Nghiên cứu ứng dụng các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước vùng sông Phan - Cà Lồ

MỞ ĐẦU‌

1.Tính cấp thiết của đề tài‌

Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, làm môi trường suy thoái gây đói nghèo dịch bệnh… Hạn hán được phân loại thành 04 nhóm bao gồm: Hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thủy văn và hạn kinh tế xã hội. Bốn loại hạn hán này đều có liên quan tới sự thiếu hụt lượng mưa kéo dài qua các năm; tuy nhiên, các yếu tố khác nhau của chu trình thủy văn sẽ phản ánh các loại hạn hán khác nhau. Vùng cực Nam Trung bộ, Đông Nam Bộ, Trung Bộ, miền núi Trung du Bắc Bộ, Tây Nguyên,...là những khu vực thường xuyên bị hạn hán với mức độ nghiêm trọng nhất.

Mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể trong thời gian dài hầu như quanh năm, đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn. Lượng mưa trong khoảng thời gian dài đáng kể thấp hơn rõ rệt mức trung bình nhiều năm cùng kỳ. Tình trạng này có thể xảy ra trên hầu khắp các vùng, kể cả vùng mưa nhiều. Mưa không ít lắm, nhưng trong một thời gian nhất định trước đó không mưa hoặc mưa chỉ đáp ứng nhu cầu tối thiểu của sản xuất và sinh hoạt của con người. Đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khí hậu gió mùa, có sự khác biệt rõ rệt về mưa giữa mùa mưa và mùa khô.

Ngoài ra nguyên nhân dẫn đến hạn hán còn do yếu tố con người. Trước hết là do tình trạng phá rừng bừa bãi làm giảm khả năng điều tiết nước mặt, hạ thấp mực nước ngầm dẫn đến cạn kiệt nguồn nước; việc trồng cây không phù hợp, vùng ít nước cũng trồng cây cần nhiều nước (như lúa) làm cho việc sử dụng nước quá nhiều, dẫn đến việc cạn kiệt nguồn nước; thêm vào đó công tác quy hoạch sử dụng nước, bố trí công trình không phù hợp, làm cho nhiều công trình không phát huy được tác dụng.

Hạn hán có tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, chính trị xã hội và sức khoẻ con người. Hạn hán là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo, bệnh tật thậm chí là chiến tranh do xung đột nguồn nước. Hạn hán tác động đến môi trường như huỷ hoại các loài thực vật, các loài động vật, quần cư hoang dã, làm giảm chất lượng không khí, nước, làm

gia tăng nguy cơ cháy rừng, xói lở đất. Các tác động này có thể kéo dài và không khôi phục được. Hạn hán tác động đến kinh tế xã hội như giảm năng suất cây trồng, giảm diện tích gieo trồng, giảm sản lượng cây trồng, chủ yếu là sản lượng cây lương thực. Tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu nhập của lao động nông nghiệp. Tăng giá thành và giá cả các lương thực. Giảm tổng giá trị sản phẩm chăn nuôi. Các nhà máy thuỷ điện gặp nhiều khó khăn trong quá trình vận hành.

Nghiên cứu về hiện tượng hạn hán từ lâu đã thu hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước. Dữ liệu quan trắc, chủ yếu là các yếu tố khí tượng như lượng mưa, nhiệt độ không khí gần bề mặt, tốc độ gió, lượng hơi nước trong khí quyển, độ ẩm tương đối và sự bốc thoát hơi nước... là những thông tin đầu vào quan trọng để theo dõi, đánh giá và định lượng mức độ hạn hán cũng như các tác động của hạn hán đến môi trường sinh thái, đến cuộc sống của con người.

Tỉnh Vĩnh Phúc là tỉnh thuộc khu vực trung du có bốn con sông chính chảy qua gồm: sông Hồng, sông Lô, sông Đáy và sông Cà Lồ. Lượng nước hằng năm của các sông cung cấp nước tưới cho 38.200 ha đất canh tác nông nghiệp, được chia làm hai hệ thống sông chính: hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Cà Lồ. Nhưng những năm gần đây lượng mưa của tỉnh Vĩnh Phúc giảm đáng kể dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn nước ở các con sông. Vì vậy, để giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước và có giải pháp ứng phó với hạn hán thì đề tài:" Nghiên cứu ứng dụng các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nguồn nước vùng sông Phan - Cà Lồ" là rất cần thiết.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 82 trang tài liệu này.

2.Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài‌

 Mục đích của đề tài

- Xác định các chỉ số đánh giá tình trạng khô hạn trong đánh giá nguồn nước và giám sát tình hình thiếu hụt nước vùng sông Phan – Cà Lồ.

- Đề xuất một số giải pháp ứng phó với tình trạng hạn hán trên lưu vực sông Phan- Cà Lồ.

 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Phan – Cà Lồ

- Đối tượng nghiên cứu: Các đặc điểm khí tượng như lượng mưa, bốc hơi.

3.Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đề tài‌

 Cách tiếp cận

- Tiếp cận thực tế: khảo sát, thu thập, nghiên cứu các số liệu cần thiết.

- Tiếp cận kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề hạn hán.

- Tiếp cận theo mô hình: Các mô hình liên quan đến tính toán các chỉ số hạn và xây dựng bản đồ phân vùng

 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: Luận văn sử dụng, kế thừa quả nghiên cứu, đề tài, dự án trên thế giới cũng như tại Việt Nam về các vấn đề về hạn hán, dự báo, cảnh báo hạn hán và quản lý hạn hán. Kế thừa, sử dụng có chọn lọc số liệu.

- Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập số liệu: Nhằm đánh giá hiện trạng, thu thập số liệu phục vụ công tác tính toán, đánh giá, xây dựng công cụ dự báo cũng như đề xuất các giải pháp ứng phó.

- Phương pháp thống kê phân tích: Thống kê và phân tích các số liệu đo đạc, thu thập được để phục vụ tính toán phân tích và dự báo.

- Phương pháp ứng dụng mô hình: Luận văn sử dụng các mô hình liên quan đến tính toán các chỉ số hạn và xây dựng bản đồ phân vùng.

4.Các kết quả dự kiến đạt được‌

- Xây dựng bộ chỉ số hạn và mức độ hạn cho từng vùng

- Thành lập bản đồ thể hiện vùng hạn hán và mức độ hạn

- Các giải pháp ứng phó với hạn hán đối với vùng nghiên cứu

5.Cấu trúc của luận văn‌

Nội dung bao gồm phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị và 3 chương:

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu đánh giá hạn hán và tổng quan vùng nghiên cứu Chương 2: Công cụ và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HẠN HÁN VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU‌

1.1 Khái niệm về hạn hán‌

1.1.1 Định nghĩa hạn hán‌

Hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu, hạn hán hình thành do một hoặc nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm sự thiếu hụt mưa, lượng bốc hơi lớn và việc khai thác quá mức nguồn tài nguyên nước. Hạn hán xuất hiện trên khắp thế giới có thể xảy ra ở tất cả các vùng khí hậu, với các đặc tính của hạn biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn. Bởi khô hạn bị giới hạn trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng lâu dài của khí hậu. So với các thảm họa tự nhiên khác như: xoáy, lũ lụt, động đất, sự phun trào núi lửa và sóng thần có sự khởi đầu nhanh chóng, có ảnh hưởng trực tiếp và có cấu trúc, thì hạn hán lại ngược lại. Hạn hán khác với các thảm họa tự nhiên khác theo các khía cạnh quan trọng sau:

 Không tồn tại một định nghĩa chung về hạn hán.

 Hạn hán có sự khởi đầu chậm, là hiện tượng từ từ, dẫn đến khó có thể xác định được sự bắt đầu và kết thúc một sự kiện hạn.

 Thời gian hạn dao động từ vài tháng đến vài năm, vùng trung tâm và vùng xung quanh bị ảnh hưởng bởi hạn hán có thể thay đổi theo thời gian.

 Không có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn kẻ nào có thể xác định chính xác sự bắt đầu và mức độ khắc nghiệt của sự kiện hạn cũng như các tác động tiềm năng của nó.

 Phạm vi không gian của hạn hán thường lớn hơn nhiều so với các thảm họa khác, do đó ảnh hưởng của hạn thường trải dài trên nhiều vùng địa lý lớn.

 Các tác động của hạn nhìn chung không theo cấu trúc và khó định lượng. Các tác động tích lũy lại và mức độ ảnh hưởng của hạn sẽ mở rộng khi các sự kiện hạn tiếp tục kéo dài từ mùa này sang mùa khác hoặc sang năm khác.

 Mặt khác, hạn hán ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực kinh tế và xã hội nên các định nghĩa về hạn sẽ được đưa ra theo nhiều cách tiếp cận khác nhau: như các ngưỡng sử dụng, theo mục đích sử dụng, khu vực, địa phương....Hơn nữa, hạn hán xảy ra với tần suất thay đổi gần như ở tất cả các vùng trên toàn cầu, các tác động của hạn đến nhiều lĩnh vực cũng khác nhau theo không gian và thời gian. Như vậy để có được một định nghĩa chung nhất về hạn thì rất khó.

D.A.Wilhite cho rằng mặc dù các nhân tố khí hậu (nhiệt độ cao, gió mạnh, độ ẩm tương đối thấp) thường gắn liền với hạn hán ở nhiều vùng trên thế giới và có thể làm nghiêm trọng thêm mức độ hạn, song lượng mưa vẫn là nhân tố ảnh hưởng chính gây ra hạn hán và tác giả cũng đã đưa ra một định nghĩa về hạn hán: “hạn hán là kết quả của sự thiếu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thường là một mùa hoặc lâu hơn”. Chính vì vậy, hạn hán thường gắn liền với các khoảng thời gian (mùa hạn chính, sự khởi đầu muộn của mùa mưa, sự xuất hiện mưa trong mối liên hệ với các giai đoạn sinh trưởng chính của cây trồng) và đặc tính của mưa (cường độ mưa, các đợt mưa). Với các thời điểm hạn xuất hiện khác nhau sẽ dẫn đến các sự kiện hạn khác nhau về tác động, phạm vi ảnh hưởng cũng như các đặc tính khí hậu của hạn khác nhau.

1.1.2 Phân loại hạn hán‌

Theo tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO), hạn hán được phân thành 4 loại là: (1) Hạn khí tượng; (2) Hạn thủy văn; (3) Hạn nông nghiệp; (4) Hạn kinh tế- xã hội.

(1) Hạn khí tượng (Meteorological Drought): hạn khí tượng là hiện tượng thiếu hụt nước trong suốt một thời gian nào đó do sự mất cân bằng giữa lượng giáng thủy và bốc hơi, hạn khí tượng phản ánh đặc trưng vật lý hạn hán. Hạn khí tượng không phản ánh được sự ảnh hưởng của sự thiếu hụt dòng chảy nhưng lại phản ánh tốt sự thiếu hụt nước thực tế.

(2) Hạn nông nghiệp (Agricultural Dought): hạn nông nghiệp thường xảy ra ở nơi độ ẩm đất không đáp ứng đủ nhu cầu của một cây trồng cụ thể ở một thời gian nhất định và cũng ảnh hưởng đến vật nuôi và các hoạt động nông nghiệp khác. Mối quan hệ giữa lượng mưa thấm vào đất thường không được chỉ rõ. Sự thẩm thấu lượng mưa vào

trong đất sẽ phụ thuộc vào các điều kiện ẩm trước đó, độ dốc của đất, loại đất, cường độ mưa. Hạn nông nghiệp xảy ra sau hạn hán khí tượng, bởi vì hận khí tượng có ảnh hưởng đến lượng nước có trong đất, khả năng giữ nước trong đất thấp thì khả năng xảy ra hạn nông nghiệp sẽ cao và ngược lại. Ví dụ, một số loại đất có khả năng giữ nước tốt hơn thì các loại đất đó ít bị hạn hơn.

(3) Hạn thủy văn (Hydrological Drought): hạn thủy văn liên quan đến sự thiếu hụt nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Nó được lượng hóa bằng dòng chảy, tuyết, mực nước hồ, hồ chứa và nước ngầm. Hạn thủy văn xuất hiện trễ hơn hạn khí tượng và nông nghiệp, sau khi kết thúc một đợt hạn khí tượng và hạn nông nghiệp thì hạn thủy văn phải mất một thời gian dài mới kết thúc. Cũng giống như hạn nông nghiệp, hạn thủy văn không chỉ ra được mối quan hệ rõ ràng giữa lượng mưa và trạng thái cung cấp nước bề mặt trong các hồ, bể chứa, tầng ngập nước, dòng suối. Bởi vì quá trình hình thành dòng chảy rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều thành phần trong hệ thống thủy văn, như sự tưới tiêu, kiểm soát lũ lụt, vận chuyển nước, phát điện, cung cấp nước sinh hoạt và bảo tồn môi trường.

(4) Hạn kinh tế - xã hội khác hoàn toàn với các loại hạn khác. Bởi nó phản ánh mối quan hệ giữa sự cung cấp và nhu cầu hàng hóa kinh tế (ví dụ như cung cấp nước, thủy điện), nó phụ thuộc vào lượng mưa. Sự cung cấp đó biến đổi hàng năm như là một hàm của lượng mưa và nước. Nhu cầu nước cũng dao động và thường có xu thế dương do sự tăng dân số, sự phát triển của kinh tế và các nhân tố khác.

1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới‌

1.2.1 Tình hình hạn hán trên thế giới‌

Trong những thập kỷ gần đây hạn hán xảy ra nhiều nơi trên thế giới, gây nhiều thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái. Hàng năm có khoảng 21 triệu ha đất biến thành đất không có khả năng suất kinh tế do hạn hán. Trong gần ¼ thế kỉ vừa qua, số dân gặp rủi ro về hạn hán trên những vùng khô cằn đã tăng 80%. Hơn 1/3 đất đai thế giới đã bị khô cằn mà trên đó có 17,7% dân số thế giới sinh sống. Đồng hành với hạn hán, hoang mạc hoá + sa mạc hoá trên thế giới cũng ngày càng lan rộng từ các vùng đất khô hạn, bán khô hạn đến cả một số vùng bán ẩm

ướt. Diện tích hoang mạc hoá đã lên đến 39,4 triệu km2, chiếm 26,3% đất tự nhiên thế giới và 100 quốc gia chịu ảnh hưởng. Nguy cơ đói và khát do hạn hán uy hiếp 250 triệu con người, kèm theo đó còn ảnh hưởng tới môi trường khí hậu chung toàn cầu (WMO [1]) Một số ví dụ điển hình về hạn hán tại các quốc gia:

- Tại Trung Quốc, từ năm 1876 đến 1879, hạn hán và lũ lụt đã gây ra nạn đói lịch sử, làm chết khoảng 9 đến 13 triệu người. Năm 1985 đến 1961, mưa lũ diễn ra ở nhiều vùng, sau đó là các đợt hạn hán nghiêm trọng và kéo dài đã gây mất mùa khiến sản lượng ngũ cốc giảm khoảng từ 25-30%, khiến khoảng 16,5 triệu người thiệt mạng và đây được coi là nạn đói khủng khiếp nhất trong lịch sử nước này, trong các năm 1994 và 1995, mỗi năm có khoảng 27 đến 55 triệu ha đất nông nghiệp bị ảnh hưởng do thiên tai có liên quan đến hạn, chỉ tính riêng năm 1994 đã làm tổn thất khoảng 25 triệu tấn lương thực [2]. Mùa xuân năm 1995, hạn hán lan rộng khắp nơi, tại phần lớn các tỉnh phía Bắc Trung Quốc có lượng mưa giảm từ 50-80% so với bình thường, một số vùng không có mưa hoặc tuyết. Thêm vào đó, gió mạnh và nhiệt độ cao đã góp phần làm cho hạn hán càng thêm nặng nề. Kết quả là nhiều vùng thuộc tỉnh Hà Bắc, phía Bắc tỉnh Sơn Tây và Thiểm Tây, phía Đông tỉnh Cam Túc, phía Tây vùng Nội Mông, miền Trung và Đông tỉnh Sơn Đông, một số vùng tại tỉnh Giang Tây, tỉnh An Huy tại miền Đông Trung Quốc đều bị hạn nặng. Đến đầu tháng 5/1995 đã có hơn 10 triệu người và hơn 5 triệu gia súc thiếu nước sinh hoạt. Mùa hè năm 2000, hạn hán kéo dài 3 tháng liên tục tại nhiều địa phương đã làm cho tổng sản lượng lương thực ở Trung Quốc giảm 9% [3]

- Ở Indonexia, từ năm 1982 đến 1983, hiện tượng El Nino xảy ra đồng thời với hạn hán và làm cho 420.000 ha ruộng lúa bị ảnh hưởng do thiếu nước, 158.000 ha bị mất trắng và 3,7 ha rừng gỗ tái sinh bị cháy trụi. Năm 1991, hiện tượng El Nino cùng với nắng nóng đã gây ra hạn hán nghiêm trọng nhất trong lịch sử, gây tổn thất lớn đến sản xuất nông nghiệp làm 483.000 ha trong đó có 190.000 ha lúa bị huỷ hoại hoàn toàn, buộc chính phủ phải nhập khẩu khẩn cấp 600.000 tấn lương thực. Hạn hán cũng là nguyên nhân gây ra cháy rừng, tại Kalimantan ở Indonexia 88.000 ha rừng bị cháy. Đây là vụ cháy rừng lớn nhất trong lịch sử tại quốc gia này, cháy lớn đến nỗi lớp khói dày đặc do nó tạo ra đã bao phủ toàn bộ đảo Kalimantan, lan tới tận các nước láng giềng là Singapore và Malaixia trong tháng 9 và tháng 10 năm 1991 và cháy rừng âm ỉ