CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến hạn trên thế giới: 1. Tổng quan về hạn hán Hạn hán là một trong những hiện tượng tự nhiên của khí hậu. Hạn hán xảy ra là quá trình của sự thiếu hụt lượng mưa trong năm so với giá trị bình quân nhiều năm, lượng bốc hơi lớn hoặc do sự khai thác vượt quá khả năng tái tạo của nguồn tài nguyên nước.
Hạn hán xảy ra ở hầu hết các nơi trên thế giới, và có thể xuất hiện ở tất cả các đới khí hậu khác nhau dưới nhiều hình thức như hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thuỷ văn hoặc hạn kinh tế. Hạn hán có sự biến đổi theo thời gian và không giống với sự khô hạn. Do, khô hạn thường được giới hạn trong những khu vực có lượng mưa thấp, nhiệt độ không khí cao và là một đặc trưng lâu dài của khí hậu [1]. So với các thiên tai khác trên thế giới như: lũ lụt, sóng thần, núi lửa phun trào hay động đất thường xuất hiện nhanh chóng và ảnh hưởng trực tiếp tới cơ sở hạ tầng như đường xá, nhà cửa và các công trình công cộng khác, trong khi đó, hạn hán lại có diễn biến ngược lại dựa trên một số khía cạnh sau: ✓ Không có một định nghĩa chung cho hạn hán.
✓ Hạn hán là hiện tượng xảy ra một cách từ từ, thường có khởi đầu chậm do đó khó có thể xác định được sự bắt đầu và kết thúc của một chu kỳ hạn ✓ Thời gian xuất hiện diễn biến hạn thường từ vài tháng đến vài năm, ảnh hưởng nặng nề bởi những vùng lõi và giảm dần ở các khu vực xung quanh, hạn hán có thể thay đổi theo thời gian về cường độ và không gian ảnh hưởng. ✓ Việc xác định thời gian, cường độ và mức độ khắc nghiệt của hạn hán cũng như các ảnh hưởng của nó đến các hoạt động kinh tế - xã hội thường rất khó khăn do hạn hán thường không có một dấu hiệu cụ thể nào trong việc xác định hạn. ✓ Hạn hán thường có tác động trong không gian rộng lớn khi so với các thảm hoạ thiên nhiên khác, do đó ảnh hưởng của hạn hán cũng trải dài trên nhiều vùng địa lý. ✓ Hạn hán thường không theo cấu trúc nhất định, khó có thể định lượng được mức độ 5 của hạn.
Các tác động của hạn hán sẽ được tích luỹ nếu thời gian của hạn bị kéo dài từ mùa này sang mùa khác hoặc từ năm này qua năm khác. ✓ Ảnh hưởng của hạn hán đến nhiều ngành kinh tế, xã hội. Do đó, các định nghĩa về hạn cũng được đưa ra theo các cách tiếp cận khác nhau ở các ngưỡng sử dụng, mục đích, vùng và địa phương…là khác nhau. Tần suất của hạn cũng thay đổi theo vùng trên toàn thế giới.
Do đó, để có được định nghĩa thống nhất về hạn thường rất khó. ✓ Theo quan điểm của D. Wilhite [2] lượng mưa là nhân tố chỉnh gây ra hạn hán khi so sánh với các nhân tố khí tượng khác như (nhiệt độ, gió, độ ẩm…) và ông cũng có đưa ra khái niệm về hạn như sau: “hạn hán là kết quả của sự thiếu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thường là một mùa hoặc lâu hơn”. Vì vậy, hạn hán thường được gắn với khoảng thời gian (mùa hạn chính, mùa mưa đến muộn, mối liên hệ giữa lượng mưa với yêu cầu nước của cây trồng…) đặc trưng của mưa như cường độ, thời đoạn mưa…Với thời điểm hạn khác nhau sẽ dẫn tới các diễn biến hạn khác nhau về cường độ, mức độ ảnh hưởng cũng như tính chất về khí tượng của hạn hán là không giống nhau.
✓ Dựa trên các nghiên cứu, tổ chức khí tượng thế giới (WMO) đưa ra 4 loại hạn hán, đó là: (1) Hạn Khí tượng, (2) Hạn nông nghiệp, (3) Hạn thuỷ văn, và (4) Hạn kinh tế [3] (1) Hạn khí tượng (Meteorological Drought): là hiện tượng thiếu hụt nước trong một khoảng thời gian nào đó do sự mất cân bằng giữa lượng mưa và lượng bốc hơi. Hạn khí tượng phản ánh đặc trưng vật lý của hạn hán. Hạn khí tượng không phản ánh được ảnh hưởng của sự thiếu hụt dòng chảy trong hệ thống sông suối nhưng lại có thể phản ánh chính xác về sự thiết hụt nguồn nước trong thực tế. (2) Hạn nông nghiệp (Agricultural Drought): Thường xảy ra ở nơi độ ẩm đất không đáp ứng đủ nhu cầu nước của cây trồng trong thời gian nhất định đồng thời ảnh hưởng đến chăn nuôi và các lĩnh vực nông nghiệp khác.
Trong hạn nông nghiệp, mối tương quan giữa lượng mưa với lượng nước thấm xuống đất do mưa không được chỉ rõ. Lượng nước thấm do mưa sẽ phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của đất, phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học của đất đó cũng như đặc tính của mưa (cường độ và thời gian mưa). Hạn nông nghiệp xuất hiện sau hạn hán khí tượng, bởi vì hạn khí tượng có ảnh 6 hưởng đến lượng nước có trong đất, khả năng giữ nước trong đất thấp thì khả năng xảy ra hạn nông nghiệp sẽ cao và ngược lại. (3) Hạn thuỷ văn (Hydrological Drought): Liên quan đến sự thiếu hụt nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm.
Hạn thuỷ văn được lượng hóa bằng dòng chảy, tuyết, mực nước và lượng nước trữ lại trong hồ cũng như trữ lượng nước ngầm. Hạn thủy văn xuất hiện sau hạn khí tượng và nông nghiệp. Cũng như hạn nông nghiệp, hạn thủy văn không đưa ra được mối quan hệ rõ ràng giữa lượng mưa và trạng thái cung cấp nước bề mặt trong các hồ, tầng ngập nước, và trong sông suối. Bởi vì quá trình hình thành dòng chảy rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều thành phần trong hệ thống thủy văn, như sự tưới tiêu, kiểm soát lũ lụt, vận chuyển nước, phát điện, cung cấp nước sinh hoạt và bảo tồn môi trường.
(4) Hạn kinh tế-xã hội không giống như ba loại hạn hán ở trên. Bởi, hạn kinh tế phản ánh mối quan hệ giữa sự cung cấp và nhu cầu hàng hóa kinh tế (ví dụ như cung cấp nước, thủy điện), nó phụ thuộc vào lượng mưa. Sự cung cấp đó biến đổi hàng năm giống như một hàm của lượng mưa và tổng lượng nước. Yêu cầu nước cũng biến đổi và thường có xu hướng tăng lên do quá trình gia tăng dân số, phát triển của kinh tế và các nhân tố khác.
Khi lượng mưa hiệu quả giảm, lượng bốc hơi tăng trong quá trình thay đổi khí hậu sẽ dẫn đến biểu hiện đầu tiên của hạn hán đó là hạn khí tượng. Hạn khí tượng sẽ quyết định đến việc có xuất hiện hạn hán hay không và nó cũng là cơ sở phát sinh các loại hạn hán khác. Khi thảm phủ thực vật dày (như rừng rậm) sẽ làm giảm tốc độ dòng khí có lợi cho quá trình ngư tụ hơi nước dẫn đến lượng mưa tăng, ngược lại khi thảm phủ thực vật mỏng sẽ làm tăng tốc độ dòng khí làm giảm khả năng gây mưa. Do đó, hạn khí tượng xảy ra ở một mức độ nào đó sẽ dẫn đến hạn nông nghiệp, hạn thủy văn và ngược lại.
Sản lượng nông nghiệp chủ yếu phụ thuộc vào công tác thủy lợi, thậm chi khi lượng mưa và độ ẩm đất giảm nhưng cây trồng vẫn cho năng suất cao. Hạn thủy văn cũng có tác động đến hạn nông nghiệp; hạn thủy văn là trang thái khô cằn cực đoan của lưu vực trong một khoảng thời gian dài (ít nhất là một quý hoặc 1 năm), quá trình hình thành dòng chảy bao gồm toàn bộ quá trình vật lý của lưu vực như lượng mưa, bốc hơi mặt ruộng, bốc hơi mặt đất và quá trình ngấm từ mặt đất xuống tầng nước ngầm. Hạn thủy văn làm cho lượng nước trong lưu vực thiếu hụt, mực nước 7 ngầm hạ thấp làm ảnh hưởng đến công tác thủy lợi, gây khó khăn cho việc cung cấp nước cho cây. Từ những phân tích ở trên cho thấy, 4 loại hạn hán ở trên có sự liên quan và tương hỗ chặt chẽ với nhau, được thể hiện như trong hình 1.
Hạn khí tượng Hạn kinh tế - xã hội Hạn nông nghiệp Hạn thủy văn Hình 1. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa các loại hạn hán [3] 1. Tổng quan về tình hình hạn hán trên thế giới Dựa trên các số liệu giám sát hạn hán của Hoa Kỳ, hàng năm hạn hán đã gây ra những thiệt hại lớn cho nền kinh tế của Mỹ (khoảng từ 6 đến 8 tỷ USD) so với gần 2,5 tỷ USD do lũ lụt và 1,2 đến 4,8 tỷ USD thiệt hại do bão. Đợt hạn lịch sử tại Mỹ xảy ra vào năm 1988 – 1989 gây thiệt hại gần 40 tỷ USD, lớn hơn rất nhiều so với các kỷ lục về thiệt hại do lũ và bão gây ra [4].
Tại nhiều vùng, hạn hán chính là nguyên nhân gây ra các hiện tượng sa mạc hoá, làm mất đất nông nghiệp của người nông dân kèm theo đó là nạn đói của người dân trên thế giới. Từ những năm 1990 đến 2000, mỗi năm trên trái đất bị tổn thất khoảng 3500km2 diện tích đất canh tác bị sa mạc hoá khi so sánh với những năm 1980 và 1970 con số trên đã gia tăng gấp 1,5 đến 2 lần. Theo ước tính của Liên hợp quốc, đến năm 2025, hiện tượng hán hán gây mất khoảng 2/3 diện tích đất canh tác ở Châu Phi, 1/3 diện tích ở Châu Á và 1/5 diện tích đất canh tác ở Nam Mỹ. Do ảnh hưởng của hiện tượng El Nino trong giai đoạn 1982-1983 đã gây ra hạn hán ước tính thiệt hại khoảng 420.000 ha ruộng lúa, trong đó có 158.000 ha bị mất trắng và 3,7 ha rừng gỗ tái sinh bị cháy.
Năm 1991 hạn hán gây ra thiệt hại lớn làm 483.000 ha lúa bị huỷ hoại hoàn toàn. Những năm 1997 – 1998 hạn hán 8 cũng đã gây cháy rừng diện rộng ở Indonexia, gây thiệt hại lớn về kinh tế cho đất nước này [5, 6]. Trong khi đó, ở Trung Quốc, giai đoạn 1876 đến 1879, hạn hán và lũ lụt đã làm chết khoảng 9 đến 13 triệu người. Những năm 1958 đến 1961, sau mưa lũ là các đợt hạn hán nghiêm trọng, kéo dài làm giảm sản lượng ngũ cốc từ 25 đến 30%, ước tính có khoảng 16,5 triệu người đã thiệt mạng do nạn đói trong lịch sử của nước này, trong các năm 1994 và 1995, mỗi năm có từ khoảng 27 đến 55 triệu ha đất nông nghiệp bị ảnh hưởng do thiên tai có liên quan đến hạn hán.
Chỉ tính riêng năm 1994 hạn hán gây thiệt hại khoảng 25 triệu tấn lương thực [7].