Tài liệu Nghiên cứu sử dụng tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông sedon, lào trong bối cảnh biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI VINVILAY SAYAPHONE NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SEDON, LÀO TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI VINVILAY SAYAPHONE NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SEDON, LÀO TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ: 9 - 58 - 02 - 12 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LÊ VĂN CHÍN GS.TS. TRẦN VIẾT ỔN HÀ NỘI – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án VinVilay Sayaphone i LỜI CÁM ƠN Sau một thời gian miệt mài nghiên cứu, luận án đã hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Lê Văn Chín và GS.TS. Trần Viết Ổn. Tác giả xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới các thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu để tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các đơn vị, cá nhân đã tạo điều kiện cung cấp các tài liệu và tham gia góp ý cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin cảm ơn tác giả các công trình nghiên cứu đã cung cấp nguồn tư liệu và những kiến thức liên quan quý báu để tác giả sử dụng trong quá trình nghiên cứu và trích dẫn trong luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn bộ môn Kỹ thuật và Quản lý tưới; Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước; Phòng Đào tạo đại học và sau đại học; Trường Đại học Thủy lợi; Cục Thủy lợi Lào; Sở Nông Lâm nghiệp tỉnh Salavan; Champasak và Sekong; Viện Nghiên cứu Nông Lâm nghiệp Quốc gia Lào; Cục khí tượng thủy văn Lào cùng toàn thể các thầy, cô giáo; bạn bè; đồng nghiệp; cơ quan và gia đình đã tạo điều kiện, chia sẻ khó khăn, tham gia ý kiến và giúp tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Vinvilay Sayaphone ii MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI TÀI NGUYÊN NƯỚC ...19 1.1 Tổng quan về sử dụng tổng hợp tài nguyên nước ...............................................19 1.1.1 Cơ sở lý thuyết về sử dụng tổng hợp tài nguyên nước ..............................19 1.1.2 Các nghiên cứu về sử dụng tổng hợp tài nguyên nước .............................20 1.2 Tổng quan về biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến tài nguyên nước ...................22 1.2.1 Biến đổi khí hậu ........................................................................................22 1.2.2 Tác động của BĐKH đến tài nguyên nước ...............................................27 1.2.3 Tác động của BĐKH đến cân bằng nước ..................................................30 1.2.4 Các nghiên cứu về tác động của BĐKH ở Lào .........................................35 1.3 Tổng quan về lưu vực nghiên cứu .......................................................................36 1.3.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên ...........................................................................36 1.3.2 Khí tượng, thủy văn ...................................................................................41 1.3.3 Xu thế biến động tài nguyên nước ............................................................45 1.3.4 Hiện trạng thủy lợi và tình hình khai thác sử dụng tài nguyên nước của vùng nghiên cứu ............................................................................................................54 1.3.5 Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của các ngành sử dụng nước ...58 1.4 Định hướng nghiên cứu của luận án ...................................................................61 1.4.1 Các tồn tại chính ........................................................................................61 1.4.2 Định hướng nghiên cứu .............................................................................62 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............................................................................................................................64 2.1 Xây dựng cơ sở khoa học ....................................................................................64 2.1.1 Cơ sở lý thuyết tính toán xác định dòng chảy trên lưu vực.......................64 2.1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán nhu cầu nước của lưu vực .................................66 2.1.3 Cơ sở lý thuyết tính toán cân bằng nước lưu vực......................................71 2.2 Cơ sở dữ liệu .......................................................................................................74 2.2.1 Giai đoạn nền (số liệu thực đo) .................................................................74 2.2.2 Giai đoạn tương lai (Kịch bản BĐKH) .....................................................74 2.3 Phương pháp tính toán nhu cầu nước cho các đối tượng dùng nước trong lưu vực .................................................................................................................................83 iii 2.3.1 Nhu cầu sử dụng nước cho trồng trọt ........................................................83 2.3.2 Nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi .......................................................85 2.3.3 Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt ........................................................85 2.3.4 Nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp ...................................................85 2.3.5 Nhu cầu nước sử dụng cho thủy sản..........................................................85 2.3.6 Nhu cầu sử dụng nước cho du lịch ............................................................86 2.3.7 Tổng nhu cầu nước của các ngành trên lưu vực ........................................86 2.4 Phương pháp tính toán dòng chảy cho lưu vực ...................................................86 2.4.1 Xây dựng sơ đồ mạng sông mô hình SWAT ............................................87 2.4.2 Thu thập dữ liệu.........................................................................................88 2.4.3 Xây dựng mô hình tính toán mô phỏng dòng chảy ...................................92 2.5 Phương pháp tính toán cân bằng nước trên lưu vực ...........................................96 2.5.1 Phân chia lưu vực sông Sedon thành các khu cân bằng nước trong WEAP .......................................................................................................................................96 2.5.2 Tài liệu tính toán cân bằng nước ...............................................................99 2.6 Tính toán cần bằng nước cho lưu vực giai đoạn hiện tại ....................................99 2.6.1 Tính toán xác định dòng chảy trên lưu vực ở giai đoạn hiện tại ...............99 2.6.2 Tính toán nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong lưu vực.....100 2.6.3 Kết quả tính toán cân bằng nước bằng mô hình WEAP .........................102 2.6.4 Phân tích đánh giá kết quả cân bằng nước giai đoạn hiện tại .................102 CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA BĐKH ĐẾN SỬ DỤNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SEDON VÀ GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ .............................................................105 3.1 Ảnh hưởng của BĐKH đến mưa và nhiệt độ ....................................................105 3.1.1 Lượng mưa ..............................................................................................105 3.1.2 Nhiệt độ ...................................................................................................110 3.2 Ảnh hưởng của BĐKH đến nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong lưu vực .........................................................................................................................113 3.2.1 Các căn cứ xác định nhu cầu nước cho tương lai ....................................113 3.2.2 Tính toán nhiệt độ, lượng mưa theo kịch bản BĐKH .............................114 3.2.3 Tính toán nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong lưu vực ở giai đoạn 2030s ...................................................................................................................115 3.2.4 Tính toán nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong lưu vực ở giai iv đoạn 2050s ...................................................................................................................117 3.3 Ảnh hưởng của BĐKH đến dòng chảy .............................................................119 3.4 Ảnh hưởng của BĐKH đến cân bằng nước ......................................................123 3.4.1 Giai đoạn 2021-2040 (2030s) ..................................................................123 3.4.2 Giai đoạn 2041-2060 (2050s) ..................................................................127 3.5 Đề xuất giải pháp sử dụng tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Sedon......132 3.5.1 Các cơ sở đề xuất giải pháp .....................................................................132 3.5.2 Đề xuất giải pháp .....................................................................................133 1. Kết luận ...............................................................................................................151 2. Kiến nghị .............................................................................................................152 3. Những hạn chế của Luận án ................................................................................153 4. Đóng góp mới của luận án .................................................................................154 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sự phát thải (a) và quan hệ giữa các quan trắc (b,c,d) [2]..............................24 Hình 1.2 Xu thế nhiệt độ trung bình hàng năm tại một số tỉnh, 1970-2010, Lào.[5] ....25 Hình 1.3 Thay đổi phân bố mưa tháng ở Lào giữa 1901 – 1953 và 1954 - 2006 .........26 Hình 1.4 Cưỡng bức bức xạ theo đường nồng độ khí nhà kính đại diện (Van Vuuren và nnk, 2011)[7] .................................................................................................................26 Hình 1.5 Sơ đồ vị trí lưu vực sông Sedon .....................................................................37 Hình 1.6 Bản đồ vị trí các trạm KTTV trong lưu vực và lân cận ..................................41 Hình 1.7 Biểu đồ tổng lượng mưa tháng trung bình nhiều năm tại các trạm quan trắc 50 Hình 1.8 Biến trình lượng mưa năm, mưa mùa tại trạm khí tượng Sekong thời kỳ 1990 – 2015 ............................................................................................................................51 Hình 1.9 Xu thế biến động lượng mưa trung bình năm ................................................52 Hình 1.10 Xu thế biến động lượng mưa trung bình mùa khô .......................................53 Hình 1.11 Xu thế biến động lượng mưa trung bình mùa mưa ......................................54 Hình 1.12 Sơ đồ các công trình thủy lợi lưu vực sông Sedon .......................................57 Hình 1.13 Sơ đồ nghiên cứu của luận án .......................................................................62 Hình 2.1 Bản đồ toạ độ các điểm ô lưới trong mô hình CCLM5-0-2 (EC-EARTH) ở vùng nghiên cứu ............................................................................................................76 Hình 2.2 Bản đồ toạ độ các điểm ô lưới trong mô hình REMO2009 (MPI-ESM-LR) .77 Hình 2.3 Bản đồ toạ độ các điểm ô lưới trong mô hình CCLM5-0-2 (MPI-ESM-LR) 78 Hình 2.4 Bản đồ toạ độ các điểm ô lưới trong mô hình HadGEM3-RA (HadGEM2AO) ................................................................................................................................79 Hình 2.5 Sơ đồ mạng lưới sông xây dựng trong mô hình .............................................87 Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống sông và trạm khí tượng, thủy văn của lưu vực sông Sedon ..89 Hình 2.7 Bản đồ sử dụng đất lưu vực sông Sedon ........................................................90 Hình 2.8 Bản đồ loại đất ................................................................................................91 Hình 2.9 Bản đồ số độ cao sử dụng trong SWAT .........................................................92 Hình 2.10 Bản đồ phân chia lưu vực trong SWAT .......................................................93 Hình 2.11 Đường quá trình dòng chảy (hiệu chỉnh) tại trạm Kongsedone ...................94 Hình 2.12 Đường quá trình dòng chảy (hiệu chỉnh) tại trạm Sounvannakhily .............95 Hình 2.13 Đường quá trình dòng chảy (kiểm định) tại trạm Kongsedone ....................95 Hình 2.14 Đường quá trình dòng chảy (kiểm định) tại trạm Sounvannakhily ..............96 vi Hình 2.15 Phân chia lưu vực sông Sedon thành 20 tiểu lưu vực ..................................97 Hình 2.16 Sơ đồ mô phỏng cân bằng nước lưu vực sông Sedon ..................................98 Hình 2.17 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng hiện trạng ............................102 Hình 3.1 Sự gia tăng lượng mưa năm (mm) tính trung bình 4 mô hình và 2 kịch bản giai đoạn 2030s (trái) và 2050 (phải) so với giai đoạn nền .........................................106 Hình 3.2 Đường tần suất lũy tích lượng mưa ..............................................................108 Hình 3.3 Bản đồ phân bố sự thay đổi lượng mưa mùa mưa lưu vực sông Sedon giai đoạn 2030s (trái) và 2050s (phải) ................................................................................109 Hình 3.4 Bản đồ phân bố sự thay đổi lượng mưa mùa khô lưu vực sông Sedon giai đoạn 2030s (trái) và 2050s (phải) ................................................................................109 Hình 3.5 Sự gia tăng nhiệt độ tối thấp (oC) tính trung bình 4 mô hình và 2 kịch bản giai đoạn 2030s so với giai đoạn nền .................................................................................111 Hình 3.6 Sự gia tăng nhiệt độ tối thấp (oC) tính trung bình 4 mô hình và 2 kịch bản giai đoạn 2050s so với giai đoạn nền .................................................................................112 Hình 3.7 Sự gia tăng nhiệt độ tối cao (oC) tính trung bình 4 mô hình và 2 kịch bản giai đoạn 2030s so với giai đoạn nền .................................................................................112 Hình 3.8 Sự gia tăng nhiệt độ tối cao (oC) tính trung bình 4 mô hình và 2 kịch bản giai đoạn 2050s so với giai đoạn nền .................................................................................113 Hình 3.9 Đường quá trình dòng chảy mô phỏng tại Konsedon giai đoạn 2030s ........121 Hình 3.10 Đường quá trình dòng chảy mô phỏng tại Konsedon giai đoạn 2050s ......122 Hình 3.11 Đường quá trình dòng chảy mô phỏng tại Sovannakhili giai đoạn 2030s .122 Hình 3.12 Đường quá trình dòng chảy mô phỏng tại Sovannakhili giai đoạn 2050s .123 Hình 3.13 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng theo CCLM5-0-2 (ECEARTH) giai đoạn 2030s ............................................................................................124 Hình 3.14 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng theo CCLM5-0-2 (MPI-ESMLR) giai đoạn 2030s ....................................................................................................125 Hình 3.15 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng theo REMO2009 (MPI-ESMLR) giai đoạn 2030s ....................................................................................................126 Hình 3.16 Lượng thiếu hụt nước trung bình tháng theo HadGEM3-RA giai đoạn 2030s .....................................................................................................................................127 Hình 3.17 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng theo CCLM5-0-2 (ECEARTH) giai đoạn 2050s ............................................................................................128 vii Hình 3.18 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng theo CCLM5-0-2 (MPI-ESMLR) giai đoạn 2050s ....................................................................................................129 Hình 3.19 Lượng thiếu hụt nước trung bình từng tháng theo REMO2009 (MPI-ESMLR) giai đoạn 2050s ....................................................................................................130 Hình 3.20 Lượng thiếu hụt nước trung bình tháng theo HadGEM3-RA giai đoạn 2050s .....................................................................................................................................131 Hình 3.21 Tưới phun mưa ...........................................................................................141 Hình 3.22 Bố trí các công trình dự kiến giai đoạn 2030s ............................................146 Hình 3.23 Bố trí các công trình dự kiến giai đoạn 2050s ............................................147 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Miêu tả và trích dẫn về 4 RCP .......................................................................27 Bảng 1.2 Dân số thuộc lưu vực sông Sedon năm 2017 .................................................38 Bảng 1.3 Tổng hợp sử dụng đất lưu vực sông Sedon....................................................39 Bảng 1.4 Nhiệt độ trung bình tháng nhiều năm thời kỳ hiện tại ...................................42 Bảng 1.5 Độ ẩm trung bình tháng thời kỳ hiện tại ........................................................43 Bảng 1.6 Tốc độ gió trung bình tháng thời kỳ hiện tại..................................................43 Bảng 1.7 Tổng lượng bốc hơi trung bình tháng thời kỳ hiện tại ...................................44 Bảng 1.8 Số giờ nắng bình quân tháng thời kỳ hiện tại ................................................45 Bảng 1.9 Lượng mưa trung bình tháng thời kỳ hiện tại ................................................45 Bảng 1.10 Phân mùa mưa/mùa khô theo chỉ tiêu vượt tổn thất thấm 100mm (P≥70%) .......................................................................................................................................46 Bảng 1.11 Phân phối lượng mưa các mùa tại các trạm quan trắc thời kỳ hiện tại ........47 Bảng 1.12 Một số năm có lượng mưa lớn nhất thời kỳ hiện tại đã xuất hiện trong vùng .......................................................................................................................................48 Bảng 1.13 Tổng lượng mưa tháng, năm bình quân các trạm thời kỳ hiện tại ...............48 Bảng 1.14 Hiện trạng công trình KTSD tài nguyên nước cho nông nghiệp toàn vùng 54 Bảng 1.15 Tổng lượng nước tưới cho nông nghiệp tỉnh Champasak............................55 Bảng 1.16 Hiện trạng các công trình tưới ở các huyện .................................................55 Bảng 1.17 Hiện trạng hệ thống công trình cấp nước cho nông nghiệp tỉnh Saravane ..56 Bảng 1.18 Chiến lược phát triển kinh tế của lưu vực sông Sedon ................................60 Bảng 2.1 Tiêu chuẩn cấp nước cho sinh hoạt ................................................................69 Bảng 2.2 Định mức sử dụng nước trong chăn nuôi tập trung .......................................70 Bảng 2.3 Định mức nước dùng trong chăn nuôi phân tán .............................................70 Bảng 2.4 Thời gian sử dụng nước trong chăn nuôi .......................................................70 Bảng 2.5 Các mô hình khí hậu vùng (RCM) sử dụng trong luận án .............................75 Bảng 2.6 Lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) ..........................................81 Bảng 2.7 Lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) ..........................................81 Bảng 2.8 Lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) ..........................................82 Bảng 2.9 Lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) ..........................................82 Bảng 2.10 Độ lệch chuẩn lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) .................82 Bảng 2.11 Độ lệch chuẩn lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) .................82 ix Bảng 2.12 Độ lệch chuẩn lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) .................83 Bảng 2.13 Độ lệch chuẩn lượng mưa ngày trung bình giai đoạn nền (mm) .................83 Bảng 2.14 Hệ thống sông suối chính trong mô hình SWAT .........................................87 Bảng 2.15 Nguồn dữ liệu và kiểu dữ liệu trong nghiên cứu .........................................88 Bảng 2.16 Trạm thủy văn của lưu vực sông Sedon .......................................................89 Bảng 2.17 Giai đoạn thu thập tài liệu các trạm khí tượng .............................................90 Bảng 2.18 Diện tích các tiểu lưu vực ............................................................................93 Bảng 2.19 Giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn SWAT .....................94 Bảng 2.20 Kết quả kiệu chỉnh và kiểm định mô hình ...................................................94 Bảng 2.21 Phân chia tiểu lưu vực cấp nước trong WEAP ............................................97 Bảng 2.22 Thông số của các hồ chứa ............................................................................99 Bảng 2.23 Kết quả tính toán tổng nhu cầu sử dụng nước cho các ngành giai đoạn hiện tại .................................................................................................................................101 Bảng 3.1 Sự thay đổi lượng mưa (%) giai đoạn 2030s so với giai đoạn nền ..............105 Bảng 3.2 Sự thay đổi lượng mưa (%) giai đoạn 2050s so với giai đoạn nền ..............106 Bảng 3.3 Sự thay đổi lượng mưa mùa tại các trạm đo lưu vực sông Sedon (giai đoạn 2030s) ..........................................................................................................................107 Bảng 3.4 Sự thay đổi lượng mưa mùa tại các trạm đo lưu vực sông Sedon (giai đoạn 2050s) ..........................................................................................................................107 Bảng 3.5 Sự thay đổi nhiệt độ tối thấp (oC) giai đoạn 2030s so với giai đoạn nền .....110 Bảng 3.6 Sự thay đổi nhiệt độ tối thấp (oC) giai đoạn 2050s so với giai đoạn nền .....110 Bảng 3.7 Sự thay đổi nhiệt độ tối cao (oC) giai đoạn 2030s so với giai đoạn nền ......110 Bảng 3.8 Sự thay đổi nhiệt độ tối cao (oC) giai đoạn 2050s so với giai đoạn nền ......110 Bảng 3.9 Kết quả tính toán nhu cầu nước tổng hợp của lưu vực nghiên cứu giai đoạn 2030s ............................................................................................................................116 Bảng 3.10 Kết quả so sánh mức tăng giảm nhu cầu nước của lưu vực giai đoạn 2030s so với giai đoạn nền .....................................................................................................116 Bảng 3.11 Kết quả tính toán nhu cầu nước tổng hợp của lưu vực nghiên cứu giai đoạn 2050s ............................................................................................................................118 Bảng 3.12 Kết quả so sánh mức tăng giảm nhu cầu nước của lưu vực giai đoạn 2050s so với giai đoạn nền .....................................................................................................118 Bảng 3.13 Sự thay đổi dòng chảy trung bình (m3/s) giai đoạn 2030s tại Kongsedone so x với giai đoạn nền .........................................................................................................119 Bảng 3.14 Sự thay đổi dòng chảy trung bình (m3/s) giai đoạn 2050s tại Kongsedone so với giai đoạn nền .........................................................................................................119 Bảng 3.15 Sự thay đổi dòng chảy trung bình (m3/s) giai đoạn 2030s tại Sovannakhili so với giai đoạn nền .....................................................................................................120 Bảng 3.16 Sự thay đổi dòng chảy trung bình (m3/s) giai đoạn 2050s tại Sovannakhili so với giai đoạn nền .....................................................................................................120 Bảng 3.17 Kết quả tính toán cân bằng nước theo các mô hình cho các giai đoạn ......131 Bảng 3.18 So sánh sự thay đổi mức tưới khi chuyển đổi cơ cấu cây trồng ................140 xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu GCM Mô hình khí hậu toàn cầu HFA Khả năng ứng phó của các quốc gia & cộng đồng thiên tai HLP Chương trình Nghị sự phát triển sau năm 2015 IPCC Tổ chức liên chính phủ về biến đổi khí hậu KHCN Khoa học công nghệ KTTVMT Khí tượng thủ văn môi trường MDGs Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ NAFRI Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp và Nông nghiệp Quốc gia NAMA Hành động giảm thiểu khí nhà kính NDMO Văn phòng Quản lý thiên tai quốc gia OECD Các nước trong Tổ chức Hợp tác & Phát triển Kinh tế PDR Cộng hòa dân chủ nhân dân RCM Mô hình khí hậu vùng SDSN Hội đồng Lãnh đạo các giải pháp phát triển mạng lưới bền vững UNFCC Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu SWAT Soil and Water Assessment Tool (Công cụ đánh giá đất và nước) DEM Digital Elevation Model (Mô hình độ cao số) WEAP Water Evaluation and Planning System xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Trong mấy thập kỷ qua, nhân loại đã và đang trải qua các biến động bất thường của khí hậu toàn cầu. Trên bề mặt Trái đất, khí quyển và thủy quyển không ngừng nóng lên làm xáo động môi trường sinh thái, gây ra nhiều hệ lụy với đời sống loài người. Các báo cáo của Tổ chức nghiên cứu liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) và nhiều trung tâm nghiên cứu có uy tín hàng đầu trên thế giới công bố trong thời gian gần đây cung cấp cho chúng ta nhiều thông tin và dự báo quan trọng. Theo đó, nhiệt độ trung bình trên bề mặt địa cầu ấm lên gần 1°C trong vòng hơn 100 năm qua (từ 1880 đến 2012) và trung bình giai đoạn 2003-2012 cao hơn trung bình giai đoạn 1850-1900 là -0,78oC[1]. Các công trình nghiên cứu quy mô toàn cầu về hiện tượng này đã được các nhà khoa học ở những trung tâm nổi tiếng trên thế giới tiến hành từ đầu thập kỷ 90 thế kỷ XX. Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về BĐKH tác động đến các lĩnh vực và đời sống của con người. Kết quả của những nghiên cứu đã chỉ ra rằng BĐKH sẽ tác động nghiêm trọng tới sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn cầu, đặc biệt là lĩnh vực nông nghiệp sẽ dễ bị tổn thương nhất.[1] Ở Lào, trong khoảng 50 - 60 năm qua, diễn biến của khí hậu theo chiều hướng cực đoan. Cụ thể, lượng mưa tăng mạnh vào mùa lũ và giảm vào mùa kiệt cùng với nhiệt độ trung bình đã tăng khoảng 0,5-0,8oC. Hiện tượng El-Nino, La-Nina càng tác động mạnh mẽ đến Lào. BĐKH thực sự đã làm cho các thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng ác liệt. Theo tính toán, nhiệt độ trung bình ở Lào có thể tăng lên 3oC vào năm 2100. Hậu quả của BĐKH đối với Lào là rất nghiêm trọng và là một nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói - giảm nghèo, cho việc thực hiện các mục tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của đất nước. Các lĩnh vực, ngành, địa phương dễ bị tổn thương 13 và chịu tác động mạnh mẽ nhất của BĐKH là tài nguyên nước, nông nghiệp và an ninh lương thực, sức khỏe con người ở các vùng đồng bằng. Nó làm tăng các thiên tai lũ lụt và hạn hán ngày càng khốc liệt. Tháng 3/2010 Bộ Tài Nguyên và Môi trường đã chính thức công bố Chiến lược BĐKH Quốc gia của Lào. Chiến lược cũng đã mô tả Lào cũng là một quốc gia bị ảnh hưởng khá nhiều nhất bởi BĐKH và cảnh báo rằng, đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình có thể tăng thêm từ 2,5 – 4,2oC, kèm theo những thay đổi lớn về lượng mưa có nguy cơ gây nên tình trạng lũ lụt và hạn hán với sức tàn phá lớn.[2] BĐKH là vấn đề mang tính toàn cầu, được các nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu từ những năm 1960. Ở Lào, vấn đề này còn khá mới mẻ và mới chỉ thực sự bắt đầu được nghiên cứu vào những năm 2000. Các chương trình, đề tài, dự án KHCN đã và đang nghiên cứu có liên quan tới tác động của BĐKH đến lĩnh vực tài nguyên nước còn rất ít, cụ thể như sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thủy văn của lưu vực sông Mekong của Ủy ban sông Mekong năm 2009đã đánh giá một cách khái quát ảnh hưởng của BĐKH đến dòng chảy trung bình tháng trên toàn bộ lưu vực. - Nghiên cứu ảnh hưởng tiềm năng của BĐKH đến sử dụng đất ở Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào, tháng 7/2010, của Bộ Nông Lâm Thủy sản của Làođã đánh giá sơ bộ ảnh hưởng của BĐKH đến sử dụng đất nông nghiệp và nông nghiệp của Lào, sơ bộ đề xuất giải pháp ứng phó trong tương lai. Khái quát về các công trình nghiên cứu khoa học liên quan đến dự báo ảnh hưởng và đề xuất giải pháp thích ứng với BĐKH đã công bố ở Lào trong thời gian qua cho thấy những vấn đề sau đây có liên quan đến đề tài này vẫn chưa được nghiên cứu giải quyết: - Nghiên cứu dự báo diễn biến điều kiện khí tượng thủy văn, đặc biệt là diễn biến dòng chảy các lưu vực sông ở Lào trong đó có lưu vực Sedon; - Nghiên cứu chi tiết BĐKH tác động cụ thể đến thay đổi nhu cầu nước của nông nghiệp và hạn hán do lượng mưa giảm về mùa kiệt và tăng về mùa mưa; 14 - N ghiên cứu, tính toán, đánh giá chi tiết về tình trạng hạn hán và đề xuất giải pháp ứng phó ảnh hưởng của BĐKH đến tài nguyên nước của Lào nói chung và lưu vực sông Sedon nói riêng. Với những lý do đã nêu ở trên, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Sedon, Lào trong bối cảnh biến đổi khí hậu” đã được đề xuất để nghiên cứu. 2. Mục tiêu của nghiên cứu - Phân tích đánh giá được tiềm năng tài nguyên nước và nhu cầu sử dụng nước tổng hợp lưu vực sông Sedon hiện tại và tương lai trong bối cảnh BĐKH. - Đề xuất được các giải pháp công trình và phi công tình nhằm ứng phó với hạn hán tại lưu vực Sedon đáp ứng sử dụng nước tổng hợp trong bối cảnh BĐKH và phát triển kinh tế (PTKT). 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Luận án sẽ tập trung nghiên cứu hệ thống sông ngòi, dòng chảy và các đối tượng dùng nước trong lưu vực sông Sedon. 4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Hướng tiếp cận nghiên cứu + Xem xét các nội dung liên quan đến BĐKH. + Tính toán được dòng chảy, nhu cầu sử dụng nước trong tương lai trong bối cảnh BĐKH. + Cách tiếp cận hệ thống: Tổng thể về các tiểu lưu vực trong lưu vực; Các hệ thống tưới, cấp nước trong lưu vực. + Cách tiếp cận toàn diện: xem xét đầy đủ các vấn đề phát triển khi nghiên cứu đề tài bao gồm kinh tế, xã hội, môi trường, sinh thái. + Kế thừa các công trình nghiên cứu đã có. 15 + Phối hợp các nghiên cứu đang tiến hành. + Sử dụng thành tựu khoa học công nghệ hiện đại vào nghiên cứu. 4.2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra khảo sát hiện trường, thu thập tài liệu, tổng hợp tài liệu: Nhằm thu thập các loại thông tin, số liệu liên quan đến tài nguyên nước và sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Sedon. - Phương pháp kế thừa: Tham khảo và sử dụng các kết quả nghiên cứu liên quan đã được công bố đến lĩnh vực tài nguyên nước và biến đổi khí hậu trên thế giới và trong nước đã được tác giả luận án sử dụng để phục vụ các nội dung đề tài nghiên cứu; - Phương pháp phân tích hệ thống, phân tích tổng hợp: Các thông tin, số liệu được thu thập đã được phân tích phục vụ các nội dung nghiên cứu; các kết quả của đề tài được tác giả phân tích, đánh giá để lựa chọn kết quả hợp lý nhất. - Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình toán SWAT để tính toán dòng chảy đến, CROPWAT để tính toán nhu cầu nước cho cây trồng, WEAP để tính toán cân bằng nước trong lưu vực ứng với các kịch bản về lượng mưa và nhiệt độ; - Phương pháp chuyên gia và hội thảo: Một số kết quả nghiên cứu của đề tài luận án được tham khảo các ý kiến của chuyên gia về tài nguyên nước, sử dụng tổng hợptài nguyên nước và biến đổi khí hậu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học Đã hệ thống hóa, cập nhật và làm phong phú thêm cho việc tính toán, đánh giá cần bằng nước trong bối cảnh BĐKH và phát triển KTXH cụ thể: Ứng dụng được phương pháp luận và các công cụ tiên tiến để xác định tiềm năng nguồn nước, nhu cầu sử dụng nước của các ngành và tính toán cân bằng nước, nhu cầu sử dụng nước của các ngành và tính toán cân bằng nước lưu vực sông Sedon; 16 Xây dựng được các kịch bản BĐKH cho vùng nghiên cứu dựa trên các mô hình BĐKH để làm cơ sở cho đánh giá dự báo thay đổi điều kiện khí tượng thủy văn và cân bằng nước cho các thời kỳ 2030s và 2050s; Đã ước lượng các giá trị thừa, thiếu nước do ảnh hưởng của BĐKH và PTKT, làm cơ sở cho việc phân tích, đánh giá, đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm gia tăng hiệu quả năng lực cấp nước của lưu vực trong tương lai. Xác định được các bước để tiến hành thực hiện đề xuất công trình dựa trên tính toán cân bằng nước, từ đó áp dụng các bước tiến hành này cho các lưu vực sông khác trên lãnh thổ nước CHDCND Lào. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Cung cấp cơ sở khoa học phục vụ quy hoạch tài nguyên nước và các quy hoạch phát triển kinh tế xã hội; đề xuất các giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên nước, khai thác hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực sông Sedon trong bối cảnh BĐKH và phát triển KTXH. Đã xây dựng được kịch bản BĐKH cho vùng nghiên cứu, là cơ sở để tính toán nhu cầu nước, dòng chảy đến và cân bằng nước của lưu vực. Từ đó xác định được mức thiếu hụt nước cho các tiểu lưu vực. Phương pháp xây dựng kịch bản BĐKH này có thể áp dụng để xây dựng cho các vùng khác nhau của Lào. Đã chỉ ra được mức độ thiếu hụt nguồn nước theo thời gian trong năm cho giai đoạn hiện tại và dự báo cho tương lai trông điều kiện BĐKH làm cơ sở cho việc lập kế hoạch phát triển tài nguyên nước trên lưu vực. Đã tính toán và chỉ ra được các khu vực chịu rủi ro về thiếu nước do BĐKH và PTKT cho các tiểu lưu vực trong giai đoạn tương lai. Lượng hóa giá trị mức thừa, thiếu nước cấp cho các ngành, các khu vực trong lưu vực sông Sedon tương ứng với các giai đoạn hiện tại và tương lai. Xác định được các giải pháp công trình và phi công trình phù hợp để tối ưu hóa năng lực cấp nước và các giải pháp quy hoạch tổng thể dựa trên bài toán cân bằng 17 nước trong lưu vực sông Sedon, làm cơ sở cho chính quyền nước CHDCND Lào bố trí ngân sách và lựa chọn phương án đầu tư các công trình cấp nước đầu mối. Đồng thời, làm cơ sở cho các dự án đầu tư quy hoạch thủy lợi cho lưu vực sông Sedon và các lưu vực sông khác ở Lào. Với các kết quả đạt được như trên luận án đã có những đóng góp mới trong sử dụng tổng hợp tài nguyên nước. Cụ thể đã đưa ra các phương án tiết kiệm nước nhằm hạn chế các nguy cơ về hạn hán, cạn kiệt nguồn nước trong tương lai của lưu vực sông Sedon dưới ảnh hưởng của BĐKH và tốc độ PTKT của lưu vực sông Sedon. 6. Cấu trúc của luận án Không kể phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu. Sự cần thiết và cấp bách về việc nghiên cứu tác động của BĐKH đến bài toán khai thác sử dụng và quản lý bền vững tài nguyên nước. Chương 2: Xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu. Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán nhu cầu nước trên lưu vực dựa trên các đối tượng sử dụng nước khác nhau theo các tiêu chuẩn đã được quy định. Mô phỏng cân bằng nước, phân tích đến việc đánh giá khả năng nguồn nước trên lưu vực sông Sedon. Chương 3: Ảnh hưởng của BĐKH đến sử dụng nước lưu vực sông Sedon và giải pháp ứng phó. Thể hiện kết quả tính toán mô phỏng dòng chảy trong tương lai và kết quả tính toán cân bằng nước cho giai đoạn 2030s, 2050s. Từ đó đề xuất các giải pháp công trình trước mắt và lâu dài, đồng thời đề xuất một số giải pháp phi công trình chính. Từ các vấn đề tồn tại và biểu hiện không bền vững về tài nguyên nước của lưu vực sông Sedon, tác giả đã đề xuất khung chương trình tổng quát và các giải pháp công trình và phi công trình chủ yếu mang tính định hướng cho phát triển bền vững tài nguyên nước của lưu vực sông Sedon. 18