Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Sơn La sở hữu diện tích tự nhiên 1.412.444 ha, chiếm 37,88% tổng diện tích toàn vùng Tây Bắc, với mạng lưới sông suối dày đặc đạt mật độ từ 1,2 đến 1,8 km/km2 và tổng lượng nước mặt hàng năm khoảng 19 tỷ m3. Tuy nhiên, tài nguyên nước mặt tại đây phân bố không đều theo thời gian và không gian, khi có đến 65% đến 80% tổng dòng chảy năm tập trung dồn dập vào 5 tháng mùa lũ, gây ra tình trạng lũ quét và sạt lở đất nghiêm trọng. Trong khi đó, mùa khô kéo dài khiến nhiều khu vực rơi vào tình trạng thiếu nước sản xuất và sinh hoạt trầm trọng. Dưới tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu toàn cầu, các hiện tượng thời tiết cực đoan tại Sơn La ngày càng khốc liệt; đơn cử trong 8 tháng đầu năm 2018, thiên tai đã gây thiệt hại ước tính 972,83 tỷ đồng, làm 20 người chết, 1 người mất tích và làm hư hại 3.711 ngôi nhà trên địa bàn.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là phân tích mức độ tác động của biến đổi khí hậu đến động thái tài nguyên nước mặt, bao gồm biến động lượng mưa, nhiệt độ, bốc hơi và chế độ dòng chảy. Mục tiêu cụ thể nhằm đánh giá hiện trạng và dự báo nhu cầu sử dụng nước đến năm 2020, xác định xu thế biến đổi của dòng chảy kiệt và dòng chảy lũ theo các kịch bản khí hậu, đồng thời thiết lập hệ thống giải pháp quản lý tài nguyên nước bền vững. Phạm vi nghiên cứu bao phủ toàn diện 12 huyện và thành phố thuộc tỉnh Sơn La, khai thác chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn giai đoạn 1961 - 2015. Đề tài đóng vai trò cung cấp luận cứ khoa học then chốt nhằm hiện thực hóa Quyết định số 1001/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Sơn La về kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu, hỗ trợ điều hòa nguồn nước cho hơn 637.992 ha rừng và đảm bảo an ninh nguồn nước cho các công trình thủy điện lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết chu trình thủy văn lưu vực sông và khung lý thuyết đánh giá tính dễ bị tổn thương, thích ứng và giảm nhẹ biến đổi khí hậu theo Báo cáo đánh giá lần thứ 5 của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu. Đề tài áp dụng mô hình khí hậu khu vực PRECIS kết hợp kịch bản phát thải trung bình B2 để mô phỏng sự biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa. Hệ thống khái niệm nền tảng trong luận văn được chuẩn hóa theo quy định pháp luật hiện hành, bao gồm khái niệm tài nguyên nước và nước mặt theo Điều 2 Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13; khái niệm khí hậu, biến đổi khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu theo Điều 3 Luật Khí tượng thủy văn số 90/2015/QH13. Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng các chỉ số thống kê thủy văn như độ lệch tiêu chuẩn, biến suất và chỉ số tỷ chuẩn sai lượng mưa nhằm định lượng các dao động khí hậu cực đoan.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn kế thừa từ chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn 50 năm (1961 - 2010) tại 8 trạm tiêu biểu đại diện cho các tiểu vùng khí hậu: Sơn La, Bắc Yên, Cò Nòi, Mộc Châu, Phù Yên, Quỳnh Nhai, Sông Mã và Yên Châu. Phương pháp chọn mẫu theo trạm quan trắc địa lý đảm bảo tính đại diện cho cả hai lưu vực sông chính là Sông Đà (diện tích lưu vực nội tỉnh 9.844 km2) và Sông Mã (diện tích lưu vực nội tỉnh 3.978 km2). Ngoài ra, phương pháp đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia được triển khai tại 12 huyện, thành phố thông qua làm việc trực tiếp với Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Đài Khí tượng thủy văn Khu vực Tây Bắc.

Về phương pháp phân tích, tác giả sử dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê với hàm hồi quy tuyến tính một biến để hiệu chỉnh dữ liệu nhiệt độ, đạt hệ số tương quan chặt chẽ với r > 0,8 giữa số liệu quan trắc và số liệu tái phân tích. Đối với lượng mưa, do tương quan số liệu tái phân tích không đạt chuẩn hồi quy, phương pháp trích xuất trực tiếp từ mô hình toàn cầu kết hợp phân tích tỷ chuẩn sai so với thời kỳ chuẩn 1980 - 1999 được áp dụng. Phương pháp bình phương tối thiểu được dùng để xác định phương trình đường xu thế tuyến tính của nhiệt độ theo thời gian. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm tối ưu hóa độ chính xác mô phỏng trong điều kiện địa hình vùng núi chia cắt sâu và dữ liệu quan trắc khí tượng miền núi có độ phân tán cao. Timeline nghiên cứu tập trung xử lý dữ liệu từ năm 2000 đến 2015 và dự báo các kịch bản thủy văn đến năm 2020, 2050.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nền nhiệt độ tại Sơn La gia tăng rõ rệt đi kèm các đợt nắng nóng cực đoan kéo dài. Trong 20 năm qua, nhiệt độ trung bình năm tăng từ 0,5°C đến 0,6°C (tại thành phố Sơn La tăng từ 20,9°C lên 21,1°C; Yên Châu tăng từ 22,6°C lên 23,0°C). Riêng năm 2015, nhiệt độ trung bình đạt mức cao nhất lịch sử kể từ năm 1961 với 6 đợt nắng nóng xuất hiện sớm từ tháng 2 và kéo dài đến tháng 11, nhiệt độ cực đại chạm ngưỡng 40°C. Dự báo theo kịch bản B2, nhiệt độ trung bình tỉnh sẽ tăng thêm từ 0,4°C đến 0,65°C vào năm 2020 và tăng từ 1,0°C đến 1,7°C vào năm 2050.

Thứ hai, chế độ mưa biến động mạnh và phân hóa sâu sắc giữa hai mùa. Lượng mưa trung bình năm toàn tỉnh dao động từ 1.200 mm đến 1.800 mm, nhưng lượng mưa mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10) chiếm tới 84% đến 92% tổng lượng cả năm. Dự báo đến năm 2020, lượng mưa mùa khô có xu hướng giảm trên toàn địa bàn, giảm mạnh nhất tại Quỳnh Nhai với mức giảm 1,2% và giảm nhẹ nhất tại Mộc Châu với 0,3%. Ngược lại, lượng mưa mùa mưa có xu hướng tăng trên toàn tỉnh, trong đó khu vực trạm Bắc Yên ghi nhận mức tăng cao nhất.

Thứ ba, sự suy giảm nghiêm trọng dòng chảy mùa kiệt và gia tăng hiểm họa dòng chảy lũ. Dòng chảy trung bình mùa kiệt dự báo giảm mạnh xuống chỉ còn 8,5 l/s.km2 ở vùng nhiều nước và xuống 4,0 l/s.km2 ở vùng ít nước. Đồng thời, lượng bốc hơi bề mặt đạt mức bình quân 800 mm/năm và phân bố lệch pha với lượng mưa, khiến độ ẩm tầng đất mặt suy giảm nghiêm trọng từ tháng 10 đến tháng 5 năm sau, đẩy nguy cơ hạn hán cục bộ lên mức báo động trên 35 lưu vực suối chính.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của sự suy thoái nguồn nước mặt mùa kiệt xuất phát từ hiệu ứng cộng hưởng giữa nhiệt độ tăng cao làm tăng bốc thoát hơi nước và sự suy giảm lượng mưa trong mùa khô. Hơn nữa, mặc dù độ che phủ rừng đạt 44,05% với 402.900 ha rừng phòng hộ, tỷ lệ đất dốc trên 25 độ chiếm đa số cùng với tầng đất mặt mỏng đã hạn chế khả năng giữ nước ngầm để điều tiết cho dòng chảy mặt.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với kịch bản biến đổi khí hậu quốc gia của Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2016, trong đó chỉ ra lượng mưa mùa thu vùng Tây Bắc giảm tới 40,1% trong giai đoạn 1958 - 2014. Khi trực quan hóa dữ liệu qua biểu đồ đẳng trị mưa và bảng cân bằng nước phân theo tiểu vùng quy hoạch lưu vực sông Đà và sông Mã, nghiên cứu làm nổi bật sự chênh lệch lớn giữa lưu lượng đến thực tế và nhu cầu sử dụng nước gia tăng của 37.160 ha lúa cùng các ngành kinh tế. Điều này khẳng định nếu không có sự can thiệp công trình điều tiết, mâu thuẫn sử dụng nước trong mùa khô tại các tiểu vùng sẽ trở nên gay gắt.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, bảo vệ nghiêm ngặt và phục hồi 402.900 ha rừng phòng hộ đầu nguồn sông Đà và sông Mã. Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Ủy ban nhân dân 12 huyện triển khai trồng mới tối thiểu 1.500 ha rừng phòng hộ/năm, phấn đấu nâng tỷ lệ che phủ rừng toàn tỉnh từ 44,05% lên 48% vào năm 2025 nhằm tăng cường khả năng giữ nước, chống xói mòn và giảm thiểu lũ quét.

Thứ hai, nâng cấp, cải tạo và nạo vét định kỳ hệ thống hồ đập thủy lợi trên địa bàn. Ban Quản lý dự án ngành nông nghiệp tỉnh chủ trì nạo vét bồi lắng, nâng cao dung tích trữ nước hữu ích cho 100% các hồ chứa nước xung yếu trước năm 2023, đảm bảo cung cấp ổn định nguồn nước tưới trong các tháng kiệt cho các vùng trọng điểm sản xuất nông nghiệp.

Thứ ba, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước. Trung tâm Khuyến nông tỉnh chỉ đạo nhân rộng các mô hình tưới nhỏ giọt, tưới phun mưa tự động cho 20.000 ha cây ăn quả và cây công nghiệp tại cao nguyên Mộc Châu và Mai Sơn trong giai đoạn 2021 - 2025, đặt mục tiêu cắt giảm từ 25% đến 30% định mức nước tưới so với phương pháp tưới tràn truyền thống.

Thứ tư, hoàn thiện mạng lưới quan trắc và hệ thống cảnh báo sớm thiên tai thủy văn. Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp Đài Khí tượng thủy văn Khu vực Tây Bắc lắp đặt thêm 15 trạm đo mưa tự động tại các lưu vực có độ dốc cao như Mường La, Bắc Yên, Phù Yên trước năm 2024, xây dựng bản đồ số phân vùng rủi ro ngập lụt và lũ quét chi tiết đến cấp xã.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cán bộ hoạch định chính sách tại Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Sơn La có thể sử dụng các số liệu dự báo cân bằng nước để xây dựng quy hoạch phân bổ tài nguyên nước và kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu cấp tỉnh giai đoạn 2021 - 2030.

Ban điều hành các nhà máy thủy điện trên bậc thang sông Đà (Thủy điện Sơn La, Hòa Bình) và các doanh nghiệp thủy điện vừa và nhỏ cần tham khảo tài liệu để nắm bắt diễn biến lưu lượng dòng chảy đến hồ chứa (ước đạt 47,6 tỷ m3 tại hồ Sơn La) nhằm tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa và chủ động phòng ngừa bồi lắng lòng hồ.

Các nhà khoa học, giảng viên và học viên sau đại học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước và Lâm nghiệp có thể khai thác phương pháp chi tiết hóa thống kê, ứng dụng mô hình PRECIS và phương pháp tính toán cân bằng nước lưu vực vùng núi dốc làm tài liệu nghiên cứu tham chiếu chuẩn mực.

Ủy ban nhân dân các huyện, thành phố và ban quản lý các hợp tác xã nông nghiệp trên địa bàn tỉnh Sơn La có thể ứng dụng kết quả phân vùng hạn hán và mùa khô để bố trí lại lịch thời vụ, bảo vệ hơn 37.160 ha lúa vụ mùa và các diện tích chuyên canh nông sản xuất khẩu trước các rủi ro thời tiết cực đoan.

Câu hỏi thường gặp

Biến đổi khí hậu tác động tiêu cực nhất đến đặc trưng nào của tài nguyên nước mặt Sơn La? Tác động lớn nhất thể hiện ở sự phân hóa sâu sắc của chế độ dòng chảy theo mùa. Khoảng 80% tổng dòng chảy năm tập trung trong mùa mưa gây lũ quét cục bộ, trong khi dòng chảy kiệt mùa khô tại các tiểu vùng ít nước bị suy giảm chỉ còn 4,0 l/s.km2, gây thiếu hụt nguồn nước mặt nghiêm trọng.

Kịch bản biến đổi khí hậu nào được áp dụng chính để dự báo trong luận văn? Luận văn áp dụng kịch bản phát thải trung bình B2 kết hợp mô hình PRECIS và chuỗi dữ liệu 50 năm (1961 - 2010) tại 8 trạm khí tượng thủy văn. Kịch bản này dự báo nhiệt độ tăng từ 0,4°C đến 0,65°C vào năm 2020 và lượng mưa mùa khô giảm tới 1,2% tại huyện Quỳnh Nhai.

Quy mô tài nguyên nước mặt nội sinh của tỉnh Sơn La được xác định là bao nhiêu? Tổng lượng nước mặt sản sinh nội tỉnh hàng năm đạt khoảng 19 tỷ m3, phân bổ chủ yếu trên lưu vực sông Đà (diện tích 9.844 km2) và lưu vực sông Mã (diện tích 3.978 km2) cùng 35 phụ lưu lớn, với mạng lưới sông suối đạt mật độ từ 1,2 đến 1,8 km/km2.

Tài nguyên rừng có vai trò cụ thể như thế nào đối với việc duy trì nguồn nước mặt tại Sơn La? Với 402.900 ha rừng phòng hộ hiện có, thảm thực vật rừng đóng vai trò điều tiết dòng chảy mặt, giữ nước ngầm bổ cập cho sông suối mùa kiệt và hạn chế xói mòn đất, giúp bảo vệ an toàn cho các công trình thủy điện và duy trì độ che phủ hiện tại ở mức 44,05%.

Khu vực nào trên địa bàn tỉnh Sơn La chịu rủi ro thiếu nước mặt nghiêm trọng nhất trong mùa khô? Các khu vực thuộc huyện Quỳnh Nhai, Yên Châu và Sông Mã có nguy cơ thiếu nước cao nhất. Lượng bốc hơi tại đây đạt xấp xỉ 800 mm/năm trong khi lượng mưa mùa khô chỉ chiếm từ 8% đến 16% tổng lượng mưa năm, gây khô hạn gay gắt nếu không có hồ trữ nước.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước mặt tỉnh Sơn La thông qua chuỗi số liệu thực nghiệm 50 năm tại 8 trạm khí tượng thủy văn tiêu biểu.
  • Xu thế gia tăng nhiệt độ từ 0,5°C đến 0,6°C kết hợp mức giảm lượng mưa mùa khô từ 0,3% đến 1,2% làm suy giảm nghiêm trọng dòng chảy kiệt xuống mức 4,0 l/s.km2.
  • Hiện tượng mưa cực đoan trong mùa lũ tập trung tới 80% lượng dòng chảy năm, gây rủi ro lũ quét và bồi lắng hồ chứa với thiệt hại kinh tế ghi nhận lên tới hàng trăm tỷ đồng mỗi năm.
  • Hệ thống 4 nhóm giải pháp tích hợp từ mở rộng rừng phòng hộ, nạo vét hồ đập đến áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm mang tính khả thi cao cho địa phương.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học tin cậy hỗ trợ tỉnh Sơn La rà soát quy hoạch tài nguyên nước và triển khai kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu giai đoạn 2021 - 2030.

Về định hướng nghiên cứu tiếp theo, các cơ quan quản lý và nhà khoa học cần tiếp tục cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu theo các kịch bản phát thải mới (RCP4.5 và RCP8.5) và mở rộng mô hình hóa mối quan hệ tương tác giữa nước mặt và nước dưới đất giai đoạn sau năm 2025. Các cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp thủy lợi trên địa bàn Tây Bắc hãy tích cực tham khảo, ứng dụng kết quả nghiên cứu này vào thực tiễn quản lý lưu vực sông để bảo vệ bền vững an ninh nguồn nước vùng cao.