CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HẠN – MẶN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu hạn – mặn 1.1 Một số khái niệm và định nghĩa được sử dụng trong luận án 1.1 Hạn hán Hạn hán là một loại thiên tai phổ biến trên thế giới, gây ra nhiều thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái, nhất là ở những quốc gia có nền kinh tế phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp như Việt Nam. Tùy theo từng lĩnh vực cụ thể mà hạn hán được hiểu theo những cách khác nhau. Theo quyết định 46/2014-TTg ngày 15 tháng 8 năm 2014 của Thủ tướng chính phủ về dự báo, cảnh báo và truyền tin thiên tai [1] thì: Hạn hán là hiện tượng thiếu nước nghiêm trọng xảy ra trong một thời gian dài không có mưa và cạn kiệt nguồn nước. Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) hạn hán được chia làm 4 loại: hạn khí tượng, hạn thủy văn, hạn nông nghiệp và hạn kinh tế - xã hội.
Trên thực tế hạn hán xảy ra không chỉ theo một loại đơn độc như hạn khí tượng, hạn thủy văn hay hạn kinh tế - xã hội mà là sự kết hợp giữa các loại hạn với nhau. Vì vậy, trong luận án khái niệm hạn hán được xác định theo QĐ46/2014-TTg: Hạn hán là hiện tượng thiếu nước trong một thời gian dài do không có mưa và cạn kiệt nguồn nước [1]. Theo đó, với cách tiếp cận này mức độ cạn kiệt nguồn nước được biểu thị thông qua sự suy giảm mực nước hoặc lưu lượng tại các trạm quan trắc và hạn hán được hiểu là sự tổ hợp của hạn thủy văn và hạn kinh tế xã hội.2 Xâm nhập mặn Có nhiều định nghĩa về xâm nhập mặn, tuy nhiên khái niệm về xâm nhập mặn trong luận án được tiếp cận theo tài liệu [1]. Theo đó xâm nhập mặn được hiểu là hiện tượng nước mặn với nồng độ 4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt.3 Biến đổi khí hậu Là sự thay đổi của khí hậu trong một khoảng thời gian dài do tác động của các điều kiện tự nhiên và hoạt động của con người, biểu hiện bởi sự nóng lên toàn cầu, mực nước biển dâng và gia tăng các hiện tượng khí tượng thủy văn cực đoan [2].
Theo IPCC (2007): 6 biến đổi khí hậu là sự biến đổi về trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được nhận biết qua sự biến đổi trung bình và sự biến động các thuộc tính của nó, được duy trì trong khoảng thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỉ hoặc có thể dài hơn.4 Mối quan hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn Do thiếu hụt lượng mưa trong một thời gian dài làm xảy ra hạn hán, suy giảm lượng dòng chảy trong sông, dẫn đến việc mặn có điều kiện xâm nhập sâu vào nội đồng, ranh giới xâm nhập mặn bị đẩy lùi dần vào trong sông với nồng độ mặn ngày càng tăng. Ở khu vực đồng bằng ven biển thì mối liên hệ này càng được thể hiện rõ, đặc biệt là trong điều kiện ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu, nước biển dâng. Qua quá trình thống kê, tổng hợp và phân tích, luận án nhận thấy mối liện hệ giữa hạn hán – xâm nhập mặn tựu trung được thể hiện qua hai đặc điểm chính sau: Thứ nhất: Hạn hán và xâm nhập mặn thường xuất hiện đồng thời, đặc biệt là ở khu vực đồng bằng ven biển. Vùng đồng bằng ven biển sông Mã vào mùa cạn (đặc biệt là những năm xảy ra hạn hán có ảnh hưởng của El Nino), khi lượng nước từ thượng nguồn về giảm, kết hợp với thủy triều mang nước mặn xâm nhập sâu vào nội đồng gây khó khăn cho sinh hoạt và sản xuất, nguy cơ nhiều phần diện tích sẽ bị nhiễm mặn.
Quá trình diễn biến của xâm nhập mặn theo cả không gian và thời gian phụ thuộc rất lớn vào tình hình hạn hán, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng càng làm cho mối quan hệ hạn – mặn ở vùng đồng bằng ven biển sông Mã vốn đã nghiêm trọng lại càng tăng thêm tính ác liệt. Theo số liệu thống kê mực nước giờ tại trạm Giàng và trạm Quảng Châu từ 1981 đến 2018 cho thấy: Mực nước nhỏ nhất mùa cạn của các năm tại hai trạm xuất hiện đồng thời. Điển hình như các năm 1985 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -149 cm vào ngày 8/5, tại trạm Giàng là -76 cm vào ngày 7/5; Năm 1990 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -134 cm vào ngày 28/4, tại trạm Giàng là -86 cm vào ngày 27/4; Năm 1999 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -146 cm vào ngày 2/2, tại trạm Giàng là - 131 cm vào ngày 2/2; Năm 2006 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -157 cm vào ngày 30/1, tại trạm Giàng là -150 cm vào ngày 31/1; Năm 2008 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -143 cm ngày 22/1, tại trạm Giàng là -133 cm vào ngày 22/1; Năm 2013 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -131 cm vào ngày 13/1, tại trạm Giàng là 7 -117 cm vào ngày 13/1 và năm 2018 mực nước nhỏ nhất tại Quảng Châu đạt -143 cm vào ngày 22/1, tại trạm Giàng là -145 cm vào ngày 22/1. Thứ hai: Hạn hán và xâm nhập mặn thường xuất hiện không phải lúc nào cũng cùng cấp.
Quá trình phân tích chuỗi số liệu mực nước giờ từ 1981 đến 2018 tại trạm Giàng và trạm Quảng Châu cho thấy: ở các cấp mực nước từ 189cm đến 140cm, tần xuất số lần xuất hiện giá trị mực nước của cả hai trạm dao động từ 10,53% đến 26,32% tại trạm Giàng và từ 2,63% đến 36,84% tại trạm Quảng Châu. Trong khi đó ở các cấp mực nước (255-200) cm và (199-190) cm thì tại trạm Quảng Châu không có giá trị nào, trong khi tại trạm Giàng số giá trị này là 3 (chiếm 1,89%); tại cấp mực nước (139-130) cm thì số giá trị mực nước lớn nhất tại trạm Quảng Châu lại là 6 (chiếm 15,79%), trạm Giàng không có giá trị xuất hiện trong cấp này. Điều này cho thấy rằng, mực nước lớn nhất mùa cạn tại hai trạm Giàng và Quảng Châu có thể xuất hiện đồng thời nhưng không phải khi nào cũng đồng cấp. Những phân tích trên cho thấy mối quan hệ nguyên nhân – kết quả giữa HH&XNM được thể hiện rất rõ.
Từ đó, luận án đưa ra cách hiểu về hạn – mặn theo cách tiếp cận như sau: Hạn – mặn là hiện tượng thiếu hụt dòng chảy trong một thời gian dài dẫn đến lượng dòng chảy xuống hạ lưu giảm mạnh, mặn theo dòng triều xâm nhập sâu hơn trong điều kiện nước biển dâng. Hạn hán ở đây được biểu thị thông qua mức độ cạn kiệt nguồn nước, hay nói cách khác hạn hán trong luận án được tiếp cận theo quan điểm sử dụng nước phục vụ hoạt động sản xuất nông nghiệp. Tần suất nguồn nước càng lớn, mặn càng xâm nhập sâu vào trong sông về cả độ mặn lẫn vị trí nhiễm mặn.5 Vùng hạn – mặn Vùng hạn – mặn là một vùng đất tự nhiên được hình thành do quá trình lấn biển, có sự tương đồng giữa các tiểu vùng về điều kiện kinh tế - xã hội và mức độ ảnh hưởng của hạn – mặn đến khả năng khai thác sử dụng nước. Trong luận án các vùng này được xác định dựa trên việc kết hợp giữa kết quả tính toán mô phỏng độ mặn xâm nhập tối đa vào trong sông xét trong mối quan hệ hạn – mặn với điều kiện nước biển dâng, hiện trạng khai thác sử dụng nước và đặc điểm phát triển kinh tế - xã hội của từng tiểu vùng.6 Đồng bằng ven biển sông Mã Đồng bằng ven biển sông Mã được hiểu gồm các huyện ven biển thuộc đồng bằng sông Mã từ Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Sầm Sơn, Quảng Xương đến Tĩnh Gia, chạy dọc theo bờ biển gồm vùng sình lầy ở Nga Sơn và các cửa sông Hoạt, sông Mã, sông Yên và sông Bạng.
Tuy nhiên theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường Thanh Hóa cho biết, huyện Tĩnh Gia chỉ có 9% diện tích tự nhiên bị nhiễm mặn S = 1‰ và 4% bị nhiễm mặn S = 4‰. Đồng thời, diện tích tự nhiên của huyện Tĩnh Gia trải dài theo bờ biển nhưng hệ thống sông ngòi không phát triển mạnh nên mặn không có điều kiện xâm nhập sâu vào trong đất liền như các huyện ven biển phía Bắc của tỉnh Thanh Hóa. Do vậy, trong phạm vi nghiên cứu này, luận án chỉ tập trung nghiên cứu phân vùng hạn – mặn, bao gồm các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc (ven cửa Lạch Sung), Hoằng Hóa (ven cửa Lạch Trường) và Thành phố Sầm Sơn (ven cửa Lạch Hới) và Quảng Xương.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Các chuyên gia về nước trên thế giới cảnh báo, hiện trung bình ba người trên trái đất thì có một người sống trong tình trạng thiếu nước. Trong những thập kỉ gần đây hạn hán xảy ra nhiều nơi trên thế giới, gây nhiều thiệt hại về kinh tế ảnh hưởng tới đời sống con người và môi trường sinh thái.
Hàng năm có khoảng 21 triệu ha đất biến thành đất không có năng suất kinh tế do hạn hán. Trong gần 1/4 thập kỉ vừa qua, số dân gặp rủi ro vì hạn hán trên những vùng đất khô cằn đã tăng 80%, hơn 1/3 đất đai đã bị khô cằn mà trên đó có 17,7% dân số thế giới sinh sống. Zhang và cs (2009) đã sử dụng chuỗi số liệu mưa hàng tháng của 42 trạm trong thời kì (1960-2005) để tính toán các chỉ số chuẩn hóa mưa (SPI) và chỉ số khô hạn (PI) cho mùa mưa và mùa đông trong nghiên cứu “Những thay đổi của các đợt hạn hán quan sát được ở lưu vực sông Pearl, Trung Quốc bằng việc sử dụng chỉ số lượng mưa chuẩn và chỉ số khô hạn”. Các tác giả đã đi sâu phân tích để làm rõ các điều kiện khô hạn bất thường ở lưu vực sông Pearl, kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: Phần phía đông lưu vực có xu hướng khô hạn hơn, phía nam thì ẩm ướt hơn.
Mosaad và cs (2009) đã sử dụng chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI) để theo dõi và dự báo hạn trên lưu vực sông Rurh. Trong bài báo các tác giả sử dụng số liệu mưa tại 7 9 trạm trên khu vực sông Rurh (Đức) giai đoạn 1960-2007 để phát hiện những thay đổi về tần suất, thời gian và mức độ nghiêm trọng của hạn hán trên lưu vực sông Rurh.
