Trong tương lai, ĐBSCL sẽ ra sao? Tình trạng xâm nhập mặn sẽ trở nên trầm trọng hơn và khó đối phó hơn? Các nhà nghiên cứu trường đại học Xây dựng Hà Nội đã thực hiện tính toán mô phỏng những thay đổi về thủy động lực học và xâm nhập mặn ở vùng hạ nguồn ĐBSCL trong điều kiện mực nước biển dâng liên quan đến biến đổi khí hậu và các đập thượng nguồn.
Hiện tượng xâm nhập mặn thường xuyên xuất hiện ở khu vực ven biển và đồng bằng các con sông, ảnh hưởng đến đời sống con người, sinh kế và sự đa dạng sinh thái. Nhìn chung, xói mòn và xâm nhập mặn là kết quả của những tương tác phức tạp giữa nhiều điều kiện môi trường khác nhau cũng như các hoạt động của con người. Biến đổi khí hậu được xem như một nhân tố góp phần làm gia tăng tần suất và quy mô của xâm nhập mặn và xói lở thông qua mực nước biển dâng, các mẫu hình thời tiết và các sự kiện thời tiết cực đoan. Đây là nguyên nhân gây ảnh hưởng đáng kể lên môi trường, cuộc sống, kinh tế xã hội, sinh kế và phát triển bền vững khu vực ven biển và đồng bằng các con sông.
ĐBSCL thường chịu ảnh hưởng của hai mùa, mùa mưa và mùa khô. Về mùa khô, sông và kênh rạch trong vùng mất thường ít nước và tốc độ chảy rất thấp, khiến cho hạn hán và nước mặn dễ dàng xâm nhập vào sâu trong đất liền thông qua hệ thống sông ngòi kênh rạch. Trong những năm gần đây, mùa khô ở ĐBSCL xuất hiện sớm hơn, kết hợp với ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, khiến cho xâm nhập mặn trở nên phức tạp và xuất hiện ở quy mô lớn. Theo đánh giá của Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu, ĐBSCL là một trong những đồng bằng rủi ro bậc nhất thế giới và chịu ảnh hưởng nhiều nhất của nước biến dâng và biến đổi khí hậu.
Vì vậy, nhiều dự án đã nghiên cứu về cơ chế thủy động lực học và sự phổ biến của xâm nhập mặn trên hệ thống sông ở ĐBSCL, ví dụ có nghiên cứu năm 2008 đưa ra hai kịch bản dự đoán trung hạn (đến năm 2030) và dài hạn (đến năm 2090) ở ĐBSCL từ tháng 12 đến tháng 6, cho thấy có thể nước mặn xâm nhập vào lần lượt 10 km và 20 km trên các nhánh chính; có nghiên cứu năm 2016 sử dụng mô hình MIKE 11 tính toán các kịch bản 2015–2100 cho thấy nồng độ mặn tăng từ 1,2 % đến 1,4 % năm 2030, từ 4,2 % đến 5,1 % năm 2050 và từ 7,7 % đến 10 % năm 2080; một nghiên cứu năm 2023 dự đoán những thay đổi về độ mặn ở sông Cổ Chiên và sông Hậu ở Trà Vinh, tăng từ 4 đến 21% và 3 đến 29%.
Tuy vậy các nghiên cứu này chưa đi sâu vào xem xét mối tương quan giữa quá trình xâm nhập mặn và những thay đổi về thủy động lực học của hệ thống sông ở đồng bằng. Do đó, nhóm nhà nghiên cứu ở ĐH Xây dựng Hà Nội đã thực hiện nghiên cứu về tác động tiềm năng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu lên những thay đổi thủy động lực học và quá trình xâm nhập mặn cũng như ảnh hưởng của cơ chế thủy động lực học lên quá trình xâm nhập mặn mùa khô ở ĐBSCL. Họ áp dụng mô hình số hai chiều để tìm hiểu về những thay đổi theo không gian và thời gian của cả cơ chế thủy động lực học và xâm nhập mặn.
Nghiên cứu này lựa chọn sự xâm nhập mặn trong suốt mùa khô năm 2020 như một kịch bản nền, trong khi mực nước biển dâng dự đoán ở vùng duyên hải ĐBSCL ở mức từ 22 cm đến 26 cm vào năm 2050, dựa theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.
Những thay đổi theo không gian và thời gian
Các mô hình số sử dụng dữ liệu sóng, dòng chảy và mực nước đo đạc được tại các trạm ở An Thuận, Bình Đại, Vũng Tàu, Bến Trai, Trần Đề và Vàm Kênh cũng như dữ liệu độ mặn tại An Thuận, Bình Đại, Trần Đề và Vàm Kênh vào tháng 2/2020. Các mô hình tính toán cho thấy, đặc điểm sóng của kịch bản nền mùa khô năm 2020 là lan truyền theo hướng đông bắc, chiều cao sóng xa bờ hơn 2,6 m nhưng suy giảm nhanh chóng khi tiến vào gần đất liền và cửa sông, từ 0,2 m đến 0,6 m. Tuy nhiên chiều cao sóng ở các cửa sông đều khác nhau, trong đó độ cao lớn nhất là bên trong cửa Hàm Luông, thấp nhất ở cửa Ba Lại, chủ yếu là do hình thái của các cửa sông.
Sự phân bố về địa lý của chiều cao sóng ở vùng ven biển và cửa sông chủ yếu gia tăng ở mọi địa điểm trong đó chiều cao sóng của kịch bản nước biển dâng RCP4.5 tăng 1,48 đến 5,09 % so với 0,5 đến 3,1 cm của kịch bản năm 2020. Trên các sông ngòi kênh rạch đổ ra cửa biển, chiều cao sóng gia tăng từ 1,15 m đến 1,69 m, tăng 1,29 đến 2,58 % kịch bản nền. Tương tự, ở kịch bản RCP 8.5, phạm vi chiều cao sóng từ 0,21 m đến 0,47 m ở cửa sông (tăng 1,79 % đến 6,21 % so với kịch bản 2020), từ 1,16 m đến 1,71 m ở sông ngòi kênh rạch đổ ra cửa sông (tăng từ 1,56 % đến 3,13 % so với kịch bản năm 2020).
Tác động của mực nước biển dâng lên đặc điểm sóng đã được các nhà nghiên cứu tính toán, đặc biệt quanh các vùng cửa sông và duyên hải. Cụ thể, chiều cao sóng nhìn chung gia tăng tại mọi địa điểm nơi nó xuất hiện. Sự mở rộng của các mức chiều cao sóng khác nhau ở khắp các khu vực nghiên cứu. Các vùng duyên hải chứng kiến sự gia tăng chiều cao sóng một cách bền vững. Với kịch bản RCP4.5, chiều cao sóng bên trong các cửa sông ở phạm vi từ 0,20 m đến 0,46 m, tương đương với việc tăng 1,48 đến 5,09 % so với kịch bản năm 2020. Tại các sông ngòi kênh rạch đổ ra cửa sông, chiều cao song gia tăng từ 1,15 m đến 1,69 m, tăng 1,29 đến 2,58 % so với kịch bản 2020. Ở vùng ngoài xa cửa sông, chiều cao sóng từ 1,81 m đến 2,17 m, gia tăng 0,07 đến 0,16 % so với kịch bản năm 2020. Với kịch bản RCP 8.5, phạm vi chiều cao sóng từ 0,21 m đến 0,47 m ở vùng cửa sông (tăng từ 1,79 % đến 6,21 % so với kịch bản năm 2020), từ 1,16 m đến 1,71 m ở vùng kênh rạch sông ngòi đổ ra biển (tăng 1,56 % đến 3,13 % so với kịch bản năm 2020).
Trường sóng của kịch bản RCP 4.5 năm 2100 cho thấy các sóng cao sẽ tập trung vào vùng duyên hải từ cửa sông Cổ Chiên đến Cửa Đại. Thêm vào đó, khi so sánh các kịch bản tháng 2/2100) và tháng 2/2050, có thể thấy sự gia tăng của mực nước biển dâng gần gấp 2,5 lần, các kịch bản khác cho thấy tăng gấp 3,5 lần.
Xâm nhập mặn vẫn chịu tác động nhiều của dòng chảy thượng nguồn
Các nhà nghiên cứu cho biết, trường dòng chảy trong khu vực nghiên cứu phụ thuộc một cách đáng kể với lưu lượng thượng nguồn, dao động thủy triều và sóng trong mùa mưa. Trong kịch bản 2020, trường dòng chảy có tốc độ lớn nhất là trên sông Hậu và Hàm Luông trong khi Cổ Chiên và sông Tiền có tốc độ nhỏ nhất. Tốc độ trung bình thấp nhất là tại cửa sông Cổ Chiên 0,27 m/s còn tại sông Hậu và Hàm Luông là 0,4 m/s. Tốc độ dòng chảy có xu hướng giảm xuống khi ra đến cửa sông.
Kết quả mô hình chỉ dấu phân bố không gian của tốc độ dòng chảy tại các trạm quan trắc khác biệt với các kịch bản của các nhà nghiên cứu. Trong trường hợp nước biển dâng lên 14 cm, tốc độ cao vẫn chủ yếu ở thượng nguồn và cửa sông trong khi tốc độ thấp là ở hạ nguồn và cửa sông. Tương tự, các kênh rạch sông ngòi bên ngoài cửa sông cũng giảm xuống từ 0,64 % đến 2,65 %, tương đương 0.3 đến 0,9 cm/s. Tuy nhiên, các điểm ngoài cửa sông lại gia tăng khi tốc độ dòng chảy tăng nhẹ ở khu vực cửa sông, từ 0,3 % đến 1,3 %, tương đương 0,1 đến 0,5 cm/s. Điều này chỉ dấu rằng tốc độ trung bình trên sông, các kênh rạch sông ngòi chảy ra cửa sông và cả khu vực ngoài cửa sông đều sẽ giảm xuống.
Tuy nhiên, trường tốc độ sẽ thay đổi khi mực nước biển dâng lớn hơn vào năm 2100 với 42 cm. Các nhà nghiên cứu cho rằng sở dĩ có hiện tượng này là do một lượng nước đáng kể từ biển đổ vào các cửa sông, dẫn đến thủy triều và mực nước biển dâng tăng lên.
Khi tính toán đến tác động của lưu lượng thượng nguồn và mực nước biển lên các điều kiện dòng chảy, các nhà nghiên cứu cho biết, trường vận tốc thay đổi rõ ràng và khác nhau khi dòng chảy thượng nguồn suy giảm. Cụ thể khi mực nước biển dâng tăng lên 14 cm kết hợp với những thay đổi của lưu lượng thượng nguồn, tốc độ trung bình đều có xu hướng suy giảm, từ 4,45 % đến 23,66 % so với kịch bản năm 2020. Dẫu vậy các kênh rạch sông ngòi ngoài cửa sông và điểm ngoài cửa sông có giảm nhẹ hoặc không thay đổi so với kịch bản năm 2020. Trong tác động của mực nước biển dâng và giảm lưu lượng thượng nguồn, xu hướng này khiến cho vận tốc dòng chảy không thay đổi.
Xu hướng suy giảm trong vận tốc trung bình tiếp tục lấn át khi mực nước biển dâng tăng 42 cm kết hợp với sự suy giảm lưu lượng thượng nguồn vào năm 2100, đặc biệt ở vùng cửa sông Hàm Luông và sông Cổ Chiên. Thêm vào đó, phần lớn các điểm trên kênh rạch, sông ngòi đổ ra cửa sông đều suy giảm nhẹ về vận tốc từ 2,28 % đến 7,61 %.
Theo dữ liệu thống kê, hạn hán và xâm nhập mặn ở mùa khô 2019–2020 khốc liệt hơn so với mùa khô 2016, trong đó mặn hóa 4 g/l xuất hiện gần 60 km dọc sông Hàm Luôn, sâu hơn mọi năm 24 km. Nguyên nhân là do tốc độ dòng chảy suy giảm nhanh chóng và rơi xuống mức thấp, thậm chí thấp hơn cả mùa khô 2015–2016 (năm kỷ lục về xâm nhập mặn trong lịch sử).
Mô hình số cho thấy xâm nhập mặn mạnh nhất và sâu nhất trong đất liền xuất hiện ở sông Hàm Luông, độ mặn trung bình trong mô phỏng thấp nhất là sông Hậu. Độ dài của xâm nhập mặn trên các con sông chính là khoảng cách từ cửa sông đến vị trí thượng nguồn với độ mặn trung bình của mặt cắt. Ở sông Hậu, độ dài xâm nhập mặn từ cửa Định An là 13,5 km và khoảng 23,3 km từ cửa Trần Đề, tại cửa Cung Hầu – Cổ Chiên dài 27,4 km còn từ cửa sông Hàm Luông là 57 km. Nguyên nhân của xâm nhập mặn sâu hơn ở sông Hàm Luông, thêm vào sự suy giảm của lưu lượng thượng nguồn, có thể là do sự lan truyền độ cao sóng vào đến cửa sông, dẫn đến dòng chảy nước mặn thay thế nước ngọt.
Về tác động của mực nước biển dâng lên tình trạng xâm nhập mặn, nghiên cứu đã mô phỏng những thay đổi độ mặn theo không gian trong cửa sông và vùng thượng nguồn theo các kịch bản khác nhau để tìm manh mối.
Kết quả cho thấy, độ mặn trung bình trên sông Hậu ở kịch bản thứ nhất chỉ tăng nhẹ khoảng 0,86 % đến 3,8 %, tăng 0,58 % đến 2,2 % trên sông Cổ Chiên, sông Hàm Luông sẽ tăng đáng kể, tuy nhiên tăng lớn nhất là sông Tiền từ 0,32 % đến 17,77 %. Trong trường hợp mực nước biển dâng lên 17 cm, hầu hết độ mặn trên các sông đều thay đổi, ngoại trừ sông Hậu do tốc độ dòng chảy đủ lớn để ngăn thủy triều mang nước mặn xâm nhập vào sâu và mực nước biển dâng không đủ lớn để đưa thủy triều vào sâu trong sông. Ở các sông Tiền, Đại, Hàm Luông và Cổ Chiên, nước mặn đủ sức xâm nhập vào 700 m, 300 m, 400 m và 4 km và độ mặn cao nhất là trên sông Cổ Chiên với khoảng 3,21 % đến 24,09 % do độ dài xâm nhập mặn lớn nhất.
Khi xét đến tác động của cả mực nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn lên tình trạng xâm nhập mặn, các nhà nghiên cứu cho biết quá trình này dĩ nhiên chịu ảnh hưởng của nước biển dâng nhưng chịu ảnh hưởng lớn hơn của thay đổi về lưu lượng nước thượng nguồn. Theo các kịch bản tương lai, sự phân bố theo không gian của độ mặn trung bình dưới tác động của cả hai yếu tố này cho thấy độ mặn đã lan truyền sâu vào hệ thống sông. Độ mặn trung bình của các cửa sông đều lớn hơn so với kịch bản năm 2020 ở mức 13,73 % đến 86,21 %. Thêm vào đó có sự gia tăng độ mặn trên sông, tăng 43,6 % đến 626 % so với kịch bản năm 2020, trong đó cao nhất là trên sông Hàm Luông.
Nhìn tổng thể các tác động này, các nhà nghiên cứu cho biết, thứ nhất sóng theo hướng Đông – Đông Bắc chủ yếu ở vùng duyên hải từ cửa Đại đến cửa Cổ Chiên và do đó, xuất hiện cao nhất ở cửa sông Hàm Luông. Đây là nguyên nhân chủ yếu giải thích vì sao xâm nhập mặn lại sâu hơn trong đất liền và là nguyên nhân khiến sông Hàm Luông mặn cao hơn các sông khác trong mùa khô năm 2020.
Thứ hai, mực nước biển dâng liên quan đến thay đổi trường sóng, cơ chế dòng chảy và quá trình xâm hập mặn hạ nguồn ĐBSCL, bởi nó liên quan đến sự gia tăng chiều cao sóng bên ngoài cửa sông và các kênh rạch đổ ra cửa sông. Mực nước biển dâng gia tăng cũng làm suy giảm tốc độ trung bình của dòng chảy trên lưu vực sông, qua đó làm gia tăng độ mặn của sông.
Thứ ba, sự suy giảm của lưu lượng nước thượng nguồn ảnh hưởng đến cơ chế dòng chảy và quá trình xâm hập mặn hạ nguồn ĐBSCL. Tốc độ dòng chảy trên sông suy giảm nhiều nhất 23,66 % trong số các kịch bản tương lai. Sự suy giảm lượng nước chảy từ thượng nguồn sông làm xấu đi nghiêm trọng vấn đề xâm nhập mặn ở hạ nguồn. Các độ mặn trên sông có thể phụ thuộc vào nơi nào dòng chảy suy giảm và các vùng cửa sông sẽ là những nơi mặn nhất trên sông.
Do đó, công trình nghiên cứu này làm gia tăng hiểu biết của chúng ta về tác động của những thay đổi thủy động lực học lên tình trạng xâm nhập mặn và xói lở bờ sông đang ngày một đáng lo ngại ở ĐBSCL.
Kết quả được trình bày trong bài báo “Simulation of hydrodynamic changes and salinity intrusion in the lower Vietnamese Mekong Delta under climate change-induced sea level rise and upstream river discharge”, xuất bản trên tạp chí Regional Studies in Marine Science.
Anh Vũ
