Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các đặc điểm nguồn nước và đề xuất các giải pháp sử dụng đất bị nhiễm mặn do nguồn nước vùng ven biển ĐBSCL (trường hợp nghiên cứu

Mục tiêu của luận án Nghiên cứu các đặc điểm nguồn nước và đề xuất các giải pháp sử dụng đất bị nhiễm mặn do nguồn nước vùng ven biển ĐBSCL (trường hợp nghiên cứu điển hình cho huyện Cần Giuộc, Long An) là xác định được diện tích bị nhiễm mặn trong điều kiện hiện trạng SDĐNN đồng thời xem xét diễn biến độ mặn trong đất trên các ô ruộng thực nghiệm ở các loại hình SDĐ và ứng dụng mô hình Hydrus 1D để mô phỏng các kịch bản diễn biến mặn do tác động của BĐKH kết hợp đánh giá khả năng thích nghi các loại hình SDĐNN trong điều kiện ảnh hưởng của XNM làm cơ sở đề xuất các giải pháp canh tác nông nghiệp hợp lý (thông qua mô hình tái cơ cấu SDĐNN bền vững) trên các vùng đất bị nhiễm mặn...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN NGỌC THY NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NƯỚC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐẤT BỊ NHIỄM MẶN DO NGUỒN NƯỚC VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH CHO HUYỆN CẦN GIUỘC, LONG AN) TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ: 58 02 12 Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2023 Cơng trình hoàn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Khắc Trí TS Hồng Quang Huy Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Trọng Hà Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Tất Đắc Phản biện 3: GS TS Nguyễn Kim Lợi Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp viện họp Viện khoa học thủy lợi miền Nam Địa chỉ: số 658 Võ Văn Kiệt, Phường 1, Quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh vào hồi phút, ngày tháng… năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Đất bị nhiễm mặn ô nhiễm cần quan tâm bối cảnh BĐKH toàn cầu vùng đất hệ sinh thực vật sống ven biển Hiện nay, khoảng 45% diện tích đất ĐBSCL đối mặt với nguy bị nhiễm mặn (Viện khoa học thủy lợi miền Nam, 2009) [64] Việc chuyển đổi cấu sản xuất vùng ven biển từ trồng lúa sang nuôi tôm cách tự phát diện rộng làm cho tranh xâm nhập mặn (XNM) ven biển ĐBSCL trở nên phức tạp, nhiều nơi nằm ngồi kiểm sốt tiềm ẩn hậu xấu môi trường (Lê Sâm, 2007) [21] Việc thực nghị 120/NQ-CP phát triển bền vững ĐBSCL thích ứng với BĐKH, địa phương thực tái cấu ngành NN xu hướng chuyển dịch vùng ven biển nhu cầu tất yếu ảnh hưởng mặn Bên cạnh tình trạng xâm mặn theo tác động tự nhiên môi trường thực tế cho thấy tác động vai trò người cũng lớn Hiện nhiều nguyên nhân khiến quỹ đất nông nghiệp ngày bị thu hẹp, nhiều vùng chí còn bỏ hoang vấn đề xâm nhập mặn vùng cửa sông, ven biển chịu tác động mạnh mẽ biến đổi khí hậu huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An Trong thời gian gần đây, vùng đê giáp ranh đê tượng mặn gia tăng, nước sử dụng nơng nghiệp nhiễm mặn nên nhiều diện tích suất không canh tác, để đất hoang ảnh hưởng lớn đến tình hình kinh tế-xã hội địa phương Xuất phát từ vấn đề thực tế việc “Nghiên cứu đặc điểm nguồn nước đề xuất giải pháp sử dụng đất bị nhiễm mặn nguồn nước vùng ven biển ĐBSCL (trường hợp nghiên cứu điển hình cho huyện Cần Giuộc, Long An)” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sở khoa học đất bị nhiễm mặn nguồn nước loại hình sử dụng đất nơng nghiệp (SDĐNN) từ đề xuất giải pháp SDĐNN phù hợp điều kiện vùng nghiên cứu Mục tiêu cụ thể: Xác định diện tích bị nhiễm mặn điều kiện trạng SDĐNN đồng thời xem xét diễn biến độ mặn đất ruộng thực nghiệm loại hình SDĐ ứng dụng mơ hình Hydrus 1D để mơ kịch diễn biến mặn tác động BĐKH kết hợp đánh giá khả thích nghi loại hình SDĐNN điều kiện ảnh hưởng XNM làm sở đề xuất giải pháp canh tác nơng nghiệp hợp lý (thơng qua mơ hình tái cấu SDĐNN bền vững) vùng đất bị nhiễm mặn Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Đất bị nhiễm mặn nguồn nước Các loại hình canh tác nơng nghiệp khác vùng đất bị nhiễm mặn Các yếu tố tự nhiên, kinh tế -xã hội ảnh hưởng đến trình canh tác nông nghiệp xâm nhập mặn, Các kỹ thuật, cơng cụ hỗ trợ cho q trình đánh giá, phân tích: mơ hình tốn mơ phỏng, mơ hình thực nghiệm, phân tích thống kê, GIS…  Phạm vi nghiên cứu -Địa bàn nghiên cứu: huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An -Nghiên cứu tập trung vào khu vực sản xuất NN bị nhiễm mặn nguồn nước  Phương pháp nghiên cứu Hướng tiếp cận: theo hướng đối tượng loại hình sử dụng ĐNN điển hình chịu ảnh hưởng mặn xác định loại suy yếu tố khác ảnh hưởng đến việc sử dụng ĐNN vùng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: - Thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp - Điều tra (PRA/RRA, điều tra vấn nông hộ) - Ứng dụng phương pháp luận FAO đánh giá đất đai - Thực nghiệm - Phương pháp mơ hình tốn (mơ hình mơ Hydrus - 1D) - Mơ hình hóa đồ họa – logic Các kỹ thuật hỗ trợ: GIS, MCE, WLC… Sơ đồ 1.1 Qui trình nghiên cứu  Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu khẳng định đất bị nhiễm mặn ảnh hưởng BĐKH NBD ngày rõ nét liên quan đến thay đổi sử dụng đất NN Trên sở đánh giá khả thích nghi đất đai phương pháp luận FAO điều kiện đất nhiễm mặn nguồn nước cho loại hình sử dụng đất NN làm tiền đề lựa chọn giải pháp sử dụng đất NN hợp lý vùng nghiên cứu  Ý nghĩa thực tiễn Giúp cho nhà khoa học, nhà quản lý có sở vững về: khuynh hướng biến động cấu sử dụng ĐNN, thích nghi của cấu sử dụng đất NN định đưa giải pháp, chiến lược việc sử dụng bảo vệ tài nguyên đất, cụ thể định phát triển trì loại hình SDĐ chịu ảnh hưởng xâm mặn  Tính đề tài nghiên cứu • Đánh giá mức độ thích nghi hệ thống canh tác nơng nghiệp hữu vùng đất bị nhiễm măn nguồn nước để đề xuất giải pháp chuyển đổi phù hợp điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu • Đưa sở khoa học lựa chọn giải pháp sử dụng hợp lý hiệu đất nơng nghiệp bị nhiễm mặn góp phần quan trọng quy hoạch sử dụng đất đai • Tác động biến đổi khí hậu cũng việc thay đổi hình thức canh tác ảnh hưởng đến biến động nước mặn đất CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan đất nhiễm mặn xâm nhập mặn nước đất ĐBSCL Ở khu vực ĐBSCL, phần lớn đất mặn mặn trung bình phân bố tỉnh ven biển sử dụng trồng lúa, nuôi tôm kết hợp Trong thời gian gần diện tích mặn ngày tăng nhiều nguyên nhân khách quan (hệ BĐKH NBD) dẫn đến nguyên nhân chủ quan tác động phát triển sản xuất NN người Các tỉnh ven biển có diện tích canh tác NN lớn (Long An, Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, …) địa phương chịu ảnh hưởng rõ nét Qua ảnh hưởng tình hình mặn cho thấy giải pháp “phi cơng trình” có hiệu đặc biệt, cần nhìn nhận việc phát triển “dựa vào tự nhiên” theo tinh thần nghị 120/NQ-CP quan trọng Các tiêu chí sử dụng để phân loại đất mặn nước muối mức độ Sodic (CEC, SAR, ESP…) Đất bị nhiễm mặn có khả thích nghi phụ thuộc vào đặc tính trồng, vật ni vấn đề cải tạo tập trung vào giải pháp cải tạo kỹ thuật canh tác, sinh học, hóa học đặc biệt chuyển đổi cấu trồng Việc chuyển đổi cấu sản xuất theo vùng sinh thái trọng 1.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu nước 1.2.1 Các nghiên cứu đánh giá trình xâm nhập mặn Các nghiên cứu tác giả Lê Sâm (2007) [21], Jeremy C.R (2008) [92], SIWRR (2009) [64], Võ Tòng Xuân (2013) [66] nhiều tác giả nước đánh giá xâm nhập mặn cho thấy mức độ ảnh hưởng trình xâm nhập mặn gắn liền với thay đổi khí hậu NBD khu vực ĐBSCL ngày rõ nét bên cạnh tác động hoạt động NN người 1.2.2 Các nghiên cứu ứng dụng công cụ hỗ trợ quản lý, giám sát đánh giá đất mặn Việc sử dụng công cụ quản lý, giám sát, đánh giá, phân tích đất mặn trọng cho thấy hiệu quả, khả phân tích nhanh, đảm bảo độ xác mức độ phù hợp với tỷ lệ vùng nghiên cứu RS, GIS, GPS cơng cụ có khả tích hợp cao, có khả kết hợp với mơ hình mơ phỏng, tốn học đưa kết cần thiết nguồn liệu đánh giá mặn yếu tố, vấn đề liên quan đến quản lý, đánh giá, giám sát cải tạo đất mặn 1.2.3 Các nghiên cứu thực nghiệm đất mặn Các nghiên cứu thực nghiệm trọng mơ hình canh tác đo lường tiêu ảnh hưởng mặn mặn hóa đất kỹ thuật tưới phân tích hấp thu trồng 1.2.4 Một số nghiên cứu mơ hình truyền mặn đất Các nghiên cứu mơ hình lan truyền chất sử dụng Saltmod, Stella, kỹ thuật kết hợp RS GIS xây dựng mơ hình với thuật toán hồi qui giúp dự báo mô lan truyển song hành kiểm chứng cho kết có sở Các nghiên cứu sử dụng mơ hình mơ cho điều kiện khác để nghiên cứu độ mặn đất khả lan truyền diễn biến độ mặn đất để có giá trị hiệu chỉnh nhằm đưa kết tích hợp, dự báo mặn nhằm làm sở đề xuất giải pháp GIS mơi trường hữu hiệu để tích hợp mơ hình mơ phỏng, kết hợp với thơng số ảnh hưởng để tạo khả phân tích, dự báo nhanh mang tính khơng gian cụ thể 1.2.5 Đánh giá khả thích nghi đất đai Dù theo hướng cũng phải điều tra nghiên cứu, đánh giá đất đai để làm sở khoa học cho việc sử dụng đất cách hợp lý (Vũ Cao Thái ctv, 1997) [67] Nhiều đánh giá đất đai khu vực ĐBSCL phục vụ cho sản xuất NN, quy hoạch phân bổ sử dụng đất đai TW địa phương thực Quy trình đánh giá đất đai phục vụ NN dựa sở FAO có chỉnh biên cho phù hợp với điều kiện nước ta áp dụng phạm vi nước Cho đến nay, nhiều cấp địa phương áp dụng phương pháp đánh giá đất FAO để xác định tiềm đất đai địa phương làm luận khoa học cho SDĐ hợp lý có hiệu [78], [79] 1.3 Tổng quan vùng nghiên cứu - huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An Huyện Cần Giuộc nằm phía Đơng Nam tỉnh Long An, tỉnh tiếp giáp thành phố Hồ Chí Minh 13 tỉnh ĐBSCL, có tổng diện tích tự nhiên 210,19 km2 với tọa độ địa lý: Kinh độ Đông: 106o32’59” 106o55’92”; Vĩ độ Bắc: 10o58’99” - 10o79’78” (Hình 1.4) Hình Bản đồ hành huyện Cần Giuộc, Long An Đặc điểm khí hậu: đặc thù vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa khu vực ĐBSCL với nhiệt độ cao quanh năm, ánh sáng dồi dào, lượng mưa lớn phân bố thành mùa rõ rệt Hệ thống thủy văn với nhiều sơng rạch (Sồi Rạp, Cần Giuộc, …) dày đặc, chịu tác động trực tiếp chế độ bán nhật triều khơng có biên độ lớn Biển Đơng Nguồn nước mùa khô nhiễm mặn rõ nét vùng hạ giáp ranh đê bao địa hình xâm nhập mặn Địa hình tương đối phẳng thấp dần từ Tây - Đông gồm vùng thượng hạ với 56% diện tích (10 701,61 ha) loại đất có yếu tố nhiễm mặn phân loại đất Dân số huyện 192.329 người (năm 2018) phân bố không đồng đều, mật độ tập trung cao xã phía đơng thấp phía tây NN ngành kinh tế chủ đạo với loại hình sản xuất đặc trưng: rau màu, lúa đặc sản, ni thủy sản nước lợ Tình hình sử dụng đất NN ảnh hưởng xâm nhập mặn Hiện trạng sử dụng đất NN: Cơ cấu sử dụng đất huyện năm 2017 gồm có loại đất NN (64% DTTN) phi NN (35,94% DTTN) Trong đất trồng hàng năm chiếm diện tích cao 7.773,39 (chiếm 87,04% đất hàng năm), đất trồng lúa chiếm đến 84,27% đất trồng hàng năm phân bố khu vực gần đê vùng thượng vùng hạ xã Tân Kim, Trường Bình, Long Hậu, Long Phụng, Tân Tập… cịn lại rau màu tập trung xã vùng thượng Long Thượng, Phước Lý, Mỹ Lộc, Long An… Kế đến đất có mặt nước ni trồng thủy sản 4.892,81 chiếm 35,50% đất NN phân bố xã Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Tân Tập, Long Phụng, Đông Thạnh… Biến động sử dụng đất NN: giai đoạn 2010-2017, tình hình SDĐ huyện biến động phần chịu ảnh hưởng kết công tác thống kê, kiểm kê đất đai thay đổi tiêu, đồng thời cũng phản ánh số xu thế: thực mục tiêu phát triển xã hội tốc độ thị hóa, hàng năm giảm mạnh với 1.695,90 chuyển đổi sang loại hình phi NN chuyển sang ni trồng thủy sản BĐKH tác động đến sử dụng đất: kịch phát thải trung bình B2 phát thải cao A1F1, Cần Giuộc địa phương chịu ảnh hưởng nghiêm trọng hạn, mặn năm gần đặc biệt sản xuất NN Ảnh hưởng xâm nhập măn đến sản xuất NN địa bàn nghiên cứu: điều kiện tự nhiên nên diện tích đất địa bàn xã bị ảnh hưởng khác, q trình canh tác cũng theo mà thay đổi theo Các liệu điều tra cũng xuất phát từ yêu cầu rà soát khu vực đất NN có tượng nhiễm mặn địa phương từ năm 2010-2016 dựa vào số liệu thiệt hại mặn loại hình SDĐ NN cụ thể địa bàn KẾT LUẬN CHƯƠNG Việc ảnh hưởng BĐKH NBD ngày rõ nét, xâm nhập mặn ngày phức tạp, khó giải ảnh hưởng đáng kể đến đời sống sản xuất NN tỉnh ĐBSCL có địa bàn nghiên cứu Các nghiên Trong đó:  : thơng số tính cho dạng phản ứng khác nhau; D: hệ số phân tán xác định theo công thức sau: (2.9) Với 𝜆: độ phân tán dọc; v: vận tốc nước qua lỗ rỗng trung bình Mơ hình Hydrus 1D còn xem xét đến dạng hấp thụ tuyến tính phi tuyến tính vật liệu đất tính tốn phương trình lan truyền chất nhiễm hòa tan sở tích hợp mơ hình tính tốn cân bằng, khơng cân vật lý/hóa học khác 2.1.3 Sự hút nước rễ Tốc độ thoát nước tiềm năng, Tp (L.T−1), lan truyền vùng rễ theo hàm phân bố mật độ rễ chuẩn hóa, β(z, t) (L-1) Sự hấp thu nước rễ thực tế, S, thu từ hấp thu nước rễ tiềm (nghĩa thoát nước tiềm năng) Sp, nhân với hàm phản ứng ứng suất α(h, hφ, z, t) gồm áp lực nước thẩm thấu S(h, hφ, z, t) = α (h, hφ, z, t) Sp(z,t) = α (h, hφ, z, t)β(z,t)Tp(t) (2.15) 2.1.4 Các điều kiện ban đầu điều kiện biên Điều kiện ban đầu: Điều kiện đầu xây dựng sở phụ thuộc vào cấu canh tác ruộng lúa, tơm (có lớp nước ho hay độ ẩm θo) nồng độ muối Co t = to (2.20) Các điều kiện biên: Điều kiện biên x = L biểu diễn: Các điều kiện biên: Điều kiện biên x = L biểu diễn: Với qtop Ctop: lưu lượng dòng chảy nồng độ chất hòa tan x = L 11 2.1.5 Tối ưu thông số Hydrus 1D xác định tương thích phương trình Van Genuchten với số liệu thí nghiệm phương pháp ước tính ngược theo thuật tốn Marquardt-Levenberg [97] Để đánh giá kết tối ưu thông số quy trình ước tính ngược, hai thơng số thống kê sử dụng để so sánh trực tiếp mơ hình để đánh giá tương quan tốt thông số tối ưu hệ số xác định (R2) sai số Nash Sutcliffe (NSE): Trong đó: N tổng số bước thời gian, Oj (z,t) số liệu quan trắc Ej (z,t,b) số liệu ước tính Khi giá trị tốt: 0,75< NSE