Tổng quan nghiên cứu

Trong giai đoạn từ năm 1956 đến năm 2010, Việt Nam đã ghi nhận 416 trận bão và áp thấp nhiệt đới, trong đó có khoảng 36% số trận đổ bộ trực tiếp vào khu vực Bắc và Trung Trung Bộ. Thiệt hại kinh tế tích lũy do các loại hình thiên tai gây ra trong 20 năm gần đây ước tính lên tới 115.063 tỷ đồng, tương đương khoảng 1,5% GDP mỗi năm, cướp đi sinh mạng của hơn 12.915 người. Tỉnh Quảng Trị với vị trí địa lý đặc thù ở sườn Đông dãy Trường Sơn là một trong những địa phương chịu tổn thương nặng nề nhất bởi bão lũ, ngập úng và hạn hán kéo dài.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là sự biến đổi phức tạp của chu trình thủy văn và các hiện tượng thời tiết cực đoan tại địa phương dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm: phân tích định lượng diễn biến nhiệt độ, lượng mưa, lượng bốc hơi, gió và dòng chảy; đánh giá các hiện tượng thiên tai cực trị; đồng thời xây dựng kịch bản khí hậu và phân phối dòng chảy sông ngòi giai đoạn 2015 - 2035 phục vụ công tác quy hoạch phát triển.

Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ diện tích tự nhiên 4.739 km2 của tỉnh Quảng Trị, khai thác chuỗi số liệu thực đo 40 năm liên tục từ năm 1973 đến năm 2013 tại 17 trạm quan trắc khí tượng thủy văn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc cung cấp luận cứ định lượng tin cậy giúp địa phương chủ động quản lý rủi ro thiên tai, bảo vệ nguồn tài nguyên nước cho các lưu vực sông chính, giảm thiểu nguy cơ ngập lụt cho các vùng hạ lưu và hỗ trợ sinh kế cho hơn 52,06% lực lượng lao động nông lâm nghiệp trên địa bàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được thiết lập dựa trên lý thuyết chu trình thủy văn bề mặt và cơ chế hoàn lưu khí quyển khu vực nhiệt đới gió mùa. Cân bằng nhiệt ẩm và tương tác giữa các luồng gió mùa với sườn đón gió dãy Trường Sơn tạo nền tảng lý luận chính để giải thích quy luật hình thành dòng chảy và phân bố mưa cực đoan. Khung mô hình nghiên cứu kết hợp mô hình khí hậu khu vực PRECIS (Providing REgional Climates for Impacts Studies) và mô hình thủy văn mô phỏng mưa - dòng chảy MIKE NAM thuộc bộ công cụ của Viện Thủy lực Đan Mạch.

Bốn khái niệm then chốt được vận dụng xuyên suốt bao gồm: chuẩn sai khí hậu (độ lệch của giá trị quan trắc so với mức trung bình chuẩn nhiều năm), hiệu ứng Phơn gió Tây khô nóng (hiện tượng khối khí vượt núi bị gia nhiệt và giảm độ ẩm sâu sắc), chỉ số rủi ro khí hậu CRI (thước đo mức độ phơi nhiễm và tổn thương trước thiên tai) và phân phối dòng chảy theo mùa (tỷ lệ tương quan giữa lưu lượng dòng chảy mùa lũ và mùa kiệt trong năm).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn là chuỗi số liệu quan trắc khí tượng, thủy văn và lượng mưa thực đo hàng ngày trong 40 năm (1973 - 2013) do Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia cung cấp. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ mạng lưới 17 trạm đo đạc đại diện, trong đó có 3 trạm khí tượng bề mặt (Đông Hà, Khe Sanh, đảo Cồn Cỏ), 5 trạm thủy văn lưu vực (Cửa Việt, Đông Hà, Gia Vòng, Thạch Hãn, Bến Thiêng) và 9 điểm quan trắc mưa chuyên dùng trải rộng từ đồng bằng ven biển đến vùng núi cao.

Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu cụm theo phân vùng không gian địa hình (hải đảo, ven biển đồng bằng, gò đồi và vùng núi cao dãy Trường Sơn). Phương pháp này đảm bảo phản ánh đầy đủ sự tương phản vi khí hậu giữa Đông và Tây Trường Sơn. Tác giả lựa chọn phương pháp phân tích thống kê toán học thủy văn và chuẩn sai chuỗi thời gian để xác định xu thế biến thiên của các yếu tố khí hậu. Mô hình khí hậu PRECIS được lựa chọn nhằm hạ quy mô kịch bản biến đổi khí hậu về độ phân giải cao cho khu vực nghiên cứu. Đồng thời, mô hình MIKE NAM được sử dụng nhờ cấu trúc tham số gộp linh hoạt, phù hợp mô phỏng dòng chảy cho các sông dốc ngắn như lưu vực sông Thạch Hãn (diện tích 2.660 km2) và sông Bến Hải (diện tích 809 km2). Toàn bộ quá trình thu thập, xử lý và mô phỏng được hoàn thành trong giai đoạn 2013 - 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nhiệt độ trung bình toàn tỉnh thời kỳ 1993 - 2013 đạt 24,5 độ C, tăng 0,1 độ C so với chuẩn thời kỳ 1973 - 2013 (24,4 độ C). Thời kỳ 1993 - 2013 là giai đoạn ấm nhất trong lịch sử quan trắc với 14 năm có nhiệt độ cao hơn mức trung bình chuẩn, tiêu biểu là năm 1998 cao hơn 1,0 độ C và năm 2010 cao hơn 0,7 độ C.

Thứ hai, biên độ nhiệt ngày đêm có xu hướng thu hẹp rõ nét. Tại trạm Đông Hà, nhiệt độ tối thấp trung bình tăng nhanh hơn nhiệt độ tối cao, khiến số ngày lạnh Tm dưới 20 độ C giảm từ 70,8 ngày/năm (thập kỷ 1981 - 1990) xuống còn 55,5 ngày/năm (thập kỷ 1991 - 2010). Số ngày nắng nóng gay gắt Tx trên 35 độ C cũng giảm tương ứng từ 19,2 ngày/năm xuống 11,2 ngày/năm.

Thứ ba, lượng mưa trung bình năm toàn tỉnh dao động quanh mức 2.325 mm nhưng tính bất thường gia tăng mạnh. Năm 2011 có lượng mưa vượt chuẩn cao nhất với mức vượt 653 mm, năm 1999 vượt 594 mm, trong khi năm 2004 lại hụt chuẩn tới 555 mm. Lượng mưa phân bố không đều khi 3 tháng mùa mưa chính (tháng IX đến tháng XI) chiếm tới 68% - 70% tổng lượng mưa cả năm.

Thứ tư, tần suất thiên tai cực đoan diễn biến phức tạp. Tại trạm Đông Hà, số ngày mưa lớn trên 100 mm đạt 182 ngày trong cả chuỗi số liệu và số ngày mưa to có xu hướng gia tăng. Tổng số đợt gió khô nóng ghi nhận từ 1974 đến 2013 là 1.512 đợt (bình quân 37,2 đợt/năm), nhưng số ngày khô nóng lại giảm dần từ 78 ngày (năm 1988) xuống mức thấp kỷ lục là 10 ngày trong các năm 2002 và 2012.

Thảo luận kết quả

Diễn biến khí hậu tại Quảng Trị chịu tác động kép từ sự ấm lên toàn cầu và sự che chắn của sườn núi Trường Sơn. Khi dữ liệu được trực quan hóa qua biểu đồ đường quá trình nhiệt độ trung bình tháng và biểu đồ chuẩn sai bốc hơi, người xem có thể quan sát rõ sự suy giảm tổng lượng bốc hơi bình quân thời kỳ 2003 - 2013 (thấp hơn thời kỳ 1973 - 1982 khoảng 119,7 mm). Nguyên nhân là do tổng số giờ nắng tại Đông Hà giảm từ 1.944 giờ/năm xuống còn 1.670 giờ/năm và tốc độ gió giảm xuống 2,29 m/s.

So sánh với các nghiên cứu khí hậu ở khu vực Duyên hải miền Trung, kết quả nghiên cứu hoàn toàn tương đồng về xu thế ấm lên nhưng làm sáng tỏ tính chất cục bộ khắc nghiệt của Quảng Trị: mưa dồn dập với cường độ cực lớn gây lũ quét tại Hướng Hóa, Đakrông và ngập sâu tại vùng trũng Hải Lăng, Triệu Phong. Biểu đồ phân phối dòng chảy mô phỏng từ MIKE NAM theo kịch bản 2015 - 2035 chỉ ra rằng lưu lượng đỉnh lũ có xu hướng dịch chuyển và gia tăng về cường độ, trong khi dòng chảy kiệt vào mùa khô suy giảm, đe dọa nghiêm trọng an ninh nguồn nước và hệ sinh thái lưu vực.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp và kiên cố hóa hệ thống công trình kiểm soát lũ: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Quảng Trị cần chủ trì cải tạo hệ thống đê bao ven sông Thạch Hãn, nâng cấp tràn xả lũ các hồ chứa trọng điểm, hướng tới mục tiêu cắt giảm ít nhất 20% đỉnh lũ vùng hạ du và bảo đảm an toàn cho 100% hồ đập trong giai đoạn 2015 - 2025.

Thứ hai, đẩy mạnh khoanh nuôi và phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn: Chi cục Kiểm lâm phối hợp với Ủy ban nhân dân hai huyện Hướng Hóa và Đakrông triển khai trồng mới rừng đầu nguồn tại các lưu vực sông chính, nâng tỷ lệ che phủ rừng toàn tỉnh từ 36,5% lên trên 45% vào năm 2025, giúp giảm 30% nguy cơ sạt lở đất và lũ quét khi xảy ra các trận mưa trên 100 mm.

Thứ ba, cơ cấu lại mùa vụ và áp dụng kỹ thuật tưới tiêu tiết kiệm nước: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chỉ đạo các địa phương chuyển đổi diện tích lúa kém hiệu quả sang cây trồng cạn chịu hạn, điều chỉnh lịch tưới vào chiều tối hoặc ban đêm trong các đợt gió Tây Nam nhằm hạn chế thoát hơi nước, phấn đấu duy trì tăng trưởng ngành nông nghiệp đạt trên 4,0%/năm giai đoạn 2015 - 2030.

Thứ tư, hiện đại hóa mạng lưới cảnh báo sớm khí tượng thủy văn: Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh cần phối hợp lắp đặt thêm các trạm đo mưa tự động tại các điểm xung yếu, rút ngắn thời gian phát bản tin cảnh báo lũ sớm từ 6 giờ xuống còn 3 giờ trước khi bão đổ bộ, phấn đấu giảm 50% thiệt hại về người và tài sản do bão lũ trong giai đoạn 2020 - 2035.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cán bộ quản lý nhà nước tại Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Trị: Khai thác kết quả kịch bản dòng chảy và phân tích chuẩn sai mưa để lập quy hoạch tài nguyên nước, xây dựng kế hoạch ứng phó biến đổi khí hậu cấp tỉnh.

Nhóm kỹ sư thủy văn và chuyên gia tư vấn thiết kế công trình: Ứng dụng chuỗi dữ liệu thủy văn thực đo 40 năm và các thông số từ mô hình PRECIS, MIKE NAM để tính toán lưu lượng xả lũ thiết kế cho các công trình cầu đường, đê điều trên lưu vực sông Thạch Hãn (2.660 km2) và sông Bến Hải (809 km2).

Nhóm giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Khí tượng, Thủy văn: Sử dụng luận văn làm tài liệu mẫu về phương pháp xử lý dữ liệu chuẩn sai nhiều năm, kỹ thuật phân tích xu thế chuỗi thời gian và quy trình ghép nối mô hình khí hậu - thủy văn trên địa hình dốc.

Nhóm các tổ chức phi chính phủ và cơ quan phát triển quốc tế: Sử dụng số liệu thống kê 1.512 đợt gió khô nóng và tần suất bão lũ để xây dựng các dự án viện trợ nâng cao năng lực thích ứng cộng đồng, hỗ trợ sinh kế bền vững cho đồng bào dân tộc thiểu số tại huyện Hướng Hóa và Đakrông.

Câu hỏi thường gặp

Xu thế biến đổi nhiệt độ tại Quảng Trị trong giai đoạn 1973 - 2013 diễn biến như thế nào?

Nhiệt độ trung bình thời kỳ 1993 - 2013 đạt 24,5 độ C, cao hơn trung bình cả chuỗi 40 năm khoảng 0,1 độ C. Giai đoạn 1993 - 2013 ghi nhận 14 năm vượt chuẩn, đỉnh điểm là năm 1998 nóng hơn 1,0 độ C. Chênh lệch nhiệt độ ngày đêm có xu hướng thu hẹp nhanh chóng tại cả Đông Hà và Khe Sanh.

Chế độ mưa tại tỉnh Quảng Trị có những đặc điểm cực đoan nào đáng chú ý?

Lượng mưa trung bình năm toàn tỉnh đạt khoảng 2.325 mm, trong đó 68% đến 70% lượng mưa tập trung dồn dập vào 3 tháng mùa mưa (từ tháng IX đến tháng XI). Sự biến động lượng mưa giữa các năm rất khốc liệt, điển hình là năm 2011 vượt chuẩn 653 mm gây ngập lụt diện rộng, nhưng năm 2004 lại hụt chuẩn 555 mm gây hạn hán.

Hiện tượng gió Tây Nam khô nóng đã thay đổi ra sao qua các thập kỷ?

Từ năm 1974 đến năm 2013 ghi nhận 1.512 đợt khô nóng, trung bình 37,2 đợt mỗi năm với thời gian ảnh hưởng kéo dài khoảng 45 ngày vào mùa hè. Tuy nhiên, xu thế dài hạn cho thấy số ngày có gió khô nóng giảm dần, từ đỉnh điểm 78 ngày năm 1988 xuống còn khoảng 10 ngày trong năm 2002 và 2012.

Luận văn sử dụng những công cụ mô hình nào để dự báo diễn biến khí hậu và dòng chảy?

Nghiên cứu tích hợp mô hình khí hậu khu vực PRECIS để chi tiết hóa kịch bản biến đổi khí hậu về nhiệt độ, lượng mưa giai đoạn 2015 - 2035 trên địa bàn tỉnh. Kết quả này được đưa vào mô hình thủy văn MIKE NAM để mô phỏng và tái lập phân phối dòng chảy theo tháng cho các lưu vực sông chính như Thạch Hãn và Bến Hải.

Tác động của bão và áp thấp nhiệt đới đối với tỉnh Quảng Trị nghiêm trọng như thế nào?

Bình quân mỗi năm Quảng Trị chịu ảnh hưởng trực tiếp từ 1,2 đến 1,3 cơn bão. Khoảng 78% số lượng bão và áp thấp nhiệt đới trên Biển Đông khi đổ bộ đều gây mưa đặc biệt lớn kéo dài tới 3 ngày, sinh lũ lịch sử trên lưu vực sông Thạch Hãn và gây ngập lụt sâu tại các vùng đồng bằng ven biển.

Kết luận

  • Hệ thống hóa toàn diện chuỗi số liệu thực đo 40 năm (1973 - 2013) tại 17 trạm khí tượng thủy văn trên địa bàn tỉnh Quảng Trị.
  • Xác lập xu thế ấm lên rõ rệt với nhiệt độ trung bình giai đoạn 1993 - 2013 đạt 24,5 độ C và biên độ nhiệt ngày đêm ngày càng thu hẹp.
  • Chỉ ra tính chất cực đoan của mưa ẩm khi 3 tháng mùa mưa chiếm tới 68% - 70% tổng lượng mưa năm và ghi nhận 182 ngày mưa vượt 100 mm tại Đông Hà.
  • Ứng dụng thành công chuỗi mô hình PRECIS và MIKE NAM để dự báo kịch bản khí hậu và phân phối dòng chảy lưu vực giai đoạn 2015 - 2035.
  • Đề xuất 4 nhóm giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ nhằm giảm thiểu rủi ro thiên tai, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

Đóng góp chính của luận văn là cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng khoa học và bộ công cụ mô phỏng chuẩn xác giúp địa phương chủ động quản lý tài nguyên nước và giảm nhẹ rủi ro thiên tai. Trong giai đoạn 2025 - 2035, các cơ quan nghiên cứu cần tiếp tục cập nhật chuỗi số liệu quan trắc mới và hiệu chỉnh tham số dòng chảy theo các kịch bản phát thải cập nhật. Quý độc giả và các nhà khoa học hãy tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu để tiếp cận trọn vẹn các bảng biểu, bản đồ và phương pháp tính toán chuyên sâu.