Tài liệu Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm thiết lập hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa

I. ĐẶT VẤN ĐỀ Tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) đối với môi trường đã trở thành vấn đề quan tâm toàn cầu do phạm vi và mức độ ảnh hưởng đến loài người. Các nghiên cứu về BĐKH đã cho thấy môi trường nước là đối tượng cần được xem xét đến trong theo dõi và dự báo BĐKH. Nước mặt lục địa và các lưu vực sông không chỉ đóng vai trò tuần hoàn nước từ khí quyển qua mặt đất và ra đại dương; nước là một hợp phần phức tạp tham gia trực tiếp vào các quá trình khí tượng toàn cầu và phản ánh các tác động do BĐKH gây ra. Vấn đề về BĐKH và các tác động do BĐKH làm ảnh hưởng đến trữ lượng và phân bố tài nguyên nước đã được đề cập đến trong một số nghiên cứu trên thế giới và trong nước. Ở Việt Nam, các nghiên cứu chủ yếu đề cập đến sự thay đổi về số lượng và trữ lượng nước dưới ảnh hưởng của các đợt lũ, xâm nhập mặn và các đợt hạn hán kéo dài. Đối với chất lượng nước dưới ảnh hưởng của BĐKH, các nghiên cứu còn rất hạn chế và chưa có công trình nào công bố chính thức mức độ và diễn biến cụ thể của các ảnh hưởng này. Việc nghiên cứu tác động của BĐKH đến chất lượng nước mặt lục địa nhằm thiết lập một hệ thống cho phép giám sát liên tục và dự báo các tác động trên được xác định là một trong những nhu cầu hết sức cấp bách hiện nay. Để triển khai các nghiên cứu này, việc đầu tiên cần xác định là mối liên quan giữa các yếu tố của khí hậu và chất lượng nước cũng như mức độ tương tác giữa các yếu tố với nhau; từ đó làm cơ sở để xây dựng và phát triển các công cụ cho phép quan trắc, giám sát và theo dõi các tác động về trung và dài hạn. Các số liệu nghiên cứu về tác động của BĐKH và NBD đối với chất lượng nước, cũng như những thông tin khác về kinh tế xã hội, tự nhiên và môi trường cần được quản lý thống nhất trong một hệ thống, dễ dàng truy xuất, tổng hợp thông tin phục vụ công tác quản lý cũng như những yêu cầu khác. Đây chính là yêu cầu dẫn đến sự hình thành đề tài cấp Nhà nước“Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm thiết lập hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa”, mã số BĐKH.03. 1 II. THÔNG TIN CHUNG ĐỀ TÀI  Tên đề tài: Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm thiết lập hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa (Mã số đề tài BĐKH.03).  Thuộc: Chương trình khoa học và công nghệ phục vụ Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu (Mã số KHCN-BĐKH/11-15).  Chủ nhiệm đề tài: ThS.Tăng Thế Cường.  Tổ chức chủ trì đề tài: Trung tâm Quan trắc môi trường - Tổng cục Môi trường.  Thời gian thực hiện đề tài: - Theo Hợp đồng đã ký kết: 24 tháng, từ tháng 01 năm 2012 đến tháng 12 năm 2013; - Thực tế thực hiện: từ tháng 06 năm 2012 đến tháng 12 năm 2013.  Tổng kinh phí: 2.800 tr.đ.  Mục tiêu cơ bản của đề tài bao gồm:  Xác định mối liên hệ giữa BĐKH, NBD và chất lượng nước mặt lục địa; từ đó làm rõ được các tác động của BĐKH và NBD đối với chất lượng nước mặt lục địa;  Lựa chọn được các phương pháp luận phù hợp trong việc thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn của việc xây dựng hệ thống giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD;  Đề xuất được các phương pháp nghiên cứu, theo dõi và giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD nhằm thiết lập hệ thống giám sát các tác động trên.  Các nội dung nghiên cứu của đề tài: được cụ thể hóa như sau:  Nghiên cứu phương pháp luận về phương pháp giám sát, đánh giá chất lượng nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD; Từ đó đề xuất phương pháp luận nhằm đánh giá, theo dõi chất lượng môi trường nước 2 mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam;  Đề xuất mô hình hệ thống giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD;  Triển khai th nghiệm hệ thống giám sát chất lượng nước mặt lục địa dưới tác động biến đổi khí hậu và nước biển dâng ở Việt Nam;  Đưa ra các đề xuất, kiến nghị và xây dựng một số hướng dẫn nhằm tiếp tục triển khai, vận dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn phục vụ công tác nghiên cứu, quản lý môi trường bền vững và đảm bảo an sinh xã hội.  Sản phẩm chính của đề tài: Các kết quả nghiên cứu và công việc hoàn thành của đề tài được thể hiện thông qua 05 sản phẩm chính sau:  Phương pháp thiết lập hệ thống giám sát tác động của BĐKH và NBD đối với vấn đề suy giảm chất lượng nước mặt lục địa;  Mô hình tổng thể Hệ thống giám sát tác động của BĐKH và NBD đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa tại một số vùng nhạy cảm của Việt Nam;  Kết quả triển khai th nghiệm Hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng nước mặt lục địa tại đồng bằng sông C u ong;  Quy chế khai thác, vận hành và quản lý hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng nước mặt lục địa;  Tài liệu hướng dẫn về quan trắc chất lượng nước mặt lục địa do tác động của BĐKH và NBD. 3 III. PHƢƠNG PHÁP TRIỂN KHAI ĐỀ TÀI Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu đề ra của đề tài cũng như để phù hợp với điều kiện nghiên cứu thực tế, đối tượng của nghiên cứu được xác định là “chất lượng môi trường nước mặt lục địa” dưới tác động của BĐKH và NBD. Phạm vi thiết lập hệ thống giám sát sẽ cho phép theo dõi diễn biến chất lượng nước chịu ảnh hưởng của BĐKH và NBD. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chưa thể xem xét đến việc giám sát trực tiếp các tác động của BĐKH và NBD. Dựa trên phạm vi và đối tượng nghiên cứu được xác định, các phương pháp triển khai đề tài bao gồm:  Phương pháp giám sát chất lượng nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD: Được xây dựng và lựa chọn dựa trên cơ sở tham khảo, phân tích và hệ thống các tài liệu, công trình nghiên cứu và các công bố trong và ngoài nước về các vấn đề chính sau: (1) Đánh giá hiện trạng và xu thế BĐKH toàn cầu và ở Việt Nam; (2) Các tác động của BĐKH và NBD đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa; và (3) Các Hệ thống giám sát, đánh giá tác động của BĐKH và NBD đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa được áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam. Đây là nền tảng thiết lập cơ sở khoa học của đề tài và xây dựng phương pháp luận nghiên cứu cho phép hình hành các phương pháp giám sát. Trên cơ sở đó, bước tiếp theo đề tài ứng dụng phương pháp th nghiệm các phương pháp tham khảo từ các nghiên cứu tương tự và các hướng nghiên cứu liên quan được áp dụng và công nhận trên thế giới kết hợp với thu thập, phân tích các số liệu, dữ liệu phục vụ việc th nghiệm để lựa chọn các phương pháp giám sát cụ thể trong phạm vi triển khai của đề tài.  Phương pháp thiết kế hệ thống giám sát: Được thực hiện dựa trên cơ sở áp dụng kết hợp phương pháp chuyên gia và phương pháp điều tra khảo sát thực tế. Phương pháp chuyên gia là phương pháp ứng dụng kiến thức các chuyên gia đa ngành, đa lĩnh vực (môi trường, IT, bản đồ,…) để xây dựng bản Thiết kế Hệ thống có tính mở và bao trùm đầy đủ các nội dung quản lý, theo dõi của Hệ thống giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của 4 BĐKH và NBD. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa cung cấp các thông tin, dữ liệu, tài liệu thực tế cần thiết cho việc thiết lập hệ thống có tính ứng dụng cao và rà lại tính khả thi của Hệ thống được thiết kế.  Phương pháp triển khai thí điểm Hệ thống giám sát: Hệ thống được triển khai gồm các nội dung tương ứng với các phương pháp thực hiện như sau:  Phương pháp quan trắc thủ công: để thu thập các thông tin, số liệu về diễn biến chất lượng môi trường dưới ảnh hưởng của BĐKH và NBD theo các đợt và mùa ở khu vực th nghiệm;  Phương pháp xây dựng csdl Hệ thống;  Phương pháp xây dựng phần mềm và các ứng dụng của Hệ thống.  Phương pháp đánh giá kết quả, hiệu quả thiết lập và thử nghiệm Hệ thống giám sát: dựa trên phương pháp s dụng ý kiến chuyên gia thông qua tổ chức họp nhóm, hội thảo lấy ý kiến đóng góp, g i ý kiến các chuyên gia và nhóm chuyên gia các lĩnh vực chuyên môn, g i công văn lấy ý kiến các cơ quan, tổ chức liên quan. 5 IV. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 4.1. Các kết quả của đề tài Các kết quả của đề tài gồm hệ thống cơ sở lý luận (các phương pháp luận) và cơ sở thực tiễn (kết quả th nghiệm vận hành Chương trình quan trắc thủ công và kết quả thiết kế, triển khai th nghiệm Hệ thống giám sát) cũng như các văn bản, tài liệu hướng dẫn quan trắc, vận hành, khai thác Hệ thống. Ngoài ra, kết quả của đề tài còn bao gồm các báo cáo: (1) Báo cáo Tổng hợp: Tổng hợp các nội dung nghiên cứu và triển khai th nghiệm của đề tài, được trình bày qua 4 chương chính và được tóm lược ở mục V của Báo cáo tóm tắt. (2) Các Báo cáo chính: Được hoàn thành đúng tiến độ, đảm bảo theo danh mục đăng ký trong Thuyết minh đề cương và Hợp đồng triển khai đề tài Khoa học công nghệ về số lượng và các yêu cầu khoa học trong kế hoạch đề ra. STT Tên sản phẩm 1 Phƣơng pháp thiết lập hệ thống tác động của BĐKH và nƣớc biển dâng đối với vấn đề suy giảm chất lƣợng nƣớc mặt lục địa 2 2.1 2.2 3 3.1 Mô hình tổng thể Hệ thống giám sát tác động của BĐKH và nƣớc biển dâng đối với chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt lục địa tại một số vùng nhạy cảm của Việt Nam Mạng lưới quan trắc giám sát chất lượng nước mặt dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng Mô hình tổng thể Hệ thống thông tin giám sát chất lượng nước mặt dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biến dâng - Mô hình hạ tầng kỹ thuật - Mô hình Hệ CSDL - Mô hình phần mềm ứng dụng Kết quả triển khai th nghiệm Hệ thống giám sát tác động của biến đổi kh hậu và nƣớc biển dâng đối với chất lƣợng nƣớc mặt lục địa tại đồng bằng sông C u ong Báo cáo kết quả quan trắc th nghiệm chương trình quan trắc giám sát chất lượng nước mặt dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại khu vực triển khai thí điểm - Báo cáo kết quả quan trắc đợt 1 - Báo cáo kết quả quan trắc đợt 2 - Báo cáo kết quả quan trắc đợt 3 - Báo cáo tổng hợp kết quả thực hiện chương trình quan trắc giám sát chất lượng nước mặt dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại khu vực triển khai thí điểm. 6 Báo cáo xây dựng Bộ CSD giám sát chất lượng nước mặt dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại khu vực triển khai thí điểm Báo cáo xây dựng Phần mềm ứng dụng phục vụ giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng - Bộ Hồ sơ xây dựng phần mềm ứng dụng phục vụ Hệ thống thông tin giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng - Báo cáo kết quả triển khai, thử nghiệm Hệ thống thông tin giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của - Tài liệu hướng dẫn sử dụng Hệ thống thông tin giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng Quy chế khai thác vận hành và quản l hệ thống giám sát chất lƣợng nƣớc mặt lục địa dƣới tác động của biến đổi kh hậu và nƣớc biển dâng Tài liệu hƣớng dẫn về quan trắc chất lƣợng nƣớc mặt lục địa dƣới tác động của biến đổi kh hậu và nƣớc biển dâng 3.2 3.3 4 5 (3) Các bài báo: Yêu cầu khoa học đạt đƣợc STT Tên bài báo 1 Ứng dụng phương pháp tương quan đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chất lượng môi trường nước mặt lục địa Thiết kế chương trình quan trắc Đánh giá Được xuất bản tác động của biến đổi khí hậu đến chất trên tạp chí chuyên ngành lượng môi trường nước mặt vùng ĐBSC 2 Giới thiệu Hệ thống thông tin giám sát tác động biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt 3 Số lƣợng nơi công bố (Tạp chí, nhà xuất bản) Số lượng: 01 Tạp chí xuất bản: Tạp chí Môi trường Số lượng: 01 Tạp chí xuất bản: Tạp chí Môi trường Số lượng: 01 Tạp chí xuất bản: Tạp chí Môi trường (4) Kết quả đào tạo: Số TT Cấp đào tạo/ Chuyên ngành đào tạo Chỉ tiêu đạt đƣợc Ghi chú (Thời gian kết thúc) 1 Thạc sỹ 2 2014 2 Tiến sỹ 1 2014 4.2. Đánh giá hiệu quả triển khai của đề tài (1) Về khoa học và công nghệ Đề tài tiến hành nghiên cứu các phương pháp luận, các mô hình hệ thống đã triển khai trên thế giới và tại Việt Nam nhằm đề xuất các phương pháp giám sát, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với lĩnh vực cụ thể đó là vấn đề suy giảm chất lượng nước mặt lục địa, góp phần phát triển 7 mô hình th nghiệm một hệ thống lồng ghép hiệu quả giữa công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông với điều tra, quan trắc thực địa. Việc ứng dụng các công nghệ hiện đại nói chung và công nghệ thông tin nói riêng trong công tác ứng phó biến đổi khí hậu là một hướng đi đã được nhiều nước trên thế giới triển khai và mang lại các hiệu quả tích cực. Đề tài đi theo hướng này đã minh chứng tính đúng đắn của việc áp dụng các công nghệ này ở Việt Nam. Việc triển khai đề tài cũng đóng góp kinh nghiệm thực tế triển khai, phối hợp liên ngành đối với xây dựng các ứng dụng công nghệ thông tin trong các lĩnh vực liên ngành giữa các đơn vị trong Bộ Tài nguyên và Môi trường. (2) Về KT-XH và môi trường Đề tài với Hệ thống giám sát tác động biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với môi trường chất lượng nước mặt lục địa được phổ cập, chia sẻ và dùng chung trên Internet sẽ là môi trường để thúc đẩy quá trình nâng cao nhận thức cộng đồng trong công tác ứng phó biến đổi khí hậu. Việc triển khai thành công đề tài sẽ đem lại hiệu quả kinh tế ở tầm vĩ mô, do góp phần tích cực vào việc đưa công nghệ thông tin ứng dụng vào quá trình trợ giúp ban hành các quyết định quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường nói riêng và ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng, nâng cao chất lượng quy hoạch, kế hoạch môi trường, kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường; tránh trùng lặp đầu tư nhà nước trong lĩnh vực xây dựng các hệ thống thông tin; tăng cường khai thác s dụng thông tin dữ liệu môi trường do được tích hợp trong một hệ thống đồng bộ. 8 V. TÓM TẮT NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG HỢP CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN Theo nghiên cứu công bố của IPCC, BĐKH được xác định là những thay đổi về điều kiện, diễn biến khí hậu có thể được lượng hóa, đo đạc và có nguồn gốc từ cả hai yếu tố mang tính tự nhiên và do các hoạt động của con người gây ra. Các biểu hiện của BĐKH toàn cầu như hạn hán, lũ lụt, nhiệt độ tăng khiến băng tan, mực nước biển dâng cao…đang diễn ra bất thường trên quy mô toàn cầu và đã trở thành mối quan tâm không chỉ của riêng quốc gia, vùng lãnh thổ nào mà của chung toàn cầu do những hậu quả về môi trường không biên giới của nó. Xét với môi trường nước, một số tác động của BĐKH đã trở nên rõ rệt thông qua các yếu tố như chu kỳ thủy văn, số lượng cũng như chất lượng nước. Các nghiên cứu của các quốc gia trên thế giới đã chỉ ra rằng, chất lượng môi trường nước mặt lục địa có liên quan trực tiếp và chịu tác động của BĐKH. Biểu hiện cụ thể được thể hiện qua sự thay đổi trữ lượng và thành phần chất lượng nước theo các đợt biến động mạnh và bất thường về điều kiện khí hậu. Bên cạnh đó là các tác động về lâu dài đến toàn bộ hệ sinh thái sông và một phần liên quan mật thiết đến cuộc sống của con người. Từ các đánh giá, phân tích các tài liệu nghiên cứu của các quốc gia trên thế giới và trong nước, đề tài đã khái quát một số nguyên lý về quy luật tương tác và mối liên hệ giữa các yếu tố BĐKH và chất lượng môi trường nước như sau: Bảng 1. Tổng hợp các tác động của BĐKH đối với một số thông số chất lƣợng nƣớc Thông số chất lƣợng nƣớc Thông số pH hóa - lý DO Nhiệt độ Các yếu tố BĐKH Hạn hán Tăng nhiệt độ ượng mưa Hạn hán và nhiệt độ tăng ượng mưa Hạn hán và nhiệt độ tăng ƣu vực chịu tác động Sông Hồ Sông Sông và hồ Sông Sông Hồ 9 Biểu hiện tác động Giá trị cực đại cao hơn Tăng độ pH Có tương quan nghịch Hàm lượng DO và khả năng hòa tan oxy giảm Gây ra các ảnh hưởng tiêu cực ở lưu vực sông Mê Công Gia tăng nhiệt độ tầng nước theo chiều thẳng đứng Gia tăng nhiệt độ toàn bộ mặt nước và sự ổn định về nhiệt giữa các tầng theo mùa Carbon hữu cơ hòa tan Nhiệt độ và lượng mưa tăng Các chất dinh dưỡng Hạn hán Tăng nhiệt độ Suối và hồ Gia tăng nồng độ các hợp chất cacbon (vùng nhiều hữu cơ hòa tan trong nước than bùn) Đặc biệt gia tăng mạnh vào các đợt lũ lụt, bão… Sông Gia tăng hàm lượng amoni và giải phóng trầm tích các đợt hạn Nước mặt, Gia tăng quá trình khoáng hóa và giải nước ngầm phóng N, C và P từ đất Hồ Nhiệt độ và lượng mưa tăng Kim loại Mưa to ưu vực sông, hồ, vịnh hẹp và nước ngầm Suối và hồ Hạn hán Sông Tăng nhiệt độ Hồ Mưa to Suối Nhiệt độ và lượng mưa tăng Suối Giải phóng các chất dinh dưỡng nằm trong trầm tích và chuyển sang dạng lơ l ng trong môi trường nước. Đối với các hồ nông: Sự thay đổi lớn về tải lượng các chất dinh dưỡng trong nước; Gia tăng nồng độ amoni và photphat ở tầng đáy trong giai đoạn ấm lên của nước. Gia tăng hàm lượng N, P và hàm lượng dinh dưỡng Gia tăng hàm lượng P Gia tăng hàm lượng các kim loại nặng như: Pb, Ni, Cd, Zn, Hg, Ba, Selen Gia tăng tổng lượng băng tan dẫn đến tăng hàm lượng các vi chất ô nhiễm Sự tương quan giữa lượng các chất hữu cơ hòa tan và khả năng giải phóng vào môi trường nước của các kim loại Các hợp chất axit humic và fulvic làm tăng khả năng di chuyển của các nguyên tố kim loại vết Nguồn: Tổng hợp, 2013 Việc thiết lập hệ thống giám sát ảnh hưởng của BĐKH và NBD hiện nay được xác định là một nội dung quan trọng trong hệ thống quản lý và bảo vệ môi trường nước. Hệ thống giám sát và theo dõi diễn biến chất lượng môi trường nước dưới tác động của BĐKH và NBD được hiểu là hệ thống quan trắc, theo dõi biểu hiện của BĐKH cũng như chất lượng nước và các công cụ, phần mềm hỗ trợ nghiên cứu, phân tích mối liên hệ nhân – quả và tương tác giữa hai hệ thống khí quyển - môi trường. Hai vấn đề cốt lõi được đặt ra cho việc phát triển hệ thống giám sát này:  Nghiên cứu, khảo sát dấu hiệu, bằng chứng BĐKH trong quá khứ và hiện tại làm cơ sở để dự báo sự BĐKH trong tương lai; 10  Quan trắc, theo dõi diến biến chất lượng môi trường nước dưới ảnh hưởng của BĐKH về trung và dài hạn. Đối với giám sát biến đổi khí hậu và nước biển dâng, hiện nay trên thế giới đã có nhiều hệ thống được thiết lập, bao gồm:  Hệ thống quan sát trên đất liền: Trạm quan sát khí tượng, các mẫu phân tích các lõi băng, th nghiệm trong phòng phân tích, khinh khí cầu thu mẫu khí…  Hệ thống quan sát từ vũ trụ: Gồm các hệ thống và trạm thu ảnh viễn thám, dữ liệu viễn thám của NOAA, USGS,…  Hệ thống theo dõi ngoài đại dương: Hệ thống theo dõi, giám sát s dụng các cáp ngầm, bộ cảm biến dưới đáy biển, các trạm phao trên mặt biển,… Bên cạnh đó, các hệ thống quan trắc, giám sát chất lượng nước cũng đã và đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới. Ở các quốc gia phát triển, số liệu đo đạc trực tiếp bằng máy móc, dụng cụ xuất hiện khoảng từ thế kỷ 17 và chuỗi số liệu dài nhất ở quy mô toàn cầu ghi nhận được từ những năm 1850. Mật độ phân bố mạng lưới trạm cũng rất khác nhau giữa các vùng trên thế giới và nói chung phụ thuộc vào trình độ phát triển của từng quốc gia. Vấn đề chính hiện nay là chưa có nghiên cứu, công bố nào đề xuất các công cụ cho phép giám sát, bao quát toàn bộ các ảnh hưởng của BĐKH và NBD đến nước. Việc phân tích các biểu hiện của BĐKH đối với chất lượng nước mặt lục địa và tổng hợp các hệ thống giám sát, theo dõi BĐKH, NBD đối với chất lượng nước đang được áp dụng trên thế giới sẽ cung cấp thông tin làm cơ sở tham khảo cho việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu và thiết kế Hệ thống giám sát của đề tài. CHƢƠNG 2 - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hiện nhiều công trình nghiên cứu đã và đang được công bố về phương pháp và công cụ cho phép giám sát tác động của BĐKH đến môi trường, trong đó một số phương pháp có thể được xem xét để nghiên cứu tác động của BĐKH đối với chất lượng môi trường nước nước mặt lục địa. Nhìn chung, các phương pháp có thể được chia theo ba nhóm chính là (1) các phương pháp đánh giá thực 11 nghiệm (lấy số liệu hiện tại), (2) phương pháp s dụng ý kiến tham vấn từ các chuyên gia và (3) các phương pháp ngoại suy. Phương pháp đánh giá thực nghiệm: là nhóm các phương pháp chuẩn để kiểm tra các giả thuyết hay đánh giá quá trình, nguyên nhân và ảnh hưởng thông qua việc lấy mẫu và phân tích lấy số liệu trực tiếp. Trong đánh giá tác động của BĐKH, các phương pháp thực nghiệm được dùng chủ yếu để xác định tác động của các yếu tố khí hậu (như nhiệt độ, lượng mưa) và môi trường (độ mặn, độ ngập do nước biển dâng) đến các đối tượng nghiên cứu (rủi ro chất lượng nước, đất, kinh tế - xã hội, an sinh xã hội). Phương pháp sử dụng ý kiến chuyên gia: dựa trên tập hợp các ý kiến và đánh giá của các chuyên gia từ các ngành liên quan về tác động của BĐKH lên đối tượng đang xem xét. Các ý kiến và đánh giá của các chuyên gia được tập hợp từ các tài liệu nghiên cứu, báo cáo đánh giá hoặc các cuộc họp chuyên gia. Phương pháp ngoại suy: được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu về BĐKH. Trong phương pháp này, các mô hình toán được s dụng kết hợp với các số liệu thực đo trong quá khứ để dự đoán những tác động trong tương lai trên cơ sở ngoại suy các diễn biến ghi nhận trong lịch s . Việc s dụng các mô hình toán (mô hình mô phỏng) được thực hiện theo các bước gồm lựa chọn mô hình thích hợp, kiểm tra nhu cầu dữ liệu, phát triển mô hình, chạy mô hình và phân tích kết quả. Để phục vụ việc thiết lập hệ thống giám sát, hai phương pháp được lựa chọn th nghiệm gồm phương pháp đánh giá thực nghiệm dùng hệ số tương quan và phương pháp ngoại suy s dụng mô hình. Cụ thể: - Phương pháp dùng hệ số tương quan: nguyên lý ứng dụng và bản chất mối liên quan giữa các cặp thông số được phân tích làm cơ sở lựa chọn các thông số đầu vào và phương pháp tương quan phù hợp đối với nghiên cứu. Kết quả đã lựa chọn phương pháp tương quan dùng hệ số Pearson đối với hai nhóm thông số khí tượng và chất lượng nước. Dựa trên kết quả th nghiệm với chuỗi số liệu từ năm 1985 đến nay, mối liên hệ tuyến tính được thể hiện giữa các yếu tố khí tượng và một số thông số chất lượng nước. 12 Trong đó đáng kể là giá trị tương quan cao giữa các yếu tố khí tượng với nhiệt độ nước cũng như với một số thông số chất lượng nước (như độ kiềm, TSS, DO) vào một số tháng nhất định trong năm (điển hình như tháng 4, 5, 7 và 8). Vì vậy có thể s dụng nhóm thông số khí tượng (gồm nhiệt độ không khí, bốc hơi và lượng mưa) và nhóm thông số chất lượng nước (chú trọng đến một số thông số bao gồm nhiệt độ nước, DO, pH, TSS, độ kiềm, độ mặn) để đưa vào chương trình quan trắc, giám sát ảnh hưởng của BĐKH và NBD đối với chất lượng nước mặt lục địa. - Phương pháp ứng dụng mô hình: Đối với phương pháp ngoại suy ứng dụng mô hình, các loại mô hình được ứng dụng trong lĩnh vực của đề tài được phân tích bao gồm các mô hình khí tượng, mô hình thủy văn, mô hình chất lượng nước cũng như các xu hướng kết hợp kết quả đầu vào, đầu ra và chạy song song các loại mô hình. Dựa trên thông tin, số liệu hiện có cũng như phạm vi và thời gian nghiên cứu của đề tài, mô hình WASP được đề xuất th nghiệm. Kết quả chạy mô hình WASP cho thấy đây là công cụ hữu ích cho phép cụ thể hóa và liên kết các số liệu về khí tượng, thủy văn và chất lượng nước, cung cấp bức tranh tổng thể về hiện trạng diễn biến cũng như cho phép dự báo xu hướng ảnh hưởng của BĐKH đối với chất lượng nước mặt lục địa khu vực th nghiệm ở đồng bằng sông C u Long. CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT ƢỢNG NƢỚC MẶT LỤC ĐỊA DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƢỚC BIỂN DÂNG Hệ thống giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD là một hệ thống tổng hợp, thống nhất, tập trung các nguồn thông tin, số liệu từ các chương trình quan trắc, theo dõi diễn biến BĐKH cũng như các tác động đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa, được đưa vào hệ cơ sở dữ liệu và ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ GIS trong việc quản trị, cung cấp, chia sẻ thông tin, giám sát chất lượng nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD. Đặc điểm chính hệ thống giám sát theo mô hình tổng thể là tập trung về dữ liệu (toàn bộ dữ liệu và ứng dụng chính của hệ thống được tập trung tại một đầu 13 mối tại Trung tâm Quan trắc môi trường) và tập trung về x lý (toàn bộ ứng dụng của hệ thống nằm tại Trung tâm ứng dụng). Các thành phần chính của mô hình tổng thể của hệ thống gồm: (1) Mạng lưới quan trắc; (2) Hệ thống thông tin (hạ tầng kỹ thuật, hệ cơ sở dữ liệu và phần mềm ứng dụng); (3) Các quy chế, văn bản hướng dẫn kỹ thuật và (4) Con người. Hình 1. Mô hình tổng thể Hệ thống giám sát chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt lục địa dƣới tác động của BĐKH và NBD Nguồn: Trung tâm Quan trắc môi trường, 2013 (1) Mạng lưới quan trắc giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD đóng vai trò là nguồn cung cấp số liệu quan trắc giám sát liên tục cho hệ thống và được thiết kế bao gồm hai loại hình là (1) Mạng lưới quan trắc môi trường (tự động và thủ công) và (2) Mạng lưới quan trắc Khí tượng thủy văn. Đối với mạng quan trắc môi trường, việc thiết kế và lựa chọn kiểu loại quan trắc, các điểm quan trắc, phạm vi,…dựa trên các quan điểm cơ bản sau:  Chương trình quan trắc tổng thể mạng lưới quan trắc môi trường nhằm giám sát diễn biến của chất lượng môi trường nước mặt do tác động của BĐKH và NBD của một khu vực xác định; 14  Chương trình quan trắc được lồng ghép với các chương trình quan trắc môi trường quốc gia và các mạng lưới quan trắc khác nhằm tận dụng và phát huy tối đa cơ sở dữ liệu và cơ sở vật chất kỹ thuật hiện có để tổ chức thực hiện;  Chương trình là một hệ thống cố định, theo dõi định kỳ (ngắn hạn) và liên tục trong một thời gian dài (dài hạn) trên một mạng lưới không gian rộng lớn có thể điều chỉnh bổ sung đảm bảo tính kết nối và chia sẻ thông tin số liệu của các cơ quan liên quan về BĐKH và NBD;  Kết hợp giữa chương trình quan trắc tự động và thủ công để theo dõi thường xuyên sự thay đổi của chất lượng nước của các lưu vực sông trên khu vực kết hợp với việc chia sẻ thông tin về thủy văn và ngập mặn để đánh giá tác động của BĐKH và NBD đến chất lượng nước; Để đánh giá được sự thay đổi chất lượng nước mặt lục địa dưới ảnh hưởng của các đặc trưng khác nhau của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, 3 vùng cơ bản cần được xác định gồm:  Vùng C: Là vùng chịu toàn bộ các tác động của thủy triều;  Vùng B: Là là vùng chị tác động của 2 hướng của BĐKH vàNBD;  Vùng A: Là vùng chịu tác động của nước nguồn về. Hình 2. Vị tr đề xuất các trạm quan trắc BĐKH kịch bản nền Nguồn: Trung tâm Quan trắc môi trường, 2013 15 Các thông số được lựa chọn dựa trên kết quả đề xuất của phương pháp luận nghiên cứu gồm các thông số: nhiệt độ (To), pH, oxy hoà tan (DO), độ dẫn (EC), tổng chất rắn hoà tan (TDS), thế oxy hoá kh (ORP), độ muối (Salt), độ đục, tổng chất rắn lơ l ng (TSS), nhu cầu oxy hoá hoá học (COD), nhu cầu oxy hoá sinh học (BOD), tổng cacbon hữu cơ (TOC), amonia (NH4+), nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), photphat (PO43-), nitơ tổng (TN), phốtpho tổng (TP). Thời gian và tần suất quan trắc là 4 lần/năm tương ứng với các thời điểm mùa xâm nhập mặn mạnh nhất (Cuối tháng 3 - giữa tháng 4), giao mùa mùa khô và mùa mưa (cuối tháng 4 - đầu tháng 5), mùa nước lũ tràn về mạnh nhất (tháng 9) và giao mùa giữa mùa mưa và mùa khô (cuối tháng 11 - giữa tháng 12). Tuy đề tài không đề xuất hạng mục đầu tư xây dựng trạm Quan trắc tự động đối với vùng th nghiệm nhưng hệ thống được thiết kế theo hướng mở, các dịch vụ và ứng dụng phục vụ khai thác các nguồn số liệu quan trắc tự động để cho phép mở rộng các ứng dụng và phát triển hệ thống trong tương lai. (2) Hệ thống thông tin được thiết kế gồm 3 bộ phận cấu thành chính:  Mô hình Hạ tầng kỹ thuật: hệ thống server, máy tính PC, đường truyền; Mô hình Hạ tầng kỹ thuật của một HTTT gồm phần cứng cho phòng điều khiển trung tâm và phần cứng lắp đặt tại địa điểm triển khai, được kết nối với nhau thông qua môi trường mạng internet.  Mô hình Hệ cơ sở dữ liệu: Dữ liệu được coi là vật liệu, nguyên liệu đầu vào để tạo lên các sản phẩm ứng dụng của hệ thống, đồng thời là đối tượng quản lý chính của hệ thống. Các loại dữ liệu của hệ thống bao gồm 03 nhóm dữ liệu là dữ liệu nền địa lý, dữ liệu chuyên đề môi trường và dữ liệu phi không gian.  Mô hình phần mềm ứng dụng: Bao gồm phần mềm thương mại (phần mềm gốc), phần mềm quản trị dữ liệu, phần mềm quản trị dữ liệu GIS địa lý và môi trường và phần mềm ứng dụng. (3) Quy chế cập nhật, khai thác và quản lý hệ thống: Để Hệ thống hoạt động nhịp nhàng và các thông tin, dữ liệu được cập nhật thường xuyên, việc xây dựng các quy chế, các văn bản hướng dẫn kỹ thuật là một hợp phần không thể 16 thiếu của Hệ thống. Hệ thống các văn bản tạo cơ chế để đảm bảo cho hoạt động và vận hành hệ thống được thực hiện theo đúng yêu cầu đặt ra và thống nhất trong toàn hệ thống. (4) Nguồn nhân lực, con người: nguồn nhân lực được coi là chủ thể của hệ thống. Nhân lực cần đủ về số lượng và đảm bảo về chất lượng. CHƢƠNG 4 - TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT ƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC MẶT ỤC ĐỊA DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƢỚC BIỂN DÂNG TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU ONG Việc triển khai th nghiệm Hệ thống giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD gồm 4 nội dung chính sau: (1) Lựa chọn khu vực và phạm vi nghiên cứu: Khu vực được lựa chọn là 2 nhánh sông chính của đồng bằng sông C u ong. Đây là lưu vực sông lớn nhất ở Việt Nam, đồng thời cũng là vùng có nguy cơ bị thiệt hại và chịu ảnh hưởng nặng nề từ BĐKH và NBD. 15 điểm quan trắc đi qua 9 tỉnh, thành được lựa chọn và phân theo 3 vùng chịu tác động của BĐKH là vùng A, B, C. (2) Kết quả thử nghiệm Chương trình quan trắc giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của BĐKH và NBD: Kết quả th nghiệm chương trình quan trắc 03 đợt năm 2013 phản ánh sự khác biệt về chất lượng nước giữa các vùng có đặc thù chịu tác động BĐKH khác nhau, theo đó vùng C chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn là vùng duy nhất có giá trị đo Cl- ở 50% các điểm đo không đạt yêu cầu của QCVN. Sự biến thiên chất lượng nước theo mùa và diễn biến các điều kiện khí tượng thủy văn cũng được phản ánh rõ: kết quả quan trắc đợt 1 trùng thời điểm mùa khô có kết quả đo thông số nhiệt độ nước cao hơn so với đợt 3 đặc trưng cho mùa mưa; ngược lại, mùa mưa là thời điểm giá trị đo các thông số TSS, BOD5, COD, các chất dinh dưỡng đều tăng đáng kể cùng với sự suy giảm lượng ôxy hòa tan trong nước. (3) Kết quả thu thập thông tin, dữ liệu thử nghiệm cho hệ thống: Bốn nhóm dữ liệu được thu thập, tổng hợp gồm: 17  Thông tin, dữ liệu nền địa lý: Dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1/50.000 được kế thừa và s dụng làm nền cho các đối tượng chuyên đề của Hệ thống;  Thông tin, dữ liệu KT-XH: bao gồm chỉ tiêu công nghiệp; chỉ tiêu nông nghiệp; chỉ tiêu thương mại - dịch vụ của 13 địa phương thuộc đồng bằng sông C u ong;  Thông tin dữ liệu khí tượng, thủy văn: gồm bộ số liệu và dữ liệu từ năm 1985 – 2012 của 12 trạm khí tượng, thủy văn và môi trường ở khu vực đồng bằng sông C u ong có vai trò cung cấp nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ mô hình hóa, lượng hóa tác động của BĐKH và NBD đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa;  Thông tin, dữ liệu môi trường: gồm tập hợp nhiều dạng dữ liệu chuyên đề về quan trắc nước mặt, về hiện trạng s dụng đất và thổ nhưỡng, về vườn Quốc gia - khu bảo tồn, về rừng ngập mặn, nguồn thải và nhóm các dữ liệu phụ trợ. (4) Kết quả triển khai, thử nghiệm hệ thống thông tin: bao gồm:  Xây dựng phần mềm hệ thống: Hệ thống phần mềm được thiết kế để thu thập dữ liệu, phân tích x lý theo mô hình WASP đã được lựa chọn trong đề tài và cung cấp khai thác dữ liệu trực tuyến thông qua giao diện web. Để triển khai các thao tác, hệ thống được thiết kế theo mô hình 3 lớp chuẩn: lớp giao diện, lớp x lý, lớp dữ liệu.  Xây dựng hệ CSD của hệ thống: Được triển khai theo các bước tuân theo Thông tư số 30/2009/TT-BTNMT ngày 31 tháng 12 năm 2009 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường) Quy trình xây dựng CSD . Hệ thống giám sát chất lượng nước do BĐKH và NBD đã tạo tiền đề cho việc mở rộng và phát triển cơ sở dữ liệu trong lĩnh vực giám sát, theo dõi diễn biến chất lượng môi trường nước dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu về lâu dài ở Việt Nam. Trong tương lai, khi thay đổi các phương pháp phân tích và mô hình phân tích, hệ thống đáp ứng mà không cần phải chỉnh s a phần mềm. Đây là một điểm rất phù hợp với hiện trạng đánh giá, phân tích dữ liệu ở Việt Nam. 18 VI. KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận Đề tài “Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm thiết lập hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa” được triển khai trong vòng 2 năm (2012 – 2013) đã đạt được các kết quả cơ bản bao gồm:  Đánh giá được tổng thể bức tranh về biến đổi khí hậu toàn cầu, các tác động của biến đổi khí hậu và nước biến dâng đối với môi trường nước và xác định được nguyên lý, biểu hiện của các tác động đối với các thành phần môi trường nước mặt lục địa dựa trên các tài liệu, công trình, kết quả nghiên cứu liên quan được công bố và cập nhật;  Đã đánh giá được tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về các hệ thống và công cụ giám sát, theo dõi ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa;  Trên cơ sở tham khảo các tài liệu, công trình nghiên cứu liên quan, đã lựa chọn và đề xuất ra phương pháp luận nghiên cứu phù hợp trong điều kiện của Việt Nam, bao gồm phương pháp nghiên cứu trực tiếp dựa vào hệ số tương quan và phương pháp ngoại suy dựa vào mô hình WASP để hỗ trợ công tác đánh giá, phân tích các tác động đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa;  Đã lựa chọn và th nghiệm chương trình quan trắc đánh giá chất lượng nước mặt lục địa dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với khu vực th nghiệm ở đồng bằng sông C u ong;  Đã thiết kế và triển khai th nghiệm hệ thống giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa;  Đã th nghiệm tích hợp một số nguồn dữ liệu từ các nguồn (dữ liệu môi trường, khí tượng, kinh tế - xã hội…) vào cơ sở dữ liệu và đề xuất giải pháp kết nối, vận hành hệ thống thông tin giám sát tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa. 19 Trên cơ sở các kết quả đạt được của đề tài, một số kết luận có thể được rút ra như sau: 1. Biến đổi khí hậu là yếu tố có tác động trực tiếp và gián tiếp đến chất lượng môi trường nước mặt lục địa. Biến đổi khí hậu được thể hiện thông qua sự thay đổi các điều kiện khí tượng, thủy văn và sự gia tăng các bất thường về thời tiết cũng như thiên tai. Cụ thể, trong vòng n a cuối thế kỷ 20, nhiệt độ không khí trung bình đã tăng 0,5 0C toàn quốc, mức tăng nhiệt độ mùa đông cao hơn mức tăng nhiệt độ mùa hè. ượng mưa có mức độ biến đổi phức tạp và biểu hiện sự biến động mạnh, không có tính ổn định, giá trị cực đại và cực tiểu không theo quy luật các tháng trong năm. Các hiện tượng cực đoan như các đợt rét đậm, rét hại, nắng nóng bất thường, bão, áp thấp nhiệt đới…cũng diễn biến phức tạp và có tần suất cũng như cường độ không theo quy luật; 2. Đối với giám sát chất lượng môi trường nước mặt lục địa dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, trong tất cả các yếu tố của biến đổi khí hậu được phân tích, đánh giá dựa trên các tài liệu nghiên cứu và số liệu hiện có ở nước ta, một số yếu tố có thể cho phép đánh giá trực tiếp tác động cũng như có khả năng dự báo mối liên quan đối với chất lượng nước mặt lục địa bao gồm: nhiệt độ (trung bình tháng), tổng lượng mưa và lượng bốc hơi theo tháng. Các yếu tố thủy văn (mực nước, lưu lượng nước,…) chịu ảnh hưởng mạnh bởi điều kiện tự nhiên theo khu vực và bị chi phối nhiều bởi hoạt động s dụng đất và phát triển kinh tế - xã hội của từng khu vực cục bộ nên không có tính đại diện cho yếu tố biến đổi khí hậu trong nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng đối với chất lượng môi trường nước mặt lục địa; 3. Để đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, phương pháp thực nghiệm được đề xuất là Phương pháp ứng dụng hệ số tương quan Pearson. Đây là là phương pháp trực tiếp, dễ hiểu, cho phép diễn giải mối liên hệ giữa hai biến ngẫu nhiên có quan hệ tuyến tính. Dựa trên chuỗi số liệu từ năm 1985 đến 2012, phương pháp tương quan đã chỉ ra có mối liên hệ mật thiết giữa yếu tố nhiệt độ không khí và nước vào một số tháng nhất định trong năm (hệ số R 2 = 0,57 tháng 7) trong khi mức tương quan cả năm giữa hai thông số là không 20