Tổng quan nghiên cứu

Xâm nhập mặn là một trong những thách thức nghiêm trọng đối với Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đặc biệt tại các tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh. Theo ước tính, trong đợt hạn hán năm 2016, hai tỉnh này đã chịu thiệt hại kinh tế lên đến hơn 700 tỉ đồng do xâm nhập mặn và thiếu nước ngọt. Diện tích nhiễm mặn tại Vĩnh Long lên tới 20.502 ha cây ăn trái và hoa màu, ảnh hưởng đến 50% năng suất; Trà Vinh có hơn 22.600 ha lúa bị thiệt hại, trong đó 6.200 ha mất trắng. Hiện tượng này có xu hướng gia tăng do tác động của biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng và suy giảm lưu lượng nước thượng nguồn.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình toán thủy lực TELEMAC 2D để mô phỏng và dự báo diễn biến xâm nhập mặn trên các sông chính thuộc địa bàn hai tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh trong các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến năm 2040. Nghiên cứu nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, từ đó đề xuất các giải pháp ứng phó hiệu quả.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các sông chính trong hai tỉnh, sử dụng dữ liệu địa hình, thủy văn và mặn năm 2005 làm kịch bản gốc để hiệu chỉnh mô hình, sau đó mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu và lưu lượng thượng nguồn suy giảm trong giai đoạn 2020-2040. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hoạch định chính sách quản lý tài nguyên nước, bảo vệ sản xuất nông nghiệp và nâng cao khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu tại khu vực ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hệ phương trình Saint-Venant hai chiều, mô tả dòng chảy mặt nước và lan truyền chất hòa tan trong môi trường sông ngòi. Mô hình TELEMAC 2D sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với lưới phi cấu trúc tam giác, cho phép mô phỏng chi tiết các vùng có địa hình phức tạp và biến đổi không gian theo chiều ngang.

Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Phương trình Saint-Venant 2D: Giải thích sự biến đổi chiều sâu nước và vận tốc dòng chảy theo hai chiều không gian, bao gồm các yếu tố ma sát đáy, lực Coriolis, và ảnh hưởng của thủy triều.
  • Phương trình truyền tải và khuếch tán chất hòa tan: Mô tả sự lan truyền và phân tán của độ mặn trong dòng chảy, bao gồm các quá trình vận chuyển và phản ứng sinh hóa.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: xâm nhập mặn, lưu lượng thượng nguồn, mực nước biển dâng, biến đổi khí hậu, mô hình thủy lực, và kịch bản biến đổi khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm: dữ liệu địa hình năm 2005, số liệu thủy văn và mặn quan trắc tại các trạm Can Thơ, Mỹ Thuận, Bến Trại, Trà Vinh, cùng các số liệu khí tượng và thủy triều từ Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam. Cỡ mẫu dữ liệu quan trắc trải dài nhiều năm, tập trung vào mùa khô – thời điểm xâm nhập mặn diễn ra mạnh nhất.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán thủy lực TELEMAC 2D để mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn trên hệ thống sông chính. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế năm 2005, đảm bảo độ chính xác cao với sai số trong giới hạn cho phép.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 7/2016 đến 7/2017, bao gồm các bước: thu thập và xử lý dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định, mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu và lưu lượng thượng nguồn suy giảm, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xâm nhập mặn gia tăng theo kịch bản biến đổi khí hậu: Mô hình cho thấy, với mực nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn giảm, độ mặn 4g/l xâm nhập sâu vào nội đồng tăng từ 10-20 km so với hiện trạng năm 2005. Tại trạm Hưng Mỹ (sông Cô Chiên), độ mặn lớn nhất đạt 19g/l, tăng 5,1g/l so với năm 2015.

  2. Ảnh hưởng sâu rộng đến sản xuất nông nghiệp: Diện tích cây ăn trái và hoa màu bị ảnh hưởng tại Vĩnh Long lên tới 20.502 ha, trong khi Trà Vinh có hơn 22.600 ha lúa bị thiệt hại, với mức giảm năng suất từ 15-20%. Nguồn nước sinh hoạt cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng, khiến 12 nhà máy nước phải ngưng hoạt động, ảnh hưởng đến đời sống của khoảng 18.000 hộ dân.

  3. Hiệu quả mô hình TELEMAC 2D: Mô hình được hiệu chỉnh với sai số nhỏ, cho phép mô phỏng chính xác diễn biến mặn theo thời gian và không gian. So sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc tại các trạm cho thấy độ lệch trung bình dưới 10%, phù hợp với yêu cầu nghiên cứu.

  4. Tác động của lưu lượng thượng nguồn suy giảm: Giảm lưu lượng thượng nguồn từ 11% đến 22% làm tăng đáng kể chiều sâu xâm nhập mặn, đặc biệt trong mùa khô. Kịch bản lưu lượng giảm kết hợp với mực nước biển dâng 14-20 cm làm tăng độ mặn trung bình tại các cửa sông lên đến 12-20g/l.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng xâm nhập mặn là do sự kết hợp giữa mực nước biển dâng và suy giảm lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn, làm giảm áp lực đẩy mặn ra biển. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, như mô hình MIKE 11 tại Quảng Trị và ĐBSCL, cũng như các nghiên cứu tại Bangladesh và Trung Quốc.

Biểu đồ phân bố độ mặn theo thời gian và không gian tại các trạm quan trắc minh họa rõ ràng xu hướng xâm nhập mặn sâu hơn vào nội đồng theo các kịch bản biến đổi khí hậu. Bảng so sánh độ mặn giữa các kịch bản cho thấy mức tăng trung bình từ 3,5 đến 6,4g/l tại các vị trí trọng yếu.

Ý nghĩa của kết quả là cảnh báo về nguy cơ mất đất canh tác, giảm năng suất nông nghiệp và ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, đòi hỏi các giải pháp quản lý và thích ứng kịp thời. So với các mô hình khác, TELEMAC 2D có ưu điểm về khả năng mô phỏng chi tiết vùng bờ và đồng bằng ngập lũ, phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp của ĐBSCL.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và hoàn thiện hệ thống đê bao, đập ngầm nhằm kiểm soát xâm nhập mặn, bảo vệ diện tích canh tác trọng điểm. Chủ thể thực hiện: chính quyền địa phương và ngành thủy lợi. Thời gian: 3-5 năm.

  2. Phát triển hệ thống công trình giữ nước ngọt trong nội đồng, bao gồm các cống ngăn mặn và kênh dẫn nước ngọt, nhằm duy trì nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Thời gian: 2-4 năm.

  3. Điều chỉnh quy hoạch sản xuất nông nghiệp, ưu tiên các loại cây trồng, vật nuôi chịu mặn và khô hạn, giảm tỷ trọng cây trồng nhạy cảm với mặn. Chủ thể: các cơ quan quản lý nông nghiệp và hợp tác xã nông dân. Thời gian: liên tục, bắt đầu ngay.

  4. Tăng cường giám sát và dự báo xâm nhập mặn bằng mô hình toán thủy lực, cập nhật dữ liệu thường xuyên để kịp thời cảnh báo và điều chỉnh kế hoạch sản xuất. Chủ thể: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, các trường đại học. Thời gian: liên tục.

  5. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo kỹ thuật sử dụng nước hiệu quả, giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn đến sinh hoạt và sản xuất. Chủ thể: các tổ chức xã hội, chính quyền địa phương. Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và chính quyền địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách, quy hoạch phát triển nông nghiệp và xây dựng công trình thủy lợi phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, thủy lợi: Tham khảo phương pháp ứng dụng mô hình TELEMAC 2D trong mô phỏng xâm nhập mặn, từ đó phát triển các nghiên cứu tiếp theo hoặc áp dụng cho các khu vực khác.

  3. Ngành nông nghiệp và thủy sản: Áp dụng các giải pháp thích ứng dựa trên dự báo xâm nhập mặn để lựa chọn cây trồng, vật nuôi phù hợp, giảm thiểu thiệt hại do mặn gây ra.

  4. Cộng đồng dân cư và các tổ chức phi chính phủ: Nắm bắt thông tin về diễn biến xâm nhập mặn để chủ động trong sinh hoạt, sản xuất và tham gia các hoạt động bảo vệ môi trường, tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình TELEMAC 2D có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
    TELEMAC 2D sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với lưới phi cấu trúc, cho phép mô phỏng chi tiết vùng bờ và đồng bằng ngập lũ phức tạp. Mô hình mã nguồn mở, miễn phí, phù hợp với nghiên cứu học thuật và có khả năng tính toán song song giúp xử lý các bài toán lớn nhanh chóng.

  2. Dữ liệu đầu vào của mô hình được thu thập như thế nào?
    Dữ liệu bao gồm địa hình, thủy văn, thủy triều, độ mặn và khí tượng được thu thập từ các trạm quan trắc tại Vĩnh Long, Trà Vinh và các cơ quan chuyên ngành. Dữ liệu năm 2005 được sử dụng làm kịch bản gốc để hiệu chỉnh mô hình.

  3. Các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng dựa trên cơ sở nào?
    Kịch bản dựa trên báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường về mức tăng nhiệt độ từ 0,4 đến 2,2°C và thay đổi lượng mưa từ 0,9% đến 5,1% đến năm 2100, kết hợp với các giả định về mực nước biển dâng 14-20 cm và lưu lượng thượng nguồn giảm 11-22%.

  4. Mức độ chính xác của mô hình được đánh giá như thế nào?
    Mô hình được kiểm định bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế năm 2005, sai số trung bình dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy cho các dự báo và phân tích.

  5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn?
    Kết hợp các giải pháp công trình như xây dựng đê bao, đập ngầm với các biện pháp phi công trình như điều chỉnh quy hoạch sản xuất, nâng cao nhận thức cộng đồng và giám sát dự báo liên tục được đánh giá là hiệu quả nhất.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình toán thủy lực TELEMAC 2D để mô phỏng xâm nhập mặn trên các sông chính thuộc tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
  • Kết quả cho thấy xâm nhập mặn có xu hướng gia tăng sâu vào nội đồng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân.
  • Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với độ chính xác cao, phù hợp để dự báo và hỗ trợ quản lý tài nguyên nước tại khu vực.
  • Đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm giảm thiểu tác động xâm nhập mặn, nâng cao khả năng thích ứng của cộng đồng và chính quyền địa phương.
  • Các bước tiếp theo bao gồm cập nhật dữ liệu quan trắc, mở rộng mô hình cho các khu vực lân cận và triển khai các giải pháp ứng phó trong thực tiễn.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững vùng Đồng bằng sông Cửu Long!