CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HẠN HÁN, MỐI LIÊN HỆ GIỮA HẠN HÁN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về hạn hán 1. Khái niệm, nguyên nhân, phân loại và các đặc trưng của hạn hán Hạn hán là một trong những thảm họa tự nhiên tốn kém nhất và ảnh hưởng tới rất nhiều người trên thế giới [107].
Khác biệt trong sự biến đổi các yếu tố khí tượng thủy văn và kinh tế xã hội, cũng như sự thay đổi thất thường của tự nhiên liên quan đến nhu cầu nước ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới là một rào cản lớn trong việc định nghĩa hạn hán một cách chính xác. Eierdanz và cs. Hơn 90 tác động của hạn hán đã được đưa ra bởi Trung tâm giảm thiểu hạn hán quốc gia - NDMC (2006a) [74]. Do đó, theo Wilhite và Glantz (1985), khi nghiên cứu hạn hán, cần phân biệt rõ ràng giữa định nghĩa về mặt lý thuyết và định nghĩa về mặt thực tiễn [105].
Định nghĩa về mặt lý thuyết được hình thành từ hiểu biết tổng thể về hạn hán và phục vụ cho việc thiết lập các chính sách hạn hán [75], trong khi định nghĩa về mặt thực tiễn nhằm mục đích xác định ngày bắt đầu, mức độ khắc nghiệt, thời điểm kết thúc của giai đoạn hạn, phục vụ cho các mục đích cụ thể. Một số định nghĩa hạn hán thường dùng được mô tả dưới đây: Theo Wilhite (2000), mặc dù hạn hán xảy ra thường gắn liền với các nhân tố khí hậu như nhiệt độ cao, tốc độ gió mạnh hay độ ẩm tương đối thấp, lượng mưa vẫn là nhân tố chính gây ra hạn hán. Về bản chất, 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” [107]. Theo Tổ chức khí tượng thế giới (WMO, 1992) hai định nghĩa về hạn hán dưới đây được coi là đáng tin cậy nhất: “Hạn hán là sự thiếu hụt kéo dài hoặc thiếu hụt nghiêm trọng lượng mưa” và “Hạn hán là giai đoạn thời tiết khô dị thường đủ dài, gây ra thiếu hụt lượng mưa, từ đó gây ra mất cân bằng trong hệ thống thủy văn” [108].
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong khi đó, tổ chức khí tượng Mỹ (AMS, 1997) định nghĩa hạn hán là “sự thiếu hụt lượng mưa gây ra thiếu hụt nước trong một số hoạt động nhất định hoặc cho một số nhóm người nhất định” [24]. Theo Hội nghị chống hạn hán và sa mạc hóa của UN (UN Convention to Combat Drought and Desertification – UN Secretariat General, 1994) hạn hán là hiện tượng tự nhiên, xuất hiện khi lượng mưa thấp dưới mức bình thường một cách đáng kể, gây ra mất cân bằng thủy văn nghiêm trọng, làm ảnh hưởng xấu đến tài nguyên đất [98]. Tổ chức Nông Lương thế giới (The Food and Agriculture Organization – FAO, 1983) định nghĩa hạn hán là quãng thời gian trong năm khi năng suất cây trồng bị thiệt hại do thiếu hụt độ ẩm đất [49]. Theo bách khoa toàn thư về khí hậu và thời tiết (Schneider, 1996), hạn hán là một giai đoạn kéo dài – một mùa hay một năm hoặc vài năm mà lượng mưa thiếu hụt so với trung bình thống kê nhiều năm ở một khu vực [89].
Một số tác giả khác định nghĩa hạn hán là: Giá trị dòng chảy ngày hàng năm nhỏ nhất [54]; độ lệch đáng kể so với điều kiện thủy văn bình thường của một vùng [81]; sự thiếu hụt lượng mưa đáng kể và dai dẳng [53]; bên cạnh yếu tố tiêu chí tồn tại dai dẳng và thiếu hụt nước đáng kể, trong một khoảng thời gian và không gian nhất định, Tsakiris và Vangelis (2004) định nghĩa hạn hán bao gồm cả tác động của nó đến môi trường và xã hội [97]. Ở Việt Nam, định nghĩa hạn hán của Nguyễn Đức Ngữ (2002) là một trong những định nghĩa được sử dụng phổ biến: “Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng và phát dục của cây trồng, làm mùa màng thất bát, môi trường suy thoái gây ra đói nghèo và dịch bệnh” [6]. Nhìn chung, các định nghĩa về hạn hán rất đa dạng và thay đổi tùy thuộc biến đầu vào để mô tả hạn hán và mục đích nghiên cứu hạn hán. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Theo Nguyễn Đức Ngữ (2002), hạn hán bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân, nhưng về cơ bản thì đều gắn liền với định nghĩa hạn hán.
Nói cách khác, nguyên nhân sâu xa của hạn hán là từ sự thiếu hụt lượng mưa thường xuyên hoặc nhất thời. Ở các vùng khô hạn và bán khô hạn thì hạn hán là do lượng mưa ở mức rất thấp trong một thời gian dài. Hạn hán cũng có thể do sự giảm lượng mưa rõ rệt so với mức trung bình của nhiều năm. Bên cạnh đó, hiện tượng El Niño cũng có tác động đến hạn hán, thông qua sự giảm lượng mưa và tăng cường độ bốc hơi nước.
Ngoài ra, những tác động của con người vào tự nhiên như chặt phá rừng hoặc cách thức quản lý và sử dụng tài nguyên nước của con người chưa hợp lý cũng là một trong những nguyên nhân gây ra hạn hán [6]. Bên cạnh đó, Xue và Shukla (1993) [111], Bruce và cs. (1994) [30] và Wilhite (2000) [107] cũng nhận định rằng mặc dù hạn hán là hệ quả của những thay đổi của hoàn lưu chung khí quyển ở quy mô lớn, những tác động riêng lẻ của con người ở từng khu vực và địa phương (như làm thay đổi lớp thảm phủ thực vật, sử dụng tài nguyên nước quá mức) có thể làm hạn hán thêm trầm trọng. Phân loại hạn hán Có nhiều cách phân loại hạn hán nhưng chủ yếu theo cách tiếp cận hạn hán như một hiện tượng vật lý và cách tiếp cận hạn hán tác động đến các hệ thống kinh tế xã hội.
Với cách tiếp cận thứ nhất, hạn hán thường được phân thành hạn hán khí tượng, hạn hán thủy văn, hạn hán nông nghiệp và một số tài liệu đề cập đến hạn hán nước ngầm. Cách tiếp cận thứ hai chủ yếu liên quan đến tác động của hạn hán, được gọi là hạn hán kinh tế xã hội. Các loại hạn hán được Wilhite và Glantz (1985) [105] và Tổ chức khí tượng Mỹ - American Meteorological Society (2004) [25] phân chia như sau: (i) Hạn hán khí tượng được định nghĩa dựa trên sự thiếu hụt lượng mưa so với mức trung bình ở một vùng trong một giai đoạn nhất định. Hạn hán khí tượng là sự mất cân bằng cán cân lượng mưa – lượng bốc hơi.
Lượng bốc hơi đồng biến với cường độ bức xạ, nhiệt độ, tốc độ gió và nghịch biến với độ ẩm không khí nên khi nắng nhiều, nhiệt độ cao, gió mạnh, thời tiết khô thì hạn hán gia tăng. Trong các đặc trưng thời tiết thì lượng mưa là biến thường được dùng cho các phân tích hạn hán khí tượng [46, 87, 88]. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (ii) Hạn hán thủy văn liên quan đến một giai đoạn mất cân bằng nước bề mặt và lớp nước dưới bề mặt đất. Dữ liệu dòng chảy được dùng trong đánh giá hạn hán thủy văn [42, 72, 91].
Yếu tố địa lý là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hạn hán thủy văn [99, 114]. Hạn hán thủy văn thường xuất hiện trễ hơn hạn khí tượng và hạn hán nông nghiệp do nó cần thời gian thiếu mưa dài hơn để thể hiện sự thiếu hụt nước trong các thành phần của hệ thống thủy văn như độ ẩm đất, dòng chảy. Các nhân tố khác do tác động của con người như sự thay đổi sử dụng đất, sự suy thoái đất và việc xây dựng đập đều ảnh hưởng đến các đặc trưng thủy văn của lưu vực. Do đó, hạn hán thủy văn có thể xảy ra ngay cả khi không có hạn hán khí tượng.
(iii) Hạn hán nông nghiệp thường liên quan đến một giai đoạn giảm độ ẩm đất và thiệt hại năng suất cây trồng mà không đề cập đến nguồn nước bề mặt. Giảm độ ẩm đất phụ thuộc vào một vài nhân tố xuất phát từ hạn khí tượng và hạn thủy văn, kết hợp với sự chênh lệch giữa lượng bốc thoát hơi nước thực tế và lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng. Thông thường, hạn nông nghiệp xuất hiện sau hạn khí tượng nhưng xuất hiện trước hạn thủy văn. Nhu cầu nước của cây trồng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, đặc điểm sinh học của từng cây trồng, giai đoạn sinh trưởng và đặc tính vật lý, sinh lý của đất.
Do vậy, một số chỉ số đánh giá hạn hán nông nghiệp hiện nay được thiết lập trên cơ sở kết hợp lượng mưa, nhiệt độ và độ ẩm đất [69]. Hạn kinh tế xã hội xảy ra khi nhu cầu nước vượt quá khả năng cung ứng. Do đó, nghiên cứu hạn hán kinh tế xã hội không những đòi hỏi nghiên cứu mức độ sẵn có của dữ liệu lượng nước từ các biến khí tượng thủy văn, mà còn cần có những đánh giá thực tế về nhu cầu sử dụng nước. Khi hệ thống nước ngầm bị ảnh hưởng bởi hạn hán, lúc đầu nước ngầm sẽ được phục hồi, và sau đó lượng nước ngầm và lượng nước ngầm để phục hồi sẽ giảm nếu không có sự bù đắp lượng nước đã giảm.
Hạn hán nước ngầm có thể 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xuất phát từ sự thiếu hụt lượng mưa, lan truyền qua hệ thống thủy văn và từ việc khai thác quá mức tài nguyên nước, thường xảy ra trên quy mô thời gian hàng tháng hoặc hàng năm [84]. Các nghiên cứu về hạn hán nước ngầm chưa nhiều do hạn chế trong việc xác định tổng lượng nước ngầm sẵn có. Một số dữ liệu đầu vào cho nghiên cứu hạn hán nước ngầm hiện nay là lượng nước ngầm dự trữ hoặc lượng nước ngầm bổ sung [67]. Tác động trực tiếp của hạn hán nước ngầm là sự giảm lượng nước ngầm và giảm lưu lượng nước ngầm ở ven sông và ở các dòng chảy.
Lượng nước ngầm thấp cũng có thể tác động đến năng suất cây trồng thông qua việc làm giảm mao dẫn tới thảm thực vật [82]. Những biến đổi của các yếu tố khí tượng thủy văn như dòng chảy, lượng mưa, độ ẩm đất và mực nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong xác định đặc trưng của các loại hạn hán. Tùy thuộc mục đích nghiên cứu hoặc ứng dụng mà các loại hạn hán được lựa chọn để phân tích và làm rõ.