Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng đất rộng lớn chiếm khoảng 12% diện tích đất nông nghiệp của Việt Nam, đóng góp 50% sản lượng lúa, 65% sản lượng nuôi trồng thủy sản và 70% các loại trái cây của cả nước. Tuy nhiên, vùng này đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của xâm nhập mặn, đặc biệt trong các năm hạn hán như 2015-2016 và 2019-2020. Độ mặn tại các cửa sông Tiền và sông Hậu đã tăng lên đáng kể, với phạm vi xâm nhập mặn sâu hơn từ 10 đến 25 km so với trung bình nhiều năm. Xâm nhập mặn gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt và kinh tế xã hội của hàng triệu người dân trong vùng.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình thủy động lực hai chiều MIKE 21 để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn tại hai nhánh sông Tiền và sông Hậu, dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến năm 2050, từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động xâm nhập mặn. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên hệ thống sông Tiền và sông Hậu trong khu vực ĐBSCL, từ trạm Tân Châu, Châu Đốc đến các cửa sông ra biển.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ chế xâm nhập mặn dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn trong quản lý tài nguyên nước, phát triển nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường tại vùng ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy động lực học hai chiều, bao gồm:

  • Hệ phương trình Saint-Venant hai chiều: Mô tả sự bảo toàn khối lượng và động lượng của dòng chảy trong vùng nghiên cứu, bao gồm các thành phần vận tốc theo hai phương ngang và dọc, chiều sâu dòng chảy, hệ số ma sát đáy Manning và các lực tác động như Coriolis, vận tốc gió.

  • Phương trình lan truyền mặn (Advection-Dispersion): Mô phỏng sự vận chuyển và khuếch tán của độ mặn trong môi trường nước dưới tác động của dòng chảy và các quá trình khuếch tán, dựa trên định luật bảo toàn khối lượng.

  • Khái niệm xâm nhập mặn: Hiện tượng nước biển có nồng độ muối cao xâm nhập vào vùng nước ngọt, ảnh hưởng đến đất đai, nguồn nước và sinh hoạt.

Các khái niệm chính bao gồm: độ mặn (g/l hoặc phần nghìn), phạm vi xâm nhập mặn (km), biến đổi khí hậu, nước biển dâng, mô hình thủy động lực học, và mô hình lan truyền mặn.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng dữ liệu thủy văn, khí tượng từ các trạm thủy văn cấp I và III thuộc Đài Khí tượng Thủy văn Nam Bộ, bao gồm các trạm Mỹ Tho, Hòa Bình, Vàm Kênh, Tân Châu, Châu Đốc, Vàm Nao, Mỹ Thuận, Bình Đại, Bến Trại, An Thuận, Cần Thơ, Đại Ngãi. Dữ liệu địa hình lòng sông được lấy từ Ủy ban sông Mê Công.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng phương pháp phân tích thống kê để đánh giá tính đồng nhất của chuỗi số liệu trước khi đưa vào mô hình. Sử dụng GIS để xử lý dữ liệu địa hình, xây dựng bản đồ phân vùng xâm nhập mặn.

  • Mô hình toán: Ứng dụng mô hình MIKE 21 với hai module chính là thủy động lực (MIKE 21 FM) và lan truyền mặn (MIKE 21 AD). Mô hình giải hệ phương trình Saint-Venant hai chiều bằng phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) trên lưới tam giác không đều.

  • Cỡ mẫu và timeline: Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên dữ liệu thực đo năm 2015 và 2016, hai năm có hạn hán và xâm nhập mặn nghiêm trọng nhất trong giai đoạn gần đây. Các kịch bản dự báo được xây dựng cho các năm 2030, 2040 và 2050.

  • Chỉ tiêu đánh giá sai số: Sử dụng các chỉ tiêu RMSE, MAE, hệ số tương quan (R), hệ số Nash-Sutcliffe (NASH) và hệ số thiên lệch (BIAS) để đánh giá độ chính xác của mô hình so với số liệu thực đo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diễn biến xâm nhập mặn năm 2015-2016: Độ mặn tại các cửa sông Tiền và Hậu tăng cao hơn trung bình nhiều năm từ 1,5 đến 8,2 g/l. Phạm vi xâm nhập mặn sâu nhất đạt 90-93 km tại sông Vàm Cỏ, 45-65 km tại các cửa sông Tiền và 50-60 km tại các cửa sông Hậu, vượt mức trung bình nhiều năm từ 10 đến 25 km.

  2. Dự báo xâm nhập mặn đến năm 2050: Theo các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng, phạm vi xâm nhập mặn có thể tăng thêm 10-15 km, với độ mặn vượt ngưỡng 4 g/l ảnh hưởng đến khoảng 30.000 ha diện tích nông nghiệp, đặc biệt là vùng trồng lúa và nuôi trồng thủy sản.

  3. Ảnh hưởng đến sản xuất và dân sinh: Hạn hán và xâm nhập mặn năm 2019-2020 đã làm khoảng 100.000 ha cây ăn trái bị thiệt hại, ước tính khoảng 96.000 hộ dân bị thiếu nước sinh hoạt nghiêm trọng. Thiệt hại kinh tế ước tính vượt 8.000 tỷ đồng, cao hơn đợt hạn hán 2015-2016.

  4. Hiệu quả mô hình MIKE 21: Mô hình mô phỏng thủy động lực và lan truyền mặn hai chiều cho kết quả phù hợp với số liệu thực đo, sai số RMSE dưới 6% đối với mực nước và độ mặn, cho phép dự báo chính xác diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của xâm nhập mặn sâu là sự suy giảm lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn do khai thác nước và biến đổi khí hậu, kết hợp với nước biển dâng làm tăng mực nước biển và cường độ thủy triều. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng cho thấy phạm vi xâm nhập mặn có xu hướng gia tăng nhanh hơn, đặc biệt trong các năm hạn hán nghiêm trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường đẳng mặn theo thời gian và bản đồ phân bố độ mặn tại các vị trí trạm thủy văn, giúp minh họa rõ ràng sự thay đổi phạm vi và cường độ xâm nhập mặn. So sánh với các nghiên cứu quốc tế tại các đồng bằng sông lớn như sông Nile hay sông Châu Giang, mô hình hai chiều MIKE 21 cho phép mô phỏng chi tiết hơn các biến động thủy động lực phức tạp trong hệ thống sông đa nhánh như ĐBSCL.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ giúp dự báo chính xác tình hình xâm nhập mặn mà còn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các giải pháp quản lý tài nguyên nước và phát triển nông nghiệp thích ứng với biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cống ngăn mặn thông minh: Triển khai các công trình thủy lợi có khả năng điều tiết nước ngọt và ngăn chặn xâm nhập mặn tại các cửa sông chính, nhằm giảm phạm vi xâm nhập mặn trong mùa khô. Thời gian thực hiện trong 5 năm tới, do các cơ quan quản lý thủy lợi và địa phương chủ trì.

  2. Tăng cường trữ nước ngọt mùa mưa: Phát triển các hồ chứa, kênh mương để trữ nước ngọt trong mùa mưa, kéo dài thời gian cung cấp nước ngọt cho sản xuất và sinh hoạt trong mùa khô. Mục tiêu tăng dung tích trữ nước lên khoảng 20% trong 3-5 năm.

  3. Áp dụng mô hình canh tác thích ứng mặn: Khuyến khích chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang các giống chịu mặn, phát triển nuôi trồng thủy sản thích ứng với điều kiện nước lợ, giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn. Thời gian triển khai từ 1-3 năm, phối hợp giữa ngành nông nghiệp và các tổ chức nghiên cứu.

  4. Nâng cao năng lực dự báo và cảnh báo sớm: Hoàn thiện hệ thống mô hình thủy động lực và xâm nhập mặn, kết hợp GIS và công nghệ thông tin để cung cấp dự báo chính xác, cảnh báo sớm cho người dân và các cơ quan quản lý. Thời gian hoàn thiện trong 2 năm, do các viện nghiên cứu và cơ quan khí tượng thủy văn thực hiện.

  5. Tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về tác động của xâm nhập mặn và các biện pháp phòng chống, giúp người dân chủ động ứng phó. Thực hiện liên tục, phối hợp với các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Sử dụng kết quả mô phỏng và dự báo để xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước, phát triển nông nghiệp bền vững và ứng phó biến đổi khí hậu tại ĐBSCL.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên cao học: Tham khảo phương pháp mô hình thủy động lực hai chiều MIKE 21, kỹ thuật phân tích dữ liệu thủy văn và khí tượng, cũng như các kịch bản biến đổi khí hậu trong nghiên cứu môi trường và tài nguyên nước.

  3. Người dân và cộng đồng nông nghiệp vùng ĐBSCL: Hiểu rõ tác động của xâm nhập mặn đến sản xuất và sinh hoạt, từ đó áp dụng các giải pháp canh tác thích ứng và bảo vệ nguồn nước.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và doanh nghiệp phát triển bền vững: Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế các dự án hỗ trợ cộng đồng, phát triển nông nghiệp thích ứng và bảo vệ môi trường tại vùng ĐBSCL.

Câu hỏi thường gặp

  1. Xâm nhập mặn là gì và tại sao nó lại nghiêm trọng ở ĐBSCL?
    Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển có nồng độ muối cao xâm nhập vào vùng nước ngọt, làm ảnh hưởng đến đất đai và nguồn nước. Ở ĐBSCL, do vị trí địa lý thấp trũng, lưu lượng nước ngọt giảm và nước biển dâng, xâm nhập mặn trở nên nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

  2. Mô hình MIKE 21 có ưu điểm gì trong nghiên cứu xâm nhập mặn?
    MIKE 21 là mô hình thủy động lực hai chiều, cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và sự lan truyền độ mặn trong hệ thống sông phức tạp như ĐBSCL. Mô hình này có độ chính xác cao, linh hoạt và được kiểm định với dữ liệu thực tế.

  3. Các kịch bản biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến xâm nhập mặn?
    Biến đổi khí hậu làm tăng mực nước biển và thay đổi chế độ dòng chảy thượng nguồn, dẫn đến xâm nhập mặn sâu hơn và sớm hơn trong mùa khô, gây thiệt hại lớn cho nông nghiệp và nguồn nước sinh hoạt.

  4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiểu xâm nhập mặn?
    Kết hợp các giải pháp công trình như xây dựng cống ngăn mặn, tăng cường trữ nước ngọt, áp dụng mô hình canh tác thích ứng mặn và nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo sớm là cách tiếp cận toàn diện và hiệu quả nhất.

  5. Làm thế nào để người dân vùng ĐBSCL ứng phó với xâm nhập mặn?
    Người dân cần được trang bị kiến thức về tác động của xâm nhập mặn, áp dụng các giống cây trồng chịu mặn, sử dụng nước hợp lý và tham gia các chương trình đào tạo, tập huấn do chính quyền và các tổ chức hỗ trợ.

Kết luận

  • Luận văn đã ứng dụng thành công mô hình thủy động lực hai chiều MIKE 21 để mô phỏng và dự báo xâm nhập mặn tại hai nhánh sông Tiền và sông Hậu, vùng ĐBSCL.
  • Kết quả mô phỏng cho thấy xâm nhập mặn có xu hướng gia tăng về phạm vi và cường độ dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến năm 2050.
  • Xâm nhập mặn gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp, nguồn nước sinh hoạt và đời sống người dân trong vùng.
  • Đề xuất các giải pháp tổng hợp bao gồm công trình thủy lợi, trữ nước, canh tác thích ứng và nâng cao năng lực dự báo nhằm giảm thiểu tác động xâm nhập mặn.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng phối hợp triển khai các biện pháp thích ứng bền vững, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng mô hình và cập nhật dữ liệu để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước tại ĐBSCL.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững vùng Đồng bằng sông Cửu Long là cần thiết cho tương lai của hàng triệu người dân và nền kinh tế quốc gia.