Tài liệu Nghiên cứu, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu sông mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ “NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN XÂM NHẬP MẶN Ở VÙNG HẠ LƯU SÔNG MÃ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU” Chuyên ngành: Thuỷ văn học TRỊNH THẾ THÀNH Hà Nội, Năm 2018 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN XÂM NHẬP MẶN Ở VÙNG HẠ LƯU SÔNG MÃ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRỊNH THẾ THÀNH Chuyên ngành : Thuỷ văn học Mã số : 60440224 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Hoàng Ngọc Quang Hà Nội - Năm 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Hoàng Ngọc Quang Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hùng Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải Luận văn thạc sĩ được hoàn thành tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 17 tháng 9 năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Trịnh Thế Thành Mã số học viên: 1698010059 Lớp: CH2B.T Chuyên ngành: Thủy văn Mã số: 60440224 Khóa học: CH2(2016-2018) Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Hoàng Ngọc Quang với đề tài nghiên cứu trong luận văn: “Nghiên cứu, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu”. Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây, do đó, không phải là bản sao chép của bất kỳ một luận văn nào. Nội dung của luận văn được thể hiện theo đúng quy định. Các số liệu, nguồn thông tin trong luận văn là do tôi thu thập, trích dẫn và đánh giá. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung tôi đã trình bày trong luận văn này. Hà Nội, ngày 30 tháng 03 năm 2018 NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN Trịnh Thế Thành LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ chuyên ngành Thủy văn với đề tài “Nghiên cứu, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu” đã hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa Khí tượng thủy văn, thầy cô giáo trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, cùng gia đình và bạn bè. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Hoàng Ngọc Quang đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt thời gian qua để luận văn được hoàn thành đúng thời gian quy định. Do luận văn được thực hiện trong thời gian có hạn, tài liệu tham khảo và số liệu đo đạc thiếu thốn, kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên nội dung luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn học viên để luận văn có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC Tóm tắt luận văn DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài. ........................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu. ................................................................................................. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ............................................................................ 2 4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 3 5. Nội dung nghiên cứu chính và cấu trúc luận văn. ..................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI, VÙNG HẠ LƯU SÔNG MÃ ................................................................................................................................ 5 1.1. Các vấn đề nghiên cứu về diễn biến xâm nhập mặn vùng cửa sông ....................... 5 1.1.1. Tổng quan chung về xâm nhập mặn ................................................................... 5 1.1.2. Tác động của nước biển dâng đến Việt Nam ...................................................... 8 1.1.3. Các nghiên cứu về xâm nhập mặn trong và ngoài nước: .................................... 9 1.1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn ngoài nước: .................................... 9 1.1.3.2. Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước .................................. 11 1.1.3.3. Hiện trạng và tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn ở khu vực nghiên cứu ... 13 1.2 Giới thiệu tổng quan về các mô hình thủy lực hệ thống sông................................ 14 1.2.1. Mô hình trong nước........................................................................................... 14 1.2.2. Mô hình nước ngoài .......................................................................................... 17 1.3. Giới thiệu khu vực nghiên cứu .............................................................................. 18 1.3.1. Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Mã ................................................................. 18 1.3.2. Đặc điểm kinh tế xă hội của lưu vực sông Mã. ................................................. 27 1.3.3. Tình hình xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Mã. .............................................. 28 1.3.4 Tình hình hồ chứa trên lưu vực sông Mã ........................................................... 30 Kết luận chương 1 ....................................................................................................... 30 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 NGHIÊN CỨU ............................ 32 DIỄN BIẾN MẶN SÔNG MÃ ................................................................................... 32 2.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE 11 tính toán xâm nhập mặn ........................ 32 2.2. Ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng diễn biến mặn sông Mã ........................ 36 2.2.1. Thiết lập sơ đồ mạng lưới ................................................................................. 38 2.2.1.1. Thiệt lập mạng lưới sông ............................................................................... 38 2.2.1.2. Tài liệu địa hình ............................................................................................. 39 2.2.1.3. Tài liệu thủy văn............................................................................................. 40 2.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định thông số mô hình MIKE 11 cho sông Mã ................ 41 2.2.2.1. Hiệu chỉnh bộ thông số cho mô hình ............................................................. 41 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN THEO CÁC KỊCH BẢN ............... 56 VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIẾU ..................................................... 56 3.1. Lựa chọn các kịch bản tính toán xâm nhập mặn ................................................... 56 3.1.1. Cơ sở lựa chọn kịch bản .................................................................................... 56 3.1.1.1. Kịch bản nước biển dâng cho tỉnh Thanh Hóa .............................................. 56 3.1.2. Các kịch bản tính toán ....................................................................................... 59 3.2. Kết quả tính toán mô phỏng xâm nhập mặn sông Mã theo các kịch bản ............. 60 3.2.1. Kết quả mô phỏng ............................................................................................. 60 3.2.2. Nhận xét kết quả tính toán ................................................................................ 64 3.3. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu .......................................................................... 65 3.3.1. Các cơ sở đề xuất giải pháp cụ thể .................................................................... 65 3.3.2. Các giải pháp cụ thể .......................................................................................... 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 71 Tóm tắt luận văn + Họ và tên học viên: Trịnh Thế Thành + Lớp: CH2B.T Khóa: 2B + Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Hoàng Ngọc Quang + Tên đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu”. Do tác động của biến đổi khí hậu, vùng hạ lưu sông Mã đã và đang đối mặt với tình trạng suy giảm dòng chảy về mùa kiệt, mặn xâm nhập sâu hơn vào trong sông làm cho việc khai thác và sử dụng nước ngọt phục vụ sinh hoạt và sản xuất trong vùng gặp nhiều khó khăn. Trước thực trạng đó, học viên đề xuất thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn ở hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu”. Kết quả của nghiên cứu này sẽ góp phần xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc khai thác sử dụng tài nguyên nước vùng cửa sông một cách hợp lý và hạn chế tác động có hại của quá trình xâm nhập mặn vào vùng hạ lưu sông Mã tới phát triển kinh tế, xã hội trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Luận văn được thực hiện trong ba chương chính: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn và một số đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội, vùng hạ lưu sông Mã: tóm tắt một số công trình nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước và ngoài nước, một số đặc điểm địa lý tự nhiên, KTXH, vùng hạ lưu sông Mã; qua đó lựa chọn phương pháp mô hình toán (mô hình MIKE 11) cho nghiên cứu của luận văn. Chương 2: Ứng dụng mô hình MIKE11 nghiên cứu diễn biến mặn sông Mã: nghiên cứu cơ sở lý thuyết mô hình MIKE11, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình để đánh giá sự phù hợp các mô phỏng diễn biến mặn cho khu vực hạ lưu sông Mã. Chương 3: Tính toán các kịch bản và đề xuất các biện pháp giảm thiểu: Ứng dụng mô hình MIKE11 để tính toán diễn biến mặn khu vực hạ lưu sông Mã được ứng với các kịch bản BĐKH khác nhau, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu các thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các hoạt động của con người có ảnh hưởng đến thay đổi xâm nhập mặn ... 6 Bảng 1.2: Đặc trưng mưa năm lưu vực sông Mã . ...................................................... 21 Bảng 1.3: Lượng mưa trung bình nhiều năm, năm mưa lớn và năm mưa nhỏ của một số trạm đại biểu trên lưu vực sông Mã thuộc Thanh Hóa . .................................. 21 Bảng 1.4: Cơ cấu kinh tế qua các năm của tỉnh Thanh Hóa. ...................................... 27 Bảng 2.1 Kết quả hiệu chỉnh tại một số trạm kiểm tra............................................... 43 Bảng 2.2 Kết quả kiểm định hệ số Nash tại các trạm kiểm tra ................................... 48 Bảng 2.3 Hệ số nhám của mô đun thủy lực ................................................................ 48 Bảng 2.4 Kết quả đánh giá sai số độ mặn tính toán và thực đo tại vị trí kiểm tra ...... 50 Bảng 2.5 Hệ số mô đun khuếch tán – lan truyền mặn ................................................ 52 Bảng 2.6 Kết quả đánh giá sai số độ mặn tính toán và thực đo tại vị trí kiểm tra ...... 53 Bảng 3.1 Mực nước biển dâng theo các kịch bản RCP cho dải ven biển Việt Nam (cm) ............................................................................................................................. 57 Bảng 3.2 Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP2.6 (cm) ....................................... 57 Bảng 3.3 Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP4.5 (cm) ....................................... 57 Bảng 3.4 Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP6.0 (cm) ....................................... 58 Bảng 3.5 Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP8.5 (cm) ....................................... 58 Bảng 3.6 Tổng hợp các kịch bản mô phỏng................................................................ 59 Bảng 3.7. Chiều dài xâm nhập mặn 4‰ trên sông Mã theo các kịch bản nước biển dâng ............................................................................................................................. 60 Bảng 3.8. Chiều dài xâm nhập mặn 4‰ trên sông Lèn theo các kịch bản ................. 62 nước biển dâng ............................................................................................................ 62 Bảng 3.9. Chiều dài xâm nhập mặn 4‰ trên sông Mã theo các kịch bản .................. 63 nước biển dâng ............................................................................................................ 63 Bảng 3.10. Chiều dài xâm nhập mặn 4‰ trên sông Lèn theo các kịch bản ............... 63 nước biển dâng ............................................................................................................ 63 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông ............... 7 Hình 1.2. Bản đồ lưu vực sông Mã. ........................................................................... 18 Hình 1.3: Bản đồ mạng lưới sông và mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Mã. ...................................................................................................................... 26 Hình 2.1 Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott ................................................... 33 Hình 2.2 Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t ................................ 33 Hình 2.3: Sơ đồ khối tính toán thuỷ lực MIKE11 ....................................................... 38 Hình 2.4 Sơ đồ tính toán thủy lực sông Mã ................................................................ 39 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình ........................................ 42 Hình 2.7. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Giàng trên sông Mã năm 2011 ...... 44 Hình 2.8. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Cự Đà trên sông Lạch Trường năm 2010 ............................................................................................................................. 44 Hình 2.9. Kết quả hiệu chỉnh mực nước trạm Cự Đà trên sông Lạch Trường năm 2011 ............................................................................................................................. 45 Hình 2.10. Kết quả hiệu chỉnh mực nước trạm Phà Thắm trên sông Lèn năm 2010 . 45 Hình 2.11 Kết quả hiệu chỉnh mực nước trạm Phà Thắm trên sông Lèn năm 2011 .. 46 Hình 2.12. Kết quả kiểm định mực nước trạm Giàng trên sông Mã năm 2012 ......... 47 Hình 2.13. Kết quả kiểm định mực nước trạm Cự Đà trên sông Lạch Trường năm 2012 ............................................................................................................................. 47 Hình 2.14. Kết quả kiểm định mực nước trạm Phà Thắm trên sông Lèn năm 2012 .. 48 Bảng 2.2 Kết quả kiểm định hệ số Nash tại các trạm kiểm tra ................................... 48 Hình 2.15.Kết quả hiệu chỉnh độ mặn tính toán và thực đo tại trạm Giàng ............... 50 trên sông Mã ................................................................................................................ 50 Hình 2.16. Kết quả hiệu chỉnh độ mặn tính toán và thực đo tại trạm Cự Đà trên sông Lạch Trường ................................................................................................................ 51 Hình 2.17. Kết quả hiệu chỉnh độ mặn tính toán và thực đo tại trạm Phà Thắm trên sông Lèn ...................................................................................................................... 51 Hình 2.18.Kết quả hiệu chỉnh độ mặn tính toán và thực đo tại trạm Giàng ............... 54 trên sông Mã ................................................................................................................ 54 Hình 2.19. Kết quả hiệu chỉnh độ mặn tính toán và thực đo tại trạm Phà Thắm trên sông Lèn ...................................................................................................................... 54 Hình 3.1: Diễn biến độ mặn theo dọc sông Mã năm 2010 và theo các kịch bản tính toán .............................................................................................................................. 60 Hình 3.2: Diễn biến độ mặn theo dọc sông Lèn năm 2010 và theo các kịch bản tính toán .............................................................................................................................. 62 Hình 3.3: Diễn biến độ mặn theo dọc sông Mã năm 2010 và theo các kịch bản tính toán .............................................................................................................................. 63 Hình 3.4: Diễn biến độ mặn theo dọc sông Lèn năm 2010 và theo các ...................... 64 kịch bản tính toán ........................................................................................................ 64 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Sông Mã là một trong chín hệ thống sông lớn của Việt Nam và là sông lớn nhất ở vùng Bắc Trung Bộ, trải rộng trên lãnh thổ huyện Sầm Nưa của Cộng hòa dân chủ Nhân dân Lào và 5 tỉnh ở Việt Nam là: Điện Biên, Sơn La, Hòa Bình, Thanh Hóa, Nghệ An. Tổng diện tích lưu vực sông là 28.490km2. Sông Mã gồm nhiều nhánh sông nhập lưu vào điển hình như: sông Chu, sông Âm, sông Cầu Chày, sông Bưởi,...và có 2 phân lưu chính là sông Lèn và sông Lạch Trường. Vùng hạ lưu sông Mã nằm hoàn toàn trên địa phận tỉnh Thanh Hóa được hình thành nhờ nguồn nước và lượng phù sa bồi đắp hàng năm từ hệ thống sông Mã. Trải qua nhiều thời kì phát triển, cho đến nay vùng đã trở thành trung tâm kinh tế - xã hội của tỉnh Thanh Hóa. Tổng diện tích tự nhiên toàn vùng là 267.000 ha với số dân khoảng 3.697.227 người (2007). Đây là khu vực tập trung phát triển sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, du lịch và trung tâm văn hóa của tỉnh Thanh Hóa. Hiện nay đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Thiên tai và các hiện tượng thời tiết cực đoan khác đang gia tăng ở hầu hết các nơi trên thế giới. Nhiệt độ và mực nước biển trung bình toàn cầu tiếp tục tăng và đang là mối lo ngại của các quốc gia trên thế giới. Trong 50 năm qua, tại Việt Nam, nhiệt độ trung bình tăng khoảng 0,7oC và mực nước biển đã dâng khoảng 20cm. Cũng theo dự báo của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu thuộc Bộ Tài Nguyên Môi Trường, đến năm 2100, mực nước biển sẽ tăng lên tới 1m, nhiệt độ tăng khoảng 3°C. Việt Nam với đường bờ biển dài hơn 3200 km cũng đang được đánh giá là một trong số những quốc gia bị tác động mạnh mẽ nhất của biến đổi khí hậu. Bên cạnh các loại hình thiên tai mạnh mẽ gây ra nhiều thiệt hại nặng nề cho nước ta như lũ lụt, bão, hạn hán... thì xâm nhập mặn cũng đang nổi lên như 1 vấn đề cấp bách cần phải được giải quyết đối với các quản lý, các nhà nghiên cứu và chính quyền của nước ta. 1 Ranh giới xâm nhập mặn đang có xu hướng ngày một tiến sâu hơn vào đất liền gây ảnh hưởng rất lớn cho đời sống và hoạt động sản xuất của người dân. Xâm nhập mặn là một quá trình tự nhiên nên nếu nắm được nguyên nhân, diễn biến của nó thì chúng ta hoàn toàn có thể đánh giá, dự báo được quá trình này phục vụ cho việc lấy nước tuới theo mùa vụ cây trồng và trong thời đoạn dài có thể bố trí thời vụ gieo trồng hợp lý để hạn chế tối đa tác động của xâm nhập mặn. Đồng thời, mặn cũng là một điều kiện thuận lợi cho các khu nuôi trồng thuỷ sản, hệ sinh thái ngập nước ven sông. Đây cũng là mục tiêu cơ bản của việc nghiên cứu xâm nhập triều mặn phục vụ các hoạt động kinh tế-xã hội vùng hạ lưu sông Mã Mặt khác vùng hạ lưu sông Mã cũng đang đối mặt với tình trạng suy giảm dòng chảy về mùa kiệt làm cho mặn xâm nhập sâu hơn vào trong sông nên cho việc khai thác và sử dụng nước ngọt trong vùng gặp nhiều khó khăn. Trước thực trạng đó, học viên đề xuất thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn ở hạ lưu sông Mã trong bối cảnh biến đổi khí hậu” . Kết quả của nghiên cứu này sẽ góp phần xây dựng các cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc khai thác sử dụng tài nguyên nước vùng cửa sông một cách hợp lý và hạn chế tác động có hại của quá trình xâm nhập mặn vào vùng hạ lưu sông Mã tới phát triển kinh tế, xã hội trong bối cảnh biến đổi khí hậu. 2. Mục tiêu nghiên cứu. - Đánh giá được hiện trạng xâm nhập mặn và thiệt hại do mặn gây ra cho vùng hạ lưu sông Mã. - Mô phỏng diễn biến mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu cho vùng hạ lưu sông Mã, từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu do mặn gây ra cho khu vực nghiên cứu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. - Đối tượng nghiên cứu: Xâm nhập mặn. - Phạm vi nghiên cứu: vùng hạ lưu sông Mã (các huyện giáp ranh giữa 3 cửa sông Mã, sông Lạch Trường và sông Lèn gồm TP Sầm Sơn, Nga Sơn, Hà Trung, Hậu Lộc, Hoằng Hóa) 2 4. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau đây: - Phương pháp kế thừa: Kế thừa kết quả nghiên cứu thông qua các nhiệm vụ, công trình nghiên cứu khoa học đã thực hiện và công bố có trên thế giới và trong nước có liên quan đến hướng nghiên cứu của đề tài. - Phương pháp thống kê: Tổng hợp, phân tích và xử lý dữ liệu nhằm tìm ra các quy luật, xu hướng diễn biến của xâm nhập mặn. - Phương pháp mô hình toán thuỷ văn, thuỷ lực: Tính toán xâm nhập mặn cho các kịch bản BĐKH khác nhau, qua đó phân tích diễn biến mặn theo không gian và thời gian dưới tác động của BĐKH. - Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, học tập từ các chuyên gia, các nhà khoa học và xin ý kiến góp ý, hướng dẫn, bổ sung kiến thức từ các nhà khoa học, chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu. 5. Nội dung nghiên cứu chính và cấu trúc luận văn. Đề tài luận văn tập trung giải quyết các nội dung chính sau đây: - Phân tích, đánh giá tổng quan chung về tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu ở Việt Nam và khu vực hạ lưu sông Mã. Thu thập, cập nhật dữ liệu, thông tin về đặc điểm, điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, tình hình xâm nhập mặn và thiệt hại do mặn gây ra cho khu vực hạ lưu sông Mã; - Sử dụng mô hình và số liệu thu thập được về hiện trạng xâm nhập mặn để đánh giá sự phù hợp của mô hình trong mô phỏng quá trình xâm nhập mặn cho khu vực nghiên cứu; - Mô phỏng quá trình xâm nhập mặn diễn ra trên hạ lưu sông Mã ứng với từng kịch bản biến đổi khí hậu; - Đề xuất các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do mặn gây ra bao gồm các giải pháp phi công trình và công trình dựa trên các kịch bản đã được mô phỏng. Đánh giá tính khả thi, hiệu quả của việc áp dụng các giải pháp. 3 Ngoài phần mở đầu, kết luận, các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn được bố cục thành các chương: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn và một số đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội, vùng hạ lưu sông Mã: tóm tắt một số công trình nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước và ngoài nước, một số đặc điểm địa lý tự nhiên, KTXH, vùng hạ lưu sông Mã; qua đó lựa chọn phương pháp mô hình toán (mô hình MIKE 11) cho nghiên cứu của luận văn. Chương 2: Ứng dụng mô hình MIKE 11 nghiên cứu diễn biến mặn sông Mã: Mô hình MIKE 11 được nghiên cứu, hiệu chỉnh và kiểm định để khẳng định sự phù hợp để mô phỏng diễn biến mặn cho khu vực hạ lưu sông Mã. Chương 3: Tính toán các kịch bản và đề xuất các biện pháp giảm thiểu: Mô hình MIKE 11 được ứng dụng cho các kịch bản BĐKH khác nhau để mô phỏng diễn biến mặn khu vực hạ lưu sông Mã, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu các thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI, VÙNG HẠ LƯU SÔNG MÃ 1.1. Các vấn đề nghiên cứu về diễn biến xâm nhập mặn vùng cửa sông 1.1.1. Tổng quan chung về xâm nhập mặn a. Khái niệm về xâm nhập mặn Nước ngọt là nguồn tài nguyên khan hiếm. Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới, chỉ có 2,5% tổng lượng nước trên trái đất là nước ngọt, phần còn lại là nước mặn. Nguồn nước ngọt lớn nhất nằm dưới lòng đất và một phần nước mặt nằm rải rác ở nhiều khu vực trên thế giới. Nước ngầm được sử dụng rộng rãi để bổ sung cho nguồn nước mặt nhằm đáp ứng nhu cầu nước ngày càng tăng. Tuy nhiên, một trong số những vấn đề đối với hệ thống nước ngầm ở những vùng ven biển chính là xâm nhập mặn. Xâm nhập mặn là quá trình thay thế nước ngọt trong các tầng chứa nước ở ven biển bằng nước mặn do sự dịch chuyển của khối nước mặn vào tầng nước ngọt. Xâm nhập mặn làm giảm nguồn nước ngọt dưới lòng đất ở các tầng chứa nước ven biển do cả 2 quá trình tự nhiên và con người gây ra. Theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai (DMC), Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn: Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn với nồng độ mặn bằng 4‰ xâm nhập sâu vào nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biển dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt. Xâm nhập mặn là vấn đề nghiêm trọng đối với nhiều chính quyền địa phương, vấn đề này đã được nỗ lực giải quyết trong bối cảnh đang diễn ra biến đổi khí hậu như nước biển dâng, tăng nhiệt độ, khai thác nước ngầm quá mức để đáp ứng nhu cầu nước cho phát triển, những nguyên nhân này đang làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn. 5 b. Những yếu tố ảnh hưởng đến xâm nhập mặn Hiện tượng xâm nhập mặn bị tác động chủ yếu bởi 2 nhóm yếu tố chính là tự nhiên và con người. Cụ thể như sau: (1) - Các yếu tố tự nhiên: - Điều kiện khí tượng, thủy văn: các thay đổi yếu tổ thủy văn, năm hạn và năm nhiều nước ảnh hưởng rất lớn đến chế độ xâm nhập mặn; - Nước biển dâng: do ảnh hưởng của thay đổi khí hậu, đây là yếu tố đáng được quan tâm trong thời gian gần đây và cũng đang là một trong số những yếu tố có tác động mạnh mẽ nhất đến tình trạng xâm nhập mặn hiện nay. - Gió, bão: là yếu tố góp phần gia tăng xâm nhập mặn nhưng chỉ cục bộ và thời gian ảnh hưởng ngắn; - Dao động thủy triều: giao động thủy triều ảnh hưởng đáng kể đến chế độ xâm nhập mặn, vào các tuần trăng, dao động thủy triều lớn, xâm nhập mặn vào sâu, tuy nhiên đây là hiện tượng tự nhiên không thể kiểm soát được. (2) – Các yếu tố con người: Các hoạt động của con người có ảnh hưởng đến thay đổi xâm nhập mặn được phân làm các tác động như dưới đây: Bảng 1.1. Các hoạt động của con người có ảnh hưởng đến thay đổi xâm nhập mặn TT 1 Tác động của con người Hinh thức/ Hoạt động cụ thể - Xây dựng hồ chứa, hồ thủy điện Xây dựng các công trình - Làm đê bao thường nguồn - Chuyển nước trong và ngoài lưu vực - Phát triển nông nghiệp 2 Thay đổi sử dụng đất - Chặt phá rừng, mất rừng - Đô thị hóa , công nghiệp hóa 3 Các hoạt động khác - Thủy sản: Nuôi trồng và đánh bắt - Phát triển du lịch - Phát triển dân số 4 Quản lý và vận hành - Quản lý vận hành các hồ chứa 6 Đối với các cửa sông tiếp giáp với biển, hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào các sông xảy ra khá phổ biến, đặc biệt vào mùa khô. Khi lượng nước từ sông đổ ra biển giảm, thủy triều từ biển sẽ mang nước mặn lấn sâu vào trong sông làm cho nước sông bị nhiễm mặn. Nồng độ mặn sẽ giảm dần khi càng tiến sâu vào đồng bằng. Hình 1.1. Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông Nguồn: Lê Anh Tuấn (2009) Độ mặn và phạm vi xâm nhập mặn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Lưu lượng nước sông từ thượng nguồn đổ về, lưu lượng càng giảm, nước mặn càng tiến sâu vào đất liền. - Biên độ triều vùng cửa sông: vào giai đoạn triều cường, nước mặn càng lấn sâu vào. - Địa hình: Địa hình bằng phẳng là yếu tố thuận lợi cho sự xâm nhập mặn. - Các yếu tố khí tượng: Gió từ biển hướng vào đất liền, nhiệt độ cao, mưa ít,… sẽ là tác nhân làm mặn lấn sâu vào nội địa. - Hoạt động kinh tế của con người: Nhu cầu khai thác và sử dụng nước ngọt vào mùa khô tăng sẽ làm giảm nguồn nước mặt cũng như nước ngầm, làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn. 7 c. Tình hình xâm nhập mặn tại Việt Nam Việt Nam có trên 3200 km bờ biển, tập trung hàng triệu người sinh sống và khai thác các nguồn lợi từ biển. Xâm nhập mặn diễn ra tại hầu hết các địa phương ven biển, gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất và sinh hoạt của người dân, đặc biệt tại những vùng cửa sông đổ ra biển. Hai đồng bằng rộng lớn nhất của Việt Nam là Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là những nơi chịu ảnh hưởng lớn nhất của hiện tượng này. Do đó, luận văn sẽ trích dẫn từ một số tài liệu tham khảo để đưa ra một cái nhìn rõ ràng về tình hình xâm nhập mặn đang diễn ra trong những năm gần đây và những tác động của nó đến sinh hoạt, sản xuất, và đặc biệt là đến lĩnh vực nông nghiệp ở hai vùng đồng bằng lớn này. 1.1.2. Tác động của nước biển dâng đến Việt Nam Theo kịch bản biến đổi khí hậu năm 2012 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mực nước biển dâng 1m sẽ có khoảng 39% diện tích, 35% dân số vùng Đồng bằng sông Cửu Long; trên 10% diện tích, 9% dân số vùng đồng bằng sông Hồng và Quảng Ninh; trên 2,5% diện tích, 9% dân số các tỉnh ven biển miền Trung và khoảng 7% dân số TP.HCM bị ảnh hưởng trực tiếp. Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng sâu sắc đến chu trình thủy văn thông qua thay đổi mô hình lượng mưa, lượng nước bốc hơi và độ ẩm của đất. Lượng mưa có thể tăng hoặc giảm và phân bố không đồng đều trên toàn cầu. Hiện tượng này sẽ làm thay đổi lượng nước ngầm được bổ sung, đồng thời thay đổi tốc độ xâm nhập mặn vào tầng ngậm nước ven biển. Vì vậy, thông tin về các tác động của biến đổi khí hậu ở địa phương hoặc khu vực, các quá trình thủy văn và tài nguyên nước ven biển trở nên rất quan trọng. Đặc biệt, mực nước biển dâng gây xâm nhập mặn là mối đe dọa nghiêm trọng đối với các vùng ven biển ở Việt Nam, trong đó các tỉnh ven biển Tây Nam bộ là khu vực chịu ảnh hưởng xâm nhập mặn nghiêm trọng nhất với 1,77 triệu ha đất bị nhiễm mặn, chiếm 45% diện tích. 8 1.1.3. Các nghiên cứu về xâm nhập mặn trong và ngoài nước: 1.1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn ngoài nước: Xâm nhập mặn - yếu tố quan trọng trong quản lý chất lượng nước vùng cửa sông và ven biển là một quá trình phức tạp liên quan đến thủy động lực học và vận chuyển chất trong sông. Trên thực tế, sự tương tác giữa nước ngọt và nước biển diễn ra dưới sự tác động của lưu lượng dòng chảy trong sông, thủy triều, gió; các nhân tố này ảnh hưởng đến khả năng xáo trộn pha loãng của nước sông với nước biển. Rõ ràng ba yếu tố kể trên và yếu tố địa hình của từng khu vực cửa sông dao dộng theo từng địa điểm khác nhau, do đó sự xâm nhập mặn tại các lưu vực sông cũng mang nhiều tính chất đặc trưng khác nhau. Mô hình hóa chất lượng nước nói chung và mô phỏng các quá trình xâm nhập mặn nói riêng đã được quan tâm với nhiều nghiên cứu đã được công bố. Các nghiên cứu sử dụng các mô hình hộp đen như mạng trí tuệ thần kinh nhân tạo hay các mô hình thủy lực kết hợp với mô dun tính toán lan truyền và vận chuyển chất. Một số nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu cũng đã được công bố trong vài năm gần đây như sử dụng mô hình Mike 21 để tiến hành đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu đến độ mặn trên sông Mê Kông. Conard và các cộng sự đã công bố các nghiên cứu sử dụng mô hình trí tuệ nhân tạo để dự báo biến động độ mặn do Biến đổi khí hậu gây ra trên vùng cửa sông Savannah. Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập mặn có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính toán và nghiên cứu đã được đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông như ở các nước như Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan... Các phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc) và mô phỏng quá trình bằng các mô hình toán. 9