TNU Journal of Science and Technology 227(12) 11 17 http //jst tnu edu vn 11 Email jst@tnu edu vn ASSESSMENT OF DROUGHT DISASTER RISKS UNDER CLIMATE CHANGE SCENARIOS IN THE MA RIVER BASIN, VIETNAM Tra[.]
TNU Journal of Science and Technology 227(12): 11 - 17 ASSESSMENT OF DROUGHT DISASTER RISKS UNDER CLIMATE CHANGE SCENARIOS IN THE MA RIVER BASIN, VIETNAM Tran Thi Mai Anh 1*, Duong Anh Quan2 TNU - University of Agriculture and Forestry Ha Noi University of Mining and Geology ARTICLE INFO Received: 15/6/2022 Revised: 20/7/2022 Published: 20/7/2022 KEYWORDS MIKE NAM MIKE BASIN River basin Climate change Drought ABSTRACT Drought is a natural hazard that has a strong impact on production and human activities, especially in agriculture The purpose of the study is to show the extent to which drought will occur in the future The research simulates drought hazards under current and future conditions using MIKE NAM and MIKE BASIN software The study results show that climate change will cause important changes in areas at risk of medium and long-term drought, increasing the number of areas at high risk of drought from now to 2030 Two major areas facing water shortage are Muong Lat district and the north of the Ma river basin The reason indicated is that the amount of rain in the future has a sharp decrease in the dry season ĐÁNH GIÁ HIỂM HỌA THIÊN TAI HẠN HÁN DƯỚI CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI LƯU VỰC SÔNG MÃ, VIỆT NAM Trần Thị Mai Anh1*, Dương Anh Quân2 Trường Đại học Nông Lâm - ĐH Thái Nguyên Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội THÔNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 15/6/2022 Ngày hồn thiện: 20/7/2022 Ngày đăng: 20/7/2022 TỪ KHĨA MIKE NAM MIKE BASIN Lưu vực sơng Biến đổi khí hậu Hạn hán TÓM TẮT Hạn hán hiểm họa thiên nhiên gây tác động mạnh tới hoạt động sản xuất người, đặc biệt nông nghiệp Mục đích nghiên cứu nhằm mức độ hạn xảy tương lai Nghiên cứu mô hiểm họa hạn hán điều kiện tương lai phần mềm MIKE NAM MIKE BASIN Kết nghiên cứu cho thấy, thay đổi khí hậu tạo thay đổi quan trọng khu vực có nguy hạn hán trung dài hạn, làm tăng số lượng khu vực hiểm họa cao từ tới năm 2030 Hai khu vực lớn phải đối mặt với tình trạng thiếu nước huyện Mường Lát khu vực phía bắc lưu vực sông Mã Nguyên nhân lượng mưa tương lai có giảm mạnh vào mùa khô DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.6175 * Corresponding author Email: tranthimaianh@tuaf.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 11 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(12): 11 - 17 Giới thiệu Hạn hán tượng thời tiết thể qua thiếu hụt lượng nước khoảng thời gian năm lượng mưa bình thường khai thác mức [1], [2] Mối hiểm họa có xu hướng xảy thường xuyên nghiêm trọng kiểu vùng khí hậu khác nhau, đặc biệt vùng cận nhiệt đới, dẫn đến thay đổi thảm thực vật, ảnh hưởng tới canh tác nông nghiệp vấn đề môi trường - xã hội khác [3]–[5] Các đợt hạn hán thường đặc trưng nhiều đặc điểm bao gồm thời gian đợt hạn hán, cường độ cao điểm, tần suất mức độ nghiêm trọng [6] Mỗi đặc điểm tác động đến môi trường theo cách khác Ví dụ, hạn hán nghiêm trọng, thời gian ngắn, có tác động thảm khốc đến nơng nghiệp giai đoạn sinh trưởng trồng Ngược lại, hạn hán nhẹ vừa với thời gian kéo dài gây hậu tàn phá hệ sinh thái nguồn cung cấp nước [7] Ở số tỉnh nước, năm gần đây, hạn hán, xâm nhập mặn ghi nhận xảy vùng đồng ven biển sông Mã [8], sông Cả [9], cửa Ba Lạt, Ninh Cơ Đáy [10], hạ du sông Hồng [11] Những tượng ảnh hưởng lớn đến đời sống sinh hoạt người dân, đặc biệt năm ảnh hưởng El Nino mối quan hệ hạn hán xâm nhập mặn thể rõ tác động [8] Hiện tượng thiếu nước xảy nhiều nguyên nhân khác nhau, nguyên nhân chủ yếu biến đổi khí hậu Cụ thể hơn, lượng mưa tăng giảm phân bố không đồng đều, làm thay đổi lượng nước ngầm lưu vực sông đất liền Ngồi ra, tình trạng thiếu nước mực nước sông vùng hạ du bị hạ thấp dẫn tới cơng trình khó lấy nước xâm nhập mặn sâu hơn, vào thời kỳ sử dụng nước gia tăng trường hợp hạ du sơng Hồng - Thái Bình [11] Bên cạnh đó, nguồn nước dự báo có xu hướng khan 120 khu thủy lợi thuộc Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) vào mùa khô từ mức khoảng 4,0 tỉ m3 hàng năm lên tới 4,8 tỉ m3 vào năm 2030 5,0 tỉ m3 vào năm 2050 Mặt khác, nhu cầu sử dụng nước dự báo ngày lớn, ĐBSCL với giá trị trạng vào khoảng 22,8 tỉ m3, tăng lên 28,6 tỉ m3 vào năm 2030 29,2 tỉ m3 vào năm 2050 Tại lưu vực sông Mã, mưa có biến động lớn, lượng mưa khơng nhiều, mùa mưa đến muộn kết thúc sớm nên thường xảy khô hạn thiếu nước vụ Đông Xuân vụ Hè Thu Vụ Đông Xuân hạn hán diện rộng xảy vào năm 1993, 2003, 2004, 2005, 2007, 2008 2009, lượng nước thiếu hụt từ 30 – 80 %, có nơi 45 ngày liên tục khơng có mưa Vụ Đơng Xn 2010 – 2011 xảy khô hạn thiếu nước diện rộng mùa mưa năm 2010 kết thúc sớm, lượng mưa đạt mức thấp đến xấp xỉ so với trung bình nhiều năm Đặc biệt mực nước sơng Mã tháng vụ Đông Xuân năm 2013 – 2014; 2014 - 2015 dao động mức thấp so với kỳ lịch sử, gây nhiều khó khăn cho việc lấy nước tưới phục vụ sản xuất nơng nghiệp Do đó, việc phân tích ảnh hưởng kịch tương lai năm 2030 2050 ảnh hưởng biến đổi khí hậu tới lưu vực sơng Mã mang tính cấp thiết có ý nghĩa lớn cho địa phương Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Sông Mã 10 sơng lớn Việt Nam, với tổng diện tích 28.400 km2, 17.600 km2 trải rộng tỉnh Việt Nam: Điện Biên, Sơn La, Hịa Bình, Nghệ An Thanh Hóa Con sơng chảy dài 410 km qua Việt Nam, 102 km qua Lào, quay lại Việt Nam đổ biển Vịnh Bắc Bộ Ở Việt Nam, sơng Mã phía Nam tỉnh Điện Biên kết thúc Cửa Hội - Thanh Hóa Lưu vực sơng Mã nằm sườn phía Đông dãy Trường Sơn thuộc cực Bắc Trung Bộ, Trung Lào Tây Bắc Bắc Bộ, vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa (Hình 1) Nhiệt độ trung bình lưu vực sơng Mã tương đối cao suốt năm Nhiệt độ trung bình ghi nhận 14 trạm khí tượng lưu vực sơng Mã thay đổi theo không gian từ 20,9 - 23,0oC, phản ánh đặc http://jst.tnu.edu.vn 12 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(12): 11 - 17 điểm địa hình cao độ vị trí Lượng mưa hàng năm đáng kể với gió chủ yếu từ phía Nam Đơng Nam tháng năm đến tháng chín Dữ liệu lịch sử ghi lại lưu vực sông Mã (1961-2007) cho thấy số biến đổi đặc biệt điều kiện khí hậu với lượng mưa hàng năm 1.165 - 1.966 mm với 80% lượng mưa xảy mùa gió mùa (tháng đến tháng 9) 2.2 Phương pháp đánh giá hiểm họa hạn hán Nghiên cứu sử dụng mơ hình hạn hán MIKE Basin/MIKE HYDRO mơ hình MIKE NAM, hay cịn mơ hình cân nước dựa liệu đầu vào số liệu nước đến tính từ thủy văn ứng với tần suất p = 75 85% cho tiểu lưu vực, bao gồm 31 tiểu lưu vực Các mơ hình MIKE có số ưu điểm trội so với mơ hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với mô hình thành phần khác MIKE mơ hình thuỷ động lực học chiều MIKE 21, mơ hình dòng chảy nước đất, dòng chảy tràn bề mặt dịng bốc thảm phủ Ở nghiên cứu này, MIKE mô lại đầu vào so sánh mức độ hiểm họa thông qua việc phân tích số F% (tần suất thiếu hụt, tỷ lệ phần trăm năm bị thiếu hụt tổng số năm mô phỏng); Dm%, Dy% (độ thiếu hụt, giá trị thiếu hụt cao hàng tháng, hàng năm quan sát giai đoạn mô phỏng) F% phân cấp sở giá trị 0%, 25% 50% D% phân cấp với giá trị 10% 25% F% D% lớn mức hiểm họa cao (Bảng 1) Hiểm họa Không có hiểm họa H1 (hiểm họa thấp) H2 (hiểm họa trung bình) H3 (hiểm họa cao H4 (hiểm họa cao) Bảng Phân loại rủi ro hạn hán Nhu cầu nước 75% Nhu cầu nước 85% Không thiếu nước (F%≈0) Không thiếu nước (F%≈0) D% < 10% D% < 10% 10% D% 25% F% 25% 10% D% 25% F% 50% D% > 25% 10% D% 25% F% > 25% 10% D% 25% F% > 50% D% > 25% - Mơ hình đánh giá hiểm họa hạn hán MIKE N M sử dụng để tính tốn dịng chảy từ mưa cho tiểu khu vực dựa nhu cầu nước tiểu vùng Trong đó, nhu cầu nước tiểu vùng xác định dựa tổng lượng nước tất hộ dùng nước tiểu vùng theo ước tính dựa quy tắc Việt Nam quy định cho ngành liên quan, xuất phát từ kế hoạch tổng thể kinh tế xã hội cho năm 2030 tỉnh lưu vực Mơ hình cân nước MIKE B SIN sử dụng để tính tốn cân nước u cầu lượng nước sẵn có tiểu khu vực Sơ đồ tính bao gồm cơng trình thủy lợi lớn hồ chứa, đập dâng, Kết tính theo mơ hình MIKE B SIN biểu thị mức thiếu hụt nước tiểu lưu vực sử dụng để ước tính phân loại mức độ hiểm họa theo quy trình phân loại hiểm họa hạn hán (Bảng 1) Bảng Các kịch hạn cho lưu vực sơng Mã Thời đoạn tính tốn 2015 2030 2050 Mơ giai Điều kiện khí tượng thủy văn (CC) CC1 CC2 đoạn 1986 - 2016 Phát triển kinh tế - xã hội sử dụng đất Thời điểm 2015 Kịch năm 2030 Kịch năm 2050 Tần suất mưa vụ 75% 85% 75% 85% 75% 85% Nguy hạn hán lưu vực sông Mã đánh giá điều kiện biến đổi khí hậu kịch bản: tại, 2030 2050 (Bảng 2) Trong đó, kịch mô dựa liệu lịch sử từ năm 1986 tới năm 2016 Các kịch khí hậu tương lai lấy theo mốc liệu biến đổi khí hậu năm 2030 năm 2050 Các kịch sau mơ điều kiện tần suất mưa vụ 75% 85% Trong đó, lượng nước đến tiểu vùng tính tốn mơ hình MIKE N M, kiểm định cho tiểu lưu vực có số liệu quan trắc Cẩm Thủy, Cửa Đạt, Lang Chánh, Xã Là, Nam Cống Trung Hà Nhu cầu nước tiểu vùng tính tốn dựa vào số liệu kinh tế - xã hội sử dụng đất ứng với thời đoạn tính tốn tương ứng http://jst.tnu.edu.vn 13 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(12): 11 - 17 Kết nghiên cứu 3.1 Mức độ hiểm họa nguyên nhân thiếu nước lưu vực sông Mã Mức độ tần suất thiếu hụt nước lưu vực đánh giá cách sử dụng hai tiêu chí tần suất thiếu hụt F% cường độ thâm hụt hàng tháng hàng năm Dm% Dy% Có thể thấy, bốn lưu vực phụ khu vực Bắc Sông Mã vùng Nam Mã - Bắc Chu bị thiếu nước với tần suất cao (giá trị F% chúng tất kịch cao, từ 30% đến 100%, mức độ thiếu hụt nước tương đối cao, dao động từ 38% đến 63% (Hình 1a 1b cho 75% 85% nhu cầu nước) Do đó, hạn hán thủy văn lưu vực coi đáng kể số giải pháp công trình áp dụng cho lưu vực thiếu nước sau giai đoạn đánh giá rủi ro b) a) Hình Tỷ lệ thiếu hụt nước cấp hàng năm ứng với nhu cầu nước 75% 85% Tuy nhiên, so sánh kết lượng nước thiếu hụt tần suất 75% 85% không đáng kể Sự khác biệt tổng lượng nước thiếu hụt tồn lưu vực, mức độ thiếu nước D tính theo tháng năm tần suất thiếu hụt F% trường hợp tính tốn tần suất 75% 85% không lớn Kết cân nước cho khu vực đánh giá độ lớn tần suất thiếu nước lưu vực giai đoạn cho thấy: tiểu lưu vực bị thiếu nước với tần suất cao, giá trị F% dao động từ 80-100%, độ thiếu hụt Dm% từ 57 – 90%, Dy% từ 20-60%; tiểu lưu vực bị thiếu nước với F từ 50-70%, Dm% khoảng 34-45%, Dy% khoảng 11-17%; lại hầu hết tiểu lưu vực lại có tần suất F nhỏ