Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia ven biển với chiều dài bờ biển trên 3.260 km, trong đó có 28 tỉnh, thành phố ven biển, chiếm gần một nửa dân số cả nước. Các khu vực ven biển này chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu, đặc biệt là hiện tượng nước biển dâng, xói lở và thiên tai như bão, lũ lụt. Theo ước tính, diện tích rừng ngập mặn tại TP. Hồ Chí Minh là khoảng 24.592 ha và tại tỉnh Tiền Giang khoảng 560 ha, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển và phát triển kinh tế bền vững. Tuy nhiên, rừng ngập mặn đang bị suy giảm do tác động của biến đổi khí hậu và hoạt động con người.

Mục tiêu nghiên cứu là sử dụng mô hình toán TELEMAC 2D kết hợp với mô-đun TOMAWAC để đánh giá hiệu quả giảm sóng của rừng ngập mặn tại khu vực ven biển Cần Giờ (TP. Hồ Chí Minh) và huyện Gò Công Đông (tỉnh Tiền Giang). Nghiên cứu tập trung vào việc mô phỏng và so sánh tác động giảm sóng với các mật độ cây rừng khác nhau, từ đó đề xuất các giải pháp bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn phù hợp nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu trong tương lai.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm dữ liệu thu thập năm 2014 tại khu vực sông Soài Rạp, sông Vàm Cỏ và sông Mê Công, với mô hình được xây dựng trên hệ thống phần mềm BLUE KENUE, sử dụng lưới tính toán phi cấu trúc gồm 59.911 phần tử tam giác, độ phân giải khoảng 15 m. Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, phục hồi và bảo vệ rừng ngập mặn, góp phần giảm thiểu thiệt hại do sóng và bão gây ra tại các vùng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Mô hình thủy lực TELEMAC 2D: Giải hệ phương trình Saint-Venant hai chiều không bền, mô phỏng dòng chảy và lan truyền sóng dài trong khu vực ven biển. Mô hình này bao gồm hai phiên bản: phiên bản phân tán và phiên bản không phân tán, cho phép mô phỏng chính xác các hiện tượng thủy lực phức tạp như tác động của lực Coriolis, ma sát đáy, áp suất gió và dòng chảy xiết.

  2. Mô-đun TOMAWAC: Mô phỏng lan truyền sóng trong vùng ven biển dựa trên phương trình bảo toàn năng lượng sóng, tính toán phổ hướng sóng và các tác động phi tuyến tính, khuếch tán, hấp thụ năng lượng sóng do ma sát và tương tác với rừng ngập mặn.

Các khái niệm chính bao gồm: sóng biển, rừng ngập mặn, giảm sóng, mô hình thủy lực, phổ sóng, và tác động của biến đổi khí hậu đến vùng ven biển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các trạm quan trắc tại khu vực nghiên cứu gồm sông Soài Rạp, sông Vàm Cỏ và sông Mê Công, với dữ liệu thủy văn, địa hình (DEM), và sóng biển năm 2014. Dữ liệu khí tượng và thủy triều được lấy từ các nguồn uy tín như Oregon State University (OSU) và các trạm quan trắc địa phương.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán TELEMAC 2D kết hợp TOMAWAC để mô phỏng dòng chảy và sóng biển, với lưới tính toán phi cấu trúc gồm gần 60.000 phần tử tam giác, độ phân giải trung bình 15 m. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng dữ liệu quan trắc thực tế, với chỉ số Nash-Sutcliffe R2 gần 1, chứng tỏ độ chính xác cao.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2020 đến tháng 8/2021, bao gồm các bước: thu thập và xử lý dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh mô hình, mô phỏng các kịch bản mật độ rừng khác nhau, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả giảm sóng của rừng ngập mặn: Mô hình cho thấy rừng ngập mặn có khả năng giảm chiều cao sóng tối đa (HM0 max) từ 40% đến 85% tùy thuộc vào mật độ cây và chiều rộng rừng. Ví dụ, rừng ngập mặn với mật độ khoảng 11 cây/m² và chiều rộng 80 m có thể giảm chiều cao sóng đến 80%.

  2. Ảnh hưởng của mật độ rừng đến giảm sóng: Các kịch bản mô phỏng cho thấy mật độ cây rừng càng cao thì hiệu quả giảm sóng càng lớn. Mật độ thấp chỉ giảm được khoảng 6-7% chiều cao sóng, trong khi mật độ cao có thể giảm đến trên 80%.

  3. Tác động của biến đổi khí hậu và bão: Kết quả mô phỏng cho thấy trong điều kiện bão mạnh, sóng biển có thể cao đến 2,7 m, tuy nhiên rừng ngập mặn vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do sóng gây ra, giảm chiều cao sóng trung bình khoảng 0,8-1,1 m.

  4. Phân bố không gian của hiệu quả giảm sóng: Hiệu quả giảm sóng không đồng đều trên toàn bộ khu vực, phụ thuộc vào cấu trúc địa hình, mật độ rừng và đặc điểm dòng chảy. Khu vực cách rừng ngập mặn từ 1.000 đến 1.500 m có hiệu quả giảm sóng rõ rệt nhất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả giảm sóng là do cấu trúc phức tạp của rừng ngập mặn, bao gồm thân cây, rễ và tán lá tạo ra lực cản lớn đối với sóng và dòng chảy. So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả phù hợp với các báo cáo cho thấy rừng ngập mặn có thể giảm từ 40% đến 70% vận tốc dòng chảy và sóng trong điều kiện bão.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chiều cao sóng trước và sau khi qua rừng ngập mặn theo các kịch bản mật độ khác nhau, cũng như bảng tổng hợp giá trị giảm sóng tối đa và trung bình tại các vị trí quan trắc.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn, góp phần giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu và thiên tai tại các vùng ven biển, đồng thời hỗ trợ phát triển kinh tế bền vững cho cộng đồng địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường trồng mới và phục hồi rừng ngập mặn: Động từ hành động là "phục hồi", mục tiêu tăng diện tích rừng ngập mặn lên ít nhất 20% trong vòng 5 năm tại khu vực Cần Giờ và Gò Công Đông, do chính quyền địa phương phối hợp với các tổ chức bảo vệ môi trường thực hiện.

  2. Quản lý và bảo vệ rừng hiện hữu: Thực hiện các biện pháp kiểm soát khai thác, ngăn chặn xâm lấn và ô nhiễm, nhằm duy trì mật độ cây rừng ổn định, giảm thiểu suy thoái trong vòng 3 năm tới, do các cơ quan quản lý rừng và chính quyền địa phương đảm nhiệm.

  3. Xây dựng hệ thống cảnh báo và phòng chống thiên tai: Phát triển hệ thống cảnh báo sớm về bão, sóng lớn kết hợp với mô hình thủy lực để dự báo chính xác, nâng cao khả năng ứng phó của cộng đồng ven biển trong vòng 2 năm, do các cơ quan khí tượng thủy văn và phòng chống thiên tai thực hiện.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và phát triển kinh tế xanh: Tổ chức các chương trình đào tạo, tuyên truyền về vai trò của rừng ngập mặn và biến đổi khí hậu, đồng thời khuyến khích phát triển các mô hình kinh tế bền vững dựa trên tài nguyên rừng, trong vòng 3 năm, do các tổ chức phi chính phủ và địa phương phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Nhận diện vai trò của rừng ngập mặn trong bảo vệ bờ biển và phát triển kinh tế bền vững, từ đó xây dựng các chính sách bảo vệ và phát triển rừng hiệu quả.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên cao học: Áp dụng mô hình toán TELEMAC 2D kết hợp TOMAWAC trong nghiên cứu thủy lực và tác động môi trường ven biển, phát triển các nghiên cứu tiếp theo về biến đổi khí hậu và quản lý tài nguyên thiên nhiên.

  3. Cơ quan phòng chống thiên tai và khí tượng thủy văn: Sử dụng kết quả mô hình để dự báo và cảnh báo thiên tai, nâng cao hiệu quả phòng chống bão, lũ lụt và xói lở bờ biển.

  4. Cộng đồng và doanh nghiệp địa phương: Hiểu rõ lợi ích của rừng ngập mặn trong giảm thiểu rủi ro thiên tai, từ đó tham gia tích cực vào công tác bảo vệ rừng và phát triển các mô hình kinh tế xanh, bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình TELEMAC 2D là gì và tại sao được sử dụng trong nghiên cứu này?
    TELEMAC 2D là mô hình thủy lực giải hệ phương trình Saint-Venant hai chiều, mô phỏng dòng chảy và lan truyền sóng trong vùng ven biển. Mô hình này được sử dụng vì khả năng mô phỏng chính xác các hiện tượng thủy lực phức tạp và tích hợp tốt với mô-đun TOMAWAC để tính toán sóng.

  2. Rừng ngập mặn có tác dụng giảm sóng như thế nào?
    Rừng ngập mặn với cấu trúc thân cây và rễ phức tạp tạo lực cản lớn, làm giảm chiều cao và năng lượng sóng khi sóng đi qua, từ đó giảm thiểu xói lở và thiệt hại do sóng gây ra tại bờ biển.

  3. Mật độ cây rừng ảnh hưởng ra sao đến hiệu quả giảm sóng?
    Mật độ cây càng cao thì hiệu quả giảm sóng càng lớn. Nghiên cứu cho thấy mật độ khoảng 11 cây/m² có thể giảm chiều cao sóng đến 80%, trong khi mật độ thấp chỉ giảm được khoảng 6-7%.

  4. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến vùng ven biển nghiên cứu?
    Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và cường độ bão, sóng lớn, nước biển dâng, gây xói lở và ngập úng nghiêm trọng. Rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu các tác động này.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
    Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch, phục hồi và bảo vệ rừng ngập mặn, đồng thời hỗ trợ xây dựng các chính sách quản lý bền vững và phát triển kinh tế xanh tại các vùng ven biển.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình toán TELEMAC 2D kết hợp TOMAWAC để mô phỏng và đánh giá hiệu quả giảm sóng của rừng ngập mặn tại khu vực Cần Giờ và Gò Công Đông.
  • Rừng ngập mặn có khả năng giảm chiều cao sóng tối đa từ 40% đến 85%, phụ thuộc mật độ cây và chiều rộng rừng.
  • Mật độ cây rừng và cấu trúc địa hình là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả giảm sóng.
  • Kết quả nghiên cứu hỗ trợ xây dựng các giải pháp bảo vệ, phục hồi rừng ngập mặn và phát triển kinh tế bền vững thích ứng với biến đổi khí hậu.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng phạm vi nghiên cứu, cập nhật dữ liệu thực tế và triển khai các giải pháp bảo vệ rừng ngập mặn tại địa phương.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ rừng ngập mặn – lá chắn xanh của vùng ven biển Việt Nam!