Một số kết quả nghiên cứu bước đầu về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu tưới của cây trồng trên vùng tưới Trung Hà – Suối Hai

Bài viết giới thiệu kết quả bước đầu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước của các cây trồng ở một hệ thống tưới điển hình ở đồng bằng Bắc Bộ điển hình là hệ thống tưới Trung Hà, Suối Hai.

MộT Số KếT QUả NGHIÊN CứU BƯớC ĐầU Về ảNH HƯởNG CủA BIếN ĐổI KHí HậU ĐếN NHU CầU NƯớC TƯớI CủA CÂY TRồNG TRÊN VùNG TƯớI TRUNG Hà - SI HAI Nguyễn Tuấn Anh1, Lê Văn Chín1 Tóm tắt: Việt Nam nước bị tác động nhiều biến đổi khí hậu (BĐKH) Biến đổi khí hậu đã, ảnh hưởng đến nhiều ngành, lĩnh vực nước ta, lĩnh vực nông nghiệp bị ảnh hưởng nhiều Một tác động BĐKH đến ngành nông nghiệp làm tăng nhu cầu nước loại trồng nhiệt độ bốc tăng lên Do cần có nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng Bài báo giới thiệu kết bước đầu đánh giá tác động BĐKH đến nhu cầu nước trồng hệ thống tưới điển hình đồng Bắc Bộ hệ thống tưới Trung Hà, Suối Hai Kết nghiên cứu cho thấy nhu cầu nước tưới ngô Đông Xuân tăng lên cao so với thời kỳ 1980-1999 (13,8% vào năm 2050 27,2% vào năm 2100, ứng với kịch B2), tiếp đến lúa vụ chiêm Nhu cầu nước tưới lúa vụ mùa tăng lên (0,6% vào năm 2050 1,9% vào năm 2100, ứng với kịch B2) Các từ khố: Biến đổi khí hậu, trồng, nhu cầu nước, kịch MỞ ĐẦU Biến đổi khí hậu (BĐKH) thách thức lớn nhân loại kỷ 21 BĐKH tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống mơi trường phạm vi tồn giới Ở Việt Nam, khoảng 50 năm qua, diễn biến khí hậu theo chiều hướng cực đoan, lượng mưa tăng mạnh vào mùa lũ giảm vào mùa kiệt với nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5  0,70C BĐKH làm cho thiên tai bão, lũ lụt hạn hán ngày khốc liệt [1] Việc nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến ngành, lĩnh vực nói chung đến lĩnh vực tài nguyên nước nói riêng thu hút nhiều nhà khoa học giới năm qua, điển hình như: Nghiên cứu mơ ảnh hưởng BĐKH đến nguồn nước miền Trung Thụy Điển tác giả ChongYu-Xu [7], tác giả đánh giá thay đổi nguồn nước tương ứng với kịch BĐKH (nhiệt độ, mưa) phương pháp mô Trường Đại học Thủy Lợi mưa - dòng chảy; Nghiên cứu ảnh hưởng BĐKH đến nguồn nước nhu cầu nước nông nghiệp vùng West Bank Numan Mizyed [9]; Nghiên cứu đánh giá tác động BĐKH tiềm đến cân nước lưu vực Jordan tác giả Fayex Abdulla Tamer Eshtawi [8], tác giả đánh giá thay đổi dòng chảy năm theo kịch mưa nhiệt độ qua sử dụng phương pháp mơ mưa-dịng chảy Ở Việt Nam, đến có số nghiên cứu tác động BĐKH đến lĩnh vực tài nguyên nước như: nghiên cứu Viện Khoa học KTTV MT [3][4], nghiên cứu Đại học Cần Thơ [5] Đại học Thủy lợi [2], nhiên nghiên cứu dừng mức đánh giá sơ chưa đánh giá chi tiết tác động BĐKH đến nhu cầu nước nông nghiệp vùng nước Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu bước đầu đánh giá tác động BĐKH đến nhu cầu nước trồng (lúa, ngơ) hệ thống tưới Trung Hà-Suối Hai, Ba Vì, Hà Nội ứng với kịch BĐKH Việt Nam KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 36 (3/2012) công bố gần nhằm cung cấp sở khoa học cho giải pháp thích ứng với BĐKH GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TƯỚI TRUNG HÀ - SUỐI HAI Hệ thống tưới Trung Hà – Suối Hai nằm phía Bắc huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội, có nhiệm vụ tưới cho 5.356 đất canh tác nơng nghiệp, có 5.000 lúa 356 màu (chủ yếu ngơ) huyện Ba Vì Khu vực giới hạn sơng Đà phía Bắc Tây, sơng Hồng phía Đơng sơng Tích phía Nam (xem hình vẽ 1) Trước hệ thống tưới Trung Hà - Suối Hai cấp nước hai cơng trình đầu mối tưới trạm bơm Trung Hà hồ chứa nước Suối Hai Hiện nay, hồ Suối Hai chuyển sang phục vụ du lịch tồn diện tích canh tác hệ thống cấp nước tưới trạm bơm tưới Trung Hà có lưu lượng thiết kế 10,5 m3/s (hiện trạm bơm Trung Hà xây dựng nâng cấp) Hình 1: Hệ thống tưới Trung Hà- Suối Hai, huyện Ba Vì, Hà Nội CƠNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Chỉ tiêu đánh giá tác động BĐKH đến nhu cầu nước trồng hệ thống Chỉ tiêu đánh giá tác động BĐKH đến nhu cầu nước trồng xác định theo công thức sau: w  TB  sau  TB nen x100% (1) TB nen Trong đó: W : Chênh lệch nhu cầu nước trồng thời điểm đánh giá so với thời kỳ (1980 – 1999) Giá trị lớn thể mức độ tác động cao WTB  nen : Nhu cầu nước trồng tính năm thời kỳ WTB  sau : Nhu cầu nước trồng tính năm xem xét 3.2 Phương pháp tính tốn nhu cầu nước trồng Nghiên cứu sử dụng phần mềm Cropwat 8.0 để tính tốn nhu cầu nước cho trồng, phần mềm tính chế độ tưới tiên tiến FAO khuyến cáo sử dụng tồn giới [6] Cơ sở lý thuyết mơ hình Cropwat: Để tính tốn lượng nước cần (IRR) cho trồng ta dựa vào phương trình cân nước có dạng tổng quát sau: IRR = (ETc + LPrep + Prep) - Peff (mm/ngày) (2) Trong đó: IRR: lượng nước cần tưới cho trồng thời đoạn tính tốn (mm/ngày); ETC: lượng bốc mặt ruộng thời đoạn tính tốn (mm); Peff: lượng mưa hiệu trồng sử dụng thời đoạn tính tốn (mm); Prep: lượng nước ngấm ổn định đất thời đoạn tính tốn (mm/ngày); LPrep: lượng nước làm đất (mm) - Xác định lượng bốc mặt ruộng (ETc): KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 36 (3/2012) Lượng bốc mặt ruộng tính theo công thức: ETc= Kc x ET0 (mm/ngày) (3) Trong đó: KC: hệ số trồng, phụ thuộc vào vùng canh tác, giai đoạn sinh trưởng trồng ; ET0: lượng bốc mặt nước tự tính tốn theo công thức Penman-Monteith ET0= C x [W x Rn + (1-W) x f(u) x (ea-ed)] (mm/ngày) (4) Trong : C: hệ số hiệu chỉnh bù trừ tốc độ gió thay đổi xạ mặt trời; W: hệ số có quan hệ với nhiệt độ cao độ khu tưới; Rn: lượng xạ thực tế xác định từ số chiếu sáng, nhiệt độ độ ẩm; f(u): Hàm quan hệ với tốc độ gió; (ea-ed): chênh lệch áp suất bão hoà nhiệt độ trung bình khơng khí áp suất thực tế đo được; Kc: hệ số phụ thuộc vào loại trồng thời đoạn sinh trưởng - Tính tốn mưa hiệu (Peff): Peff = 0,6 x Pmưa - 10 Pmưa < 70 mm (5) Peff = 0,8 x Pmưa - 24 Pmưa > 70 mm (6) Trong đó: Peff : lượng mưa hiệu thời đoạn tính tốn (mm); Pmưa: lượng mưa thực tế thời đoạn tính tốn theo mơ hình mưa tháng thiết kế (mm) - Lượng nước ngấm ổn định (Prep) Prep= K x t (mm) (7) Trong đó: K: hệ số ngấm ổn định đất (mm/ngày); t: thời gian tính tốn (ngày) - Lượng nước làm đất (LPrep) Lượng nước làm bão hòa tầng đất canh tác (S): S= (1-Sm/100) x d x P/100 (mm) (8) Trong đó: d: độ sâu lớp đất bão hịa nước (mm); Sm: độ sâu có sẵn đầu thời đoạn tính tốn (%); P: độ rỗng đất (% thể tích đất) - Lượng nước tạo thành trì lớp nước mặt ruộng thời gian làm đất (LĐ) LĐ= (L/T + S + P + E) - Peff (mm/ngày) (9) Trong đó: L: tổng lượng nước cần cung cấp thời gian làm đất (mm); T: thời gian làm đất (ngày); P, S: lượng nước thấm đứng ngang (mm/ngày); E: lượng bốc mặt ruộng (mm/ngày); Peff: lượng mưa hiệu (mm); Đối với trồng cạn phương trình có dạng: IRR = ETc - Peff (10) 3.3 Lựa chọn kịch BĐKH Dựa kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam cập nhật công bố gần (2011) [1], thời kỳ dùng để đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu giai đoạn 1980-1999, thời kỳ tương lai chọn mốc: 2020, 2050, 2070 2100, kịch chọn để đánh giá kịch B2 (kịch phát thải trung bình) Kịch B2 vùng Hà Nội tương ứng với năm 2020, 2050, 2070 2100 sau: - Kịch nhiệt độ: KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 36 (3/2012) Bảng 1: Mức tăng nhiệt độ trung bình (oC) so với thời kỳ 1980-1999 vùng Hà Nội theo kịch B2 Thời kỳ năm XII - II III – V VI – VIII IX - XI Các mốc thời gian kỷ 21 2020 2050 2070 2100 0,5 1,4 2,1 2,8 0,5 1,4 2,0 2,7 0,5 1,2 1,8 2,4 0,5 1,4 2,0 2,6 - Kịch lượng mưa: Bảng 2: Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980-1999 vùng Hà Nội theo kịch B2 Thời kỳ năm XII - II III - V VI - VIII IX - XI Các mốc thời gian kỷ 21 2020 2050 2070 2100 1,1 2,9 4,1 5,5 -0,5 -1,3 -1,9 -2,5 2,3 6,1 8,6 11,6 0,9 2,4 3,4 4,5 Để tính tốn nhu cầu nước trồng khu vực ứng với thời kỳ nền, tác giả sử dụng tài liệu khí tượng (mưa, nhiệt độ,…) trạm khí tượng Ba Vì từ năm 1980 đến 1999 Các tài liệu giai đoạn sinh trưởng, công thức tưới lúa chiêm, lúa mùa, ngô Đông Xuân tài liệu khác liên quan thu thập từ dự án quy hoạch thủy lợi huyện Ba Vì KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sau sử dụng phần mềm Cropwat 8.0 để tính tốn nhu cầu nước lúa chiêm, lúa mùa ngô Đông Xuân khu tưới Trung Hà Suối Hai với số liệu khí tượng thời kỳ tương ứng với kịch B2, có kết nhu cầu nước tưới thời kỳ bảng sau: Bảng 3: Bảng tổng hợp nhu cầu nước tưới tỷ lệ tăng giảm so với thời kỳ ứng kịch biến đổi khí hậu B2 (m3/ha/vụ) Năm Đơn vị Lúa Chiêm Lúa Mùa Ngô Thời kỳ m3 4685 3279 621 2020 m 4754 3279 649 2050 % 1,5 0,0 4,5 m 4855 3299 707 2070 % 3,6 0,6 13,8 m 4990 3321 773 2100 % 6,5 1,3 24,5 m 5052 3341 790 % 7,8 1,9 27,2 850 5100 5050 800 4950 750 m3/ha/vụ m /ha/vụ 5000 4900 4850 4800 650 4750 4700 4650 1980 700 600 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 Năm 550 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 Năm Hình 2: Sự thay đổi nhu cầu nước tưới lúa vụ chiêm ứng với kịch biến đổi khí hậu B2 Hình 4: Sự thay đổi nhu cầu nước tưới ngô Đông Xuân ứng kịch biến đổi khí hậu B2 3350 3340 3320 3310 m /ha/vụ 3330 3300 3290 3280 3270 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 Năm Hình 3: Sự thay đổi nhu cầu nước tưới lúa vụ mùa ứng với kịch biến đổi khí hậu B2 Các kết cho thấy, đến năm 2020, nhu cầu nước tưới lúa vụ chiêm dự kiến tăng lên 1,5% so với thời kỳ (1980-1999), đến năm 2050, mức tăng 3,6%, đến năm 2070, mức tăng 6,5% tới năm 2100, mức tăng 7,8% Đối với lúa vụ mùa, mức tăng nhu cầu nước tưới tương ứng với mốc thời gian 2020; 2050; 2070 2100 0,0%; 0,6%; 1,3% KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 36 (3/2012) 1,9% Rõ ràng nhu cầu nước lúa vụ mùa tăng lên so với lúa vụ chiêm, nguyên nhân lượng mưa vào mùa hè (tháng VI-VIII) tăng lên cao Đối với ngô vụ Đông Xuân, mức tăng nhu cầu nước tưới tương ứng với mốc thời gian 2020; 2050; 2070 2100 4,5%; 13,8%; 24,5% 27,2% Kết cho thấy nhu cầu nước ngô Đông Xuân tăng lên cao nhiều so với lúa chiêm lúa mùa, nguyên nhân mùa Xuân (tháng III-V), lượng mưa giảm nhiệt độ tăng KẾT LUẬN Nghiên cứu đánh giá dự báo nhu cầu dùng nước ngành kinh tế, xã hội nói chung ngành nơng nghiệp nói riêng tác động BĐKH việc cần thiết nhằm cung cấp cở khoa học cho việc đề xuất giải pháp ứng phó với BĐKH ngành nông nghiệp thủy lợi Trong phạm vi báo này, giới thiệu kết nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu tới nhu cầu nước hai loại trồng hệ thống tưới Trung Hà - Suối Hai, huyện Ba Vì, Hà Nội Kết nghiên cứu dự báo nhu cầu nước loại trồng khu vực Trung Hà-Suối Hai tương lai tác động BĐKH Kết nghiên cứu cho thấy, nhu cầu nước tưới ngô Đông Xuân tăng lên cao so với thời kỳ (13,8% vào năm 2050 27,2% vào năm 2100), tiếp đến lúa vụ chiêm Nhu cầu nước tưới lúa vụ mùa tăng lên (0,6% vào năm 2050 1,9% vào năm 2100) Kết nghiên cứu sở khoa học cho việc tính tốn cân nước đề giải pháp ứng phó với BĐKH khu vực vùng khác tương tự Tài liệu tham khảo Bộ Tài nguyên Mơi trường, 2011, Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam Nguyễn Sinh Huy nnk, 2009, đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu sở khoa học đề xuất biện pháp ứng phó cho đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) đảm bảo việc phát triển bền vững điều kiện biến đổi khí hậu – Nước biển dâng” Trần Thanh Xuân, Trần Thục Hoàng Minh Tuyển, 2011, Tác động BĐKH đến tài nguyên nước Việt Nam Viện Khí tượng thuỷ văn Môi trường, Dự án: Nghiên cứu tác động BĐKH lưu vực sông Hương sách thích nghi huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế, Chương trình hỗ trợ nghiên cứu khí hậu Hà Lan (NCAP), 2005 Viện Nghiên cứu Biến đổi Khí hậu - Đại học Cần Thơ, Dự án nghiên cứu: Đánh giá tác động biến đổi khí hậu tính dễ tổn thương cho thành phố Cần Thơ, 2010 Allen RG, Pereira L,S,, Raes D,, Smith M,, 1998, Crop evapotranspiration, Guidelines for computing crop water requirements, In: FAO irrigation and drainage paper, no 56, FAO, Roma, Italy Chong –Yu Xu, 2000, Modelling the effects of Climate Change on Water Resources in Central Sweden, Water resources management Journal 14: 177-189 Fayez Abdulla, Tamer Eshtawi and Hamed Assaf, 2009, Assessment of the Impact of Potential Climate Change on the Water balance of a Semi-arid Watershed, Water resources management Journal KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 36 (3/2012) Numan Mizyed, 2009, Impacts of Climate Change on Water Resources Availability and Agricultural water demand in the West Bank, Water resources management Journal Abstract: INITIAL RESULTS ON EFFECT OF CLIMATE CHANGE ON CROP WATER DEMAND IN TRUNG HA-SUOI HAI IRRIGATION SYSTEM Nguyen Tuan Anh, Le Van Chin Vietnam is one of the countries most affected by climate change Climate change impacts on many human activities in general and agricultural production in particular An increase in temperature could also lead to an increase of crop water requirement, since excessive evaporation from soil, water and plant surfaces would occur Therefore, a research on impact of climate change on crop water demand is very necessary This paper introduces initial results of the assessment of impact of climate change on water requirement at a typical irrigation system in the Northern delta, Vietnam (Trung Ha - Suoi Hai irrigation system) Results showed that, for medium emission scenario (B2): by the year 2020, irrigation water demand of winter-spring rice, summer-autumn rice and maize is expected to further increase by 1,5%, 0,0% and 4,5% respectively relative to background period of 1980-1999; by the 2050, it will be 3,6%, 0,6% and 13,8% for winter-spring rice, summer-autumn rice and maize respectively Finally, up to 2100, it will be 7,8%, 1,9% and 27,2% for winter-spring rice, summer-autumn rice and maize respectively Người phản biện: PGS.TS Lê Quang Vinh KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 36 (3/2012) ... thiệu kết nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu tới nhu cầu nước hai loại trồng hệ thống tưới Trung Hà - Suối Hai, huyện Ba Vì, Hà Nội Kết nghiên cứu dự báo nhu cầu nước loại trồng khu... trình hỗ trợ nghiên cứu khí hậu Hà Lan (NCAP), 2005 Viện Nghiên cứu Biến đổi Khí hậu - Đại học Cần Thơ, Dự án nghiên cứu: Đánh giá tác động biến đổi khí hậu tính dễ tổn thương cho thành phố Cần... 2120 Năm Hình 2: Sự thay đổi nhu cầu nước tưới lúa vụ chiêm ứng với kịch biến đổi khí hậu B2 Hình 4: Sự thay đổi nhu cầu nước tưới ngô Đông Xuân ứng kịch biến đổi khí hậu B2 3350 3340 3320 3310