, vận hành hồ chứa nhằm kéo dài tuổi thọ công trình.

  4. Cộng đồng dân cư và các tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực bảo vệ môi trường: Nghiên cứu giúp nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu và vai trò của bảo vệ rừng, quản lý đất đai trong giảm thiểu xói mòn và bồi lắng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình SWAT là gì và tại sao được chọn trong nghiên cứu này?
    SWAT là mô hình thủy văn phân phối dùng để mô phỏng chu trình thủy văn và lượng bồi lắng trong lưu vực rộng lớn. Nó được chọn vì khả năng mô phỏng chính xác các quá trình thủy văn phức tạp và đã được hiệu chỉnh thành công tại lưu vực sông Đắk B’la với chỉ số R² và Ens trên 0,7.

  2. Hai kịch bản khí hậu B2 và A2 khác nhau như thế nào?
    Kịch bản A2 mô tả thế giới với dân số tăng liên tục, phát triển kinh tế theo hướng khu vực và phát thải khí nhà kính cao hơn. Kịch bản B2 tập trung vào phát triển bền vững địa phương với mức phát thải trung bình. Cả hai đều được sử dụng để đánh giá tác động biến đổi khí hậu với các mức độ nghiêm trọng khác nhau.

  3. Lượng bồi lắng tăng có ảnh hưởng gì đến các công trình thủy điện?
    Lượng bồi lắng tăng làm giảm dung tích chứa nước của hồ chứa, ảnh hưởng đến khả năng điều tiết nước, giảm tuổi thọ công trình và hiệu quả phát điện, đồng thời tăng chi phí bảo trì và khắc phục.

  4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiểu lượng bồi lắng?
    Tăng cường trồng rừng và bảo vệ thảm thực vật là giải pháp hiệu quả nhất, vì lớp phủ thực vật giúp giảm xói mòn đất, giữ đất và giảm lượng trầm tích chảy vào hồ chứa.

  5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các lưu vực khác không?
    Có, mô hình SWAT và phương pháp đánh giá tác động biến đổi khí hậu có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác có điều kiện tương tự, giúp các nhà quản lý đưa ra các giải pháp thích ứng phù hợp.

Kết luận

  • Mô hình SWAT được hiệu chỉnh và kiểm định thành công với chỉ số R² và Ens trên 0,7, chứng minh khả năng mô phỏng chính xác chu trình thủy văn và lượng bồi lắng tại lưu vực sông Đắk B’la.
  • Biến đổi khí hậu theo hai kịch bản B2 và A2 dự báo làm tăng lượng bồi lắng trung bình năm lần lượt 14,73% và 15,36%, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 7 đến tháng 9.
  • Sự gia tăng lượng bồi lắng ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ và hiệu quả vận hành các công trình thủy điện trong lưu vực, đòi hỏi các biện pháp thích ứng kịp thời.
  • Các giải pháp ưu tiên bao gồm tăng cường trồng rừng, quản lý sử dụng đất bền vững, phát triển cây trồng phù hợp và xây dựng hệ thống giám sát bồi lắng.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho chính quyền địa phương và các bên liên quan trong việc xây dựng chính sách và kế hoạch quản lý tài nguyên nước thích ứng với biến đổi khí hậu.

Hành động tiếp theo: Khuyến nghị các cơ quan chức năng triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng mô hình SWAT cho các lưu vực khác nhằm nâng cao khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn quốc.