Con người ảnh hưởng đến dòng chảy nhiều hơn cả biến đổi khí hậu

Chúng ta phải chuẩn bị gì trước dòng chảy và trầm tích ngày một thay đổi trong tương lai của các con sông, khi chịu tác động của con người và biến đổi khí hậu?

Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Khoa Kỹ thuật (ĐH Việt Đức), Viện nghiên cứu ngăn ngừa thảm họa (ĐH Kyoto), ĐH Bách khoa Đà Nẵng, Khoa các hệ thống Kỹ thuật và môi trường (ĐH Virginia, Mỹ) đã thực hiện nghiên cứu để định lượng các hệ quả do con người và tự nhiên, dẫn đến những thay đổi dòng chảy và trầm tích ở lưu vực sông Đồng Nai Sài Gòn bằng mô hình Công cụ đáng giá đất và nước (SWAT).

Khoảng trống hiểu biết về cơ chế thủy văn và trầm tích

Các cơ chế do dòng chảy tự nhiên tạo ra những biến theo không gian và thời gian trong các điều kiện môi trường, ví dụ nhiệt độ, trầm tích, dưỡng chất… thiết yếu cho đa dạng sinh học tự nhiên bền vững và và đảm bảo sự tích hợp của các hệ sinh thái ven sông. Cơ chế dòng chảy chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của những dịch chuyển theo chu kỳ của Dao động Nam (ENSO). Trong những năm gần đây, việc xây dựng và vận hành các đập và bể chứa thượng nguồn trên nhiều con sông đã ảnh hưởng đến thủy văn và trầm tích của chúng.

Vì sao lại như vậy? Trầm tích sông có vai trò quan trọng trong bảo vệ các khu vực hạ nguồn khỏi những quá trình lún do tự nhiên và con người gây ra. Chúng cũng giúp giảm bớt ngập lụt khu vực ven sông, ven biển, đem lại nguyên vật liệu cho xây dựng và các hoạt động khác. Tuy nhiên tải lượng trầm tích của các dòng sông trên toàn cầu đã bị suy giảm do hoạt động của con người, đặc biệt là xây đập chắn. Dù trên toàn cầu có 47.000 đập lớn đang vận hành, đem đến lợi ích về điện nhưng lại làm ảnh hưởng đến môi trường hạ nguồn. Chúng cũng làm thay đổi các cơ chế và giữ lại tải lượng trầm tích đáng kể, dẫn đến hiện tượng thiếu trầm trích ở hạ nguồn. Điều này dẫn đến sự ảnh hưởng đến hình thái sông và có thể có tiềm năng làm gia tăng xâm nhập mặn.

Trong khi đó, lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai, trong đó có trung tâm kinh tế TPHCM, là một nơi đóng góp trọng yếu vào sự tăng trưởng kinh tế Việt Nam, và cung cấp nhu cầu nước ngọt cho khoảng 20 triệu dân. Ở lưu vực sông, việc xây dựng các hồ đập để điều tiết nguồn nước cho quá trình đô thị hóa, phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và ứng phó trong hạn hán và cung cấp điện năng. Thuộc hệ thống sông lớn nhất nhì miền nam Việt Nam sau sông Cửu Long, trên dòng sông này có 36 đập thủy điện lớn với năng lực tích trữ kết hợp xấp xỉ 8,6 tỉ m³. Các con đập này chiếm 32,5% tổng lượng nước của hệ thống sông Sài Gòn Đồng Nai. Do đó việc hiểu về những tác động của đập và biến đổi khí hậu lên dòng chảy và tải lượng trầm tích sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường quản lý và quy hoạch nguồn nước.

Trước đây cũng có nhiều nghiên cứu kiểm tra các quá trình thủy văn trên lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai, ví dụ như những thay đổi về mực nước dài hạn liên quan đến những thay đổi do đô thị hóa, đắp đê, xây đập hay sự thay đổi mực nước hạ nguồn của biến đổi khí hậu và suy giảm khu vực lưu trữ nước. Bên cạnh đó, cũng có nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và thay đổi mục đích sử dụng đất dựa trên những thay đổi về nước ở lưu vực thượng nguồn; đánh giá tác động của những thay đổi về bao phủ đất và mục đích sử dụng đất lên cơ chế dòng chảy, tải lượng trầm tích… Dẫu vậy các nghiên cứu này mới chỉ giới hạn ở khu vực nhỏ như bãi triều nên chưa hiểu một cách toàn diện về cơ chế dòng chảy và động lực trầm tích trên cả hệ thống; các nghiên cứu này cũng chỉ tập trung vào hệ quả hoặc của biến đổi khí hậu hoặc thay đổi về mục đích sử dụng đất mà chưa khám phá tác động của dòng chảy hạ nguồn và trầm tích.

Một vấn đề nữa là bất chấp tầm quan trọng của nó, động lực học trầm tích trong lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai nên có khoảng trống hiểu biết về hệ quả dài hạn của đập và biến đổi khí hậu lên tải lượng trầm tích.

Vì vậy các nhà nghiên cứu hướng đến đánh giá tác động của việc vận hành 36 đập và các kịch bản biến đổi khí hậu lên dòng chảy và trầm trích trên lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai bằng mô hình SWAT. Họ phân tích hệ quả của các nhân tố theo mùa, theo năm, dòng chảy và động lực dài hạn trên hệ thống sông này. “Những phát hiện đó mang tính sống còn với việc phát triển các giải pháp hiệu quả và đảm bảo phát triển lưu vực sông bền vững, đóng góp hiệu quả vào hiểu biết các hệ thống phức tạp trên quy mô vùng và toàn cầu”, các tác giả viết trong công bố.

Nhân tố tác động chính đến dòng chảy và trầm tích

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2001 đến 2020 đã sử dụng mô hình SWAT để phân tích với dữ liệu dòng chảy và trầm tích hằng ngày tại ba trạm thủy văn Tà Lài, Phước Hòa, và Phú Hiệp; lấy thông số về nhiệt độ không khí cao nhất và thấp nhất từ hệ thống Đồng hóa dữ liệu đất toàn cầu (GLDAS); dữ liệu hồ đập từ các cơ quan quản lý…

Việc đánh giá tác động của các đập lên dòng chảy và trầm tích trong điều kiện biến đổi khí hậu không chỉ dựa vào mỗi phân tích dữ liệu lịch sử. Kết quả phân tích cho thấy các đập thượng nguồn, với tổng năng lực lưu trữ xấp xỉ 8,6 tỉ m³) là nguyên nhân trọng yếu dẫn đến thay đổi dòng chảy và trầm tích ở lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai. Từ lâu, ở nhiều dòng sông Việt Nam và thế giới, con người đã được chứng minh là ảnh hưởng đáng kể lên dòng chảy, như sông Cửu Long, Vu Gia Thu Bồn…

Ảnh hưởng dòng chảy

Trong nghiên cứu này, các hồ chứa Đại Nga, Đa Nhim và Phước Hòa là những nhân tố chính ảnh hưởng đến nguồn nước. Do đó, dòng chảy ở khu vực Tà Lài và Phước Hòa bị suy giảm vào mùa khô (tháng Giêng đến tháng sáu) và có thể dẫn đến tình trạng căng thẳng nguồn nước của cộng đồng địa phương cũng như các cơ quan chính quyền. Trái ngược với tình trạng đó, các đập thủy điện vẫn có đóng góp ban đầu vào việc xả nước vào mùa khô ở khu vực Phú Hiệp. Sở dĩ có điều này là do đập ở vùng Phú Hiệp là đập thủy điện chứ không khai thác nước cho những vùng khác. Tuy nhiên, khi so Phú Hiệp với toàn bộ lưu vực sông thì tác động tích cực này rất nhỏ.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra lượng mưa dự báo trong tương lai sẽ suy giảm so với tỉ lệ hằng năm. Sự suy giảm hằng năm sẽ làm giảm dòng chảy và tải lượng phù sa so với trước đây. Sự thay đổi này liên quan đến việc vận hành hồ chứa, bao gồm cả việc dẫn nước tới khu vực khác. Tuy vậy các nhà nghiên cứu thấy rằng những thay đổi trong dòng chảy ngay từ đầu là do sự điều tiết hồ đập, vượt qua tác động của biến đổi khí hậu. Phát hiện này tương tự phát hiện về lưu vực sông Cửu Long. Khi xem xét các biến theo tháng và theo mùa, việc vận hành các đập bậc thang có thể dẫn đến việc làm tăng ở mức độ nhỏ dòng chảy trong mùa khô so với trước đây.

Phát hiện này có ý nghĩa gì? “Các kết quả này có thể làm giảm bớt hệ quả của việc đổi dòng và các điều kiện khô hạn. Đây là lo ngại lớn nhất trong tình trạng hiện tại của lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai và có thể giảm sức ép lên khả năng thiếu hụt nguồn nước cho những vùng đô thị mới và trung tâm kinh tế ở hạ nguồn”, các tác giả viết. Tuy nhiên, họ lưu ý trong mùa mưa, khả năng lưu trữ nước của các hồ có thể làm giảm đỉnh lũ, thường xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 11 hằng năm.

Với con người và hệ sinh thái phụ thuộc vào nước ngọt, hiểu về thay đổi trong cơ chế dòng chảy rất quan trọng. Các tác giả phát hiện ra sự dịch chuyển được định hướng hàng tháng của dòng chảy tương lai. Những dịch chuyển này có thể tác động đến hệ sinh thái thông qua ảnh hưởng đến chức năng của các sinh vật, thay đổi quần thể và cấu trúc hệ sinh thái. Trong tương lai cũng sẽ có sự thiếu hụt nước so với quá khứ nhưng sự phân bổ nước hằng năm sẽ có thể cân bằng hơn. Điều này được các tác giả hi vọng sẽ làm giảm đi nguy cơ rủi ro sinh thái và cải thiện hiệu quả vận hành hồ đập trong tháng mùa khô.

Ảnh hưởng đến trầm tích

Việc giảm đi tải lượng trầm tích của quá khứ và tương lai chủ yếu do các hồ chứa. Trong tương lai, vòng đời của các hồ chứa sẽ ngắn hơn đáng kể do gia tăng trầm tích lưu trữ lại. Thêm vào đó, việc lưu trữ trầm tích sẽ làm giảm khả năng tích nước và mức nhiệt độ cao sẽ dẫn đến sự bốc hơi nhanh hơn. Điều này có thể dẫn đến nhiều thách thức, bao gồm gia tăng nguy cơ rủi ro sinh thái và giảm đi khả năng cung cấp nước thủy lợi và sinh hoạt. Nó cũng ảnh hưởng đến chức năng của hệ thống bơm nước và gia tốc cấu trúc và mài mòn các thiết bị thủy lợi, qua đó ảnh hưởng đến tính hiệu quả trong vận hành và gia tăng chi phí bảo trì.

Thêm vào đó, việc giảm năng lực tích nước sẽ có những tác động trực tiếp đến chức năng của hồ chứa và chu kỳ vận hành. Do đó, trong tương lai, năng lực này của các hồ chứa ngày một suy giảm, vốn có thể làm giảm chức năng đảm bảo dòng chảy và kiểm soát xâm nhập mặn ở các cửa sông. Việc dự đoán về suy giảm trầm tích sẽ đóng vai trò quan trọng đối với việc vận hành hồ chứa cũng như giám sát dòng chảy, chất lượng dòng chảy trong tương lai. Các chiến lược quản lý trên lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai như quản lý trầm tích hồ chứa, tiến hóa hình thái sông, giải quyết lo ngại liên quan đến môi trường và đánh tính hiệu quả của kế hoạch sử dụng đất… đều cần đến thông tin dự báo trầm tích.

Những tương tác giữa biến đổi khí hậu và hoạt động nhân sinh cũng như những hệ quả tác động kết hợp của cả hai nhân tố lên những thay đổi dòng chảy đã hiển thị trong một kịch bản phức hợp. Ví dụ, khi biến đổi khí hậu làm khuếch đại dòng chảy ở ĐBSCL, việc xây dựng các cập làm giảm nước lũ thông qua việc lưu trữ nước. Phát hiện từ nghiên cứu cho thấy các đập bậc thang cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát lũ ở TPHCM. Do đó các chiến lược về nước và quản lý nước đang ngày một tập trung vào những tác động kết hợp của hoạt động nhân sinh và biến đổi khí hậu. Sự kết hợp này ngày càng làm tăng thách thức và bất định trong tương lai, do đó cần phải có chiến lược quản lý tích hợp để đảm bảo an ninh nguồn nước.

Đây là lý do các nhà khoa học cho rằng cần áp dụng cách tiếp cận quản lý nguồn nước tích hợp để phát triển bền vữn trong hệ thống lưu vực sông Sài Gòn Đồng Nai.

Kết quả được nêu chi tiết trong bài báo “Response of streamfow and sediment variability to cascade dam development and climate change in the Sai Gon Dong Nai River basin”, xuất bản trên tạp chí Climate Dynamics.

Anh Vũ

Nguồn: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07319-7