- Hệ thống canh tác lúa, biến đổi khí hậu, tài nguyên nước mặt, vùng ven biển, và mô hình Stella. - Tác động tiêu cực của xâm nhập mặn đối với hệ thống canh tác lúa ở vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long đang gia tăng nhanh chóng cả về không gian lẫn thời gian. - Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phân tích các giải pháp khả thi để trữ nước ngọt nhằm gia tăng nguồn nước ngọt phục vụ sản xuất lúa trong thời gian thiếu nước do xâm nhập mặn. - Các yếu tố trên được tổng hợp và xây dựng thành mô hình toán trong đó mô tả và phân tích các mối quan hệ tác động lẫn nhau giữa nhu cầu và khả năng cung cấp nước trong suốt mùa vụ. - Kết quả mô phỏng cho thấy nếu tăng thêm 2.4 ha diện tích mặt nước và 0.5 m chiều sâu kênh so với hiện trạng kết hợp với dự báo xâm nhập mặn thì có thể đảm bảo lượng nước tưới cho120 ha lúa trong thời gian xâm nhập mặn 15 ngày.. - Ngoài ra, giải pháp thay đổi lịch thời vụ và áp dụng phương pháp tưới tiết kiệm cho cây lúa cũng có thể giảm thiểu được ảnh hưởng của việc thiếu nước (tạm thời) do xâm nhập mặn gây ra.. - Một trong những ảnh hưởng nghiêm trọng của BĐKH đến lĩnh vực nông nghiệp là hiện tượng thiếu nguồn nước ngọt cung cấp cho hệ thống canh tác lúa do mặn xâm nhập ở vùng đồng bằng ven biển (Wassmann et al., 2004. - BĐKH đã tác động tiêu cực đến hệ thống canh tác lúa vùng ven biển ĐBSCL về vấn đề thiếu nguồn nước ngọt cung cấp tưới do xâm nhập mặn (Wassmann et al., 2004. - Nguyễn Thanh Bình et al., 2012) và hiện trạng xâm nhập mặn được dự báo sẽ càng gia tăng về không gian và thời gian trong tương lai (Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, 2012. - Điều đáng quan tâm là xâm nhập mặn ngày càng tăng nhưng khả năng thích ứng của phần lớn cộng đồng và chính quyền địa phương khu vực ven biển ĐBSCL còn chưa cao. - Giảm lưu lượng từ thượng nguồn và mặn xâm nhập sâu vào đất liền dọc theo kênh rạch được dự báo sẽ còn phức tạp hơn trong tương lai (Mekong ARCC, 2013. - Do vậy, nếu không có biện pháp kịp thời để thích ứng với hiện trạng xâm nhập mặn thì ĐBSCL sẽ còn hứng chịu tác hại nặng nề do BĐKH gây ra trong tương lai (Chính Phủ Việt Nam, 2013).. - Thông qua việc xây dựng mô hình động, Costanza et al. - Tiếp theo đó, Simonovic, (2002) đã xây dựng mô hình hệ thống về sự biến động nguồn tài nguyên nước toàn cầu liên quan đến các lĩnh vực quan trọng như: nông nghiệp, công nghiệp, dân số. - 2011) đã nghiên cứu thu hẹp lại cho lĩnh vực nông nghiệp bằng việc xây dựng hồ chứa nước cung cấp cho nông nghiệp ở miền Đông của Ấn Độ dựa trên mô hình hệ thống. - Ở Việt Nam nói chung và đồng ĐBSCL nói riêng, có nhiều nghiên cứu về mô hình hệ thống (ví dụ: Ngô Ngọc Hưng, (2008)) đã nghiên cứu và ứng dụng vào lĩnh vực môi trường và nhiều lĩnh vực khác. - Qua đó cho thấy, mô hình hệ thống đã được áp dụng rộng rãi vào lĩnh vực quản lý tài nguyên nước và các lĩnh vực khác.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - (2) tổng hợp, thu thập các số liệu liên quan đến việc xây dựng mô hình cân bằng nước. - (3) xây dựng mô hình. - (4) hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. - (5) xây dựng các kịch bản thích ứng với hiện trạng thiếu nước do xâm nhập mặn. - nguồn nước tưới cho khu vực nghiên cứu trong tương lai.. - 2.1 Khu vực nghiên cứu. - Theo báo cáo của Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Ngã Năm, tình hình xâm nhập mặn ngày càng trở nên nghiêm. - tuy nhiên, hiện nay nước mặn đã xâm nhập sâu vào nội đồng và xâm nhập vào hệ thống kênh trữ nước bên trong nội đồng dẫn đến tình trạng nông dân không thể bơm nước vào ruộng. - Hiện trạng nước mặn xâm nhập vào hệ thống kênh (kênh chính cũng như nội đồng) gây thiếu nước ngọt cung cấp cho cây lúa đã gây thiệt hại đáng kể cho sản xuất nông nghiệp của Huyện.. - giả định trong mô hình cân bằng nước. - Dữ liệu mưa xuất ra từ mô hình PRECIS được hiệu chỉnh lại theo phương pháp cắt. - Dữ liệu xâm nhập mặn được cung cấp từ trạm quan trắc của huyện Ngã Năm và dữ liệu dự báo mặn (2013) được cung cấp bởi Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, (2013).. - Giả định: Bề mặt đất là bằng phẳng trong quá trình tính toán và xây dựng mô hình và mực. - Phương pháp tưới được xây dựng trong mô hình dựa vào phương pháp tưới thực tế của người dân tại vùng nghiên cứu. - Nguồn: Kết quả điều tra thực địa tại khu vực nghiên cứu 2.4 Xây dựng mô hình mô phỏng biến động nguồn nước trong hệ thống canh tác lúa. - Các phương trình trên được xây dựng thành một mô hình hệ thống động thể hiện mối quan hệ các tác động lẫn nhau theo thời gian bằng phần mềm hệ thống Stella 10.0.. - Các yếu tố của các biến trong mô hình được xây dựng như nhau cho vụ ĐX và HT. - chỉnh mô hình và vụ HT được sử dụng cho mục đích kiểm định mô hình.. - 95 Chọn biến hiệu chỉnh: biến “Trạm bơm” là một trong các biến quan trọng nhất trong mô hình do quyết định đến lượng nước bơm vào và thời gian bơm nước để kết quả mô phỏng của mô hình phù hợp với kết quả thực tế về cách quản lý nước cho sản xuất lúa và được chọn làm biến hiệu chỉnh.. - Bước 1: Hiệu chỉnh giá trị H tmax : Hiệu chỉnh giá trị H tmax để kết quả của mô hình phù hợp với kết quả thực tế về mực nước cao nhất.. - Bước 2: Hiệu chỉnh giá trị H tmin : Sau khi hiệu chỉnh H tmax tiến hành hiệu chỉnh H tmin để kết quả của mô hình phù hợp với kết quả thực tế về mực nước thấp nhất.. - Bước 3: Hiệu chỉnh lại với bước 1 và bước 2 đến khi kết quả mô phỏng mực nước (cao nhất và thấp nhất) của mô hình tương đương với giá trị mực nước thực tế qua các giai đoạn phát triển của cây lúa. - Trong nghiên cứu này, khoảng chấp nhận sai lệch mực nước của mô hình và thực tế trong khoảng ±0.5 cm.. - 2.6 Xây dựng các kịch bản thích ứng Các kịch bản được xây dựng cho cả hai vụ ĐX và HT nhằm để khắc phục tình trạng thiếu nguồn nước tưới cho sản xuất lúa do ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn và thích ứng với sự biến động của nguồn nước tưới cho tương lai. - quản lý nước cho cây lúa với giả định là người dân sẽ nhận được thông tin dự báo mặn từ cơ quan địa phương, từ đó chủ động bơm trữ nước vào kênh nội đồng khi nước mặn xâm nhập đến.. - Thay đổi lịch thời vụ để thích ứng với thời gian mặn xâm nhập. - Giải pháp này được áp dụng bằng cách bắt đầu mùa vụ mới sau khi kết thúc thời gian mặn xâm nhập.. - Đề xuất giải pháp thích ứng với tình trạng thiếu nước do xâm nhập mặn bằng việc cơ cấu lại hệ thống kênh mương nội đồng nhằm tăng khả năng trữ nước.. - 2.7 Đánh giá sự tác động của các điều kiện tự nhiên đến khả năng cấp nước trong tương lai Việc đánh giá sự tác động của các điều kiện tự nhiên đến khả năng cấp nước cho sản xuất lúa tại khu vực nghiên cứu trong tương lai được thực hiện thông qua việc phân tích độ nhạy của mô hình. - Các biến trong mô hình được chọn để phân tích độ nhạy gồm: (1) sự thay đổi lượng mưa. - và (3) sự thay đổi thời gian xâm nhập mặn nhạy được thể hiện ở Bảng 3.. - Bảng 3: Các yếu tố phân tích độ nhạy cho mô hình cần bằng nước. - Các yếu tố Thay đổi lượng mưa Thay đổi nhiệt độ Xâm nhập mặn. - Giá trị của lượng mưa và nhiệt độ giai đoạn từ mô hình PRECIS theo kịch bản phát thải A2 được chọn để phân tích độ nhạy cho mô hình, thông qua đó nhằm để đánh giá sự biến động nguồn nước trong quá trình sản xuất khi điều kiện thời tiết thay đổi. - Xâm nhập mặn được dự báo sẽ tăng lên về không gian lẫn thời gian ở các cửa sông trong tương lai (Van et al., 2012. - không ổn định của chế độ triều gây ra nên chưa đánh giá được hiện trạng xâm nhập mặn ở vùng nghiên cứu. - Do vậy, giả định rằng thời gian mặn xâm nhập trong tương lai tăng lên là 20, 25 và 30 ngày so với hiện tại là 15 ngày nhằm để đưa ra các giải pháp thích ứng với hiện trạng thiếu nguồn nước tưới khi thời gian xâm nhập mặn tăng lên trong tương lai.. - 3.1 Mô hình cân bằng nước giữa ruộng và kênh Những yếu tố liên quan có ảnh hưởng đến sự biến động nguồn nước giữa ruộng và kênh trong quá trình sản xuất lúa tại vùng nghiên cứu được tổng hợp và xây dựng thành mô hình hệ thống động biến đổi theo thời gian. - Mô hình hệ thống đã thể hiện chi tiết mối quan hệ của các yếu tố về sự biến động nguồn nước giữa ruộng và hệ thống kênh nội đồng (Hình 3).. - Hình 3: Mô hình cân bằng nước (động) giữa ruộng và kênh nội đồng ở vùng nghiên cứu 3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. - Hiệu chỉnh mô hình. - Mô hình sau khi hiệu chỉnh đã cho kết quả mô phỏng phù hợp với thực tế về mực nước trên ruộng qua các giai đoạn phát triển của cây lúa (Hình 4).. - Kết quả mô phỏng của mô hình về mực nước (mực nước cao nhất và thấp nhất) đối với giá trị H tmin và H tmax ban đầu còn chênh lệch lớn so với thực tế và sự chênh lệch vượt mức giá trị chấp nhận (>. - Qua các bước thực hiện theo phương pháp hiệu chỉnh, kết quả hiệu chỉnh cuối cùng của mô hình cho kết quả phù hợp với kết quả thực tế về mực nước cao nhất và thấp nhất (L min và L max ) và giá trị sai lệch thỏa điều kiện chấp nhận (<0.5 cm). - Kiểm định mô hình. - Qua đó cho thấy, mô hình cho kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả thực tế địa phương về cách quản lý nguồn nước cho sản xuất lúa.. - Trong thời gian xâm nhập mặn, tổng nhu cầu nước cho cây lúa là 120.000 m 3 trong khi đó tổng lượng nước có khả năng cung cấp cho cây lúa (bao gồm lượng nước trữ trong kênh và lượng nước sẵn có trên ruộng) trong giai đoạn này là khoảng 18.000 m 3 (Hình 6). - thời gian xâm nhập mặn. - Kết quả của mô hình cho thấy, dự báo xâm nhập mặn có khả năng làm giảm thiểu thời gian thiếu nước nhưng không thể cung cấp đủ nước cho lúa là do diện tích trữ nước của hệ thống kênh nội đồng chưa đủ lớn và do thời gian xâm nhập mặn kéo dài.. - Giải pháp thay đổi lịch canh tác có thể tránh được hiện trạng thiếu nước tưới cho cây lúa do xâm nhập mặn trong điều kiện hiện tại ở vùng nghiên cứu (Hình 7). - Hình 7: Giải pháp thay đổi lịch thời vụ tránh hiện trạng xâm nhập mặn 3.3.3 Áp dụng phương pháp tưới tiết kiệm nước. - Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc kéo dài thời gian tưới nước và tiết kiệm được lượng nước tưới cho cây lúa trong thời gian xâm nhập mặn.. - 3.3.4 Giải pháp tăng diện tích kênh trữ nội đồng kết hợp với dự báo xâm nhập mặn. - Việc dự báo xâm nhập mặn tuy không giải quyết được hiện trạng xâm nhập mặn nhưng làm giảm thiểu ảnh hưởng của hiện trạng thiếu nước do xâm nhập mặn và giúp người dân chủ động bơm nước trữ trong ruộng và tránh việc bơm nước mặn vào ruộng. - Vì vậy, kết hợp giữa việc dự báo xâm nhập mặn với các giải pháp khác sẽ cho hiệu quả cao trong vấn đề đảm bảo nguồn nước tưới cho nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn. - Một số giải pháp kết hợp tăng diện tích kênh trữ nước và dự báo xâm nhập mặn tại vùng nghiên cứu cho kết quả như sau:. - Trong điều kiện hiện tại, khi tăng chiều sâu kênh thêm 0.5 m và tăng diện tích bề mặt kênh thêm 2.4 ha kết hợp với dự báo mặn thì lượng nước trữ có khả năng cung cấp đủ cho nhu cầu nước của cây lúa (bao gồm lượng nước trên ruộng và lượng nước trữ trong kênh) trong thời gian mặn xâm nhập 15 ngày. - Khi đó, tổng lượng nước có khả năng cung cấp là khoảng 120.000 m 3 tương đương với tổng nhu cầu lượng nước trong giai đoạn này là 120.000 m 3 .Với giá trị này, lượng nước trữ có thể cung cấp nước cho toàn bộ diện tích lúa (120ha) trong thời gian xâm nhập mặn 15 ngày.. - Với giá trị trên, tổng lượng nước trữ có thể cung cấp nước tưới cho 75% diện tích lúa trong thời gian xâm nhập mặn 15 ngày.. - Với giá trị trên, tổng lượng nước trữ có thể cung cấp nước tưới cho 50% diện tích lúa trong thời gian xâm nhập mặn 15 ngày.. - Theo mô hình dự báo, nhiệt độ trung bình trong tương lai cao hơn so với hiện tại và dẫn đến tăng nhu cầu nước sử dụng cho cây lúa (ET c. - Vấn đề này sẽ ảnh hưởng lớn đến tình trạng thiếu hụt nguồn nước cung cấp tưới cho nông nghiệp trong tương lai khi hạn hán kéo dài và xâm nhập mặn ngày càng tăng cao.. - nhập mặn. - Xâm nhập mặn ngày càng tăng trong tương lai dẫn đến thời gian thiếu nước ngày càng kéo dài dẫn đến việc đảm bảo nguồn nước cung cấp tưới cho. - Do vậy, giải pháp mở rộng kênh hay thay đổi lịch thời vụ cần sớm thực hiện để thích ứng với thực trạng xâm nhập mặn trong quá trình sản xuất nông nghiệp.. - Hình 11: Ảnh hưởng của sự thay đổi thời gian xâm nhập mặn đến biến động nguồn nước tưới 4 KẾT LUẬN. - bất thường về lượng mưa và thời gian xâm nhập mặn trong tương lai sẽ ảnh hưởng đáng kể đến nguồn nước cung cấp cho sản xuất lúa của người dân vùng ven biển. - 101 thể khắc phục thực trạng thiếu nước cung cấp tưới cho sản xuất lúa trong thời gian xâm nhập mặn.. - Việc tăng thêm 2.4 ha diện tích mặt nước và 0.5 m chiều sâu kênh so với hiện trạng kết hợp với dự báo xâm nhập mặn có thể đảm bảo lượng nước tưới cho 120 ha lúa trong 15 ngày. - Ngoài ra, việc thay đổi lịch thời vụ và áp dụng phương pháp tưới tiết kiệm nước cũng có thể hạn chế ảnh hưởng của việc thiếu nước do xâm nhập mặn tại khu vực nghiên cứu.. - Việc áp dụng mô hình hệ thống động trong quản lý nguồn nước cho thấy tổng quan mối quan hệ giữa các yếu tố trong hệ thống (biến động nguồn nước giữa ruộng và kênh nội đồng) và do vậy có thể hỗ trợ công tác quản lý nguồn tài nguyên nước mặt trong sản xuất nông nghiệp. - Mô hình cho ra kết quả nhanh giúp cho nông dân địa phương và cơ quan nhà nước có liên quan trong lĩnh vực quản lý nước trong nông nghiệp dễ dàng lựa chọn giải pháp thích hợp để thích ứng với sự thay đổi của khí hậu.. - Hạn chế của mô hình là ở bước thời gian mô phỏng (trong thực tế nguồn nước biến động liên tục. - trong khi đó, mô hình mô phỏng biến động nguồn nước theo ngày) cũng như một số giả định chưa được kiểm chứng. - do vậy, mô hình cần được tiếp tục nghiên cứu và cải thiện về sau.. - Hiệu chỉnh dữ liệu mưa từ mô hình mô phỏng khí hậu khu vực cho vùng Đồng bằng sông Cửu Long. - Xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long. - Nguyên lý và ứng dụng mô hình toán trong nghiên cứu sinh học, nông nghiệp và môi trường. - Đánh giá tính tổn thương có sự tham gia: trường hợp xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long. - Mô phỏng xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long dưới tác động của nước biển dâng và suy giảm lưu lượng từ thượng nguồn. - Hiện trạng dự báo xâm nhập mặn tại các cửa sông vùng ven biển ĐBSCL và đề xuất các giải pháp đảm bảo nước ngọt phục vụ. - Ứng dụng mô hình Aquacrop mô phỏng năng suất lúa trong điều kiện các yếu tố khí hậu thay đổi tại vùng Bắc quốc lộ 1A, tỉnh Bạc Liêu