Nghiên cứu giải bài toán xâm nhập mặn trên các lưu vực sông

Các nhà khoa học Viện Khoa học tài nguyên nước vừa hoàn thành nghiên cứu đánh giá nguồn nước mặt và dự báo xâm nhập mặn tại lưu vực sông Cauto (Cuba). Kết quả đột phá này cho thấy sức mạnh của khoa học dữ liệu và khẳng định dấu ấn của đội ngũ chuyên gia Việt Nam trong quản lý tài nguyên nước quốc tế.

Chủ Nhật, ngày 23/11/2025 - 16:10

Lưu vực sông Cauto (Cộng hòa Cuba). (Ảnh: TL)

Nâng cao sản xuất, cải thiện cấp nước cho người dân

Lưu vực sông Cauto – dòng sông dài nhất và có ý nghĩa rất lớn đối với an ninh lương thực quốc gia của Cuba đang đối mặt với những thách thức chưa từng có do tác động kép của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội. Với chiều dài hơn 340 km, bắt nguồn từ dãy Sierra Maestra và chảy qua bốn tỉnh trọng điểm nông nghiệp là Granma, Holguin, Santiago de Cuba và Las Tunas, lưu vực này cung cấp nước tưới và sinh hoạt cho khoảng 10% dân số cả nước. Tuy nhiên, trong những thập kỷ gần đây, khu vực này liên tục trải qua các đợt hạn hán nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 hàng năm. Dù có lượng mưa trung bình lên tới 1.200 mm mỗi năm, hệ thống lưu trữ và phân phối nước xuống cấp khiến vùng này thường xuyên lâm vào tình trạng thiếu nước trầm trọng.

Trong bối cảnh dữ liệu đo đạc khí tượng tại Cuba còn rất hạn chế, nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Trần Anh Phương và Thạc sĩ Trần Bảo Chung, Viện Khoa học tài nguyên nước, Bộ Tài nguyên và Môi trường (nay là Bộ Nông nghiệp và Môi trường) đã thực hiện “Nghiên cứu hiện trạng nguồn nước mặt và dự báo xâm nhập mặn tại lưu vực sông Cauto làm cơ sở đề xuất các giải pháp tăng cường sản xuất lúa gạo và cải thiện cấp nước cho người dân”, mã số NĐT.100.CU/21. Nhiệm vụ được triển khai trong khuôn khổ Nghị định thư hợp tác với Cuba. Kinh phí nhiệm vụ được tài trợ thông qua Văn phòng các Chương trình khoa học và công nghệ quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ (nay là Quỹ Phát triển khoa học và và công nghệ Quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ).

Nhiệm vụ ứng dụng nguồn dữ liệu mưa vệ tinh CHIRPS với độ phân giải cao, kết hợp hiệu chỉnh bằng số liệu từ các trạm đo tại chỗ, để phân tích đặc điểm hạn hán trong không gian và thời gian trên toàn lưu vực. Bằng cách tính toán chỉ số hạn hán (SPI) ở ba tháng thời gian 3, 6 và 9 tháng trong giai đoạn 1981–2023, nhóm nghiên cứu đã xác định rõ chu kỳ, cường độ và phạm vi ảnh hưởng của các đợt hạn.

Kết quả cho thấy tần suất hạn hán trung bình trong toàn vùng dao động từ 15 đến 17% tổng thời gian, trong đó các đợt hạn nghiêm trọng nhất xảy ra vào các năm 1988, 1992, 1998 và đặc biệt là năm 2004–2005 với chỉ số SPI xuống dưới -2, phản ánh điều kiện khô hạn cực đoan.

Điều đáng lưu ý là hạn hán không chỉ diễn ra thường xuyên mà còn có xu hướng gia tăng mức độ nghiêm trọng vào mùa khô. Phân tích thống kê bằng phương pháp Mann - Kendall cho thấy có dấu hiệu giảm dần của chỉ số SPI trong các tháng mùa khô, trong khi các tháng mùa mưa có xu hướng ẩm hơn - một minh chứng rõ rệt cho sự thay đổi của chế độ mưa dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu.

Không chỉ dừng lại ở nhận diện các đợt hạn, nhóm nghiên cứu còn phân tích sâu sắc về sự khác biệt theo địa hình, trong đó các khu vực đồng bằng ở hạ lưu chịu hạn kéo dài và cường độ cao hơn đáng kể so với vùng đồi núi phía thượng nguồn.

Để có cái nhìn toàn diện hơn về hiện trạng tài nguyên nước, nhóm tác giả đã phát triển một mô hình tích hợp giữa SWAT (mô phỏng thủy văn) và WEAP (phân bổ nguồn nước) nhằm đánh giá đầy đủ chu trình cung - cầu - cân bằng nước trên toàn lưu vực, cả trong hiện tại và theo kịch bản đến năm 2050.

Các kết quả mô phỏng cho thấy tổng nhu cầu sử dụng nước hiện tại của lưu vực sông Cauto khoảng 1.194 triệu mét khối mỗi năm, trong đó 96% dành cho nông nghiệp - chủ yếu là cây lúa và cây trồng cạn. Nhu cầu nước cho sinh hoạt và chăn nuôi chỉ chiếm lần lượt 3% và 1%. Tuy nhiên, đến giữa thế kỷ 21, tổng nhu cầu nước được dự báo tăng lên 1.394 triệu mét khối mỗi năm (tăng 16,6%), do diện tích canh tác mở rộng theo định hướng phát triển kinh tế nông nghiệp, trong khi dân số có xu hướng giảm nhẹ.

Đoàn công tác của Cuba do ông Javier Toledo Tapanes, Phó Chủ tịch Cơ quan Tài nguyên nước Cuba đến thăm và làm việc với Bộ Tài nguyên và Môi trường (nay là Bộ Nông nghiệp và Môi trường)

Ở chiều ngược lại, nguồn cung nước không những không tăng mà còn giảm nhẹ (khoảng 2,5%) do hiện tượng bốc hơi mạnh hơn, đặc biệt trong mùa mưa - hệ quả tất yếu của xu thế nhiệt độ tăng. Kết quả là tình trạng mất cân bằng nước ngày càng nghiêm trọng, với tổng lượng thiếu hụt tăng từ 172 triệu mét khối trong hiện tại lên tới 262 triệu mét khối vào năm 2050, tương đương mức tăng hơn 52%. Các vùng có nguy cơ thiếu nước cao nhất là tiểu lưu vực SB3 và SB12 thuộc vùng Bayamo - nơi tập trung sản xuất lúa gạo với nhu cầu nước rất lớn.

Sử dụng dữ liệu vệ tinh hiệu chỉnh, thay thế mạng lưới đo đạc thưa thớt

Trên cơ sở các kết quả này, nhóm nghiên cứu đề xuất loạt giải pháp có tính ứng dụng cao cho quản lý tài nguyên nước và thích ứng với biến đổi khí hậu tại Cuba. Trước hết, cần tiếp tục mở rộng việc sử dụng các mô hình tích hợp như SWAT–WEAP kết hợp dữ liệu vệ tinh CHIRPS, IMERG, ERA5… để xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định cho các cơ quan quản lý. Hệ thống này có thể giúp dự báo sớm hạn hán, tối ưu hóa phân bổ nước và điều chỉnh kế hoạch mùa vụ phù hợp với khả năng cung ứng thực tế theo thời gian thực. Bên cạnh đó, việc ưu tiên nước sinh hoạt và chăn nuôi trong phân bổ tài nguyên cần được đảm bảo trong mọi kịch bản. Cơ cấu cây trồng cũng cần được rà soát, hạn chế trồng các loại cây yêu cầu lượng nước lớn tại các vùng có khả năng thiếu hụt cao, đặc biệt là lúa tại các tiểu lưu vực SB3, SB12, SB4 thuộc vùng Bayamo.

Một trong những điểm nhấn đáng giá của nghiên cứu là việc sử dụng thành công dữ liệu vệ tinh hiệu chỉnh để thay thế mạng lưới đo đạc thưa thớt, từ đó mở ra hướng tiếp cận hiệu quả và chi phí thấp cho các quốc gia đang phát triển như Cuba. Những kết quả này không chỉ giúp quản lý tốt hơn tài nguyên nước của riêng Cuba, mà còn có thể áp dụng cho nhiều lưu vực sông khác trên thế giới đang đối mặt với thách thức tương tự.

Nghiên cứu mang tính đột phá này một lần nữa cho thấy tiềm năng lớn của khoa học dữ liệu và mô hình hóa trong giải quyết các vấn đề môi trường toàn cầu, đồng thời ghi nhận đóng góp nổi bật của các nhà khoa học Việt Nam trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước quốc tế.

BÍCH LIÊN