Nghiên cứu biến động tài nguyên nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

LẠI TIẾN VINH

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC VÙNG
ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

Hà Nội – 2016


i

MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. I
DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................................... V
DANH SÁCH HÌNH ........................................................................................................... VI
DANH SÁCH PHỤ LỤC .................................................................................................... IX
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................. XI
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC
MẶT TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ............................................................... 7
1.1. Các khái niệm cơ bản .................................................................................................... 7

1.1.1. Tài nguyên nước ....................................................................................................... 7
1.1.2. Đánh giá tài nguyên nước ........................................................................................ 7
1.1.3. Biến đổi khí hậu ........................................................................................................ 7
1.1.4. An ninh nguồn nước ................................................................................................. 7
1.2. Tình hình nghiên cứu biến động tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến đổi khí
hậu trên Thế giới và Việt Nam ............................................................................................ 8

1.2.1. Thế giới ...................................................................................................................... 9
1.2.2. Việt Nam .................................................................................................................. 12
1.2.2.1. Lưu vực sông Hồng-Thái Bình ....................................................................... 12
1.2.2.2. Lưu vực sông Cả ............................................................................................. 13
1.2.2.3. Lưu vực sông Thu Bồn, sông Hương và sông Ba ........................................... 14
1.2.2.4. Lưu vực sông Đồng Nai .................................................................................. 14
1.2.2.5. Đồng bằng sông Cửu Long............................................................................. 15

1.2.3. Vùng đồng bằng sông Hồng ................................................................................... 15
1.3. Đánh giá những tồn tại của vấn đề nghiên cứu ở Việt Nam và khu vực nghiên cứu
.............................................................................................................................................. 17
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN
NƯỚC MẶT VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG .......................................................... 21
2.1. Điều kiện tự nhiên vùng đồng bằng sông Hồng ........................................................ 21

2.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................................... 21


ii

2.1.2. Địa hình ................................................................................................................... 21
2.1.3. Hệ thống sông ngòi ................................................................................................. 22

2.1.3.1. Hệ thống sông thượng nguồn ......................................................................... 22
2.1.3.2. Hệ thống sông vùng đồng bằng sông Hồng.................................................... 25

2.1.4. Khí hậu .................................................................................................................... 28
2.1.4.1. Diễn biến khí hậu............................................................................................ 29
2.1.4.2. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng ................................................ 30
2.1.4.3. Dự tính thay đổi lượng bốc hơi ...................................................................... 35
2.2. Phát triển kinh tế-xã hội.............................................................................................. 36

2.2.1. Dân số ...................................................................................................................... 37
2.2.2. Cơ cấu kinh tế.......................................................................................................... 37
2.2.3. Định hướng và quy hoạch phát triển các ngành ................................................... 38
2.2.3.1. Nông lâm nghiệp và thủy sản ......................................................................... 38
2.2.3.2. Công nghiệp.................................................................................................... 41
2.2.3.3. Dịch vụ, du lịch và thương mại ...................................................................... 42
2.3. Tài nguyên nước mặt, tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên nước mặt vùng
đồng bằng sông Hồng ......................................................................................................... 43

2.3.1. Tài nguyên nước mặt .............................................................................................. 43
2.3.1.1. Dòng chảy ....................................................................................................... 43
2.3.1.2. Chất lượng nước mặt ...................................................................................... 48

2.3.2. Hiện trạng khai thác, sử dụng tài nguyên nước mặt vùng đồng bằng sông
Hồng .................................................................................................................................. 55
2.3.2.1. Hiện trạng khai thác và sử dụng nước phía thượng nguồn ............................ 55
2.3.2.2. Hiện trạng khai thác và sử dụng nước vùng ĐBSH ....................................... 58
2.3.2.3. Mâu thuẫn sử dụng nước giữa các ngành, khu vực........................................ 60

2.3.3. Khả năng đáp ứng nguồn nước và các vấn đề tồn tại trong khai thác sử dụng
nước vùng đồng bằng sông Hồng .................................................................................... 62

2.3.3.1. Khả năng đáp ứng của nguồn nước ............................................................... 63
2.3.3.2. Những vấn đề tồn tại ...................................................................................... 66
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................................... 72
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC VÙNG
ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ĐỀ XUẤT
CÁC GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ.............................................................................................. 73
3.1. Đánh giá biến động tài nguyên nước vùng đồng bằng sông Hồng .......................... 73


iii

3.1.1. Biến động về lưu lượng nước ................................................................................. 73
3.1.1.1. Sông Thao ....................................................................................................... 73
3.1.1.2. Sông Lô-Gâm .................................................................................................. 73
3.1.1.3. Sông Đà .......................................................................................................... 74
3.1.1.4. Sông Hồng – Thái Bình .................................................................................. 75

3.1.2. Biến động mực nước sông ...................................................................................... 78
3.1.2.1. Mực nước trong sông...................................................................................... 78
3.1.2.2. Mực nước triều ............................................................................................... 80

3.1.3. Nhu cầu sử dụng nước ........................................................................................... 80
3.2. Tiếp cận và phương pháp nghiên cứu biến động tài nguyên nước vùng đồng bằng
sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu ...................................................................... 81

3.2.1. Áp dụng mô hình NAM tính toán sự thay đổi dòng chảy LVS Hồng-sông Thái
Bình.................................................................................................................................... 82
3.2.1.1. Tổng quan về lý thuyết mô hình NAM ............................................................ 82
3.2.1.2. Thiết lập mô hình ............................................................................................ 85

3.2.2. Tính toán nhu cầu sử dụng nước ........................................................................... 87
3.2.2.1. Phân vùng sử dụng nước ................................................................................ 87
3.2.2.2. Cơ sở và phương pháp tính toán nhu cầu sử dụng nước................................ 90

3.2.3. Sử dụng mô hình MIKE 11 tính toán thay đổi mực nước và khả năng lấy nước
của các hệ thống lấy nước vùng đồng bằng sông Hồng ................................................. 95
3.2.3.1. Tổng quan lý thuyết mô hình MIKE 11 .......................................................... 96
3.2.3.2. Thiết lập mô hình ............................................................................................ 97
3.3. Kết quả dự tính biến động tài nguyên nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối
cảnh biến đổi khí hậu ....................................................................................................... 102

3.3.1. Sự thay đổi của dòng chảy LVS Hồng-Thái Bình trong bối cảnh BĐKH ......... 102
3.3.1.1. Dòng chảy trung bình năm ........................................................................... 102
3.3.1.2. Dòng chảy mùa lũ ......................................................................................... 103
3.3.1.3. Dòng chảy mùa kiệt ...................................................................................... 106

3.3.2. Dự tính nhu cầu sử dụng nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh
biến đổi khí hậu ............................................................................................................... 106

3.3.3. Dự tính biến động mực nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh biến
đổi khí hậu ....................................................................................................................... 109

3.3.4. Cân bằng nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu .. 110
3.3.4.1. Lượng nước thiếu vùng đồng bằng sông Hồng ........................................... 110


iv

3.3.4.2. Tính toán phương án giảm thiểu tình trạng thiếu nước cho vùng đồng bằng
sông Hồng .................................................................................................................. 115

3.4. Đề xuất định hướng các giải pháp ứng phó với biến động tài nguyên nước vùng
đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu ................................................. 122

3.4.1. Cở sở đề xuất các giải pháp .................................................................................. 122
3.4.1.1. Tài nguyên nước và an ninh nguồn nước vùng đồng bằng sông Hồng chịu
ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ................................................................................ 122
3.4.1.2. Tài nguyên nước và an ninh nguồn nước vùng đồng bằng sông Hồng chịu
ảnh hưởng các nhân tố khác...................................................................................... 124
3.4.1.3. Chiến lược, chính sách Quốc gia về phát triển tài nguyên nước và an ninh
nước ........................................................................................................................... 127
3.4.1.4. Tầm nhìn và quan điểm Quốc tế về phát triển tài nguyên nước và an ninh
nước ........................................................................................................................... 129

3.4.2. Đề xuất định hướng các giải pháp ứng phó hỗ trợ đảm bảo an ninh nguồn
nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu ............................. 130
3.4.2.1. Giải pháp công trình .................................................................................... 130
3.4.2.2. Giải pháp phi công trình .............................................................................. 134
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................................. 137
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 140
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN
ÁN...................................................................................................................................... 143
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 144
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 156


v

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mưa – dòng chảy. .................................. 87
Bảng 3.2: Tiêu chuẩn cấp nước cho nuôi trồng thủy sản nước ngọt vùng ĐBSH. ................... 93

Bảng 3.3: Tiêu chuẩn cấp nước cho nuôi trồng thủy sản nước lợ vùng ĐBSH........................ 93
Bảng 3.4: Tiêu chuẩn và tỷ lệ cấp nước sinh hoạt vùng ĐBSH. .............................................. 94
Bảng 3.5: Chỉ tiêu NASH trong hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11. ....................... 101
Bảng 3.6: Kết quả nhu cầu sử dụng nước vùng ĐBSH theo ngành. ....................................... 107
Bảng 3.7: Kết quả nhu cầu sử dụng nước vùng ĐBSH theo vùng. ........................................ 108
Bảng 3.8: Biến động mực nước trung bình tháng I và II tại một số vị trí vùng ĐBSH. ......... 110


vi

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ đánh giá biến động tài nguyên nước mặt ĐBSH trong bối cảnh BĐKH. ........ 3
Hình 2.1: Vị trí địa lý vùng ĐBSH. .......................................................................................... 21
Hình 2.2: Bản đồ LVS Hồng – Thái Bình. ............................................................................... 23
Hình 2.3: Diện tích các LVS thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình. ....................................... 25
Hình 2.4: Mạng lưới sông ngòi vùng ĐBSH. ........................................................................... 26
Hình 2.5: Diễn biến nhiệt độ trung bình các thời đoạn của một số trạm vùng ĐBSH. ............ 29
Hình 2.6: Mức tăng nhiệt độ trung bình theo mùa vùng ĐBSH so với thời kỳ 1980-1999
theo kịch bản phát thải trung bình (B2). ...................................................................... 31
Hình 2.7: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm vùng ĐBSH so với thời kỳ 1980-1999 ứng với
kịch bản phát thải trung bình (B2). .............................................................................. 32
Hình 2.8: Mức thay đổi tổng lượng mưa theo mùa vùng ĐBSH so với thời kỳ 1980-1999
theo kịch bản phát thải trung bình (B2). ...................................................................... 33
Hình 2.9: Mức thay đổi tổng lượng mưa năm vùng ĐBSH so với thời kỳ 1980-1999 ứng
với kịch bản phát thải trung bình (B2). ........................................................................ 34
Hình 2.10: Mực nước biển dâng vùng ĐBSH theo kịch bản phát thải. .................................... 35
Hình 2.11: Lượng bốc hơi năm LVS Hồng-Thái Bình đến 2050. ............................................ 36
Hình 2.12: Dân số vùng ĐBSH đến năm 2050. ........................................................................ 37
Hình 2.13: Cơ cầu kinh tế vùng ĐBSH đến năm 2020............................................................. 38
Hình 2.14: Quy hoạch sử dụng đất vùng ĐBSH đến năm 2050. .............................................. 38

Hình 2.15: Phát triển đàn gia súc, gia cầm ĐBSH đến năm 2050. ........................................... 39
Hình 2.16: Diện tích rừng vùng ĐBSH đến năm 2050. ............................................................ 40
Hình 2.17: Nuôi trồng thủy sản vùng ĐBSH đến năm 2050. ................................................... 41
Hình 2.18: Bản đồ đẳng trị mưa năm LVS Hồng-Thái Bình [59]. ........................................... 43
Hình 2.19: Tổng lượng dòng chảy năm của các LVS thuộc HT sông Hồng-Thái Bình. ......... 44
Hình 2.20: Phân phối dòng chảy năm của các LVS thuộc HT sông Hồng-Thái Bình. ............ 45
Hình 2.21: Bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy trung bình nhiều năm vùng ĐBSH. ................ 46
Hình 2.22: Lưu lượng trung bình trạm Sơn Tây (phân phối qua các trạm Hà Nội và Thượng
Cát) giữa hai thời kỳ trước khi có hồ Hòa Bình (1956-1987) và sau khi có các hồ
Hòa Bình và Tuyên Quang (1988-2008). .................................................................... 47
Hình 2.23: Phân phối dòng chảy sông Hồng (trạm Hà Nội) và sông Đuống (trạm Thượng
Cát) giữa hai thời kỳ trước khi có hồ Hòa Bình (1956-1987) và sau khi có các hồ
Hòa Bình và Tuyên Quang (1988-2008). .................................................................... 48
Hình 2.24: Khoảng cách xâm nhập mặn trên các sông vùng ĐBSH. ....................................... 52
Hình 2.25: Ranh giới xâm nhập mặn 1‰ và 4 ‰ vùng ĐBSH. .............................................. 52


vii

Hình 2.26: Đặc trưng bùn các lơ lửng tại một số trạm thủy văn vùng ĐBSH giữa hai thời kỳ
trước khi có hồ Hòa Bình (1958-1987) và sau khi có các hồ Hòa Bình và Tuyên
Quang (1988-2008). ..................................................................................................... 55
Hình 2.27: Sơ đồ các hồ chứa trên thượng nguồn sông Đà phía Trung quốc [68]. .................. 56
Hình 2.28: Mực nước quan trắc ứng với một số lưu lượng nhất định tại các trạm Sơn Tây,
Hà Nội và Thượng Cát [78]. ........................................................................................ 61
Hình 2.29: Quá trình mực nước 7h sáng hàng ngày trên sông Hồng tại cống Xuân Quan và
lưu lượng xả bình quân ngày của hồ Hòa Bình trong tháng I và II năm 2005[78]. ..... 61
Hình 2.30: Tổng lượng nước đến và nhu cầu sử dụng nước trong cả năm và mùa kiệt. .......... 63
Hình 2.31: So sánh lượng nước đến và nhu cầu sử dụng nước trong hai tháng kiệt nhất. ....... 64
Hình 2.32: Hồ chứa nước ở thượng du vùng ĐBSH. ............................................................... 65

Hình 2.33: Lưu lượng xả nước của các hồ chứa thượng du sông Hồng-Thái Bình giai đoạn
2006-2012 [66]. ........................................................................................................... 65
Hình 2.34: Dòng chảy trung bình tại trạm Sơn Tây giữa hai thời kỳ trước khi có hồ Hòa
Bình và sau khi có các hồ Hòa Bình và Tuyên Quang. ............................................... 67
Hình 2.35: Mật độ dân số vùng ĐBSH năm 2013. ................................................................... 68
Hình 3.1: Đặc trưng dòng chảy trạm Yên Bái trên sông Thao. ................................................ 73
Hình 3.2: Đặc trưng dòng chảy trạm Ghềnh Gà trên sông Lô. ................................................. 74
Hình 3.3: Đặc trưng dòng chảy trạm Hòa Bình trên sông Đà. ................................................. 75
Hình 3.4: Đặc trưng dòng chảy trạm Chũ trên sông Lục Nam. ................................................ 75
Hình 3.5: Đặc trưng dòng chảy trạm Gia Bảy trên sông Cầu. .................................................. 76
Hình 3.6: Đặc trưng dòng chảy tại các trạm Sơn Tây và Hà Nội trên sông Hồng. .................. 77
Hình 3.7: Đặc trưng dòng chảy tại trạm Thượng Cát trên sông Đuống. .................................. 77
Hình 3.8: Lưu lượng trung bình tháng nhỏ nhất tại các trạm Sơn Tây, Hà Nội và Thượng
Cát trước và sau khi có các hồ chứa. ........................................................................... 78
Hình 3.9: Đặc trưng mực nước trạm Hà Nội trước (1956-1987) và sau khi có các hồ chứa
lớn (1988-2008) [66].................................................................................................... 79
Hình 3.10: Cơ cấu sử dụng đất vùng ĐBSH năm 2000 và 2013. ............................................. 81
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mô hình NAM. ............................................................................ 83
Hình 3.12: Sơ đồ phân chia lưu vực tính toán dòng chảy LVS Hồng-Thái Bình. .................... 86
Hình 3.13: Sơ đồ phân khu sử dụng nước vùng đồng bằng Sông Hồng. ................................. 88
Hình 3.14: Sơ đồ diễn biến mực nước theo thời gian. .............................................................. 97
Hình 3.15: Sơ đồ thủy lực vùng đồng bằng sông Hồng............................................................ 99
Hình 3.16: Thay đổi dòng chảy trung bình năm LVS Hồng-Thái Bình đến năm 2050 so với
giai đoạn 1980-1999. ................................................................................................. 103
Hình 3.17: Thay đổi dòng chảy trung bình mùa lũ LVS Hồng-Thái Bình đến năm 2050 so
với giai đoạn 1980-1999. ........................................................................................... 104


viii

Hình 3.18: Thay đổi dòng chảy trung bình tháng LVS Hồng – Thái Bình đến năm 2050 so
với giai đoạn 1980-1999. ........................................................................................... 105
Hình 3.19: Thay đổi dòng chảy trung bình mùa kiệt LVS Hồng-Thái Bình đến năm 2050 so
với giai đoạn 1980-1999. ........................................................................................... 106
Hình 3.20: Mức tăng nhu cầu sử dụng nước vùng ĐBSH trong điều kiện BĐKH. ............... 107
Hình 3.21: Nhu cầu sử dụng nước vùng ĐBSH theo ngành. .................................................. 108
Hình 3.22: Nhu cầu sử dụng nước vùng ĐBSH theo vùng..................................................... 109
Hình 3.23: Tổng lượng nước thiếu vùng ĐBSH đến năm 2050. ............................................ 111
Hình 3.24: Sơ đồ thiếu nước vùng ĐBSH giai đoạn hiện trạng năm 2010. ........................... 111
Hình 3.25: Lượng nước thiếu vùng ĐBSH năm 2020. ........................................................... 112
Hình 3.26: Sơ đồ thiếu nước vùng ĐBSH giai đoạn năm 2020.............................................. 113
Hình 3.27: Lượng nước thiếu vùng ĐBSH năm 2030. ........................................................... 113
Hình 3.28: Sơ đồ thiếu nước vùng ĐBSH giai đoạn năm 2030.............................................. 114
Hình 3.29: Lượng nước thiếu vùng ĐBSH năm 2050. ........................................................... 115
Hình 3.30: Sơ đồ thiếu nước vùng ĐBSH giai đoạn năm 2050.............................................. 115
Hình 3.31: Lượng nước thiếu phân khu BHH năm 2020. ...................................................... 117
Hình 3.32: Lượng nước thiếu phân khu BHH năm 2030. ...................................................... 117
Hình 3.33: Lượng nước thiếu phân khu BHH năm 2050. ...................................................... 117
Hình 3.34: Tổng lượng nước thiếu vùng ĐBSH đến năm 2050-Phương án Htk=1,5m (hạ
thấp cao trình cống Xuân Quan đạt Htk=1,5m). ........................................................ 118
Hình 3.35: Sơ đồ thiếu nước vùng ĐBSH ứng với phương án hạ thấp mực nước thiết kế
cống Xuân Quan (Htk=1,5m). ................................................................................... 119
Hình 3.36: Tổng lượng nước thiếu vùng ĐBSH đến năm 2050-Phương án trạm bơm (lắp
đặt thêm trạm bơm công suất 24.000 m3/giờ). ........................................................... 120
Hình 3.37: Sơ đồ thiếu nước vùng ĐBSH ứng với phương án trạm bơm (lắp đặt thêm trạm
bơm công suất 24.000 m3/giờ). .................................................................................. 121


ix

DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Diễn biến nhiệt độ trung bình năm của các trạm trong khu vực ĐBSH. ............... 156
Phụ lục 2: Lượng mưa năm tại các trạm vùng ĐBSH. ........................................................... 157
Phụ lục 3: Sự thay đổi của lượng mưa năm, mùa mưa và mùa khô tại các trạm vùng ĐBSH.158
Phụ lục 4: Hệ số phương trình tương quan giữa nhiệt độ không khí trung bình và bốc hơi
tiềm năng giai đoạn 1980-1999 LVS Hồng-sông Thái Bình [62]. ............................ 159
Phụ lục 5: Chỉ tiêu phát triển của các ngành dùng nước vùng ĐBSH. ................................... 160
Phụ lục 6: Quy hoạch các khu công nghiệp vùng ĐBSH đến năm 2020 [45]. ....................... 162
Phụ lục 7: Phân phối dòng chảy năm tại một số trạm thuỷ văn của hệ thống sông Hồng-Thái
Bình. ........................................................................................................................... 166
Phụ lục 8: Mô đun dòng chảy đỉnh lũ trên LVS Hồng [66]. .................................................. 166
Phụ lục 9: Diễn biến xâm nhập mặn tại cống Bình Hải-sông Đáy (cách cửa sông 22 km). ... 167
Phụ lục 10: Đặc trưng bùn cát lơ lửng tại một số trạm thủy văn vùng ĐBSH. ...................... 167
Phụ lục 11: Tổng hợp các công trình trữ nước và điều tiết nước [68]. ................................... 167
Phụ lục 12: Tỷ lệ cấp nước sạch vùng Đồng bằng sông Hồng. .............................................. 167
Phụ lục 13: Tổng kết lượng xả nước từ hồ chứa từ 2006-2012 [66]. ..................................... 168
Phụ lục 14: Biến động dân số vùng ĐBSH giai đoạn 2000-2013. ......................................... 168
Phụ lục 15: Tổng diện tích rừng và tỷ lệ che phủ rừng vùng ĐBSH. ..................................... 168
Phụ lục 16: Diện tích rừng tự nhiên và rừng trồng vùng ĐBSH. ........................................... 169
Phụ lục 17: Diện tích rừng bị chặt phá vùng ĐBSH. .............................................................. 169
Phụ lục 18: Xu thế biến đổi của mực nước triều lớn nhất vùng ĐBSH. ................................. 170
Phụ lục 19: Xu thế biến đổi của mực nước triều trung bình năm vùng ĐBSH. ..................... 171
Phụ lục 20: Danh sách các trạm khí tượng vùng ĐBSH sử dụng trong nghiên cứu............... 172
Phụ lục 21: Phân chia lưu vực tính toán thay đổi dòng chảy LVS Hồng-Thái Bình. ............. 172
Phụ lục 22: Danh sách các trạm khí tượng LVS Hồng-Thái Bình đã sử dụng. ...................... 173
Phụ lục 23: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định tại một số trạm. ............................................... 174
Phụ lục 24: Phân chia khu sử dụng nước vùng ĐBSH. .......................................................... 175
Phụ lục 25: Thời vụ gieo trồng các cây trồng chủ yếu vùng ĐBSH [61]. .............................. 176
Phụ lục 26: Thời gian sinh trưởng và hệ số cây trồng của lúa [61]. ....................................... 176
Phụ lục 27: Thời gian sinh trưởng và hệ số cây trồng của các loại cây trồng cạn [61]. ......... 177

Phụ lục 28: Mạng sông nghiên cứu vùng ĐBSH. ................................................................... 178
Phụ lục 29: Biên trên mô hình thủy lực MIKE 11. ................................................................ 179
Phụ lục 30: Địa hình mạng sông vùng ĐBSH [66]................................................................. 180
Phụ lục 31: Các cống lấy nước được mô phỏng trong mô hình thủy lực MIKE 11. .............. 181
Phụ lục 32: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11.......................................... 182


x

Phụ lục 33: Phân phối dòng chảy tháng vùng đồng bằng sông Hồng đến năm 2050. ............ 185
Phụ lục 34: Biến động mực nước tháng I và II tại cống Liên Mạc và Xuân Quan................. 187
Phụ lục 35: Biến động mực nước tháng I và II tại vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều. ....... 188
Phụ lục 36: Lượng nước thiếu vùng ĐBSH đến năm 2050. ................................................... 191
Phụ lục 37: Lượng nước thiếu vùng ĐBSH với các phương án giải pháp công trình tại cống
Xuân Quan. ................................................................................................................ 192


xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BĐKH
BHH
BVMT
BOD5
CBN
CROPWAT

Biến đổi khí hậu
Bắc Hưng Hải
Bảo vệ môi trường

Nhu cầu ô xy sinh học
Cân bằng nước
Mô hình tính nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ tiêu sinh thái, phát
triển bởi Tổ chức Lương thực & Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
(FAO)
COD
Nhu cầu ô xy hóa học
DO
Ô xy hòa tan
DEM
Digital Elevation Model (Mô hình cao độ số)
ĐBSH
Đồng bằng sông Hồng
ETo
Bốc hơi tiềm năng
ENSO
Hiện tượng El Nino & La Nina có liên quan với dao động của khí áp
giữa 2 bờ phía Đông Thái Bình Dương với phía Tây Thái Bình
Dương - Đông Ấn Độ Dương
HT
Hệ thống
KB/kbBĐKH Kịch bản biến đổi khí hậu
KTTV&MT Khí tượng Thủy văn và Môi trường
KT-XH
Kinh tế-xã hội
LVS
Lưu vực sông
MTV
Một thành viên
MIKE

Bộ mô hình thủy văn và thủy lực, phát triển bởi viện Thủy lực Đan
Mạch
MIKE11
Mô hình thủy động lực học dòng chảy 1- chiều trong kênh hở, bãi
ven sông, vùng ngập lũ, phát triển bởi viện Thủy lực Đan Mạch
NAM
Mô hình mưa dòng chảy, phát triển bởi viện Thủy lực Đan Mạch
NN&PTNT
Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
NCS
Nghiên cứu sinh
NCVCC
Nghiên cứu viên cao cấp
PTBV
Phát triển bền vững
QHTL
Quy hoạch Thủy lợi
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
TN&MT
Tài nguyên và Môi trường
TNN
Tài nguyên nước
TNNM
Tài nguyên nước mặt
TNHH
Trách nhiệm hữu hạn
TP
Thành phố
TSS

Tổng chất rắn lơ lửng


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Vùng Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) bao gồm các tỉnh, thành phố: Hà Nội,
Hải Phòng, Hải Dương, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Thái Bình, Nam Định, Hà
Nam, Ninh Bình, và Quảng Ninh [51][55] với tổng diện tích tự nhiên khoảng 2,1 triệu
ha, dân số năm 2013 khoảng 20,44 triệu người. Do đặc trưng vị trí địa lý, địa hình và
điều kiện tự nhiên khá phức tạp, vùng ĐBSH được đánh giá là nơi dễ chịu tác động và
tổn thương nhất do các diễn biến bất lợi của các yếu tố biến đổi khí hậu (BĐKH), thủy
văn, xâm nhập mặn, v.v.. cũng như các hoạt động quản lý khai thác, sử dụng tài
nguyên thiên nhiên không hợp lý, đặc biệt là tài nguyên nước (TNN) ở khu vực
thượng nguồn phía bên trong và bên ngoài lãnh thổ.
Trong tương lai, dưới tác động của BĐKH, TNN vùng ĐBSH được dự tính sẽ
có những biến động mạnh mẽ. Trong khi những nghiên cứu về TNN vùng ĐBSH chỉ
dừng lại ở mức độ đánh giá tập trung vào sự thay đổi dòng chảy tại các trạm thủy văn,
cân bằng nước ở các tiểu lưu vực, chưa được tích hợp, cập nhật đúng mức với các
diễn biến thay đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội, và chưa xem xét đến các
phương án công trình cụ thể để làm cơ sở đề xuất giải pháp ứng phó. Do vậy, kết quả
nghiên cứu đánh giá biến động tài nguyên nước mặt vùng ĐBSH vẫn còn tồn tại
những hạn chế nhất định, chưa đưa ra được các giải pháp phù hợp có tính khoa học,
thực tiễn nhằm hỗ trợ đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững (PTBV),
dẫn đến việc ứng dụng kết quả nghiên cứu với hoạt động thực tiễn còn nhiều hạn chế.
Hơn nữa, “Quy hoạch thủy lợi vùng ĐBSH giai đoạn 2012-2020 và định hướng đến
năm 2050 trong điều kiện BĐKH, nước biển dâng” đã được Chính phủ phê duyệt
ngày 17/10/2012 là quy hoạch theo hướng “mở” để có thể điều chỉnh, bổ sung theo
diễn biến của BĐKH, nước biển dâng. Đến nay, kịch bản BĐKH và nước biển dâng

đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường cập nhật (năm 2012) ở mức chi tiết hơn so với
kịch bản công bố năm 2009, kịch bản nhiệt độ và lượng mưa được cập nhật chi tiết
đến từng tỉnh và nước biển dâng chi tiết đến 7 khu vực ven biển.
Do vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu biến động tài nguyên nước vùng đồng bằng
sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu” mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học
và thực tiễn.


2

2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
a. Mục tiêu
 Thiết lập được cơ sở khoa học và thực tiễn nghiên cứu đánh giá biến động tài
nguyên nước mặt (TNNM) vùng ĐBSH có xét đến tác động của BĐKH và phát triển
kinh tế - xã hội (KT-XH);


Đề xuất được định hướng các giải pháp hỗ trợ đảm bảo an ninh nguồn nước

trong bối cảnh BĐKH phục vụ PTBV vùng ĐBSH.
b. Nội dung


Điều tra khảo sát bổ sung, thu thập cơ sở dữ liệu cơ bản, tổng hợp và xử lý dữ

liệu (mặt cắt địa hình, khí tượng, thủy văn, phát triển KT-XH, v.v..) liên quan đến
luận án;
 Phân tích, đánh giá hiện trạng, khai thác và sử dụng TNNM cho LVS HồngThái Bình nói chung và vùng ĐBSH nói riêng;
 Tính toán, đánh giá nhu cầu sử dụng nước vùng ĐBSH xét đến quy hoạch
phát triển KT-XH và BĐKH đến năm 2020, 2030 và 2050;

 Phân tích, đánh giá biến động TNNM vùng ĐBSH đến năm 2020, 2030 và
2050; và
 Nghiên cứu đề xuất định hướng các giải pháp ứng phó để hỗ trợ và đảm bảo
an ninh nguồn nước vùng ĐBSH trong bối cảnh BĐKH.
3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của luận án
Trong giới hạn cho phép của luận án, giới hạn nghiên cứu của luận án sẽ tập
trung vào nghiên cứu biến động TNNM (dòng chảy, mực nước, và cân bằng nước)
vùng ĐBSH có xét đến quy hoạch phát triển KT-XH và BĐKH.
Kết hợp với quy hoạch phát triển KT-XH của các tỉnh trong vùng, quy hoạch
sử dụng đất, quy hoạch thủy lợi, quy trình điều tiết liên hồ chứa, các kịch bản BĐKH
cập nhật chi tiết của Bộ TN&MT (năm 2012) sẽ được sử dụng làm nguồn dữ liệu đầu
vào về sự thay đổi của nhiệt độ và lượng mưa trong tính toán biến động TNNM vùng
ĐBSH đến năm 2020, 2030 và 2050. Tuy nhiên, kịch bản BĐKH và nước biển dâng
luôn tồn tại những điểm chưa chắc chắn vì còn phụ thuộc vào việc xác định các kịch
bản phát thải khí nhà kính, nồng độ khí nhà kính trong khí quyển trong tương lai,


3

những hiểu biết còn hạn chế của chúng ta về hệ thống khí hậu toàn cầu và khu vực,
quá trình tan băng, phương pháp xây dựng kịch bản, v.v.. Do vậy, cần lưu ý rằng, kịch
bản BĐKH khác với dự báo thời tiết và dự báo khí hậu là nó đưa ra quan điểm về mối
ràng buộc giữa phát triển và hành động.
Theo “Quy hoạch tổng thể phát triển KT-XH vùng ĐBSH đến năm 2020”
được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 23/5/2013, vùng ĐBSH được xác định
bao gồm 11 tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương,
Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Thái Bình, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình và
Quảng Ninh [55]. Tuy nhiên, giới hạn nghiên cứu của luận án là TNNM, có phạm vi
nghiên cứu là theo lưu vực sông (LVS), biên thủy văn. Do vậy, phạm vi nghiên cứu
của luận án này được xác định là khu vực thuộc LVS Hồng-Thái Bình nằm trong

vùng ĐBSH. Cụ thể gồm các tỉnh, thành phố là: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Bắc
Ninh, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Thái Bình, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình và 1 phần
diện tích thuộc tỉnh Quảng Ninh (Tp. Uông Bí và các thị xã Đông Triều và Quảng
Yên).
4. Tiếp cận và phương pháp nghiên cứu luận án
Để đánh giá được biến động TNN mặt vùng ĐBSH trong bối cảnh BĐKH,
luận án sẽ sử dụng sơ đồ tiếp cận và các bước tiến hành như sau:

Hình 1.1: Sơ đồ đánh giá biến động tài nguyên nước mặt ĐBSH trong bối cảnh BĐKH.


4

Lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến TNN được xác định là rất phức tạp, bởi
nước liên quan đến nhiều yếu tố tự nhiên và con người, bao phủ nhiều lĩnh vực của
cuộc sống hàng ngày và các hoạt động sản xuất. Phương pháp luận tính toán TNN
trước đây thường chỉ mới tập trung vào các khía cạnh khai thác và sử dụng nước theo
ngành trong bối cảnh nguồn cung cấp nước và tự nhiên ít thay đổi, chưa xét đến quy
hoạch phát triển KT-XH, quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch thủy lợi và BĐKH. Thực
tế lại cho thấy nguồn nước, điều kiện tự nhiên và nhu cầu khai thác sử dụng nước
đang có nhiều biến động rõ rệt bởi sự phát triển KT-XH và BĐKH. Vì vậy, cơ sở lý
luận phân tích đánh giá biến động nguồn nước cũng được điều chỉnh theo những biến
đổi đó. Do vậy, trong nghiên cứu này, bên cạnh nguồn dữ liệu nền về mặt cắt địa hình
và điều kiện tự nhiên, quy hoạch phát triển KT-XH, quy hoạch sử dụng đất, quy
hoạch thủy lợi và các kịch bản chi tiết về BĐKH sẽ được xét đến để tính toán biến
động TNNM trong vùng ĐBSH đến các năm 2020, 2030 và 2050. Kết quả tính toán
này sẽ được sử dụng làm cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp ứng phó hỗ trợ và
đảm bảo an ninh nguồn nước vùng ĐBSH trong bối cảnh BĐKH.
Để đạt được mục tiêu và giải quyết tốt nhiệm vụ đề ra, luận án đã sử dụng tổng
hợp một số phương pháp nghiên cứu như sau:

 Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu và số liệu: luận án sẽ kế thừa
nhiều tài liệu, số liệu liên quan đến các nội dung nghiên cứu thông qua việc thu thập,
hệ thống hóa và xử lý kết quả nghiên cứu. Các tài liệu thu thập được sẽ được rà soát,
tổng hợp và hỗ trợ xây dựng phần mở đầu, chương 1 và chương 2 của luận án. Số liệu
thu thập sẽ được tổng hợp, xử lý và phân tích phục vụ xây dựng nội dung chương 2 và
chương 3.
 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa nhằm bổ sung tài liệu và kiểm tra kết
quả nghiên cứu phục vụ xây dựng nội dung chương 2 và chương 3 của luận án.
 Phương pháp mô hình toán: mô hình NAM, CROPWAT và MIKE 11 sẽ
được sử dụng để tính toán dòng chảy, nhu cầu sử dụng nước cho cây trồng, mực nước
và cân bằng nước trong phạm vi nghiên cứu của luận án.


Phương pháp chuyên gia: trên cơ sở các kết quả đã nghiên cứu, NCS sẽ tiến

hành lấy ý kiến tham khảo một số chuyên gia đầu ngành về thủy văn, TNN và BĐKH.
5. Các luận điểm bảo vệ


5

 Luận điểm 1: Biến động tài nguyên nước vùng ĐBSH đang và sẽ chịu tác
động của BĐKH, phát triển KT-XH.


Luận điểm 2: Giải pháp sử dụng nước vùng ĐSBH trong bối cảnh BĐKH

phải được giải quyết trong từng giai đoạn BĐKH và phải được tiếp cận tổng hợp, bao
gồm các giải pháp công trình và phi công trình.
6. Những đóng góp mới của luận án

 Góp phần hoàn thiện phương pháp luận nghiên cứu biến động TNNM lưu
vực trong bối cảnh BĐKH và nước biển dâng.
 Đánh giá, dự tính được biến động TNNM vùng ĐBSH trong bối cảnh BĐKH
và nước biển dâng.
 Đề xuất định hướng các giải pháp hỗ trợ đảm bảo an ninh nguồn nước trong
bối cảnh BĐKH phục vụ PTBV vùng ĐBSH.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
 Cung cấp cơ sở khoa học đánh giá tác động của BĐKH và xác định các giải
pháp hỗ trợ đảm bảo an ninh nguồn nước hướng tới PTBV vùng ĐBSH.
 Là cơ sở cho việc điều chỉnh quy hoạch phát triển TNN vùng ĐBSH trong
điều kiện BĐKH dựa trên các kịch bản BĐKH mới được cập nhật bởi Bộ TN&MT.
 Hỗ trợ tăng cường năng lực quản lý, vận hành hiệu quả các công trình khai
thác và sử dụng nước vùng ĐBSH.
8. Cơ sở tài liệu để thực hiện luận án
 Luận án đã tập hợp, hệ thống hóa và xử lý nhiều nguồn thông tin, số liệu, tài
liệu qua các công trình nghiên cứu trong nước và ngoài nước đã được công bố có liên
quan đến nội dung nghiên cứu của luận án.
 Các tài liệu từ các trạm khí tượng thủy văn trên LVS Hồng - Thái Bình, các
kết quả nghiên cứu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, tài nguyên thiên nhiên, môi
trường, khai thác và sử dụng tài nguyên nước vùng nghiên cứu.
 Các tài liệu do chính tác giả thu thập, khảo sát tại vùng nghiên cứu trong quá
trình nghiên cứu và tham gia thực hiện các đề tài, dự án các cấp khác nhau.
9. Cấu trúc của luận án


6

Luận án sẽ bao gồm các chương chính như sau:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu biến động tài nguyên nước mặt trong bối
cảnh biến đổi khí hậu.

Chương 2: Đánh giá hiện trạng khai thác và sử dụng tài nguyên nước mặt vùng
đồng bằng sông Hồng.
Chương 3: Nghiên cứu đánh giá biến động tài nguyên nước mặt vùng đồng
bằng sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đề xuất các giải pháp ứng phó.


7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG TÀI
NGUYÊN NƯỚC MẶT TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
1.1. Các khái niệm cơ bản

1.1.1. Tài nguyên nước
Tài nguyên nước là lượng và chất lượng nước trong sông, ao hồ, đầm lầy, biển,
đại dương, khí quyển và sinh quyển. Luật Tài nguyên nước năm 2012 của nước Cộng
hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã quy định: “Tài nguyên nước bao gồm các nguồn
nước mặt, nước mưa, nước dưới đất, nước biển thuộc lãnh thổ nước Cộng hòa xã hội
chủ nghĩa Việt Nam” [23]. Do giới hạn, phạm vi nghiên cứu nên luận án sẽ tập trung
chủ yếu vào nghiên cứu TNNM vùng ĐBSH trong bối cảnh BĐKH.

1.1.2. Đánh giá tài nguyên nước
Tài nguyên nước được đánh giá bởi ba đặc trưng cơ bản là khối lượng nước,
chất lượng nước và những động thái của nước. Cụ thể, lượng nước là đặc trưng biểu
thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một vùng hoặc lãnh thổ. Chất lượng
nước là các đặc trưng về hàm lượng các chất hòa tan trong nước phục vụ yêu cầu
dùng nước cụ thể về mức độ lợi và hại theo tiêu chuẩn đối tượng sử dụng nước. Động
thái của nước được đánh giá bởi sự thay đổi của đặc trưng nước theo thời gian và
không gian [24].

1.1.3. Biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu là sự thay đổi của khí hậu được quy trực tiếp hay gián tiếp là
do hoạt động của con người làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu và đóng
góp thêm vào sự biến động khí hậu tự nhiên trong các thời gian có thể so sánh được.
Biến đổi khí hậu xác định sự khác biệt giữa các giá trị trung bình dài hạn của một
tham số hay thống kê khí hậu. Trong đó, trung bình được thực hiện trong một khoảng
thời gian xác định, thường là vài thập kỷ [6].

1.1.4. An ninh nguồn nước
Một khái niệm hoặc định nghĩa về an ninh nguồn nước thực tế có thể được
trình bày bằng nhiều cách khác nhau, song một khái niệm bao hàm đầy đủ chưa có sự
thống nhất và phổ biến rộng rãi. Tại Hội nghị Thượng đỉnh thế giới về PTBV của Liên
hợp quốc tại Johannesburg, Nam Phi 2002 đã đưa ra khái niệm tổng quát về an ninh
nguồn nước là “đảm bảo rằng các hệ sinh thái nước ngọt, hệ sinh thái biển và các hệ


8

sinh thái liên quan được bảo vệ và củng cố; PTBV và ổn định chính trị sẽ được đẩy
mạnh; mỗi người đều được tiếp cận đầy đủ nguồn nước sạch với chi phí vừa phải để
có được một cuộc sống khỏe mạnh, sung túc và các cộng đồng dễ bị tổn thương sẽ
được bảo vệ trước rủi ro từ những thảm họa liên quan đến nước”. Theo tổ chức UNWater [121], an ninh nguồn nước được định nghĩa là “khả năng của một cộng đồng
dân cư được tiếp cận bền vững nguồn nước ở mức độ chấp nhận được về số lượng và
chất lượng nhằm duy trì sinh kế, sức khỏe con người, phát triển kinh tế - xã hội,
phòng chống ô nhiễm nguồn nước và các dịch bệnh liên quan đến nước, bảo tồn hệ
sinh thái trong một môi trường hòa bình và ổn định chính trị”. Theo tài liệu hướng dẫn
an ninh nguồn nước của Đại học British Columbia [120], an ninh nguồn nước được
định nghĩa là “sự tiếp cận bền vững nguồn nước cả về chất lượng và số lượng (bao
gồm cả biến đổi khí hậu và phân bổ) ở mức độ chấp nhận được để đảm bảo sức khỏe
con người, môi trường và hệ sinh thái”. Theo Wateraid [124], an ninh nguồn nước là
“khả năng nguồn nước chấp nhận được cả về khối lượng và chất lượng để phục vụ

cho sức khỏe, sinh kế, hệ sinh thái và sản xuất, cùng với mức độ chấp nhận được về
các rủi ro liên quan đến nước đối với con người, môi trường và nền kinh tế”.
Thực tế khái niệm về an ninh nguồn nước được đưa ra với nhiều cách trình bày
khác nhau như đề cập ở trên, tuy nhiên về bản chất những khái niệm an ninh nguồn
nước đều có điểm chung với nội hàm là “sự tiếp cận bền vững nguồn nước cả về số
lượng, chất lượng nước, chất lượng dịch vụ cấp nước và chi phí ở mức độ chấp nhận
được để phục vụ phát triển KT-XH, đảm bảo sức khỏe con người, bảo vệ môi trường,
hệ sinh thái và an sinh xã hội”.
1.2. Tình hình nghiên cứu biến động tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến
đổi khí hậu trên Thế giới và Việt Nam
Biến đổi khí hậu được xác định là sự biến đổi trạng thái của khí hậu so với
trung bình và/ hoặc dao động của khí hậu duy trì trong một khoảng thời gian dài,
thường là vài thập kỷ hoặc dài hơn. Vì lý do này, việc đánh giá tác động của BĐKH
đến TNN trong quá khứ đòi hỏi cần phải đầu tư nhiều thời gian và nguồn lực bởi
nguồn dữ liệu bị thiếu hoặc hạn chế. Trong khuôn khổ của luận án, tác giả sẽ tập trung
chủ yếu vào trình bày và đề cập đến nội dung tổng quan về tình hình nghiên cứu tác
động của kịch bản BĐKH trong tương lai đến biến động TNNM trên Thế giới và Việt
Nam.


9

1.2.1. Thế giới
Trên phạm vi toàn cầu, BĐKH có tác động tiêu cực đến nguồn TNN [101]. Có
ý kiến cho rằng sự nóng lên làm tăng khả năng giữ ẩm của khí quyển, làm thay đổi
chế độ thủy văn và thay đổi các đặc điểm của mưa [86][119]. Tuy nhiên, những thay
đổi về lượng mưa có thể tác động lớn hơn so với nhiệt độ [90][119], vì mưa tác động
đến lượng dòng chảy trong khi thay đổi nhiệt độ chủ yếu là ảnh hưởng đến thời gian
của dòng chảy [80]. Sự biến đổi của khí hậu sẽ làm thay đổi chế độ dòng chảy, từ đó
ảnh hưởng đến năng suất phát điện của các nhà máy thủy điện, chế độ tưới cho cây

trồng, và tăng nguy cơ thiên tai do nước gây ra như là hạn hán và lũ lụt [98][104].
Biến đổi khí hậu sẽ càng làm cho tình trạng khan hiếm, thiếu nước và căng thẳng về
nước trầm trọng hơn trong mùa khô [75]. Biến đổi khí hậu sẽ tác động đến PTBV của
hầu hết các nước đang phát triển tại Châu Á do nó tạo áp lực đối với môi trường và tài
nguyên thiên nhiên cùng với quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và phát triển kinh
tế. Tất cả những điều trên cho thấy sự cần thiết phải có sự quan tâm nghiên cứu tác
động của biến đổi khí hậu đến TNN.
Mô hình hoàn lưu toàn cầu (GCMs) là một công cụ phổ biến để đưa ra các kịch
bản BĐKH, đó là cơ sở cho việc xác định tác động của BĐKH. Hầu hết các nghiên
cứu sử dụng các biến khí hậu trực tiếp từ các mô hình hoàn lưu toàn cầu hoặc các mô
hình hoàn lưu khu vực (RCMS), những mô hình này sử dụng phương trình vật lý về
sự quan hệ lưu thông khí quyển và đại dương để mô phỏng sự thay đổi của khí hậu.
GCM/RCMS có thể khác nhau về nguyên lý và thông số hóa của các quá trình, cũng
như ở độ phân giải, thường là khoảng 2,50 với GCM và 0,50 với RCMS [113]. Theo
IPCC, BĐKH hiện nay và trong thế kỷ 21 phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phát thải khí
nhà kính, tức là phụ thuộc vào sự phát triển kinh tế - xã hội cũng như mức độ khai
thác và sử dụng các nhiên liệu hóa thạch của con người trong tương lai. Vì vậy, các
kịch bản BĐKH và nước biển dâng được xây dựng bởi IPCC dựa trên các kịch bản
phát triển KT-XH toàn cầu, và được tiến hành thông qua các nhóm kịch bản phát thải
nhà kính từ thấp đến cao như: B1, A1T (mức thấp), B2, A1B (mức trung bình), A2,
A1FI (mức cao).
Các biến khí hậu mô phỏng sau đó được sử dụng làm số liệu đầu vào cho mô
hình thủy văn [85][110]. Khi khí hậu thay đổi, với hậu quả là sự gia tăng nhiệt độ và
thay đổi về đặc điểm mưa có thể gây nên những thay đổi trong chế độ thủy văn. Đã có
nhiều mô hình thủy văn địa phương và khu vực trên toàn thế giới thực hiện đánh giá


10

tác động tiềm tàng của BĐKH tới chế độ thủy văn và TNN [123]. Những mô hình này

giúp đưa ra khung nhận thức và tìm hiểu được mối quan hệ giữa khí hậu và TNN.
Theo như Schulze (2005), mô hình mưa dòng chảy được đánh giá là công cụ vô giá
trong việc mô phỏng để cung cấp các thông tin cho việc ra quyết định trong quy hoạch
và quản lý nguồn nước, trong đó có cả việc xác định tác động của BĐKH tới TNN
[114]. Mô hình toán đã được sử dụng rất sớm trong việc đánh giá tác động của BĐKH
tới TNN như trong các công bố của Leavesley (1994) và Arnell (1998) [75][103].
Những nghiên cứu đó sử dụng giả thiết về BĐKH ảnh hưởng tới chế độ thủy văn. Tùy
thuộc vào mục đích nghiên cứu, vào quy mô không gian, thời gian và dữ liệu sẵn có
những mô hình nhận thức và mô hình tham số hóa khác nhau được áp dụng [103].
Gleick [88][89] đã phát triển một mô hình cân bằng nước hàng tháng cho lưu vực
Sacramento. Nghiên cứu của Gleick chỉ ra rằng mặc dù tăng lượng mưa năm, nhiệt độ
tăng có thể gây ra sự thay đổi dòng chảy từ mùa hè sang mùa đông. Arnell (1992) sử
dụng loại mô hình tương tự áp dụng cho các lưu vực trong phạm vi Vương quốc Anh
để ước tính sự thay đổi của dòng chảy tháng và phân tích các nhân tố chi phối các tác
động của những thay đổi này [74]. Arnell (1998) chỉ ra rằng dòng chảy có thể giảm ở
phía Nam Vương Quốc Anh, trong khi ở phía Bắc có thể tăng lên, đặc biệt là trong
mùa đông [75]. Kwadijk đã phát triển một mô hình cân bằng nước tháng để so sánh
các tác động thủy văn trong LVS Rhine cho các kịch bản khí hậu khác nhau [102].
Bultot và nnk (1988) đã phát triển một mô hình thông số gộp (IRMB) với bước thời
gian ngày để xem xét việc chuyển từ mưa thành dòng chảy, bao gồm cả các quy trình
chẳng hạn như thấm, bốc hơi, và phân chia dòng chảy thành những thành phần khác
nhau [81]. Mô hình này được áp dụng cho LVS ở Bỉ [81][87] và Thụy Sĩ [82]. Kết
quả cho thấy tầm quan trọng của điều kiện địa chất thủy văn của lưu vực dưới tác
động của BĐKH. Sự gia tăng về tần suất lưu lượng đỉnh được quan sát thấy ở hầu hết
các trường hợp. Mô hình tương tự đã được sử dụng bởi Mimikou và nnk (1991) và
Panagoulia (1992) ở các lưu vực Hy Lạp, trong đó lưu vực miền núi cho thấy giảm
dòng chảy năm và nghiêm trọng hơn, là dòng chảy mùa hè [107][112]. Burn (1994)
sử dụng phép thử phi tham số thống kê để nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH tới dòng
chảy mùa xuân ở tây miền trung của Canada [83]. James (1994) đã sử dụng mô hình
BĐKH toàn cầu để xây dựng mô hình BĐKH vùng và ứng dụng kịch bản BĐKH

vùng để đánh giá TNN cho LVS Sacramento, California Mỹ bằng cách sử dụng mô
hình thủy văn thông số phân bố (USGS hydrological model) [97]. Tác giả phân chia
lưu vực tính toán thành nhiều tiểu lưu vực thủy văn khác nhau, và ứng với mỗi tiểu


11

vùng sẽ có một môđun tính toán riêng trên cơ sở các thông số đầu vào liên quan của
tiểu vùng đó và kiểm định kết quả đầu ra của mô hình bằng phương pháp thực
nghiệm. Mansell (1997) đã nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH tới xu thế mưa và nguy
cơ lũ ở miền tây Scotland bằng phương pháp nhận biết đồ họa và thống kê cơ bản
[105]. Westmacott và Burn (1997) xác định tác động tiềm năng của BĐKH trên bốn
biến thủy văn liên quan tới mức độ và thời gian của chế độ thủy văn trong LVS
Churchil-Nelson ở phía tây miền trung Canada bằng phép thử phi tham số [125].
Andersen và nnk (2006) đã sử dụng bộ mô hình tổng hợp thủy động lực học (NAM,
MIKE 11-TRANS) để mô phỏng tác động của BĐKH tới dòng chảy và động lực học
dinh dưỡng ở hạ lưu một sông nhỏ của Đan Mạch [73]. Choi Daegyu và nnk (2010)
đã nghiên cứu sự thay đổi của phân vùng thủy văn có tính đến chỉ số bốc hơi Horton,
để khai thác tác động của yếu tố thảm phủ thực vật với BĐKH đến trạng thái cân bằng
nước. Phương pháp phân tích đường cong dòng chảy và mô hình số được thực hiện
với chỉ số bốc hơi thảm phủ thực vật dự tính để tính toán lượng dòng chảy trên phân
vùng thủy văn ở quy mô lưu vực. Báo cáo nghiên cứu cho thấy rằng, sử dụng chỉ số
bốc hơi thảm phủ thực vật tương đối phù hợp với tính toán dòng chảy trong điều kiện
BĐKH tại các phân vùng thủy văn [84]. Tezcan và nnk (2012) đánh giá tác động của
BĐKH đến TNN LVS Seyhan, Thổ Nhĩ Kỳ bằng cách sử dụng công nghệ hệ thống
thông tin địa lý (ArcGIS) và các mô hình toán vật lý thông số phân bổ (MIKE-SHE)
và mô hình thủy văn (MIKE-NAM), tích hợp với các kịch bản BĐKH [116]. Stacy
Langsdale và nnk (2010) sử dụng mô hình phân phối nguồn nước (MIKE-BASIN) kết
hợp với mô hình quy hoạch hệ thống (WEAP) và (OASIS) có tích hợp với các điều
kiện BĐKH và phát triển KT-XH [115]. Tingju Zhu và Claudia Ringler (2010) nghiên

cứu tác động của BĐKH đến chế độ thủy văn và nguồn nước LVS Limpopo, Nam Phi
bằng mô hình thủy văn thông số bán phân bổ (semi-distributed hydrological model)
và mô phỏng nước (water simulation model), tác giả đã sử dụng 3 kịch bản BĐKH để
thực hiện tính toán cân bằng nước cho hiện tại và tương lai [117]. Ngoài ra, hàng loạt
mô hình khác cũng được áp dụng trong việc đánh giá tác động của BĐKH như
IHACRES [114], SWAT [111], HEC-HMS [100][106].
Nhìn chung, các nghiên cứu khoa học liên quan đến TNN trong điều kiện
BĐKH trên Thế giới có điểm chung là sử dụng mô hình thủy văn, mô hình phân phối
nguồn nước tích hợp với các kịch bản BĐKH để tính toán TNN cho các lưu vực sông.
Về cách tiếp cận nghiên cứu cơ bản giống nhau, nhưng phương pháp luận của mỗi
nghiên cứu lại không hoàn toàn giống nhau. Với trình độ công nghệ thông tin, máy


12

tính ngày càng phát triển, các hệ thống máy tính ngày càng có khả năng tính toán với
với số lượng phép tính khổng lồ thì việc xây dựng và phát triển mô hình toán trong
việc xây dựng kịch bản BĐKH và mô phỏng sự thay đổi của các điều kiện thủy văn
của lưu vực ngày càng chính xác hơn. Điều đó giúp cho chúng ta có được những đánh
giá toàn diện hơn về tác động của BĐKH tới TNN trên lưu vực.

1.2.2. Việt Nam
Ở Việt Nam, BĐKH như nhiệt độ gia tăng, biến đổi của mưa, bao gồm cả
ENSO và mực nước biển dâng, cũng đã và đang ảnh hưởng đến TNNM và chế độ
dòng chảy của các sông. Thực tế, đã có nhiều nghiên cứu được triển khai và thực hiện
nhằm đánh giá tác động của BĐKH đến TNNM trên cơ sở các kịch bản BĐKH cho
Việt Nam để chủ động thực hiện các biện pháp thích ứng phù hợp. Kết quả của những
nghiên cứu này được tóm tắt và trình bày như sau:
1.2.2.1. Lưu vực sông Hồng-Thái Bình
Trong một nghiên cứu điển hình trên LVS Hồng – Thái Bình, Vũ Văn Minh và

nnk (2011) đã sử dụng các mô hình MIKE NAM, MIKE BASIN và MIKE 11 để tính
toán biến động dòng chảy, nhu cầu nước và cân bằng nước hệ thống cho LVS Hồng –
Thái Bình theo các kịch bản BĐKH. Kết quả nghiên cứu cho thấy dòng chảy trung
bình năm trên LVS Hồng – Thái Bình có xu hướng tăng lên; đối với phân phối dòng
chảy, dòng chày mùa lũ có xu hướng tăng lên trong khi dòng chảy mùa kiệt có xu
hướng giảm xuống; giai đoạn 2080-2099, nhu cầu nước sử dụng cho nông nghiệp theo
các kịch bản B2 và A2 tăng lần lượt 0,84 triệu và 1,01 triệu m3/năm so với giai đoạn
nền 1980-1999; và lượng nước thiếu hụt trên toàn lưu vực dao động từ 4,1 đến 4,7 tỷ
m3/năm, chiếm 15-17% tổng lượng nhu cầu sử dụng nước.
Nguyễn Thanh Sơn và nnk (2011) sử dụng mô hình toán MIKE NAM để tính
toán biến động dòng chảy và lưu lượng cho sông Nhuệ - sông Đáy. Kết quả tính toán
cho thấy, vào năm 2020, tại các lưu vực thu nước bộ phận, dòng chảy trung bình năm
tăng khoảng 0,9-1,3%; với dòng chảy lũ tại các lưu vực tăng lên lớn hơn so với trung
bình năm trong khoảng từ xấp xỉ 1,3%-2,1%; lưu lượng mùa kiệt có biến động so với
hiện trạng, tuy rất nhỏ. Đến năm 2050, lưu lượng tại các tiểu lưu vực tăng 1,1-1,9% so
với hiện trạng. Đối với mùa kiệt, lưu lượng biến động so với hiện trạng, tuy không lớn
là 0,08m3/s.


13

Trong nghiên cứu “Tác động của BĐKH đến tài nguyên nước LVS Lô”,
Nguyễn Hoàng Minh và nnk (2015) đã sử dụng các mô hình toán MIKE NAM, MIKE
BASIN, MIKE 11. Kết quả nghiên cứu thể hiện dòng chảy năm ở các trạm thủy văn
trên LVS Lô có xu hướng tăng nhanh trong tương lai; dòng chảy phân phối không
đồng đều trong năm, tăng nhanh vào mùa lũ và giảm vào mùa kiệt; và nhu cầu sử
dụng nước cho các ngành kinh tế cũng có xu hướng tăng nhanh dẫn đến việc thiếu hụt
nước ngày càng tăng lên; lượng nước thiếu hụt trong giai đoạn 2080-2099 dao động
trong khoảng 252,1-267,7 triệu m3, chiếm khoảng 11-12% nhu cầu nước.
Kết quả nghiên cứu “Quy hoạch tổng thể thủy lợi vùng ĐBSH trong điều kiện

BĐKH và nước biển dâng” do Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện đã chỉ ra nhu cầu
sử dụng nước trong điều kiện xét đến kịch bản BĐKH tăng khoảng 30-290 triệu m3 so
với trường hợp không xét đến kịch bản BĐKH. Trong bối cảnh BĐKH và nước biển
dâng, lưu lượng trên các sông đều giàm đi; mực nước giảm tại các trạm Sơn Tây, Hà
Nội và Thượng Cát [66].
Ngoài những nghiên cứu tập trung chính vào tác động của BĐKH đến TNN
của lưu vực sông, một số dự án xây dựng kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH của
các tỉnh/ thành phố cũng đã tính toán biến động TNN của tỉnh/ thành phố trong điều
kiện BĐKH có xét đến quy hoạch phát triển KT-XH. Thuộc LVS Hồng-Thái Bình, bộ
mô hình MIKE NAM và MIKE BASIN đã được sử dụng để đánh giá tác động của
BĐKH đến dòng chảy đến và cân bằng nước các tỉnh/thành phố Tuyên Quang, Lào
Cai, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Thái Nguyên, Hòa Bình, Hà Nam, Ninh Bình, Thái Bình và
Hải Phòng [26][28][30][31][32][33][34][35][36][37]. Kết quả cho thấy dòng chảy
năm ở các sông chính trên địa bàn các tỉnh/thành phố có xu hướng tăng lên theo các
kịch bản BĐKH, tăng mạnh nhất ở kịch bản A2, tiếp đến là B2 và thấp nhất là B1;
phân phối dòng chảy không đồng đều trong năm mà tăng mạnh vào mùa lũ và giảm
vào mùa kiệt. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, BĐKH cũng làm nhu cầu sử
dụng nước ở các ngành của các tỉnh tăng lên đáng kể. Trong đó, nông nghiệp là ngành
có nhu cầu sử dụng nước lớn nhất và cũng là ngành chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của
BĐKH. Đối với cân bằng nước, đến cuối thế kỷ 21, lượng nước thiếu hụt lần lượt đạt
khoảng 37-38; 28-31;172; 401,9-410,3; 17,3-18,6; và 104-106 triệu m3/năm đối với
các tỉnh Lào Cai, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Ninh Bình, Hải Phòng và Hà Nam.
1.2.2.2. Lưu vực sông Cả