Tổng quan luận án
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra với các biểu hiện gia tăng nhiệt độ bề mặt Trái Đất, biến động lượng mưa và gia tăng tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan. Theo các báo cáo của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), nhiệt độ trung bình bề mặt địa cầu đã ấm lên gần 1°C trong giai đoạn từ năm 1880 đến năm 2012, và giai đoạn 2003–2012 cao hơn thời kỳ 1850–1900 là 0,78°C. Tại Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào, trong khoảng 50–60 năm qua, nhiệt độ trung bình đã tăng khoảng 0,5–0,8°C; lượng mưa có xu thế gia tăng mạnh trong mùa mưa lũ và suy giảm vào mùa khô kiệt. Dự báo đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ tại Lào có thể gia tăng từ 2,5°C đến 4,2°C (theo Chiến lược Biến đổi Khí hậu Quốc gia của Lào năm 2010), làm gia tăng nguy cơ hạn hán và lũ lụt.
Lưu vực sông Sedon là một trong những vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm ở hạ lưu sông Mekong thuộc Nam Lào, giữ vai trò quan trọng trong an ninh lương thực và phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh Saravan, Champasak, Sekong và Savannakhet. Tuy nhiên, trong mùa khô, khu vực này thường xuyên đối mặt với tình trạng thiếu hụt nguồn nước do hạn hán cục bộ và sự phân bố dòng chảy không đều theo không gian và thời gian. Trước đây, các nghiên cứu về biến đổi khí hậu tại Lào phần lớn chỉ tiếp cận ở quy mô toàn quốc hoặc tổng thể lưu vực sông Mekong, chưa có công trình nào đánh giá định lượng chi tiết diễn biến dòng chảy, nhu cầu sử dụng nước đa ngành và bài toán cân bằng nước tổng thể cho lưu vực sông Sedon trong các giai đoạn tương lai. Luận án "Nghiên cứu sử dụng tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Sedon, Lào trong bối cảnh biến đổi khí hậu" của nghiên cứu sinh Vinvilay Sayaphone được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống nghiên cứu này.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm:
- Phân tích, đánh giá tiềm năng tài nguyên nước và nhu cầu sử dụng nước tổng hợp của lưu vực sông Sedon ở giai đoạn hiện tại và giai đoạn tương lai trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
- Đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm ứng phó với hạn hán tại lưu vực sông Sedon, đáp ứng mục tiêu sử dụng nước tổng hợp trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống sông ngòi, chế độ dòng chảy tự nhiên và các đối tượng khai thác, sử dụng nước trong lưu vực sông Sedon.
Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Sedon với diện tích khoảng 7.220 km² (trong đó phần diện tích khống chế đến trạm Nanay là 6.170 km², chiếm 77% diện tích lưu vực), bao gồm địa giới hành chính của 12 huyện thuộc các tỉnh Saravan, Champasak và một phần nhỏ của các tỉnh Sekong, Savannakhet.
- Phạm vi thời gian: Giai đoạn nền đánh giá hiện trạng sử dụng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn giai đoạn 1990–2015; các giai đoạn mô phỏng tương lai bao gồm thập niên 2030 (2030s) và thập niên 2050 (2050s) theo các kịch bản phát thải nồng độ khí nhà kính đại diện (RCP).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan các cơ sở lý thuyết và công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến quản lý tổng hợp tài nguyên nước, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến thủy văn và cân bằng nước lưu vực:
- Về quản lý và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước: Luận án dựa trên các nguyên tắc của Tuyên bố Dublin (1992) về quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) theo ranh giới lưu vực sông. Luận án điểm lại kinh nghiệm quản lý lưu vực sông tại các quốc gia như Australia, Mỹ, Mexico, Đức, Pháp, Đan Mạch, Indonesia, Malaysia, Venezuela, Trung Quốc, Sri Lanka. Tại Việt Nam, nhiều công trình nghiên cứu lớn về cân bằng và quản lý nước lưu vực đã được triển khai như: Đề tài KC12-02 cho vùng Bắc Trung Bộ (1995); Quy hoạch tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Cả (2002–2004); Đề tài KC-08-04 cho lưu vực sông Đà; các nghiên cứu ứng dụng hệ hỗ trợ ra quyết định (DSS) và GIS của Loi N.K (2005, 2010), Nguyễn Hải Thanh (2008), Lê Cảnh Định và cộng sự (2011), dự án quản lý lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn và lưu vực sông Thạch Hãn. Tại hạ lưu vực sông Mekong, Ủy hội sông Mekong (MRC) đã triển khai các chương trình Quản lý lưu vực (BDP), Chương trình sử dụng nước (WUP) và Quản lý lũ (FMM).
- Về tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy và cân bằng nước:
- Các nghiên cứu quốc tế: Xu và cộng sự (2004) tại lưu vực sông Tarim (Trung Quốc); Kundzewicz (2008) về vòng tuần hoàn nước; Mizyed (2009) tại Bờ Tây; Gardner (2009) đánh giá dòng chảy trung bình năm theo kịch bản A1B; Shilong Piao và cộng sự (2010) tại sông Trường Giang và sông Hoàng Hà; Nigel W. Arnell và cộng sự (2016) sử dụng mô hình thủy văn toàn cầu với 21 mô hình CMIP3; Zdzislaw Kaczmarek và cộng sự (1996) tại miền Trung Ba Lan; XU (1997) tại Trung Quốc; Croke và cộng sự (2006) tại Australia; Doummar và cộng sự (2009) tại sông Litani (Lebanon); Ruiz và cộng sự (2010) tại lưu vực Mule Hole (Ấn Độ); Qiang Liu và cộng sự (2015) tại lưu vực sông Hoàng Hà; Zareian và cộng sự (2017) tại lưu vực sông Zayandeh-Rud (Iran); O và cộng sự (2012) tại lưu vực Ogun (Nigeria); Probst và cộng sự (2007) sử dụng mô hình SWAT cho vùng Tây Phi.
- Các nghiên cứu tại Việt Nam: Ngô Lê An và cộng sự (2016) kết hợp mô hình HadGEM3-RA, SWAT và WEAP cho lưu vực sông Sesan và Srepok; Ngô Chí Tuấn và cộng sự (2010) dùng mô hình MIKE-BASIN cho lưu vực sông Cầu; Nguyễn Tuấn Anh và Lê Văn Chín (2012) dùng mô hình CROPWAT cho vùng tưới Trung Hà – Suối Hai; Lê Văn Chín và Nguyễn Thị Hạnh (2015) cho hồ chứa Yên Mỹ; Lê Văn Chín (2016) nghiên cứu hạn hán và giải pháp thích ứng tại lưu vực sông Ngàn Phố; Nguyễn Ngọc Anh và Đỗ Đức Dũng (2016) dùng MIKE-NAM và MIKE-BASIN cho lưu vực sông Đồng Nai; Hoàng Thanh Sơn và cộng sự (2013) tại lưu vực sông Cái Phan Rang; Nguyễn Thanh Hiền và Nguyễn Văn Tỉnh (2017) dùng mô hình WEAP cho lưu vực sông Hồng – Thái Bình.
- Các nghiên cứu tại Lào: Nghiên cứu của Ủy ban sông Mekong (2009) về thủy văn lưu vực Mekong; nghiên cứu của Bộ Nông Lâm Thủy sản Lào (2010) về sử dụng đất; nghiên cứu của Vilaysane Bounhieng (2014) sử dụng mô hình SWAT với các kịch bản khí hậu GFDL, GISS, IPSL cho lưu vực sông Sedon.
Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Các công trình trước đây tại Lào chưa dự báo chi tiết diễn biến dòng chảy phân bố theo không gian và thời gian cho lưu vực sông Sedon dưới tác động của các mô hình khí hậu vùng mới; chưa tính toán định lượng nhu cầu nước chi tiết cho từng ngành dùng nước theo các kịch bản biến đổi khí hậu; và chưa xây dựng mô hình cân bằng nước tổng thể 20 tiểu lưu vực nhằm đề xuất danh mục giải pháp công trình và phi công trình tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên nước.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và tiếp cận
Luận án áp dụng phương pháp tiếp cận hệ thống và toàn diện:
- Tiếp cận hệ thống: Đánh giá tổng thể mối liên kết giữa các tiểu lưu vực, mạng lưới sông ngòi, hệ thống công trình thủy lợi và các đối tượng sử dụng nước.
- Tiếp cận "what-if-then" (Yang Nan và cộng sự, 2011) trong nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu, bao gồm 4 bước: (1) Xác định kịch bản biến đổi khí hậu; (2) Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn; (3) Mô phỏng dòng chảy theo các kịch bản khí hậu đầu vào; (4) Đánh giá tác động đến cân bằng nước và đề xuất giải pháp thích ứng.
Phương pháp nghiên cứu và công cụ mô hình hóa
Luận án kết hợp các phương pháp định tính và định lượng:
- Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập và xử lý số liệu: Khảo sát thực địa lưu vực sông Sedon, thu thập số liệu hiện trạng công trình thủy lợi, dân sinh, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thủy sản, du lịch.
- Phương pháp mô hình toán khí hậu vùng (RCM): Sử dụng dữ liệu từ 4 mô hình khí hậu khu vực thuộc dự án CORDEX Đông Nam Á gồm:
- CCLM5-0-2 (mô hình toàn cầu EC-EARTH);
- CCLM5-0-2 (mô hình toàn cầu MPI-ESM-LR);
- REMO2009 (mô hình toàn cầu MPI-ESM-LR);
- HadGEM3-RA (mô hình toàn cầu HadGEM2-AO).
Các kịch bản nồng độ khí nhà kính được áp dụng là RCP4.5 (phát thải trung bình) và RCP8.5 (phát thải cao) cho các giai đoạn tương lai 2030s và 2050s.
- Phương pháp tính toán nhu cầu nước: Ứng dụng phần mềm CROPWAT và các định mức, tiêu chuẩn cấp nước hiện hành của Lào để tính toán nhu cầu nước cho 6 nhóm đối tượng: trồng trọt, chăn nuôi (tập trung và phân tán), sinh hoạt (đô thị và nông thôn), công nghiệp, thủy sản và du lịch.
- Phương pháp mô phỏng thủy văn dòng chảy (Mô hình SWAT): Xây dựng sơ đồ mạng sông, phân chia lưu vực dựa trên mô hình số độ cao (DEM), bản đồ loại đất và bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định chuỗi dòng chảy thực đo tại 2 trạm thủy văn Kongsedone và Sounvannakhily.
- Phương pháp mô phỏng cân bằng nước (Mô hình WEAP): Chia lưu vực sông Sedon thành 20 tiểu lưu vực cấp nước, thiết lập sơ đồ liên kết giữa nguồn nước đến (từ mô hình SWAT), hệ thống hồ chứa và các nút nhu cầu sử dụng nước để tính toán mức độ thiếu hụt nước theo từng tháng.
- Phương pháp chuyên gia và hội thảo: Tham vấn ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực tài nguyên nước và biến đổi khí hậu tại Việt Nam và Lào.
Cơ sở dữ liệu sử dụng
- Dữ liệu không gian: Bản đồ số độ cao (DEM); bản đồ sử dụng đất (NAFRI); bản đồ đất (NAFRI, 2002) phân loại các nhóm đất Cambisols, Luvisols thuộc nhóm thủy văn B và C.
- Dữ liệu khí tượng thủy văn giai đoạn nền (1990–2015): Số liệu thực đo từ 9 trạm khí tượng (KongSedon, Saravane, Selabam, Pakse, LaoNgam, Nikom 3-4, Batieng, Paksong, Sekong) và 2 trạm thủy văn (KongSedon, Sounvannakhily).
- Dữ liệu kinh tế - xã hội: Thống kê dân số năm 2017 toàn lưu vực (700.622 người), số lượng gia súc gia cầm, diện tích gieo trồng, quy hoạch công nghiệp và du lịch của các tỉnh Saravan và Champasak.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 1 trình bày cơ sở lý luận về quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo Tuyên bố Dublin 1992, tổng quan các nghiên cứu biến đổi khí hậu trên thế giới, tại Việt Nam và Lào, đồng thời phân tích điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và khí tượng thủy văn lưu vực sông Sedon.
Sông Sedon bắt nguồn từ cao nguyên Bolaven (độ cao ~800 m so với mực nước biển tại huyện Thateng), chảy qua đồng bằng Saravan (168 m), huyện KhongSedon (122–140 m) và đổ vào sông Mekong tại thị xã Pakse (102 m) với tổng chiều dài 254,5 km.
Dân số toàn lưu vực năm 2017 là 700.622 người, phân bố tại 12 huyện thuộc 2 tỉnh chính:
| STT |
Tỉnh / Huyện |
Thành thị (người) |
Nông thôn (người) |
Tổng cộng (người) |
| I |
Tỉnh Salavan |
23.721 |
387.993 |
411.714 |
| 1 |
Huyện Saravan |
6.264 |
98.011 |
104.275 |
| 2 |
Huyện Vapy |
1.465 |
38.514 |
39.979 |
| 3 |
Huyện Khongsedon |
4.630 |
59.761 |
64.391 |
| 4 |
Huyện Nakhonpheng |
2.891 |
47.596 |
50.487 |
| 5 |
Huyện Laongam |
4.863 |
68.262 |
73.125 |
| 6 |
Huyện Toomlarn |
1.244 |
28.664 |
29.908 |
| 7 |
Huyện Ta Oi |
1.675 |
30.487 |
32.162 |
| 8 |
Huyện Sa Muoi |
689 |
16.698 |
17.387 |
| II |
Tỉnh Champasak |
14.688 |
274.220 |
288.908 |
| 1 |
Huyện Pakse |
5.872 |
73.041 |
78.913 |
| 2 |
Huyện Sanasomboon |
2.680 |
66.508 |
69.188 |
| 3 |
Huyện Bachiangchaleunsouk |
2.872 |
55.679 |
58.551 |
| 4 |
Huyện Paksong |
3.264 |
78.992 |
82.256 |
| Tổng |
Toàn lưu vực sông Sedon |
38.409 |
662.213 |
700.622 |
Hiện trạng sử dụng đất toàn lưu vực được thống kê với tổng diện tích 703.200 ha:
| STT |
Ký hiệu |
Loại hình sử dụng đất |
Diện tích (ha) |
Tỷ lệ (%) |
| 1 |
AGRL |
Đất nông nghiệp |
199.591 |
28,38 |
| 2 |
CMCL |
Thực vật thể khảm >30% |
2.891 |
0,41 |
| 3 |
CMCS |
Thực vật thể khảm <30% |
57.745 |
8,21 |
| 4 |
DCMS |
Thể khảm lá rụng |
72.002 |
10,24 |
| 5 |
DECD |
Rừng rụng lá |
45.938 |
6,53 |
| 6 |
EHCD |
Rừng thường xanh che phủ cao |
11.559 |
1,64 |
| 7 |
EMLD |
Rừng thường xanh che phủ TB & thấp |
39.743 |
5,65 |
| 8 |
EVMS |
Rừng thường xanh thể khảm |
5.271 |
0,75 |
| 9 |
GRAS |
Đất đồng cỏ |
11.601 |
1,65 |
| 10 |
MEDH |
Rừng hỗn hợp che phủ cao |
5.946 |
0,85 |
| 11 |
MEDM |
Rừng hỗn hợp che phủ TB & thấp |
105.269 |
14,97 |
| 12 |
MXMS |
Rừng rụng lá hỗn hợp |
81.345 |
11,57 |
| 13 |
REGR |
Rừng tái sinh |
1.615 |
0,23 |
| 14 |
URBN |
Khu đô thị và xây dựng |
474 |
0,07 |
| 15 |
WSDR |
Cây gỗ và cây bụi khô |
11.662 |
1,66 |
| 16 |
WSEV |
Rừng thường xanh, cây gỗ & bụi |
50.548 |
7,19 |
| Tổng |
|
|
703.200 |
100,00 |
Phân tích chuỗi số liệu khí tượng 26 năm (1990–2015) cho thấy:
- Nhiệt độ trung bình tháng dao động từ 15,6°C đến 31,3°C; nhiệt độ thấp nhất ghi nhận tại trạm Nikom 3-4 là 6,6°C, cao nhất tại trạm Pakse là 36,7°C.
- Độ ẩm trung bình năm đạt 76% (thấp nhất vào tháng 2 và 3, cao nhất vào tháng 7 và 8 với 88,8%).
- Tốc độ gió trung bình từ 1,69 đến 3,01 m/s; lượng bốc hơi cao nhất trong mùa khô đạt 5–6,25 mm/ngày (tháng 2–4) và giảm còn 1,2–1,5 mm/ngày vào mùa mưa (tháng 7–9).
- Số giờ nắng bình quân đạt từ 4,1 đến 6,0 giờ/ngày.
Về chế độ mưa, luận án áp dụng chỉ tiêu vượt tổn thất thấm 100 mm với tần suất $P \ge 70%$ để xác định mùa mưa từ tháng V đến tháng IX, chiếm từ 75% đến 89% tổng lượng mưa năm:
| Trạm quan trắc |
Mưa mùa mưa (mm) |
Tỷ lệ mùa mưa (%) |
Mưa mùa khô (mm) |
Tỷ lệ mùa khô (%) |
Lượng mưa năm (mm) |
| Paksong |
2.808,2 |
80,0 |
703,2 |
20,0 |
3.511,4 |
| Nikom 3-4 |
1.884,5 |
75,0 |
627,0 |
25,0 |
2.511,6 |
| Batieng |
1.885,1 |
85,9 |
309,9 |
14,1 |
2.194,9 |
| Saravane |
1.785,8 |
85,9 |
294,2 |
14,2 |
2.080,0 |
| KhongSedon |
1.663,0 |
84,1 |
314,3 |
15,9 |
1.977,3 |
| Pakse |
1.729,3 |
87,7 |
242,7 |
12,3 |
1.972,0 |
| Selabam |
1.689,8 |
90,0 |
188,1 |
10,0 |
1.877,8 |
| LaoNgam |
1.425,3 |
81,6 |
322,0 |
18,4 |
1.747,2 |
| Sekong |
1.263,4 |
80,1 |
314,8 |
20,0 |
1.578,2 |
Trận mưa ngày cực đoan lớn nhất đo được tại Khongsedon là 374,0 mm (ngày 25/6/1990) và lượng mưa tháng lớn nhất đo được tại Paksong là 1.489,0 mm (tháng 7/1999).
Chương 2: Xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 thiết lập cơ sở phương pháp luận tính toán nhu cầu nước, dòng chảy và cân bằng nước trên lưu vực sông Sedon ở giai đoạn nền:
- Phương pháp tính toán nhu cầu nước:
- Nông nghiệp (trồng trọt): Tính toán lượng bốc thoát hơi tiềm năng ($ET_0$) và nhu cầu nước tưới thực tế ($ET_c$) bằng mô hình CROPWAT cho các loại cây trồng chính (lúa mùa, lúa xuân, hoa màu, cây công nghiệp).
- Chăn nuôi: Xác định theo định mức nước cho chăn nuôi tập trung và phân tán (gia súc, gia cầm).
- Sinh hoạt: Dựa trên tiêu chuẩn cấp nước đô thị và nông thôn nhân với quy mô dân số từng tiểu vùng.
- Công nghiệp, thủy sản, du lịch: Tính toán theo chỉ tiêu cấp nước chuyên ngành.
- Thiết lập mô hình SWAT mô phỏng dòng chảy:
- Dữ liệu địa hình DEM được phân tích để trích xuất mạng lưới sông và chia lưu vực Sedon thành các tiểu lưu vực.
- Tích hợp bản đồ đất và sử dụng đất để thiết lập các đơn vị đáp ứng thủy văn (HRU).
- Thực hiện hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn SWAT tại 2 trạm thủy văn Kongsedone và Sounvannakhily. Kết quả chỉ tiêu đánh giá cho thấy đường quá trình dòng chảy mô phỏng bám sát đường quá trình dòng chảy thực đo.
- Thiết lập mô hình cân bằng nước WEAP:
- Chia lưu vực thành 20 tiểu lưu vực tính toán cân bằng nước.
- Đưa chuỗi dòng chảy từ SWAT vào các nhánh sông trong WEAP làm nguồn cấp; thiết lập các nút nhu cầu sử dụng nước và thông số vận hành của hệ thống hồ chứa hiện có.
- Kết quả tính toán giai đoạn hiện trạng: Tính toán tổng lượng nước đến, tổng nhu cầu nước các ngành và lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng hiện trạng. Kết quả chỉ ra sự thiếu hụt nước cục bộ xuất hiện trong các tháng mùa khô tại một số tiểu lưu vực có diện tích canh tác lớn nhưng thiếu công trình trữ và điều tiết nước.
Chương 3: Ảnh hưởng của BĐKH đến sử dụng nước lưu vực sông Sedon và giải pháp ứng phó
Chương 3 trình bày các kết quả mô phỏng biến đổi khí hậu, dòng chảy, nhu cầu nước và cân bằng nước trong tương lai, từ đó đề xuất các giải pháp thích ứng:
- Biến đổi nhiệt độ và lượng mưa tương lai:
- Kết quả từ 4 mô hình RCM (CCLM5-0-2 EC-EARTH, CCLM5-0-2 MPI-ESM-LR, REMO2009 MPI-ESM-LR, HadGEM3-RA) cho thấy nhiệt độ tối cao và nhiệt độ tối thấp đều có xu thế tăng ở cả hai giai đoạn 2030s và 2050s so với giai đoạn nền.
- Lượng mưa mùa mưa có xu thế tăng, trong khi lượng mưa mùa khô biến động phức tạp và suy giảm tại nhiều trạm đo, làm gia tăng biên độ chênh lệch giữa hai mùa.
- Biến động nhu cầu nước và dòng chảy:
- Do nhiệt độ tăng làm tăng bốc thoát hơi, tổng nhu cầu nước cho trồng trọt và các ngành kinh tế trong giai đoạn 2030s và 2050s đều tăng so với giai đoạn nền.
- Dòng chảy mô phỏng bằng mô hình SWAT tại các trạm Kongsedone và Sovannakhili cho thấy lưu lượng đỉnh lũ mùa mưa tăng lên, trong khi dòng chảy kiệt trong các tháng mùa khô có xu thế giảm sút rõ rệt.
- Kết quả cân bằng nước tương lai bằng mô hình WEAP:
- Tính toán mức thiếu hụt nước trung bình từng tháng cho các giai đoạn 2030s và 2050s theo 4 mô hình khí hậu vùng.
- Kết quả xác định rõ các tiểu lưu vực và các thời đoạn chịu rủi ro thiếu hụt nước nghiêm trọng trong mùa khô nếu không có các giải pháp bổ sung nguồn trữ.
- Đề xuất giải pháp sử dụng tổng hợp tài nguyên nước:
- Giải pháp công trình:
- Lập quy hoạch và bố trí xây dựng mới các hồ chứa, đập dâng điều tiết nước trên các phụ lưu chính (HouayNamsai, Xeset, HouayKapeu, HouayPalai, HouayChampi) cho giai đoạn 2030s và giai đoạn 2050s.
- Nâng cấp, mở rộng và hoàn thiện hệ thống kênh mương tưới tiêu tại các tiểu lưu vực thuộc tỉnh Saravan và Champasak nhằm tăng diện tích chủ động tưới.
- Giải pháp phi công trình:
- Chuyển đổi cơ cấu cây trồng: Đối với những khu vực dự báo thiếu hụt nước nhỏ hơn 30% tổng nhu cầu, thực hiện chuyển đổi từ canh tác lúa sang các loại cây trồng cạn có nhu cầu nước thấp hơn.
- Áp dụng các kỹ thuật tưới tiết kiệm nước nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước tưới.
- Xác định diện tích bắt buộc phải giãn vụ hoặc ngừng sản xuất trong những năm kiệt cực đoan.
- Tăng cường thể chế quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo lưu vực sông, hoàn thiện chính sách phân bổ nguồn nước công bằng giữa các ngành.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học
- Hệ thống hóa và hoàn thiện phương pháp luận khoa học trong việc tính toán nhu cầu nước đa ngành, mô phỏng thủy văn dòng chảy và đánh giá cân bằng nước lưu vực sông Sedon có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu.
- Xây dựng bộ kịch bản biến đổi khí hậu chi tiết cho lưu vực sông Sedon dựa trên tổ hợp 4 mô hình khí hậu vùng (RCMs) thuộc CORDEX Đông Nam Á kết hợp với 2 kịch bản phát thải RCP4.5 và RCP8.5 cho các mốc thời gian 2030s và 2050s.
- Thiết lập chuỗi liên kết mô hình toán (RCMs – SWAT – CROPWAT – WEAP) cho phép định lượng hóa mức độ thừa, thiếu nước chi tiết theo 20 tiểu lưu vực và từng tháng trong năm, làm cơ sở khoa học để mô phỏng và phân tích bài toán tài nguyên nước cho các lưu vực tương tự tại Lào.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn
- Cung cấp bức tranh toàn diện và định lượng về tiềm năng tài nguyên nước, hiện trạng khai thác và mức độ thiếu hụt nguồn nước của lưu vực sông Sedon ở hiện tại và tương lai.
- Xác định cụ thể các khu vực trọng điểm chịu rủi ro cao về hạn hán và thiếu nước trong mùa khô thuộc các tỉnh Saravan và Champasak.
- Đề xuất danh mục quy hoạch các công trình hồ chứa, đập dâng cấp nước đầu mối cho 2 giai đoạn 2030s và 2050s, cung cấp căn cứ khoa học trực tiếp cho các cơ quan quản lý nhà nước của Lào (Cục Thủy lợi Lào, Bộ Tài nguyên và Môi trường Lào) trong việc phân bổ ngân sách và lập kế hoạch đầu tư hạ tầng thủy lợi bền vững.
- Đưa ra giải pháp phi công trình cụ thể về chuyển đổi cơ cấu mùa vụ, áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước khi mức thiếu hụt dưới 30% nhu cầu.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án
- Chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn tại Lào nhìn chung còn ngắn và mật độ trạm đo trên lưu vực sông Sedon còn thưa, đặc biệt là các trạm quan trắc thủy văn và đo mưa tự động ở vùng núi cao.
- Độ bất định (uncertainty) vốn có từ các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) và mô hình khí hậu khu vực (RCMs) tạo ra biên độ dao động nhất định trong kết quả dự báo lượng mưa và nhiệt độ cực đoan.
- Việc tính toán nhu cầu nước cho các ngành công nghiệp, du lịch và thủy sản trong tương lai chủ yếu dựa trên các chỉ tiêu định mức quy hoạch kinh tế - xã hội, chưa lượng hóa hết các biến động bất thường của thị trường và chính sách phát triển.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Bổ sung và cập nhật mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn tự động và dữ liệu đo đạc thực tế để tái hiệu chỉnh, nâng cao độ chính xác của các mô hình thủy văn SWAT và cân bằng nước WEAP.
- Mở rộng nghiên cứu đánh giá tương tác giữa nguồn nước mặt và nước dưới đất trong lưu vực sông Sedon.
- Ứng dụng quy trình tính toán và chuỗi mô hình của luận án để mở rộng nghiên cứu cân bằng nước cho các lưu vực sông khác trên toàn lãnh thổ Lào.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn có giá trị cho nhiều nhóm đối tượng:
- Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách tại Lào: Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn cho Bộ Tài nguyên và Môi trường Lào, Cục Thủy lợi Lào (Bộ Nông Lâm nghiệp), Sở Nông Lâm nghiệp các tỉnh Saravan, Champasak và Sekong trong việc xây dựng quy hoạch tổng thể lưu vực sông, kế hoạch đầu tư công trình trữ nước và chương trình thích ứng biến đổi khí hậu cấp vùng.
- Ủy hội sông Mekong quốc tế (MRC) và Ban Thư ký MRC Quốc gia Lào: Làm tài liệu tham khảo cho các chương trình phát triển lưu vực (BDP) và chương trình sử dụng nước (WUP) tại tiểu vùng hạ lưu sông Mekong.
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp luận tích hợp chuỗi công cụ mô hình RCM – CROPWAT – SWAT – WEAP trong giải quyết bài toán quản lý tài nguyên nước lưu vực sông chịu tác động của biến đổi khí hậu.
Câu hỏi thường gặp
1. Lưu vực sông Sedon có vị trí địa lý, quy mô diện tích và đặc điểm sông ngòi như thế nào?
Sông Sedon là phụ lưu cấp 1 của sông Mekong ở Nam Lào với tổng chiều dài 254,5 km và diện tích lưu vực khoảng 7.220 km² (phần diện tích khống chế đến trạm Nanay là 6.170 km²). Sông bắt nguồn từ cao nguyên Bolaven ở độ cao khoảng 800 m, chảy qua đồng bằng tỉnh Saravan (168 m), huyện Khongsedon (122–140 m) và nhập vào sông Mekong tại thị xã Pakse (102 m). Các phụ lưu chính gồm HouayNamsai, Xeset, HouayKapeu, HouayPalai và HouayChampi.
2. Đặc điểm phân bố lượng mưa và mùa mưa - mùa khô tại lưu vực sông Sedon được xác định ra sao?
Theo chỉ tiêu vượt tổn thất thấm 100 mm với tần suất $P \ge 70%$, mùa mưa kéo dài từ tháng V đến tháng IX, chiếm từ 75% đến 89% tổng lượng mưa cả năm. Mùa khô kéo dài từ tháng X đến tháng IV năm sau, chỉ chiếm 10% đến 25% lượng mưa năm. Lượng mưa trung bình năm giữa các trạm có sự phân hóa lớn: cao nhất tại trạm cao nguyên Paksong đạt 3.511,4 mm/năm và thấp nhất tại trạm Sekong đạt 1.578,2 mm/năm.
3. Luận án đã tích hợp những mô hình toán nào để giải quyết bài toán nghiên cứu?
Luận án tích hợp 4 công cụ mô hình chính:
- 4 mô hình khí hậu khu vực (RCMs) gồm CCLM5-0-2 (EC-EARTH), CCLM5-0-2 (MPI-ESM-LR), REMO2009 (MPI-ESM-LR), HadGEM3-RA (HadGEM2-AO) theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 để dự báo mưa và nhiệt độ tương lai.
- Mô hình CROPWAT để tính toán nhu cầu nước tưới cho cây trồng.
- Mô hình thủy văn SWAT để mô phỏng dòng chảy tự nhiên đến từ các tiểu lưu vực.
- Mô hình WEAP để mô phỏng điều tiết hồ chứa và cân bằng nước tổng thể cho 20 tiểu lưu vực.
4. Dân số và cơ cấu sử dụng đất lưu vực sông Sedon được ghi nhận như thế nào trong luận án?
Dân số năm 2017 toàn lưu vực là 700.622 người, trong đó tỉnh Salavan có 411.714 người (8 huyện) và tỉnh Champasak có 288.908 người (4 huyện). Về sử dụng đất, tổng diện tích tự nhiên là 703.200 ha; trong đó đất nông nghiệp (AGRL) chiếm 28,38% (199.591 ha), đất rừng và thực vật che phủ chiếm hơn 45,77% (lớn nhất là rừng hỗn hợp mật độ TB & thấp MEDM chiếm 14,97%), đất khu đô thị và xây dựng (URBN) chiếm 0,07% (474 ha).
5. Luận án đề xuất những giải pháp chính nào để giải quyết tình trạng hạn hán và thiếu hụt nước?
Luận án đề xuất kết hợp giải pháp công trình và phi công trình:
- Giải pháp công trình: Xây dựng các hồ chứa, đập dâng tích trữ và điều tiết nguồn nước trên các phụ lưu chính trong 2 giai đoạn 2030s và 2050s; nâng cấp hệ thống công trình trạm bơm và kênh mương tưới.
- Giải pháp phi công trình: Khi mức thiếu hụt nước dưới 30% nhu cầu, thực hiện chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ lúa sang cây trồng cạn kết hợp kỹ thuật tưới tiết kiệm nước; phân vùng dừng sản xuất khi hạn hán cực đoan; hoàn thiện cơ chế điều phối quản lý tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Sedon.
Kết luận
Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Vinvilay Sayaphone đã giải quyết trọn vẹn bài toán đánh giá tiềm năng và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Sedon trong điều kiện biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội. Bằng việc kết hợp đồng bộ chuỗi mô hình khí hậu vùng CORDEX, mô hình thủy văn SWAT, mô hình nhu cầu nước CROPWAT và mô hình cân bằng nước WEAP trên 20 tiểu lưu vực, luận án đã định lượng được lượng nước thiếu hụt theo không gian và thời gian cho các mốc thời gian 2030s và 2050s. Các giải pháp công trình hồ chứa và phi công trình chuyển đổi cơ cấu cây trồng, tưới tiết kiệm nước được đề xuất có tính khả thi cao, đóng góp cơ sở khoa học trực tiếp cho quy hoạch và quản lý bền vững tài nguyên nước tại Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào.
