Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang trở thành thách thức toàn cầu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến mọi mặt đời sống, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp và quản lý tài nguyên nước. Việt Nam, với vị trí địa lý đặc thù và ba mặt giáp biển, là một trong những quốc gia chịu tác động nặng nề nhất của BĐKH. Tỉnh Thanh Hóa, nơi có nền kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp, đang đối mặt với nhiều khó khăn do biến đổi khí hậu gây ra như hạn hán, lũ lụt và biến động dòng chảy. Hệ thống hồ chứa Cửa Đạt, một hồ chứa lớn trên thượng nguồn sông Chu, có dung tích khoảng 1,45 tỷ m³, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước tưới cho hơn 87.000 ha đất nông nghiệp, phát điện với công suất 97 MW và cấp nước sinh hoạt cho khu vực. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng cùng với tác động của BĐKH đã làm thay đổi cân bằng nước trong khu vực, gây ra thách thức lớn trong việc khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình WEAP kết hợp với GIS để đánh giá tác động của BĐKH đến khả năng khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước cho hệ thống hồ chứa Cửa Đạt trong giai đoạn 1980-1999, đồng thời dự báo cân bằng nước cho các năm 2020 và 2030 dưới các kịch bản biến đổi khí hậu. Nghiên cứu nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý trong việc xây dựng chính sách khai thác và sử dụng nguồn nước hiệu quả, đảm bảo phát triển bền vững trong điều kiện biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực sông Chu thuộc tỉnh Thanh Hóa, với tổng diện tích khoảng 3.000 km² và dân số khoảng 2 triệu người. Nghiên cứu sử dụng số liệu khí tượng, thủy văn, hiện trạng sử dụng nước và phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực, kết hợp các mô hình tính toán cân bằng nước và phân tích kịch bản biến đổi khí hậu để đánh giá tác động và đề xuất giải pháp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước: Nguyên lý cơ bản của cân bằng nước là sự cân đối giữa nguồn cung cấp nước (mưa, dòng chảy, nước ngầm) và nhu cầu sử dụng nước (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt). Cân bằng nước được tính toán để đánh giá khả năng cung cấp và sử dụng nước trong lưu vực.

  • Mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning System): Đây là công cụ mô phỏng tổng hợp tài nguyên nước, dựa trên nguyên tắc cân bằng nước, cho phép mô phỏng các kịch bản sử dụng nước, cung cấp nước, ô nhiễm và vận hành hồ chứa. WEAP hỗ trợ phân tích chính sách và lập kế hoạch quản lý nguồn nước trong điều kiện biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội.

  • Hệ thống thông tin địa lý (GIS): GIS được sử dụng để xây dựng bản đồ phân vùng cân bằng nước, phân bố các đối tượng sử dụng nước, đặc điểm địa hình, khí tượng và thủy văn. GIS giúp trực quan hóa dữ liệu không gian và hỗ trợ phân tích không gian trong nghiên cứu.

Các khái niệm chính bao gồm: cân bằng nước tự nhiên và kinh tế, kịch bản biến đổi khí hậu (B2), nhu cầu sử dụng nước theo ngành, hiệu quả sử dụng nước, và các chỉ tiêu thủy văn như lưu lượng dòng chảy, lượng mưa, nhiệt độ.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng, thủy văn, hiện trạng sử dụng nước, phát triển kinh tế - xã hội được thu thập từ các cơ quan nhà nước, báo cáo chuyên ngành và các trạm quan trắc trong khu vực lưu vực sông Chu, đặc biệt là hồ chứa Cửa Đạt. Dữ liệu bao gồm lượng mưa trung bình năm 2013 là 2353 mm tại hồ Cửa Đạt, lưu lượng dòng chảy trung bình năm khoảng 148 m³/s, nhiệt độ trung bình nhiều năm 23,1°C.

  • Phương pháp phân tích: Ứng dụng mô hình WEAP để tính toán cân bằng nước trong các giai đoạn 1980-1999, 2020 và 2030, kết hợp với GIS để xây dựng bản đồ phân vùng và phân bố nhu cầu sử dụng nước. Mô hình WEAP được hiệu chỉnh dựa trên số liệu thực tế và các kịch bản biến đổi khí hậu B2 về nhiệt độ và lượng mưa.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào toàn bộ lưu vực sông Chu với diện tích khoảng 3.000 km², bao gồm các huyện trong tỉnh Thanh Hóa chịu ảnh hưởng trực tiếp từ hồ chứa Cửa Đạt. Việc lựa chọn toàn bộ lưu vực nhằm đảm bảo tính toàn diện và chính xác trong đánh giá tác động.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu trong năm 2013, mô phỏng và phân tích các kịch bản biến đổi khí hậu cho các năm 2020 và 2030, đề xuất giải pháp khai thác và sử dụng nước trong giai đoạn tương lai.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng cân bằng nước giai đoạn 1980-1999: Lượng nước đến khu vực nghiên cứu trung bình năm khoảng 148 m³/s, đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước cho các ngành nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Tuy nhiên, đã xuất hiện sự thiếu hụt nước cục bộ trong mùa khô, đặc biệt ở các vùng nông nghiệp với diện tích tưới khoảng 87.000 ha.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nguồn nước năm 2020 và 2030: Theo kịch bản B2, nhiệt độ trung bình dự báo tăng khoảng 1,5-2°C, lượng mưa có xu hướng tăng nhẹ nhưng phân bố không đều. Lưu lượng dòng chảy dự báo giảm khoảng 10-15% vào mùa khô, dẫn đến sự thiếu hụt nước tăng lên, đặc biệt trong các ngành nông nghiệp và công nghiệp. Nhu cầu nước dự báo tăng 20-30% do phát triển kinh tế - xã hội và mở rộng diện tích canh tác.

  3. Cân bằng nước trong tương lai: Mô hình WEAP cho thấy sự thiếu hụt nước bình quân trong toàn lưu vực có thể lên tới 15-20% vào năm 2030 nếu không có các biện pháp quản lý và khai thác hiệu quả. Tỷ lệ sử dụng nước cho nông nghiệp chiếm khoảng 60-65%, công nghiệp 25-30%, sinh hoạt 10-15%. Sự thiếu hụt nước tập trung chủ yếu vào mùa khô và các vùng hạ lưu.

  4. Hiệu quả các phương án khai thác và sử dụng nước: Các phương án nâng cấp hệ thống thủy lợi, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước và quản lý nguồn nước tổng hợp có thể giảm thiểu thiếu hụt nước từ 15-20% xuống còn khoảng 5-7% vào năm 2030, đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng nước lên 10-15%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thiếu hụt nước trong tương lai là do tác động của biến đổi khí hậu làm giảm lưu lượng dòng chảy mùa khô và tăng nhu cầu sử dụng nước do phát triển kinh tế - xã hội. Kết quả mô hình WEAP phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và trong nước về tác động của BĐKH đến cân bằng nước, đồng thời phản ánh đúng đặc điểm khí hậu và thủy văn khu vực.

Việc sử dụng GIS giúp trực quan hóa phân bố nhu cầu và nguồn nước, hỗ trợ đánh giá chính xác các vùng có nguy cơ thiếu hụt cao. Các biểu đồ thể hiện sự thay đổi lưu lượng dòng chảy, nhu cầu sử dụng nước theo ngành và tỷ lệ thiếu hụt nước theo thời gian sẽ minh họa rõ ràng cho các nhà quản lý.

Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng các giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên nước, đồng thời cần có chính sách linh hoạt để thích ứng với biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội. So sánh với các nghiên cứu tương tự tại các lưu vực sông khác cho thấy mô hình WEAP là công cụ hiệu quả trong việc dự báo và lập kế hoạch quản lý nguồn nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và mở rộng hệ thống thủy lợi: Cải tạo các công trình thủy lợi hiện có, xây dựng thêm các công trình điều tiết nước nhằm tăng khả năng tích trữ và phân phối nước, giảm thiểu thất thoát nước. Mục tiêu giảm thiếu hụt nước mùa khô xuống dưới 10% trong vòng 5 năm tới. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thanh Hóa phối hợp với các đơn vị quản lý thủy lợi.

  2. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm: Khuyến khích nông dân chuyển đổi sang các loại cây trồng ít sử dụng nước, áp dụng tưới nhỏ giọt, tưới phun nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước. Mục tiêu tăng hiệu quả sử dụng nước lên 15% trong 3-5 năm. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Khuyến nông, các hợp tác xã nông nghiệp.

  3. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước bằng mô hình WEAP và GIS: Xây dựng hệ thống giám sát, dự báo và quản lý nguồn nước dựa trên mô hình WEAP kết hợp GIS để theo dõi cân bằng nước, đánh giá tác động biến đổi khí hậu và điều chỉnh chính sách kịp thời. Mục tiêu hoàn thiện hệ thống trong 2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, Viện nghiên cứu thủy lợi.

  4. Tăng cường tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, hội thảo về biến đổi khí hậu, quản lý và sử dụng nước tiết kiệm cho người dân và các bên liên quan. Mục tiêu nâng cao nhận thức và thay đổi hành vi sử dụng nước trong 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: UBND các huyện, phòng giáo dục và các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách tài nguyên nước: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô hình để xây dựng các chính sách khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn nước hiệu quả trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy lợi, môi trường: Tài liệu chi tiết về ứng dụng mô hình WEAP và GIS trong đánh giá cân bằng nước, giúp phát triển các nghiên cứu tiếp theo về quản lý tài nguyên nước và biến đổi khí hậu.

  3. Các đơn vị quản lý hồ chứa và thủy lợi: Tham khảo các phương án khai thác, vận hành hồ chứa Cửa Đạt nhằm tối ưu hóa nguồn nước phục vụ đa mục tiêu như tưới tiêu, cấp nước sinh hoạt và phát điện.

  4. Cộng đồng nông dân và các tổ chức nông nghiệp: Hiểu rõ tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước và nông nghiệp, từ đó áp dụng các giải pháp tưới tiêu tiết kiệm, chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến nguồn nước khu vực hồ chứa Cửa Đạt?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình khoảng 1,5-2°C và thay đổi phân bố lượng mưa, dẫn đến giảm lưu lượng dòng chảy mùa khô khoảng 10-15%, gây thiếu hụt nước cho các ngành sử dụng.

  2. Mô hình WEAP có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    WEAP mô phỏng cân bằng nước tổng hợp, kết hợp nhu cầu sử dụng, nguồn cung cấp và các công trình thủy lợi, giúp đánh giá các kịch bản biến đổi khí hậu và chính sách quản lý nguồn nước một cách trực quan và hiệu quả.

  3. Các ngành sử dụng nước chính trong lưu vực là gì?
    Nông nghiệp chiếm khoảng 60-65% tổng lượng nước sử dụng, công nghiệp 25-30%, sinh hoạt 10-15%. Nhu cầu nước dự báo tăng do phát triển kinh tế và mở rộng diện tích canh tác.

  4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiếu hụt nước?
    Nâng cấp hệ thống thủy lợi kết hợp chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm là các giải pháp hiệu quả, có thể giảm thiếu hụt nước từ 15-20% xuống còn 5-7% vào năm 2030.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
    Các nhà quản lý cần sử dụng mô hình WEAP và GIS để theo dõi, dự báo cân bằng nước, đồng thời triển khai các chính sách nâng cấp công trình, chuyển đổi cây trồng và tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình WEAP kết hợp GIS để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến cân bằng nước hệ thống hồ chứa Cửa Đạt trong giai đoạn 1980-2030.
  • Kịch bản biến đổi khí hậu B2 dự báo nhiệt độ tăng 1,5-2°C, lượng mưa thay đổi không đều, dẫn đến giảm lưu lượng dòng chảy mùa khô và tăng thiếu hụt nước.
  • Nhu cầu sử dụng nước tăng do phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt trong nông nghiệp và công nghiệp, gây áp lực lớn lên nguồn nước hiện có.
  • Các phương án nâng cấp hệ thống thủy lợi, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm có thể giảm thiểu thiếu hụt nước và nâng cao hiệu quả sử dụng.
  • Đề xuất xây dựng hệ thống quản lý tổng hợp tài nguyên nước dựa trên mô hình WEAP và GIS, đồng thời tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng để đảm bảo phát triển bền vững trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, hoàn thiện hệ thống giám sát và quản lý nguồn nước, đồng thời mở rộng nghiên cứu sang các lưu vực khác để nhân rộng mô hình quản lý hiệu quả. Các nhà quản lý và chuyên gia được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách và kế hoạch phát triển tài nguyên nước phù hợp.