2.2.1 Phương pháp đánh giá chỉ số tổn thương kinh tế (LVI)
Phương pháp đánh giá chỉ số tổn thương kinh tế (LVI) sử dụng nhiều chỉ số để đánh giá độ nhạy cảm, tổn thương của các yếu tố như sức khỏe, lương thực, tài nguyên nước, … do các tác động của BĐKH [3].
Do mỗi yếu tố phụ thuộc được đo lường theo mỗi hệ thống khác nhau nên các chỉ số đã được chuẩn hóa thành một dưới dạng phương trình:
𝑖𝑛𝑑𝑒𝑥𝑠𝑑 = 𝑠𝑑−𝑠𝑚𝑖𝑛
𝑠𝑚𝑎𝑥−𝑠𝑚𝑖𝑛 (2.1) Trong đó:
Sd là giá trị gốc yếu tố phụ (giá trị thực) đối với địa phương (huyện/ xã); Smin là giá trị tối thiểu;
Smax là giá trị tối đa.
Sau khi được chuẩn hóa, các yếu tố phụ được lấy trung bình để tính giá trị của mỗi yếu tố chính bằng cách áp dụng phương trình sau:
𝑀𝑑 ∑ 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑥𝑠𝑑𝑖 𝑛 𝑖=1 n (2.2) Trong đó:
Md: là một trong bảy yếu tố chính đối với địa phương (huyện, xã);
index Sdi: thể hiện các yếu tố phụ được ghi chỉ số theo i, chúng tạo nên mỗi yếu tố chính;
47
Khi giá trị của các yếu tố chính được xác định, chỉ số tổn thương sinh kế cấp địa phương (huyện, xã) được tính toán theo phương trình:
𝐿𝑉𝐼𝑑 =∑ 𝑊𝑀𝑖𝑀𝑑𝑖
7 𝑖=1
∑7𝑖=1𝑊𝑀𝑖 (2.3) Trong đó:
LVId: chỉ số tổn thương sinh kế địa phương (huyện, xã), tương ứng với trung bình có trọng số tất cả 7 yếu tố chính;
WMi: trọng số của mỗi yếu tố chính được xác định bằng số lượng các yếu tố phụ tạo nên các yếu tố chính.
Giá trị chỉ số LVI dao động trong khoảng 0 (mức tổn thương thấp nhất) đến 1 (mức tổn thương cao nhất).
Phương pháp đánh chỉ số tổn thương sinh kế (LVI) đánh giá được mức độ tổn thương của các đối tượng kinh tế, xã hội, tài nguyên nước, … khi chịu ảnh hưởng bởi BĐKH. Ở Việt Nam, phương pháp này cũng đã được áp dụng rộng rãi để đánh giá mức độ tổn thương do BĐKH tại nhiều địa phương. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là việc lựa chọn các yếu tố phụ và mối liên quan giữa yếu tố phụ và các yếu tố chính. Ngoài ra, phương pháp này liên quan đến việc phỏng vấn một cách ngẫu nhiên các hộ dân ở khu vực nghiên cứu cũng gặp một số hạn chế về độ tin cậy của những số liệu sơ cấp thu được.
2.2.2 Phương pháp đánh giá nông thôn có sự tham gia (PRA)
Phương pháp PRA là phương phá đánh giá nông thôn có sự tham gia của người dân và cách tiếp cận khung sinh kế bền vững. Phương pháp PRA giúp tìm hiểu và đánh giá nhu cầu của cộng đồng, xác định vấn đề ưu tiên cho các hoạt động phát triển, tìm ra giải pháp có thể và xác định các hoạt động iên quan những lĩnh vực chủ đề khác nhau, chuẩn bị kế hoạch hoạt động cụ thể và hệ thống; … [9]
Phương pháp PRA bao gồm các công cụ để thu thập và phân tích thông tin (số liệu thứ cấp và số liệu thực địa). Những công cụ chính bao gồm: xem xét số liệu thứ
48
cấp, quan sát trực tiếp, vẽ bản đồ, biểu đồ xu hướng (biến động theo thời gian), biểu đồ thời vụ, xếp hạng ma trận trực tiếp, đánh giá giải pháp, …
Trong đó, khung sinh kế bền vững được mô tả như sau: Mỗi nông hộ có năm nguồn vốn tài chính, vật thể, xã hội và tự nhiên. Mỗi nông hộ sẽ quyết định chiến lược sinh kế của gia đình dựa vào sự kết hợp các nguồn vốn sinh kế này và môi trường chính sách, thể chế cũng như bối cảnh dễ bị tổn thương. Trong trường hợp nghiên cứu này, lũ là yếu tố thuộc bối cảnh dễ bị tổn thương và ảnh hưởng đến sinh kế cũng như nguồn vốn nông hộ. Khi một sinh kế yếu kém sẽ dẫn đến việc sử dụng kém hiệu quả các sinh kế còn lại.
Hình 7. Khung sinh kế bền vững [9]
Phương pháp này có ưu điểm là có sự tham gia ở mức độ cao của cộng đồng, thời gian ngắn và chi phí thấp. Nhược điểm là phần lớn thông tin là định tính, không thể áp dụng phép tính thống kê; khó khăn trong việc tìm đúng câu hỏi để trả hỏi, tìm đúng đối tượng để thực hiện các cuộc điều tra; …
2.2.3 Phương pháp thay đổi năng suất
Phương pháp tiếp cận thay đổi năng suất còn được gọi là phương pháp hàm sản xuất, tiếp cận tác động lên sản xuất , hay định giá môi trường như là một đầu vào tìm
49
cách khai thác mối quan hệ giữa các thuộc tính môi trường và mức sản lượng của một hoạt động kinh tế. Cách tiếp cận dựa theo sự đánh giá thay đổi năng suất là một trong những kỹ thuật lượng hoá được áp dụng rộng rãi nhất trên thế giới hiện nay. Phương pháp này chú trọng vào đánh giá các tài nguyên thiên nhiên là đầu vào của quá trình sản xuất hàng hoá và dịch vụ. Khi chất lượng và số lượng nguồn tài nguyên đầu vào giảm sẽ dẫn đến dịch vụ cung cấp cho sản xuất giảm theo. Kết quả là làm giảm lợi nhuận của nhà sản xuất.
Một số ứng dụng cho phương pháp này gồm:
- Xói mòn đất: đo lường sự suy giảm sản lượng mùa vụ và tác động gây ra đối với vùng hạ lưu do hiện tượng xói mòn.
- Ô nhiễm không khí: đo lường thiệt hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người do ô nhiễm không khí.
- Mưa axit: Đo lường sự thiệt hại đối với cây trồng thông qua sụt giảm sản lượng.
Một cách khái quát, phương pháp tiếp cận hàm sản xuất bao gồm một quy trình hai bước. Bước đầu tiên là xác định các tác động vật lý của sự thay đổi môi trường lên hoạt động sản xuất. Bước thứ hai là lượng giá những tác động này dựa trên đầu ra của hoạt động sản xuất.
Gọi Y là đầu ra của hoạt động sản xuất, ENV là biến môi trường quan tâm, Xi, Xk là các biến đầu vào khác của hoạt động sản xuất, hàm sản xuất của một doanh nghiệp hay một ngành sản xuất có thể được mô tả bằng công thức :
Y = f (Xi... Xk, EVN) (2.4) Nếu 𝛿𝑌
𝛿𝐸𝑉𝑁 ≠ 0, biến môi trường thể hiện qua ENV (ví dụ như tăng hoặc giảm nhiệt độ, lượng mưa) với điều kiện các yếu tố khác không đổi, sẽ làm giảm/tăng mức sản lượng. Nhìn chung, khi sản lượng đầu ra Y là một hàng hóa thị trường, và giá cả có thể quan sát được và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố liên quan ngoài thị trường, mức giá này có thể được sử dụng để ước tính giá trị của một sự
50
thay đổi do tác động của các yếu tố môi trường (qua biến ENV). Ngoài ra, giá trị này cũng có thể được ước tính bằng cách xem xét những thay đổi của thị trường các yếu tố đầu vào (Xi... Xk) cần thiết để duy trì sản lượng đầu ra ở một mức độ nhất định. [5]
Phương pháp này thường sử dụng để tính toán thiệt hại do ngập lụt trong nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ sản..., tác nhân của ngập lụt có thể làm giảm sản lượng nông sản thu hoạch ở những nơi bị ảnh hưởng trực tiếp, nó cũng có thể làm giảm năng suất canh tác thực tế. Một sự thay đổi phạm vi ngập, chiều sâu ngập sẽ làm thay đổi yếu tố, các hình thái của các yếu tố đầu vào của sản xuất cũng như hạn chế khả năng phát triển và sinh trưởng của động thực vật trong vùng bị ngập, làm hạn chế sự lựa chọn sản xuất nông nghiệp, cũng như các quyết định đầu tư sản xuất của người dân trong vùng bị ảnh hưởng của ngập.
Để sử dụng phương pháp thay đổi năng suất đòi hỏi phải có sự phân tích về quy trình sinh học, khả năng công nghệ, khả năng phân tích tác động của các yếu tố môi trường đối với quyết định sản xuất và ảnh hưởng của sự thay đổi kết quả sản xuất tới phúc lợi chung của toàn xã hội. Đối với nông nghiệp thì ảnh hưởng không chỉ ở phần diện tích bị ngập không thể canh tác mà còn ở chỗ phần diện tích đất đã canh tác bị ngập làm giảm sản lượng do giảm năng suất, và mức độ giảm năng suất cũng khác nhau theo độ sâu của ngập, theo phạm vi ô nhiễm nguồn nước.
Để xác định chi tiết thiệt hại này dựa trên hàm giảm sản năng suất đối với các độ sâu ngập khác nhau, từ đó tính toán thiệt hại do giảm năng suất và giảm sản lượng. Để đánh giá thiệt hại về kinh tế của ngành nông nghiệp, phương pháp thay đổi năng suất để tính toán sự chênh lệch lợi ích từ việc sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi thủy
hải sản trước và sau khi xảy ra ngập lụt. Qua phân tích một số phương pháp lượng giá thiệt hại và các nghiên cứu trong
và ngoài nước về vấn đề liên quan đến lượng giá, luận văn tiến tới áp dụng phương pháp thay đổi năng suất để tính toán năng suất cây trồng thông qua mô hình Cropwat 8.0 và lượng giá thiệt hại năng suất theo hàm sản xuất được đưa ra.
51
2.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP LƯỢNG GIÁ THIỆT HẠI DO BẤT LỢI VỀ NGUỒN NƯỚC ĐẾN SẢN XUẤT LÚA Ở TỈNH AN GIANG
2.3.1 Sơ đồ tiếp cận
Áp dụng phương pháp hàm sản xuất, luận văn đưa ra hướng tiếp cận phương pháp tính lượng giá thiệt hại năng suất lúa do bất lợi về nguồn nước theo sơ đồ khối như hình 8.
Bước 1: Mô phỏng dòng chảy lũ lớn, lũ trung bình, lũ nhỏ bằng mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11.
Trên sơ sở kế thừa bộ thông số mô hình MIKE 11 của báo cáo đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường mã số TNMT.2016.05.15 “Nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá rủi ro lũ lụt vùng ĐBSCL – áp dụng thí điểm cho tỉnh An Giang”, luận văn tiến tới mô phòng dòng chảy lũ của các trận lũ điển hình cho ba năm lũ lớn (năm 2011), lũ trung bình (năm 2009) và lũ nhỏ (năm 2010). Từ kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy tính ra lớp dòng chảy tương ứng.
Bước 2: Tính nhu cầu nước cho cây lúa bằng mô hình Cropwat 8.0. Cácdữ liệu đầu vào mô hình Cropwat 8.0 bao gồm:
- Số liệu khí tượng - khí hậu trung bình tháng giai đoạn 1978-2020 của trạm khí tượng Châu Đốc (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, số giờ nắng, lượng mưa);
- Số liệu lớp dòng chảy từ kết quả mô phỏng dòng chảy các năm lũ lớn, lũ trung bình, lũ nhỏ;
- Dữ liệu liên quan đến cây lúa (diện tích lúa, thời vụ gieo trồng, thời kỳ sinh trưởng của cây lúa, các chỉ tiêu cơ lý của đất canh tác).
52
Hình 8. Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu
Để tính toán nhu cầu nước cho cây trồng, Cropwat cần dữ liệu về sự bốc thoát hơi nước ETo. Luận văn nhập lần lượt các giá trị về nhiệt độ trung bình tháng nhiều
53
năm, độ ẩm trung bình tháng nhiều năm, tốc độ gió trung bình tháng nhiều năm, số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm (số liệu trung bình tháng nhiều năm giai đoạn 1978-2020 của trạm khí tượng Châu Đốc) vào mô đun khí hậu (Climate) để Cropwat tính ETo từ công thức Penman – Monteith.
Tiếp theo, nhập dữ liệu mưa trung bình tháng nhiều năm giai đoạn 1978-2020 của trạm khí tượng Châu Đốc vào mô đun mưa (Rain) để tính lượng mưa hiệu quả. Đồng thời luận văn cũng nhập số liệu lớp dòng chảy tính từ kết quả dòng chảy mô phỏng bằng mô hình MIKE 11 vào mô đun mưa.
Cuối cùng là nhập dữ liệu cây lúa (bao gồm thời gian gieo trồng, thời gian thu hoạch, hệ số Kc của từng giai đoạn sinh trưởng của cây lúa) vào mô đun cây trồng (Crop), và dữ liệu về đất vào mô đun đất (Soil).
Tính cho trường hợp lũ nhỏ.
Kết quả có được từ mô hình Cropwat là nhu cầu nước tối đa của cây trồng.
Bước 3: Tính năng suất lúa tính toán.
Để có được năng suất tính toán, nhân tỷ lệ năng suất tương đối theo mùa với năng suất lý thuyết tối đa theo công thức (2.18).
Bước 4: Tính sai số giữa năng suất tính toán với năng suất thực tế.
Năng suất thực tế là năng suất lúa 3 vụ Đông Xuân, Hè Thu và vụ Mùa thu thập từ Niên giám thống kê tỉnh An Giang.
𝐵𝐼𝐴𝑆 = [∑ (𝑌𝑖 𝑠𝑖𝑚 −𝑌𝑖𝑜𝑏𝑠)×100 𝑛 𝑖=1 ∑𝑛𝑖=1(𝑌𝑖𝑜𝑏𝑠) ] (2.5) Trong đó: 𝑌𝑖𝑠𝑖𝑚, 𝑌𝑖𝑜𝑏𝑠 là giá trị năng suất tính toán và năng suất thực tế.
Nếu sai số trong phạm vi < ± 15% thì kết quả năng suất tính toán đạt yêu cầu, có thể sử dụng các thông số trong mô hình Cropwat để tính toán cho các trường hợp lũ trung bình và lũ lớn. Trường hợp không đạt yêu cầu thì quay lại bước 3 tính lại năng suất tính toán.
54
Bước 5: Tính lượng giá thiệt hại năng suất lúa.
Tính lượng giá thiệt hại năng suất lúa chính là tính thiệt hại do chênh lệch năng suất lúa tính toán và năng suất tối ưu theo công thức (2.19) (năng suất lúa tối ưu được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam). [7]
2.3.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp tính lượng nước mặt
Bộ mô hình MIKE là một bộ phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do DHI (Viện Thủy lực Đan Mạch) xây dựng và phát triển, được ứng dụng để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. [2]
Để tính toán lượng nước cấp cho cây lúa, luận văn đã sử dụng mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy các năm lũ lớn, lũ trung bình và lũ nhỏ tại các sông, kênh trên địa bàn tỉnh An Giang.
MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán mạng sông dựa trên việc giải hệ phương trình một chiều Saint – Venant: [2]
Phương trình liên tục: 𝜕𝑄 𝜕𝑡 +𝜕𝐴 𝜕𝑡 = 𝑞 (2.6) Phương trình chuyển động: 𝜕𝑄 𝜕𝑡 +𝜕(𝛼 𝑄2 𝐴) 𝜕𝑥 + 𝑔𝐴𝜕ℎ 𝜕𝑥+𝑔𝑄|𝑄| 𝐶2𝐴𝑅 = 0 (2.7) Trong đó:
A: tiện tích mặt cắt ngang (m2); α: hệ số sửa chữa động năng
55
Q: lưu lượng qua mặt cắt (m3/s); R: bán kính thủy lực (m);
𝑥: chiều dài dòng chảy; g: gia tốc trọng trường (m/s2); q: lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị
chiều dài dọc sông (m3/s);
Hệ phương trình Saint – Venant về nguyên lý không giải được bằng các phương pháp giải tích, vì thế trong thực tế tính toán người ta phải giải gần đúng bằng cách rời rạc hóa hệ phương trình. Có nhiều phương pháp rời rạc hóa hệ phương trình và trong mô hình MIKE 11, các tác giả đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott. Hình dưới đây mô tả các cách bố trí sơ đồ Abbott 6 điểm với các phương trình (hình 9) và các biến trong mặt phẳng 𝑥~𝑡 (hình 10). [2]
Hình 9. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott
Hình 10. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng 𝒙~𝒕
Trong phương pháp này, mực nước và lưu lượng dọc theo các nhánh sông được tính trong hệ thống các điểm lưới xen kẽ. Đối với mạng lưới sông phức tạp, mô hình
56
cho phép giải hệ phương trình cho nhiều nhánh sông và các điểm tại các phân lưu/ nhập lưu.
Điều kiện ban đầu và điều kiện biên
Trong mô hình MIKE 11, điều kiện biên của mô hình khá linh hoạt, có thể là điều kiện biên hở hoặc điều kiện biên kín. Điều kiện biên kín là điều kiện tại biên đó không có trao đổi nước với bên ngoài. Điều kiện biên hở có thể là đường quá trình của mực nước theo thời gian hoặc của lưu lượng theo thời gian hoặc có thể là hằng số.
Các điều kiện ban đầu bao gồm mực nước và lưu lượng trên khu vực nghiên cứu. Thường lấy lưu lượng xấp xỉ bằng 0, còn mực nước lấy bằng mực nước trung bình. [2]
Điều kiện ổn định
Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện như sau:
- Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một cách thỏa đáng. Giá trị tối đa cho phép với ∆𝑥 phải được chọn trên cơ sở này.
- Điều kiện Courant dưới đây có thể dùng như một hướng dẫn để chọn bước