Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu lên chất lượng môi trường nước ở tứ giác long xuyên thuộc vùng đồng bằng sông cửu long thông qua một số thông số thủy lý hóa và sinh học

MỞ ĐẦU Biến đổi khí hậu đƣợc xem là vấn đề nóng hiện nay, có tác động toàn diện đến sự phát triển bền vững trên toàn thế giới. Do ảnh hƣởng của BĐKH, thiên tai trên phạm vi toàn cầu đã, đang và sẽ xảy ra với tần suất nhiều hơn, phức tạp hơn, cƣờng độ tăng mạnh hơn làm trầm trọng thêm mức độ ảnh hƣởng của thiên tai. Gần đây, các quốc gia trên thế giới luôn gắn việc bảo vệ môi trƣờng với phát triển bền vững. BĐKH trên phạm vi toàn cầu cũng đã làm thiên tai ở Việt Nam ngày càng gia tăng về số lƣợng, cƣờng độ và mức độ ảnh hƣởng, ảnh hƣởng rất lớn đến các hoạt động phát triển kinh tế xã hội. Trƣớc thực trạng trên, hiện nay, những công trình nghiên cứu liên quan đến BĐKH và nƣớc biển dâng trong nƣớc và trên thế giới hình thành hai xu hƣớng rõ nét: (i) Các nghiên cứu khoa học cơ bản: tập trung nghiên cứu bản chất, nguyên nhân của BĐKH và nƣớc biển dâng; (ii) Các nghiên cứu khoa học kỹ thuật: tập trung tìm các giải pháp, các ứng dụng khoa học công nghệ để ứng phó với BĐKH và nƣớc biển dâng. Mặt khác, các nghiên cứu còn tập trung trong việc tìm kiếm các nguồn năng lƣợng thay thế mới hay xây dựng mô hình, kịch bản, các diễn biến của BĐKH và nƣớc biển dâng đối với sản xuất, sức khỏe cộng đồng, an ninh lƣơng thực… Một số nghiên cứu đã đi sâu nghiên cứu ảnh hƣởng của BĐKH và nƣớc biển dâng với tài nguyên nƣớc. Mức độ biểu hiện của BĐKH ngày càng đƣợc nhìn nhận rõ ràng hơn qua các bằng chứng nghiên cứu, bên cạnh đó, các tác động của BĐKH đến môi trƣờng đã đƣợc ghi nhận trong nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên, chƣa có những nghiên cứu tập trung vào những tác động của BĐKH đến môi trƣờng nói chung và chất lƣợng môi trƣờng nƣớc nói riêng tại Việt Nam. Nhiều yếu tố khí tƣợng thủy văn ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc, điển hình là nhiệt độ không khí, lƣợng mƣa. Hiệu ứng thay đổi chất lƣợng nƣớc xảy ra một cách trực tiếp từ những thay đổi nhiệt độ nƣớc hoặc gián tiếp thông qua ô nhiễm nhiệt. Thay đổi nhiệt độ nƣớc có thể trực tiếp ảnh hƣởng đến các thông số chất lƣợng nƣớc bao gồm hàm lƣợng oxy hòa tan, độ dẫn điện, pH, tổng hàm lƣợng Ni tơ, tổng hàm lƣợng Phốt pho trong nƣớc. 2 Với mục tiêu đánh giá tác động của BĐKH đến chất lƣợng môi trƣờng nƣớc khu vực Tứ Giác Long Xuyên (thuộc vùng ĐBSCL), đề tài này sẽ là cơ sở đánh giá sơ bộ mức độ ảnh hƣởng trên. Đề tài đƣa ra kết quả khảo sát về mức độ ảnh hƣởng của BĐKH đến môi trƣờng nƣớc dựa trên sự tƣơng quan giữa khí tƣợng và chất lƣợng nƣớc, và khảo sát về sự biến động về sức khỏe sinh thái thủy vực tại 2 trạm nghiên cứu tại Châu Đốc và Cần Thơ trên sông Mê Kông, nơi sinh sống của hệ sinh vật thủy sinh, và nguồn cung cấp dinh dƣỡng cũng nhƣ kế sinh nhai cho cộng đồng dân cƣ của vùng. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. BĐKH và những biểu hiện của BĐKH BĐKH là khái niệm đƣợc IPCC (Ủy ban liên chính phủ về BĐKH) sử dụng đề cập đến bất kỳ thay đổi khí hậu theo thời gian, cho dù là do biến đổi tự nhiên hoặc là kết quả của hoạt động của con ngƣời. Trong Công ƣớc khung về BĐKH, BĐKH là sự thay đổi của khí hậu do hoạt động của con ngƣời tác động trực tiếp hoặc gián tiếp, làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu khi so sánh với khí hậu tự nhiên theo thời gian (Mc Carthy và cộng sự, 2001) 77. Bằng chứng quan sát cho thấy rằng, những thay đổi khí hậu trong khu vực, đặc biệt là sự tăng nhiệt độ, đã bị ảnh hƣởng bởi một tập hợp đa dạng của các hệ thống vật lý và sinh học ở nhiều nơi trên thế giới. 97 Bằng chứng về thế giới đang nóng lên đƣợc đánh giá qua nhiều chỉ số khí hậu độc lập, từ những tầng khí quyển đến vùng sâu trong đại dƣơng. Chúng bao gồm những thay đổi nhiệt độ trên bề mặt không khí và đại dƣơng, sông băng, tuyết phủ, khối băng trên biển, mực nƣớc biển và hơi nƣớc trong khí quyển. Các nhà khoa học trên toàn thế giới đã nhiều lần xác nhận những bằng chứng này một cách độc lập. Khẳng định thế giới đã ấm lên kể từ thế kỷ 19 là rõ ràng. 58 Sự ấm lên của khí hậu thƣờng xuất phát từ những kết quả đo đạc về nhiệt độ từ các trạm thời tiết trên trái đất. Những số liệu đo đạc đƣợc là rất quan trọng, nhƣng chúng chỉ đại diện cho một chỉ số thay đổi trong hệ thống khí hậu. Bằng chứng rộng hơn cho một thế giới đang ấm lên bắt nguồn từ một loạt các phép đo vật lý độc lập về các yếu tố của hệ thống khí hậu của nhiều trạm khác nhau, có mối liên kết chặt chẽ với nhau. Sự tăng nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu là chỉ số phổ dụng nhất về BĐKH. Mặc dù mỗi năm và thậm chí mỗi thập kỷ, nhiệt độ bề mặt toàn cầu luôn ấm hơn so với trƣớc, nhƣng nó đang ấm lên đáng kể kể từ năm 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Dương Thị Phương Nga

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LÊN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ở TỨ GIÁC LONG XUYÊN THUỘC VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG THÔNG QUA MỘT SỐ THÔNG SỐ THỦY LÝ HÓA VÀ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Dương Thị Phương Nga

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LÊN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ở TỨ GIÁC LONG XUYÊN THUỘC VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG THÔNG QUA MỘT SỐ THÔNG SỐ THỦY LÝ HÓA VÀ SINH HỌC

Chuyên ngành: Sinh thái học

Mã số: 60.42.01.20

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN XUÂN HUẤN

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Xuân Huấn, người thầy luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này

Tôi xin cảm ơn toàn thể thầy cô và cán bộ trong Bộ môn Động vật có xương sống, Phòng Sinh thái học và Sinh học Môi trường - Khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, hoàn thiện luận văn cũng như các công tác hành chính trong quá trình nghiên cứu tại Khoa

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình cùng những bạn bè, đồng nghiệp đã luôn tạo điều kiện, động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2014

Người thực hiện

Dương Thị Phương Nga

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DO (dissolve oxygen) Oxy hòa tan

DOC (dissolved organic carbon) Cac bon hữu cơ hòa tan

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 BĐKH và những biểu hiện của BĐKH 3

1.1.1 BĐKH tại Châu Âu 8

1.1.2 BĐKH ở Đông Bắc Á 10

1.1.3 BĐKH tại Việt Nam 12

1.2 Tác động của các nhân tố khí tượng đến môi trường nước 15

1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến chất lượng môi trường nước 21

1.2.2 Ảnh hưởng của lượng mưa đến chất lượng môi trường nước 23

1.2.3 Ảnh hưởng của BĐKH đến hệ sinh thái nước ngọt 25

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Vị trí nghiên cứu 31

2.2 Thời gian nghiên cứu và các thông số đưa vào tính toán hệ số tương quan 32

2.2.1 Thông số khí tượng 33

2.2.2 Thông số chất lượng nước 33

2.2.3 Chỉ số đa dạng sinh học Margalef 34

2.3 Phương pháp tính toán 34

2.3.1 Đánh giá biến động chất lượng nước và biến động về khí tượng 34

2.3.2 Tính toán hệ số tương quan giữa các thông số 35

2.3.3 Giám sát chất lượng nước thông qua kết quả quan trắc sinh học 37

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Điều kiện tự nhiên và chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu 39

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 39

3.1.2 Chất lượng nước LVS Mê Kông và những tác động đến quá trình sinh hóa lưu vực sông 45

3.2 Biến động về các yếu tố khí tượng tại 2 trạm nghiên cứu 50

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến môi trường nước dựa trên sự tương quan

giữa thông số khí tượng và chất lượng nước 52

3.3.1 Tương quan tuyến tính giữa từng cặp thông số 52

3.3.2 Tương quan tuyến tính đa biến giữa nhóm thông số khí tượng-thủy văn và từng thông số chất lượng môi trường nước 64

3.3.3 Biến động chất lượng nước thông qua kết quả giám sát sức khỏe sinh thái tại 2 khu vực nghiên cứu 66

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 71

KẾT LUẬN 71

KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Diễn biến mức độ sai lệch nhiệt độ ở các châu lục qua các năm 6

Bảng 2 Những tác động từ BĐKH đến môi trường nước 18

Bảng 3 Tác động tiềm năng của BĐKH trên những hồ cạn liên quan đến các loài đích, các loài bị thiệt hại, các loài xâm lấn, độ trong của nước, sức chứa và độ ĐDSH 26

Bảng 4 Quy ước chung về ý nghĩa của hệ số tương quan 36

Bảng 5 So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ ĐDSH 38

Bảng 6 Phân loại mức độ ô nhiễm theo chỉ số Margalef (D) 38

Bảng 7 Xu thế thay đổi khí hậu và các thiên tai khác ở ĐBSCL 42

Bảng 8 Hệ số tương quan tuyến tính giữa các cặp thông số khí tượng và chất lượng nước tại trạm Châu Đốc 53

Bảng 9 Hệ số tương quan giữa các thông số khí tượng và chất lượng nước tại trạm Cần Thơ 54

Bảng 10 Tương quan tuyến tính đa biến giữa nhóm thông số khí tượng và từng thông số chất lượng nước tại trạm Châu Đốc và trạm Cần Thơ 65

Bảng 11 Chỉ số đa dạng sinh học Margalef tại 2 khu vực nghiên cứu 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Xu hướng nhiệt độ trung bình toàn cầu theo số liệu giám sát từ 1860 đến

2000 4 Hình 2 Biến động một số chỉ số độc lập khi khí hậu toàn cầu thay đổi 5 Hình 3 Biến động lượng mưa trung bình hàng năm theo dõi trên bốn dải vĩ độ và toàn cầu giai đoạn 1981-2000 7 Hình 4 Xu hướng nhiệt độ nước trung bình ở sông Rhine (1909-2006), sông Danube (1901-1998), Hồ Võrtsjärv (1947-2006) và nhiệt độ nước vào tháng 8 ở hồ Salmaa, Phần Lan (1924-2000) 8 Hình 5 Biến động nhiệt độ ở 63 vị trí ghi nhận được tại Anh và xứ Wales giai đoạn 1990-2006 10 Hình 6 Vị trí các điểm nghiên cứu tại khu vực Tứ Giác Tứ Xuyên 32 Hình 7 Phân bố các dạng đất của Lưu vực sông Mê Kông 40 Hình 8 Diễn biến hàm lượng Phốt pho tổng trong nước tại 2 trạm (a) Châu Đốc, (b) Cần Thơ trong giai đoạn 1985-2010 46 Hình 9 Diễn biến hàm lượng Ni tơ tổng trong nước tại 2 trạm (a) Cần Thơ, (b) Châu Đốc trong giai đoạn 1985-2010 47 Hình 10 Diễn biến nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nước tại 2 trạm quan trắc (a) Châu Đốc và (b) Cần Thơ giai đoạn 1985-2010 48 Hình 11 Diễn biến độ pH trong nước tại 2 trạm quan trắc (a) Châu Đốc và (b) Cần Thơ giai đoạn 1985-2010 49 Hình 12 Dao động nhiệt độ theo thời gian từ 1985-2010 tại 2 trạm khí tượng Châu Đốc và Cần Thơ 50 Hình 13 Biến động về lượng mưa tại (a) Châu Đốc và (b) Cần Thơ giai đoạn 1985-

2010 51 Hình 14 Tương quan giữa nhiệt độ không khí và pH (a) tại Châu Đốc vào mùa mưa (tháng 2-T2) và mùa khô (tháng 8-T8), (b) tại Cần Thơ vào mùa mưa (tháng 3–T3) và mùa khô (tháng 11-T11) 56 Hình 15 Tương quan giữa DO và nhiệt độ không khí (a) tại Châu Đốc vào mùa khô (tháng 7-T7) và mùa mưa (tháng 11-T11); (b) tại Cần Thơ vào mùa khô (tháng 5-T5) và mùa mưa (tháng 2-T2) 57

Hình 16 Tương quan giữa hàm lượng DO và lượng mưa (a) tại Châu Đốc vào mùa mưa (tháng 9); (b) tại Cần Thơ vào mùa khô (tháng 2) 60 Hình 17 Tương quan giữa độ dẫn và lượng mưa (a) tại Châu Đốc vào mùa mưa (tháng 6); (b) tại Cần Thơ vào mùa khô (tháng 3) 61 Hình 18 Tương quan giữa lượng mưa và hàm lượng chất dinh dưỡng vào mùa khô (a) giữa lượng mưa và hàm lượng Ni tơ tổng (TOTN) tại Châu Đốc (tháng 12); (b) giữa lượng mưa và hàm lượng Phốt pho tổng (TOTP) tại Cần Thơ (tháng 2) 62 Hình 19 Tương quan giữa thông số nhiệt độ và hàm lượng chất dinh dưỡng vào mùa mưa (a) tương quan giữa hàm lượng Ni tơ tổng (TOTN) và nhiệt độ tại Châu Đốc (tháng 9); (b) tương quan giữa hàm lượng Phốt pho tổng (TOTP) và nhiệt độ tại Cần Thơ (tháng 2) 63 Hình 20 Biến động về chỉ số đa dạng sinh học Margalef (D) tại 2 trạm nghiên cứu giai đoạn 2006-2010 69

MỞ ĐẦU

Biến đổi khí hậu được xem là vấn đề nóng hiện nay, có tác động toàn diện đến sự phát triển bền vững trên toàn thế giới Do ảnh hưởng của BĐKH, thiên tai trên phạm vi toàn cầu đã, đang và sẽ xảy ra với tần suất nhiều hơn, phức tạp hơn, cường độ tăng mạnh hơn làm trầm trọng thêm mức độ ảnh hưởng của thiên tai Gần đây, các quốc gia trên thế giới luôn gắn việc bảo vệ môi trường với phát triển bền vững BĐKH trên phạm vi toàn cầu cũng đã làm thiên tai ở Việt Nam ngày càng gia tăng về số lượng, cường độ và mức độ ảnh hưởng, ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt

động phát triển kinh tế xã hội

Trước thực trạng trên, hiện nay, những công trình nghiên cứu liên quan đến BĐKH và nước biển dâng trong nước và trên thế giới hình thành hai xu hướng rõ nét: (i) Các nghiên cứu khoa học cơ bản: tập trung nghiên cứu bản chất, nguyên nhân của BĐKH và nước biển dâng; (ii) Các nghiên cứu khoa học kỹ thuật: tập trung tìm các giải pháp, các ứng dụng khoa học công nghệ để ứng phó với BĐKH

và nước biển dâng Mặt khác, các nghiên cứu còn tập trung trong việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế mới hay xây dựng mô hình, kịch bản, các diễn biến của BĐKH và nước biển dâng đối với sản xuất, sức khỏe cộng đồng, an ninh lương thực… Một số nghiên cứu đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH và nước biển dâng với tài nguyên nước Mức độ biểu hiện của BĐKH ngày càng được nhìn nhận

rõ ràng hơn qua các bằng chứng nghiên cứu, bên cạnh đó, các tác động của BĐKH đến môi trường đã được ghi nhận trong nhiều nghiên cứu Tuy nhiên, chưa có những nghiên cứu tập trung vào những tác động của BĐKH đến môi trường nói chung và chất lượng môi trường nước nói riêng tại Việt Nam

Nhiều yếu tố khí tượng thủy văn ảnh hưởng đến chất lượng nước, điển hình

là nhiệt độ không khí, lượng mưa Hiệu ứng thay đổi chất lượng nước xảy ra một cách trực tiếp từ những thay đổi nhiệt độ nước hoặc gián tiếp thông qua ô nhiễm nhiệt Thay đổi nhiệt độ nước có thể trực tiếp ảnh hưởng đến các thông số chất lượng nước bao gồm hàm lượng oxy hòa tan, độ dẫn điện, pH, tổng hàm lượng Ni

tơ, tổng hàm lượng Phốt pho trong nước

Với mục tiêu đánh giá tác động của BĐKH đến chất lượng môi trường nước khu vực Tứ Giác Long Xuyên (thuộc vùng ĐBSCL), đề tài này sẽ là cơ sở đánh giá

sơ bộ mức độ ảnh hưởng trên Đề tài đưa ra kết quả khảo sát về mức độ ảnh hưởng của BĐKH đến môi trường nước dựa trên sự tương quan giữa khí tượng và chất lượng nước, và khảo sát về sự biến động về sức khỏe sinh thái thủy vực tại 2 trạm nghiên cứu tại Châu Đốc và Cần Thơ trên sông Mê Kông, nơi sinh sống của hệ sinh vật thủy sinh, và nguồn cung cấp dinh dưỡng cũng như kế sinh nhai cho cộng đồng dân cư của vùng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 BĐKH và những biểu hiện của BĐKH

BĐKH là khái niệm được IPCC (Ủy ban liên chính phủ về BĐKH) sử dụng

đề cập đến bất kỳ thay đổi khí hậu theo thời gian, cho dù là do biến đổi tự nhiên hoặc là kết quả của hoạt động của con người Trong Công ước khung về BĐKH, BĐKH là sự thay đổi của khí hậu do hoạt động của con người tác động trực tiếp hoặc gián tiếp, làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu khi so sánh với khí hậu tự nhiên theo thời gian (Mc Carthy và cộng sự, 2001) [77] Bằng chứng quan sát cho thấy rằng, những thay đổi khí hậu trong khu vực, đặc biệt là sự tăng nhiệt

độ, đã bị ảnh hưởng bởi một tập hợp đa dạng của các hệ thống vật lý và sinh học ở nhiều nơi trên thế giới [97]

Bằng chứng về thế giới đang nóng lên được đánh giá qua nhiều chỉ số khí hậu độc lập, từ những tầng khí quyển đến vùng sâu trong đại dương Chúng bao gồm những thay đổi nhiệt độ trên bề mặt không khí và đại dương, sông băng, tuyết phủ, khối băng trên biển, mực nước biển và hơi nước trong khí quyển Các nhà khoa học trên toàn thế giới đã nhiều lần xác nhận những bằng chứng này một cách độc lập Khẳng định thế giới đã ấm lên kể từ thế kỷ 19 là rõ ràng [58]

Sự ấm lên của khí hậu thường xuất phát từ những kết quả đo đạc về nhiệt độ từ các trạm thời tiết trên trái đất Những số liệu đo đạc được là rất quan trọng, nhưng chúng chỉ đại diện cho một chỉ số thay đổi trong hệ thống khí hậu Bằng chứng rộng hơn cho một thế giới đang ấm lên bắt nguồn từ một loạt các phép đo vật lý độc lập về các yếu tố của hệ thống khí hậu của nhiều trạm khác nhau, có mối liên kết chặt chẽ với nhau

Sự tăng nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu là chỉ số phổ dụng nhất về BĐKH Mặc dù mỗi năm và thậm chí mỗi thập kỷ, nhiệt độ bề mặt toàn cầu luôn

ấm hơn so với trước, nhưng nó đang ấm lên đáng kể kể từ năm 1900 (Hình 1)

Hình 1 Xu hướng nhiệt độ trung bình toàn cầu theo số liệu giám sát

từ 1860 đến 2000 [57]

Nhiệt độ mặt đất ấm lên tương quan chặt chẽ với xu hướng ấm lên quan sát thấy trong các đại dương Sự ấm lên trong các đại dương hay trong không khí, cũng như trên bề mặt biển đo đạc từ các nghiên cứu độc lập đều cho kết quả tương tự nhau

Khí quyển và đại dương đều ở trạng thái động, do đó sự ấm lên ở vùng bề mặt được ghi nhận rõ ràng hơn ở những vùng khí quyển thấp hơn, hay vùng sâu hơn trong các đại dương, điều này đã được xác nhận qua các bằng chứng nghiên cứu Khi các đại dương ấm lên, nước sẽ tăng thể tích, đây là một trong những nguyên nhân chính của sự dâng cao mực nước biển đã được ghi nhận trong thế kỷ qua (Hình 2)

Một thế giới ấm hơn cũng trở nên ẩm hơn, vì không khí ấm hơn có thể tích trữ nhiều hơi nước hơn Phân tích trên quy mô toàn cầu cho thấy độ ẩm hay lượng hơi nước trong khí quyển, đã tăng lên cả trên mặt đất và trong đại dương

Hình 2 Biến động một số chỉ số độc lập khi khí hậu toàn cầu thay đổi [58]

Gia tăng nhiệt độ toàn cầu là một trong những biểu hiện đầu tiên của BĐKH được nhận biết rõ rệt qua các số liệu giám sát Đường đồ thị biểu diễn xu hướng tuyến tính của chuỗi số liệu trong vòng 100 năm từ 1906-2005 cho thấy, mức tăng nhiệt độ là 0,74°C, đã cao hơn so với khoảng thời gian tương ứng (1901-2000) với mức tăng là 0,6°C Xu hướng tăng nhiệt độ trong vòng 50 năm từ 1956 – 2005 cao gần gấp đôi so với giai đoạn từ 1906 – 2005, với mức tăng 0,13°C/thập kỷ đã chứng minh tốc độ biến đổi nhiệt độ đang tăng lên Khoảng thời gian từ 1995 đến 2005 được xác nhận là giai đoạn có trung bình nền nhiệt toàn cầu cao nhất qua các năm tính từ năm 1850

Hiện tượng gia tăng nhiệt độ biểu hiện rõ rệt nhất ở các vĩ độ phía Bắc và tập trung ở các vùng sâu trong các lục địa Nhiệt độ trung bình ở khu vực Bắc bán cầu

đã tăng gần gấp đôi so với mức tăng trung bình toàn cầu trong vòng 100 năm qua và

là mức tăng cao nhất trong giai đoạn 1300 năm qua (Bảng 1)

Bảng 1 Diễn biến mức độ sai lệch nhiệt độ ở các châu lục qua các năm [57]

Xu hướng tăng nhiệt độ ở đất liền mạnh hơn so với ngoài đại dương Nhiệt

độ đại dương đã tăng đến độ sâu 3000 m, các đại dương là nơi hấp thụ 80% tổng lượng nhiệt gia tăng từ hệ thống khí hậu Tuy nhiên, mức tăng này vẫn thấp hơn so với sự gia tăng nhiệt độ bề mặt đất, cụ thể tốc độ ấm lên trên đất liền là 0,27°C/thập

kỷ so với đại dương là 0,13°C /thập kỷ

Thay đổi về lượng mưa, nhìn chung tăng trên toàn vùng 30 vĩ độ Bắc trong giai đoạn 1900-2005 nhưng xu hướng giảm chiếm ưu thế trong vùng nhiệt đới từ những năm 1970 Bộ dữ liệu lượng mưa trung bình toàn cầu trên mặt đất đã cho thấy xu hướng tuyến tính thuận từ 1900-2005 nhưng không có ý nghĩa thống kê, những giai đoạn khác 1951- 2005 và 1979-2005 cho thấy các xu hướng thuận và nghịch tùy thuộc vào tập dữ liệu

Đối với chuỗi số liệu đo đạc dài nhất (giai đoạn 1901-2008) tất cả các bộ dữ liệu cho thấy lượng mưa trung bình trên toàn cầu tăng lên, với ba trong bốn sự thay đổi có ý nghĩa thống kê Xu hướng toàn cầu trong chuỗi thời gian ngắn hơn (1951-2008) cho thấy một kết hợp của xu hướng thuận và nghịch về mặt ý nghĩa thống kê trong số bốn bộ dữ liệu (Smith và cộng sự, 2012) [101] Những sự khác biệt giữa các

tập hợp dữ liệu dài hạn cho thấy việc tăng lượng mưa toàn cầu là không chắc chắn, một phần do các vấn đề về dữ liệu trong những năm đầu của thế kỷ 20 (Wan và cộng

sự, 2013) [58,108] (Hình 3)

Hình 3 Biến động lượng mưa trung bình hàng năm theo dõi trên bốn dải vĩ độ

và toàn cầu giai đoạn 1981-2000 [58]

Tóm lại, sự thay đổi lượng mưa trung bình trên toàn cầu là thấp đối với những năm trước 1950 và ở mức trung bình vào giai đoạn sau đó do không đủ dữ liệu Bộ dữ liệu toàn cầu không đầy đủ cho thấy một xu hướng hỗn hợp (tăng và giảm) và không có ý nghĩa trong phạm vi dài hạn Hơn nữa, kết quả cho thấy sự thay đổi về lượng mưa trên đất liền kể từ năm 1900 là rất ít

Tuy nhiên, theo nhận định trong báo cáo của IPCC 2007 cho thấy, nhiều thay đổi về lượng mưa đã được quan sát thấy trong thời gian dài với xu thế tăng giảm rất khác nhau giữa các châu lục Giai đoạn 1900-2005, đã ghi nhận lượng mưa tăng đáng kể ở phía Đông của Bắc Mỹ và Nam Mỹ, Bắc Âu, Bắc Á và Trung Á, trong khi đó lại giảm mạnh ở khu vực Địa Trung Hải, phía Nam Châu Phi và một phần

Nam châu Á Trong khi đó, biến đổi lượng mưa ở khu vực châu Úc biểu hiện yếu tố địa phương rõ rệt do tác động mạnh mẽ của các hiện tượng ENSO

1.1.1 BĐKH tại Châu Âu

Xét chuỗi thời gian 100 năm qua cho thấy, nhiệt độ nước bề mặt của một số các con sông lớn và hồ chứa nước ở châu Âu đã tăng 1-3°C trong thế kỷ qua (Hình 4) (Cục môi trường châu Âu, 2008) [43] Nhiệt độ của sông Rhine tăng 3°C từ năm 1910-2006 Hai phần ba các nguyên nhân gây tăng nhiệt độ được cho là từ sự tăng cường sử dụng nước làm mát ở Đức và một phần ba từ hậu quả của BĐKH (MNP, 2006) [79] Trong sông Danube, nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 1°C trong thế

kỷ trước Sự gia tăng nhiệt độ tương tự cũng được tìm thấy trong một số hồ lớn: Hồ Võrtsjärv tại Estonia tăng 0,7°C từ năm 1947 đến năm 2006 và vào mùa hè (tháng 8), nhiệt độ nước của hồ Saimaa, Phần Lan tăng hơn 1°C trong thế kỷ qua [16]

Hình 4 Xu hướng nhiệt độ nước trung bình ở sông Rhine (1909-2006), sông Danube (1901-1998), Hồ Võrtsjärv (1947-2006) và nhiệt độ nước vào

tháng 8 ở hồ Salmaa, Phần Lan (1924-2000) [16,43]

Một số chuỗi số liệu về nhiệt độ nước trong chuỗi thời gian ngắn hơn (trong vòng 30-50 năm qua) cho thấy xu hướng tăng nhiệt độ nước trong hệ thống thủy vực nước ngọt châu Âu là 0,05-0,8°C mỗi thập kỷ

Nhiệt độ của hồ Windermere (Anh) và hồ Feeagh (Ai-len) tăng 0,7-1,4°C từ năm 1960 đến 2000 (George và Hurley, 2007) [49] Nhiệt độ nước của hồ Veluwe (Hà Lan) đã tăng hơn 1°C kể từ năm 1960 (MNP, 2006) [79] Mooij và cộng sự (2008) [81] đã mô hình hóa sự biến động nhiệt độ nước trong 3 hồ nông ở Hà Lan,

và phát hiện thấy sự gia tăng gần 2°C trong giai đoạn 1961-2006 Tăng nhiệt độ nước đã được ghi nhận tại 8 hồ ở Lithuania (Pernaravičiūt, 2004) [93] và 6 hồ tại Ba Lan (Dabrowski và cộng sự, 2004) [36] Kể từ năm 1950, nhiệt độ nước mặt trong các sông và hồ ở Thụy Sĩ đã tăng hơn 2°C (Buwal, 2004; Hari và cộng sự, 2006) [51] Trong các hồ lớn thuộc Alps, nhiệt độ nước nhìn chung tăng 0,1-0,3°C mỗi thập kỷ ở hồ Maggiore (Ambrosetti và Barbanti, 1999) [15], hồ Zürich (Livingstone, 2003) [73], hồ Constance và hồ Geneva (Anneville và cộng sự, 2005) [17]

Hồ Baikal cũng có sự gia tăng đáng kể nhiệt độ nước ở bề mặt và tại độ sâu 25m trong giai đoạn 1945-2005 (Hampton và cộng sự, 2008) [50] Cụ thể là nước

bề mặt ấm lên trung bình 0,2ºC trong 1 thập kỷ, còn ở 25 m tăng trung bình 0,12ºC

1 thập kỷ Phân tích theo mùa cho thấy, sự nóng lên trên bề mặt nước trong mùa hè dường như đã gây ra sự ấm lên của vùng nước sâu hơn vào mùa thu Sự ấm lên ở hồ Baikal là minh chứng rất quan trọng trong bối cảnh BĐKH, bởi vì đó là hồ lớn nhất thế giới, được cho là có sức chịu đựng cao nhất thế giới khi trái đất ấm lên

Các dòng suối nhỏ đã cho thấy sự gia tăng nhiệt độ cực đại trong mùa đông ở Scotland (Langan và cộng sự, 2001) [71], và đã có sự gia tăng nhiệt độ khá lớn tại các nguồn nước của Thụy Sĩ ở các độ cao khác nhau (Hari và cộng sự, 2006) [51]

Đã có hai sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ sông, trong năm 1988 và 2002, sau những thay đổi về nhiệt độ không khí Nhiệt độ nước đột ngột tăng lên có thể có ý nghĩa quan trọng đối với một số sinh vật dưới nước, nếu các loài không có khả năng thích ứng với tốc độ tương tự Hơn nữa, một nghiên cứu gần đây của Orr và cộng sự (2012) [87] về xu hướng dài hạn trong nước mặt ở Vương quốc Anh cho thấy rõ sự

biến động nhiệt độ, với nhiệt độ thường tăng cao và liên đới với những sự thay đổi dòng chảy trên khắp nước Anh và xứ Wales, như thể hiện trong Hình 5 Tuy nhiên, nhiệt độ sông cũng bị ảnh hưởng bởi dòng chảy của vùng nước ấm từ các nhà máy điện và các công trình xử lý nước thải, và nguồn nước ngầm ấm áp [90]

Hình 5 Biến động nhiệt độ ở 63 vị trí ghi nhận được tại Anh và xứ Wales

tăng lên ở nhiều nơi thuộc Đông Bắc Á, mặc dù sự khác biệt về mặt không gian gây khó khăn để rút ra kết luận chung về các xu hướng trên toàn bộ khu vực (Easterling

và cộng sự, 2000 [42]; Manton và cộng sự, 2001 [75]; Jung và cộng sự, 2002 [62]; Cruz và cộng sự, 2007 [35]) Cũng như sự gia tăng tần suất và cường độ của các cơn bão nhiệt đới ở Thái Bình Dương (Wu và cộng sự, 2005 [117], Cruz và cộng

sự, 2007) [35], tần số ngày càng tăng các sự kiện lượng mưa cực đoan được xem là

do sự nóng lên toàn cầu (Jung và cộng sự, 2002) [62, 19]

Trong số các xu hướng khí hậu quan sát thấy ở Đông Bắc Á, sự thay đổi hình thái mưa trong suốt thời kỳ gió mùa mùa hè và những thay đổi trong chế độ khí hậu mùa đông (đặc biệt là ở các vĩ độ phía Bắc) có ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình sinh hóa và chất lượng nước bề mặt Ở Hàn Quốc, thay đổi hình thái mưa khi gió mùa mùa hè (được gọi là "Changma") đã được ghi nhận trong những thập kỷ gần đây, với thời gian rút ngắn của Changma và tăng tần suất mưa lớn đặc biệt trong tháng 8 (Chung và cộng sự, 2004) [33] Thay đổi dài hạn đối với gió mùa vùng Đông Á có liên quan đến những thay đổi về sự chiếu sáng vào mùa hè ở Bắc bán cầu (bức xạ mặt trời) trên quy mô thời gian khác nhau, từ hàng ngàn năm đến hàng chục thiên niên kỷ (Wang và cộng sự, 2008) [109] Tuy nhiên, độ biến động của gió mùa với những thay đổi khí hậu có thể gây ra gió mùa mạnh hơn, với sự gia tăng lớn về lượng mưa khi có gió mùa (Overpeck và Cole, 2008) [89] Mặc dù còn chưa rõ về đáp ứng của gió mùa mùa đông với sự nóng lên của khí hậu, nhưng một

mô hình dự báo khí hậu gần đây cho rằng, hơn nửa phía Nam của bán đảo Triều Tiên

sẽ giảm mạnh lượng tuyết mùa đông tương ứng với sự tăng lên của ngưỡng nhiệt độ tối thiểu và tăng mạnh lượng mưa vào mùa đông (Im và cộng sự, 2008) [56]

Đối với những thay đổi có thể xảy ra trong thời kỳ gió mùa mùa đông ở các

vĩ độ phía Bắc và tác động đến những quá trình chuyển hóa trong thủy vực và chất lượng nước, kết quả nghiên cứu điển hình ở Hokkaido, Nhật Bản cũng cho thấy các vấn đề liên quan đến BĐKH Trong khu vực ôn đới mát mẻ miền Bắc, khí hậu mùa đông được mô tả là lạnh và tuyết thống trị, với những biến động lớn theo mùa về nhiệt độ, lượng mưa (mưa lớn và tuyết rơi) và ngập lụt Sự tan băng vào mùa đông

ảnh hưởng đến quá trình lưu chuyển của nước và sự vận chuyển các chất hoà tan khác nhau trong lớp nước bề mặt Xu hướng dài hạn trong lớp băng tuyết sâu quan sát thấy ở Hokkaido chỉ ra rằng, BĐKH có thể ảnh hưởng đến quá trình sinh địa hoá của nguồn nước và chất lượng nước ở miền Bắc Nhật Bản, thông qua tương tác phức tạp giữa khí hậu mùa đông và động lực học của lớp băng tuyết Tầm quan trọng của tuyết tan trong nước ảnh hưởng đến quá trình sinh địa hóa bề mặt đã được nhấn mạnh, đặc biệt từ các nghiên cứu ở Bắc Mỹ (Williams và Melack, 1990 [114]; Hornberger và cộng sự, 1994 [54]; Campbell và cộng sự, 2007 [27]) cho thấy dòng chảy của các chất hoà tan từ băng tuyết, lớp đất bề mặt và sự pha loãng bởi nước tuyết tan và nước ngầm là những yếu tố chính thúc đẩy ảnh hưởng đến nồng độ và hàm lượng các chất hòa tan đa lượng, đặc biệt là nitrat và hợp chất các bon hữu cơ hòa tan (DOC)

Giai đoạn đầu của tuyết tan chảy, chất tan chảy qua lớp đất bề mặt rừng và lớp đất khoáng chất, góp phần vào quá trình axit hóa tạm thời và làm tăng nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước bề mặt (Baird và cộng sự, 1987 [20]; Piatek và cộng sự,

2005 [96]) Đáng chú ý hơn so với các sự kiện thủy văn khác là việc giảm nồng độ nitrat do mưa lớn vào mùa hè (Christopher và cộng sự, 2008 [32]) Các hoạt động do con người gây ra như axit lắng đọng và bổ sung chất dinh dưỡng vào nước mặt ở Đông Bắc Hoa Kỳ và Scandinavia đã được ghi nhận khi nhiều thủy vực có tính axit cao, cũng như hiện tượng phú dưỡng trong nước mặt (Baird và cộng sự, 1987 [20]; Chen và Driscoll, 2005 [30])

1.1.3 BĐKH tại Việt Nam

Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc [1], Việt Nam nằm trong những nước đứng đầu thế giới dễ bị tổn thương nhất do BĐKH Nếu mực nước biển tăng 1m, Việt Nam sẽ mất 5% diện tích đất đai, 11% người mất nhà cửa, giảm 7% sản lượng nông nghiệp và 10% thu nhập quốc nội Nước biển dâng 3-5 m đồng nghĩa với một thảm họa có thể xảy ra ở Việt Nam, đặc biệt là hai vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long

Trong giai đoạn năm 1951-2000, khí hậu Việt Nam có những điểm đáng lưu ý sau:

Nhiệt độ: Trong khoảng 50 năm qua (1951 - 2000), nhiệt độ trung bình năm

ở Việt Nam đã tăng lên 0,7°C Nhiệt độ trung bình năm của 4 thập kỷ gần đây (1961 -2000) cao hơn trung bình năm của 3 thập kỷ trước đó (1931- 1960) Nhiệt độ trung bình năm của thập kỷ 1991 - 2000 ở Hà Nội, Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh đều cao hơn trung bình của thập kỷ 1931 - 1940 lần lượt là 0,8; 0,4 và 0,6°C Năm 2007, nhiệt độ trung bình năm ở cả 3 nơi trên đều cao hơn trung bình của thập

kỷ 1931 -1940 là 0,8 - 1,3°C và cao hơn thập kỷ 1991 – 2000 là 0,4 - 0,5°C

Lượng mưa: Trên từng địa điểm, xu thế biến đổi của lượng mưa trung bình năm trong 9 thập kỷ vừa qua (1911- 2000) không rõ rệt theo các thời kỳ và trên các vùng khác nhau: có giai đoạn tăng lên và có giai đoạn giảm xuống

Mực nước biển: Theo số liệu quan trắc trong khoảng 50 năm qua ở các trạm Cửa Ông và Hòn Dấu, mực nước biển trung bình đã tăng lên khoảng 20 cm, phù hợp với xu thế chung của toàn cầu

Số đợt không khí lạnh: ảnh hưởng tới Việt Nam giảm đi rõ rệt trong hai thập

kỷ gần đây (cuối thế kỷ XX đầu thế kỷ XXI) Năm 1994 và năm 2007 chỉ có 15-16 đợt không khí lạnh, bằng 56% trung bình nhiều năm 6/7 trường hợp có số đợt không khí lạnh trong mỗi tháng mùa đông (XI - III) thấp dị thường (0-1 đợt) cũng rơi vào 2 thập kỷ gần đây (3/1990, 1/1993, 2/1994, 12/1994, 2/1997, 11/1997) Một biểu hiện dị thường gần đây nhất về khí hậu trong bối cảnh BĐKH toàn cầu là đợt không khí lạnh gây rét đậm, rét hại kéo dài 38 ngày trong tháng 1 và tháng 2 năm

2008 gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp

Bão: Vào những năm gần đây, số cơn bão có cường độ mạnh nhiều hơn, quỹ đạo bão dịch chuyển dần về các vĩ độ phía Nam và mùa bão kết thúc muộn hơn, nhiều cơn bão có quỹ đạo di chuyển dị thường hơn

Số ngày mưa phùn trung bình năm ở Hà Nội giảm dần trong thập kỷ 1981

-1990 và chỉ còn gần một nửa (15 ngày/năm) trong 10 năm gần đây

Số liệu theo dõi của các trạm khí tượng thủy văn toàn quốc trong những năm gần đây cho thấy dòng chảy của các sông có xu thế thấp hơn so với trung bình nhiều năm khoảng 30-70% Nhiều sông có mực nước đạt mức thấp nhất hoặc thấp hơn mức ghi nhận trong lịch sử Hạn hán xảy ra nghiêm trọng trên diện rộng và kéo dài làm giảm đáng kể mức nước sông trung bình năm Vào mùa mưa lũ nhưng các sông thuộc Bắc Bộ không có lũ lớn, tháng 7, 8 là các tháng trọng điểm trong mùa lũ cũng chỉ xuất hiện 2 đến 3 đợt lũ nhỏ với biên độ lũ lên khoảng 2m Ngược lại, ở Trung

Bộ, thiên tai đã xảy ra dồn dập từ cuối tháng 9 đến hết tháng 11 trên địa bàn các tỉnh ven biển từ Nghệ An đến Bình Thuận Trong khi đó, Tây Nguyên, miền Đông Nam

Bộ và ĐBSCL gần như không có lũ lớn Sông Cửu Long chỉ có lũ nhỏ, mực nước cao nhất năm trên sông Tiền và sông Hậu đều thấp hơn trung bình nhiều năm

Theo số liệu quan trắc tại các trạm hải văn dọc ven biển Việt Nam cho thấy tốc độ dâng lên của mực nước biển trung bình ở Việt Nam trong giai đoạn 1993-

2008 là khoảng 3mm/năm, tương đương với tốc độ trung bình của thế giới Trong khoảng 50 năm qua, mực nước biển tại trạm Hòn Dấu (Hải Phòng) dâng lên khoảng

20 cm Mực nước biển dâng cao dẫn đến xâm nhập mặn sâu vào các hệ thống sông ngòi, kênh rạch và tầng chứa nước ngầm của đồng bằng châu thổ sông Hồng, sông Thái Bình, ĐBSCL và các đồng bằng ven biển miền Trung làm cho nước ngọt bị nhiễm mặn Theo kết quả của các kịch bản BĐKH và nước biển dâng đã được đưa

ra, nếu mực nước biển dâng cao (0,75-1 m) so với giai đoạn 1980-1999, thì có thêm khoảng 28% diện tích ĐBSCL và đồng bằng sông Hồng bị ngập, dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước mặt nội địa Cũng theo kết quả tính toán, dưới tác động của nước biển dâng và sự thay đổi nguồn nước ở thượng lưu do BĐKH, ở hạ lưu các hệ thống sông Hồng – Thái Bình, Đồng Nai và ĐBSCL mặn xâm nhập vào đất liền sâu hơn Vào cuối thế kỷ 21, chiều sâu xâm nhập mặn ứng với độ mặn 1‰ có thể tăng lên trên 20 km trên các sông Đồng Nai, sông Tiền, sông Hậu; xấp xỉ 10 km trên sông Thái Bình

Đặc biệt, ở khu vực chịu ảnh hưởng nặng nhất từ BĐKH ở Việt Nam, dự báo trong 50 năm tới, diện tích xâm nhập mặn trên 4g/l chiếm 40% diện tích toàn khu

vực, tăng gần 400.000 ha so với trung bình thời kỳ 1990-1999 Vùng chịu ảnh hưởng của độ mặn trên 1g/l chiếm 60% diện tích tự nhiên, tăng khoảng 450.000 ha

so với hiện nay

Về xu thế BĐKH ở Việt Nam, đã có những ghi nhận: nhiệt độ trung bình có thể tăng lên 3°C vào năm 2100; lượng mưa có xu thế biến đổi không đồng đều giữa các vùng, có thể tăng (từ 0% đến 10%) vào mùa mưa và giảm (từ 0% đến 5%) vào mùa khô, tính biến động của mưa tăng lên; mực nước biển trung bình trên toàn dải

bờ biển Việt Nam có thể dâng lên 1m vào năm 2100 Việt Nam đang đối mặt với nhiều tác động của BĐKH bao gồm tác động đến cuộc sống dân cư, sinh kế, tài nguyên thiên nhiên, cấu trúc xã hội, hạ tầng kỹ thuật và nền kinh tế

1.2 Tác động của các nhân tố khí tượng đến môi trường nước

Tính chung trên toàn cầu, chỉ có 2,5% là nước ngọt, phân phối không đồng đều theo không gian và thời gian Nước ngọt trong các sông, suối, hồ tạo thành một hệ thống phức tạp BĐKH trở thành một mối quan tâm lớn về môi trường và có thể gây ra những biến thể gia tăng hàng năm hay nhiều năm về số lượng và chất lượng nước [63]

Chất lượng nước mặt có thể được định nghĩa như là một hàm phụ thuộc vào các chất hóa học, vật lý, và đặc trưng sinh học Đánh giá gần đây về tác động của BĐKH đến chất lượng nước mặt đã nhấn mạnh rằng, BĐKH ảnh hưởng đến chất lượng nước thông qua các tương tác phức tạp với các quá trình trên cạn và dưới nước (Murdoch và cộng sự, 2000 [85]; Senhorst và Zwolsman, 2005 [100]; Kundzewicz và cộng sự, 2007 [68]; Campbell và cộng sự, 2008 [28]) Tuy nhiên, BĐKH, có thể thay đổi dài hạn, trung bình hoặc ngắn hạn, làm ảnh hưởng chất lượng nước, không chỉ bằng cách trực tiếp thay đổi các đặc tính của nước, mà còn ảnh hưởng đến quá trình trên bề mặt đất liên quan đến phát sinh, phát thải, vận chuyển vật chất tự nhiên và các chất ô nhiễm Những thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa, cùng với các sự kiện thủy văn khắc nghiệt bất thường đã dẫn đến những thay đổi về địa mạo bề mặt đất, các quá trình sinh địa hóa thủy vực (như bão lũ tác động đến việc lưu

chuyển chất ô nhiễm), cũng như suy giảm chất lượng nước (như tác động tiêu cực của tăng nhiệt độ và hạn hán đến nồng độ DO và sinh vật thủy sinh) [19]

Trên thực tế, BĐKH không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến chất lượng nước Việc thay đổi hình thức sử dụng đất, nạn phá rừng, đô thị hóa tràn lan cũng có thể góp phần vào sự suy thoái chất lượng nước Nhưng thường xuyên hơn,

ô nhiễm nguồn nước liên quan trực tiếp đến hoạt động của con người có nguồn gốc

từ đô thị hóa, công nghiệp hay nông nghiệp, và BĐKH có thể dẫn đến suy thoái chất lượng nước bề mặt như một hệ quả gián tiếp của các hoạt động này Khi các nguồn

ô nhiễm giảm ở nhiều quốc gia (ngay cả khi các nhà máy xử lý nước thải bắt đầu đạt được giới hạn khả năng của họ), tác động của BĐKH toàn cầu có thể có xu hướng tăng tình trạng ô nhiễm lan tỏa Yếu tố quyết định BĐKH ảnh hưởng đến chất lượng nước chủ yếu là do các yếu tố của môi trường không khí xung quanh (nhiệt độ) và sự gia tăng của các sự kiện thủy văn khắc nghiệt (mưa lớn) [55]

BĐKH dự kiến sẽ gây hậu quả sâu rộng đến chế độ thủy văn của sông, vận tốc dòng chảy, đặc điểm thủy lực, mực nước, mô hình ngập lụt, thời gian cư trú của sinh vật (Brown và cộng sự, 2007) [25] Lượng mưa nhiều hơn, với cường độ cao

và lũ lụt có thể dẫn đến tăng tải trọng của chất rắn lơ lửng (Lane và cộng sự, 2007) [70] Số lượng E coli và hàm lượng kim loại nặng (chất gây ô nhiễm) (Longfield & Macklin, 1999) [74] liên quan đến hiện tượng xói mòn đất và vận chuyển bùn cát mịn từ đất (Leemans & Kleidon, 2002) [72, 91]

Trong các báo cáo gần đây của IPCC đều kết luận rằng ―tài nguyên nước và chất lượng nguồn nước sẽ là những áp lực chính đối với xã hội và môi trường trong bối cảnh BĐKH‖ Các tác động liên quan đến BĐKH đối với tài nguyên nước đã được thể hiện trong rất nhiều tài liệu nghiên cứu Các bằng chứng thực tế cho thấy

xu hướng gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan, lũ lụt, hạn hán và thu hẹp lớp băng phủ trên quy mô toàn cầu Tất cả các hiện tượng này được cho là do ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp của BĐKH Rất nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra

sự gia tăng về cường độ, thời gian và phạm vi ảnh hưởng của hạn hán, nhiệt độ khí quyển, nhiệt độ bề mặt biển, đại dương gia tăng, sự thay đổi về lượng mưa, thu hẹp

băng Một số tác động đến hóa tính, lý tính của môi trường nước được trình bày dưới đây

Nhiệt độ nước, cường độ mưa tăng lên và dòng chảy chậm lại là nguyên nhân làm tăng nguy cơ ô nhiễm do: trầm tích, chất dinh dưỡng, các chất hữu cơ hòa tan (DOC), mầm bệnh, hóa chất trừ sâu, muối khoáng Các tác nhân này sẽ làm gia tăng sự phát triển của tảo, nấm và vi khuẩn trong môi trường nước Điều này sẽ làm suy thoái nghiêm trọng chất lượng nước và gây nguy cơ thoái hóa cho hệ sinh thái Thêm vào đó, nhiệt độ gia tăng ảnh hưởng rất lớn đến các hồ và lưu vực nông thông qua sự phân tầng về nhiệt và thay đổi quá trình xáo trộn nước làm suy giảm nồng độ

DO và tăng hàm lượng Phốt pho được giải phóng từ trầm tích

Tại các khu vực khô hạn và bán khô hạn, sự suy giảm nghiêm trọng về lượng nước chảy trên bề mặt sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước Tại những khu vực này, BĐKH làm tăng hàm lượng muối ở các tầng nước ngầm nông do tăng quá trình thoát hơi nước Nồng độ muối tại một số khu vực thuộc lưu vực sông Murray-Darling tại Australia được dự báo sẽ tăng lên khoảng 13-19% vào năm 2050

Tại các khu vực duyên hải, mực nước biển gia tăng có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực lên hệ thống thoát nước và làm tăng tiềm năng xâm nhập mặn của nước biển đối với nước ngọt

Sự thay đổi mực nước biển cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt lục địa tại một khu vực nhất định và phụ thuộc vào nhiều yếu

tố Do đó, mực nước biển dâng không đồng nhất trên quy mô toàn cầu Mực nước biển dâng trong thế kỷ 20 nhanh hơn thế kỷ 18 và 19 Mực nước biển toàn cầu được ước tính dâng lên 10 đến 20 cm trong thế kỷ 20 và có nguy cơ tăng cao hơn trong thế kỷ 21 theo các kịch bản phát thải của IPCC

Dự báo thay đổi nhiệt độ không khí và lượng mưa có thể ảnh hưởng đến sông hồ, cũng như tính di động và pha loãng các chất ô nhiễm Nhiệt độ nước tăng lên sẽ ảnh hưởng đến động học phản ứng hóa học, làm giảm chất lượng và hiện trạng sinh thái vùng nước ngọt Khi dòng chảy tăng, trầm tích có thể làm thay đổi hình thái của sông và trầm tích được vận chuyển đến các hồ, do đó ảnh hưởng đến

môi trường sống ở hệ thống suối và hồ nước ngọt Phần lớn các kịch bản BĐKH chấp nhận rằng, hạn hán, cũng như lũ lụt xảy ra thường xuyên hơn trong mùa hè, dẫn đến không kiểm soát được chất thải từ các khu vực đô thị được đổ vào nước sông và cửa sông Khả năng xâm lấn các sinh vật ngoại lai gặp nhiều thuận lợi do chúng thích ứng tốt với sự thay đổi nhiệt độ và chế độ dòng chảy Dòng chảy chậm hơn, vận tốc giảm làm cho khả năng nở hoa của tảo độc hại cao hơn và làm giảm nồng độ oxy hòa tan Suối vùng cao có thể tăng các chất hữu cơ hòa tan (DOC), vì vậy, đòi hỏi phải xử lý nước để ngăn chặn các sản phẩm độc hại được đưa vào nguồn cung cấp nước cho công cộng Các cơn bão sẽ vận chuyển các chất dinh dưỡng từ khu vực đô thị và nông thôn, khiến axit hóa xảy ra (Bảng 2) [91]

Bảng 2 Những tác động từ BĐKH đến môi trường nước [90]

Thủy văn Tăng tần suất và

thời gian hạn hán

Giảm lượng mưa mùa hè và tăng nhiệt độ không khí ở một số vùng của miền Trung, Đông và Nam Vương quốc Anh có thể gây khô hạn kéo dài tại vùng thượng lưu của các sông

Lượng mưa thay đổi

Do ít mưa và gia tăng nhu cầu về nước ngọt, nhiệt độ cao hơn, và bốc hơi nước tăng, nhiều con sông nhỏ có thể bị ngắt đoạn do khô hạn kéo dài trong mùa hè Hình thái

học

Tăng trầm tích mịn

Các sự kiện mưa cực đoan làm tăng dòng chảy bề mặt

và dẫn đến một lượng lớn trầm tích hạt mịn được đưa vào dòng chảy; trầm tích tích tụ và làm tắc nghẽn các lớp phía dưới

Tính chất

hóa lý

Tăng thải lượng các chất dinh dưỡng

Sự phân hủy các chất hữu cơ trong đất tăng lên do việc nhiệt độ làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng, Ni tơ được giải phóng vào dòng chảy Tương tự với Phốt pho, lưu lượng thấp hơn làm giảm sự pha loãng nước thải và do

đó tăng nồng độ P trong sông

Cả N và P đều làm gia tăng hiện tượng phú dưỡng của

Các loại hình tác động Đáp ứng

các dòng sông Hiện tượng phú dưỡng được thúc đẩy bởi thời gian lưu giữ nước kéo dài khi dòng chảy thấp Ngoài ra, quá trình khử nitơ tăng lên khi dòng chảy thấp

và điều kiện ấm hơn

Chất lượng nước giảm

Tăng nhiệt độ nước làm tăng mức độ sinh sản và phân hủy của tảo, dẫn đến thiếu ôxy, đặc biệt là vào ban đêm

và trong thời gian nở hoa của tảo

Tác động đến các chất dinh dưỡng

Nhiệt độ nước cao hơn dẫn đến quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ (lá, gỗ) nhanh hơn và do đó ảnh hưởng tới hiện tượng phú dưỡng

Hiện tượng axit

hóa

Tăng lượng mưa mùa đông làm tăng độ axit trong dòng chảy, phá hủy quá trình phục hồi sinh học và hóa học sau khi bị axit hóa

Sức sản

xuất sơ cấp

Tăng cường sinh trưởng của tảo

Nhiệt độ nước cao hơn và dòng chảy thấp hơn thúc đẩy tăng trưởng thực vật thủy sinh và tảo

Sức sản xuất

thứ cấp và

lưới thức ăn

Tăng tỷ lệ hô hấp

Tỷ lệ trao đổi chất của vi khuẩn và nấm sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng Sức sản xuất sơ cấp làm giảm khả năng

hô hấp

Giảm khả năng sinh học của lá

Tỷ lệ chuyển hóa của lá và gỗ tăng lên theo nhiệt độ Lũ lụt vào mùa đông cuốn đi hơn 50% nguyên liệu là lá, nên còn lại rất ít mảnh vụn hữu cơ phục vụ quá trình tiêu thụ của động vật không xương sống

Thay thế các loài thích nghi với nước lạnh (cá, ĐVCXS cỡ lớn)

Nhiều loài cá và các loài có xương sống ở các vùng lạnh thích nghi cao độ với nước lạnh và có thể dần dần biến mất với nhiệt độ cao

Các loại hình tác động Đáp ứng

Tăng hoặc giảm

số lượng loài

Nhiệt độ thấp là một rào cản cho sự di cư và về mặt sinh

lý cho nhiều loài sinh vật thuỷ sinh Với sự gia tăng nhiệt độ, một số loài có thể xâm nhập vào các con sông trong vùng sinh thái lạnh

Tăng số lượng ĐVKXS

Những trận lũ lụt bất thường trong mùa hè cuốn đi hầu hết ĐVKXS, do đó một số loài ưu thế nhanh chóng chiếm hữu vùng không gian mà không cần cạnh tranh

―Potamalization‖

- tác động trên ĐVKXS

Nhiệt độ nước cao hơn dẫn đến sự biến mất của loài thích nghi với nước lạnh và hàm lượng oxy hòa tan cao,

ví dụ như côn trùng Plecoptera Chúng được thay thế bởi các loài tiêu biểu cho môi trường nước ấm hơn mà trước đây chiếm hữu ở vùng hạ lưu nhiều hơn Do đó, các loài ĐVKXS điển hình cho dòng nhánh nhỏ ('rhithral') sẽ được thay thế bởi các loài từ các dòng sông lớn hơn ('potamal'), gọi là hiện tượng potamalization

Thay thế các loài thuộc họ cá Hồi bằng các loài cá

họ cá Chép

Nhiệt độ nước cao hơn sẽ làm giảm xác suất thành công trong kỳ sinh sản của các loài cá hồi và tăng áp lực động vật ăn thịt và ký sinh trên trứng cũng như giai đoạn ấu trùng nhỏ Các loài thuộc họ cá Chép thích nghi với môi trường nước ấm sẽ xâm nhập vào những vùng nước này

Hạn chế môi trường của cá nước lạnh

Quần thể cá hồi suối vừa có thể có tốc độ tăng trưởng nhanh trong mùa xuân và mùa thu vừa có thể bị thu hẹp môi trường sống và tốc độ tăng trưởng giảm trong mùa

hè, tùy thuộc vào cường độ của sự thay đổi nhiệt độ và nguồn thức ăn

Các loại hình tác động Đáp ứng

Sự lan tràn của các loài xâm lấn

Nhiệt độ cao hơn thường phù hợp cho loài ngoại lai xâm chiếm dòng nhánh nhỏ Có thể là cá di nhập, thực vật thủy sinh cỡ lớn hoặc ĐVKXS cỡ lớn di nhập

1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến chất lượng môi trường nước

Đối với tính chất vật lý của nước

Trước hết, nhiệt độ được xem là yếu tố chính ảnh hưởng đến hầu hết các trạng thái cân bằng lý hóa và các phản ứng sinh học trong nước Động học của phản ứng hóa học nhất định có thể được tăng gấp đôi khi tăng nhiệt độ lên 10°C Do đó, khi gia tăng nhiệt độ nước, các quá trình phân giải, hòa tan, tạo phức, suy giảm, bay hơi sẽ xảy ra… Những hiện tượng này dẫn đến sự gia tăng hàm lượng các chất hòa tan trong nước Trong thực tế, DO sẽ giảm nồng độ bão hòa gần 10% khi nước tăng 3°C (10 mg/l ở 15°C) [55]

Đối với hàm lượng các chất hữu cơ trong nước

Gia tăng nhiệt độ, lưu tốc dòng sông thấp, tác dụng chủ yếu lên chất lượng nước là giảm nồng độ oxy hòa tan, tăng hàm lượng các chất hòa tan trong nước (Prathumratana và cộng sự, 2008 [97]; Van Vliet và Zwolsman, 2008 [105]) Một tác động tích cực tương ứng là giảm hàm lượng của một số chất ô nhiễm do tốc độ dòng chảy thấp (sinh vật thủy sinh đồng hóa các chất dinh dưỡng và hấp phụ/tạo phức kim loại nặng) [55]

Hợp chất cacbon hữu cơ hoà tan (DOC) có nguồn gốc từ mặt đất có vai trò quan trọng trong môi trường nước Một số nghiên cứu gần đây đã liên kết những thay đổi mang tính dài hạn về hàm lượng DOC trong nước mặt với khí hậu ấm lên (Freeman và cộng sự, 2001 [48]; Schindler và cộng sự, 1997 [99]) Park và các cộng

sự (2005) [92] đã nghiên cứu phản ứng của DOC và chất lượng nước bề mặt trong suối và mặt nước hồ tại New York trong những tháng tuyết phủ Kết quả cho thấy rằng, những thay đổi trong nồng độ trung bình mùa của DOC, H+, và Al trong nước

hồ thường tương ứng với sự thay đổi hàng năm về nhiệt độ, lượng mưa và dòng chảy Thay đổi của nhiệt độ và giảm lượng mưa dẫn đến sự sụt giảm đáng kể dòng

chảy trung bình hàng tháng đối với gần như tất cả các tháng, với các tác động tiêu cực đáng kể đến hạn hán mùa hè (Mimikou và cộng sự, 2000) [78]

Đối với hàm lượng các chất dinh dưỡng

Nhiệt độ tăng cũng làm tăng lượng chất dinh dưỡng trong nước Nhiệt độ cao hơn bình thường sẽ thúc đẩy quá trình giải phóng phốt pho trong trầm tích đáy (Feuchtmayr và cộng sự, 2009) [46] Sự thay đổi khi mức độ pha trộn và phân tầng tại các hồ nhiều khoáng chất dễ xảy ra quá trình này Điều này là do sự pha trộn ngăn chặn một gradient phốt pho tại giao diện trầm tích nước, giải phóng phốt pho (Marsden, 1989) [76], và khi nhiệt độ cao hơn ở tầng nước sâu làm tăng cường quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ và phốt pho từ trầm tích (Wilhelm và Adrian, 2008) [113] Tuy nhiên, sự gia tăng nhiệt độ trong hồ sâu sẽ làm chậm quá trình pha trộn của các chất dinh dưỡng (DeStasio và cộng sự, 1996) [38] Mặt khác, tốc độ gió cao hơn có thể tăng cường sự pha trộn của các chất dinh dưỡng (George và cộng

sự, 2007) [49]

Phốt pho lưu chuyển trong nước được dự đoán sẽ tăng lên do BĐKH có thể dẫn tới các vấn đề về phú dưỡng ở những nơi có lượng mưa và dòng chảy sông tăng (Moore, 2007) [82] Tính mùa vụ cũng bị thay đổi do một tỷ lệ lớn chất thải được đưa vào sông hàng năm trong mùa đông cao hơn vào mùa xuân Cả hai nguồn thải nông nghiệp và nước thải tăng đều là nguồn gốc sự gia tăng này Thải lượng phốt pho cũng được dự báo sẽ tăng do BĐKH, vì cột nước trong mùa hè ổn định hơn, thời gian phân tầng mùa hè dài hơn và làm giảm nồng độ oxy trong nước dưới đáy hồ (Wilhelm và Adrian, 2008) [113]

Khí hậu ấm hơn cũng sẽ tạo ra những tác động gián tiếp đến các chất dinh dưỡng như làm tăng thải lượng chất dinh dưỡng trong nước mặt và nước ngầm (Van Vliet và Zwolsman, 2008) [105] và chống lại các cơ chế tác động của giảm thải lượng dinh dưỡng (Wilhelm và Adrian, 2008) [113] Nhiệt độ tăng sẽ làm tăng quá trình khoáng hóa và giải phóng Ni tơ, Phốt pho và các bon từ các chất hữu cơ trong đất Hơn nữa, sự gia tăng dòng chảy mặt và xói mòn do cường độ mưa lớn, dẫn đến gia tăng chuyển tải chất ô nhiễm, đặc biệt là sau một thời gian khô hạn Nồng độ

amoni cao hơn được ghi nhận tại các sông khi giảm mức độ pha loãng do khô hạn (Zwolsman và van Bokhoven, 2007 [118]; Van Vliet và Zwolsman, 2008 [105]) Sự gia tăng tần suất khô hạn vào mùa hè có thể dẫn đến nitơ trong đất sẽ được chuyển vào sông vào đầu mùa mưa và gây ra nồng độ nitrat cao hơn (Wilby và cộng sự, 2006) [112] Ducharne và cộng sự (2007) [40] dự đoán sự gia tăng nồng độ nitrat trong sông Seine ở tầng nước ngầm trong những năm 2050 và 2100 do sự gia tăng lượng mưa Kaste và cộng sự (2006) [64] và Arheimer và cộng sự (2005) [18] dự đoán gia tăng 40-50% nitrat vào năm 2070-2100 trong một lưu vực sông, và sự gia tăng phốt pho (50%) và nitơ (20%) trong một hồ nước tại Na Uy [55].

Đối với hồ, nồng độ phốt phát và amoni cao hơn trong tầng nước sâu thường xuyên được ghi nhận trong khoảng thời gian ấm áp ở các nước ôn đới (Petterson và cộng sự, 2003) [95] Phốt pho được vận chuyển từ những trận mưa lớn, sẽ có xu hướng gia tăng do BĐKH và do đó có ảnh hưởng đến chất lượng nước hồ (Mooij và cộng sự, 2005) [80] Ngược lại, nồng độ Nitơ ở suối ít phụ thuộc vào dòng chảy (Mooij và cộng sự, 2005) [80] Gia tăng nhiệt độ có thể làm giảm nồng độ nitrat trong

hồ do tăng tỷ lệ khử và giảm Nitơ trong nước bề mặt (Mooij và cộng sự, 2005) [80] Ngược lại, phốt pho được lưu chuyển tăng nhờ sự phân hủy của vi sinh vật trong trầm tích hồ (Jackson và các cộng sự, 2007) [59] Tích lũy phốt pho hòa tan trong các tầng sâu phụ thuộc vào sự sốc nhiệt và nhiệt độ nước tầng đáy (Wilhelm và Adrian, 2008)

[113] Trên thực tế, nhiệt độ cao hơn tại tầng sâu làm tăng khoáng chất hữu cơ và phốt pho giải phóng từ trầm tích Hàm lượng chất dinh dưỡng cao đáng kể ở các khu vực tầng mặt có thể được quan sát sau khi có sốc nhiệt (Wilhelm và Adrian, 2008)

[113] Phốt pho tăng lên ở lớp bề mặt giàu ánh sáng, thúc đẩy tăng trưởng thực vật phù du (Jackson và các cộng sự, 2007), dẫn đến tảo nở hoa và suy giảm chất lượng nước (Komatsu và cộng sự, 2007) [55]

1.2.2 Ảnh hưởng của lượng mưa đến chất lượng môi trường nước

Đối với tính chất lý hóa của nước

Chế độ mưa có liên quan đến các sự kiện cực đoan gây ngập lụt cao hơn, thường xuyên hơn và dòng chảy mùa khô thấp hơn ở các sông Lượng mưa dữ dội

hơn sẽ dẫn đến tăng xói mòn và bồi lắng cao hơn trong hồ chứa và kênh rạch Khả năng tự làm sạch của nước cũng như nguồn trữ lượng nước sẽ giảm khi các hồ chứa không được lấp đầy do giảm lượng mưa Đồng thời, để đáp ứng nhu cầu cấp nước trên thế giới sẽ cần phải tăng 22%, từ 2120 km3

/năm vào năm 1995 đến 2720

km3/năm vào năm 2025 Người ta ước tính rằng 1% thể tích nước lưu trữ hiện có trên thế giới (6000 km3) tức là 60 km3 nước bị mất hàng năm do hàm lượng chất rắn

lơ lửng ở mức nước cao (Hofwegen và Svenden, 2000) [53]

Đối với hàm lượng các chất hữu cơ

Lũ lụt và hạn hán làm biến đổi chất lượng nước bằng cách tác động trực tiếp hoặc pha loãng hàm lượng các chất hữu cơ hòa tan trong nước Đối với các nước trong khu vực ôn đới, BĐKH sẽ làm giảm số ngày mưa nhưng tăng khối lượng trung bình của mỗi trận mưa (Brunetti và cộng sự, 2001 [26]; Bates và cộng sự,

2008 [21]) Kết quả là các chu kỳ hạn hán - hồi ẩm có thể tác động đến môi trường nước bằng cách làm tăng cường độ phân hủy và vận chuyển các chất hữu cơ vào các dòng nhánh (Evans và cộng sự, 2005) [45,55]

Đối với hàm lượng các chất dinh dưỡng

Thay đổi lượng mưa và mô hình dòng chảy cũng sẽ ảnh hưởng đến hàm lượng chất dinh dưỡng Giảm dòng chảy vào mùa hè sẽ làm giảm sự pha loãng các chất dinh dưỡng làm cho hàm lượng các chất dinh dưỡng tăng lên (Whitehead và cộng sự, 2009) [111] Lũ lụt và các trận mưa cực đoan xảy ra với cường độ cao hơn, thường xuyên hơn sẽ làm tăng dòng chảy bề mặt và xói mòn, tăng tải trọng chất dinh dưỡng vào môi trường nước mặt (Jeppesen và cộng sự, 2009) [60] Mưa lớn có thể làm tăng tỷ lệ phốt pho được chuyển tải hàng năm từ đất nông nghiệp vào môi trường nước với mức độ đáng kể (Fraser, 1999) [16,47]

Mối tương quan giữa lượng mưa, nhiệt độ không khí, lưu lượng dòng chảy

và photphat, nitrat và Phốt pho tổng (T-P) trong sông Mê Kông cũng đã được ghi nhận (Prathumratana và cộng sự, 2008) [97] Những kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Bhat và cộng sự (2007) [22], 73% trong tổng số thải lượng Nitơ được giải phóng vào dòng chảy bề mặt thuộc lưu vực sông khi có bão xảy ra

Drewry và cộng sự (2009) [39] cũng tìm thấy mối tương quan thuận giữa tổng phốt pho, tổng nitơ, chất rắn lơ lửng và lưu lượng dòng chảy Điều này cũng cho gợi ý rằng, một phần quan trọng của phốt pho được hấp thụ vào chất rắn lơ lửng [55]

Cường độ mưa tăng có thể dẫn đến tăng độ đục và các chất dinh dưỡng được lưu chuyển cũng như tăng tác nhân gây bệnh cho nguồn nước mặt Các trận mưa lớn

là một trong những mối quan tâm chính liên quan BĐKH bởi vì sự kiện như vậy có thể làm tăng độ đục trong một số hồ chứa nước chính của thành phố New York lên đến 100 lần so với giới hạn cho phép đối với chất lượng nước [21]

Gia tăng cường độ mưa thúc đẩy sự vận chuyển các mầm bệnh và chất ô nhiễm hòa tan khác (như các hợp chất trừ sâu…) (Bouraoui và cộng sự, 2004 [24], Neff và cộng sự, 2000 [86]) vào các nguồn nước mặt và nước ngầm; tăng quá trình xói mòn dẫn đến tăng tính linh động của các chất ô nhiễm dễ bị hấp thụ như photpho và các kim loại nặng Hơn nữa, sự gia tăng cường độ và tần suất mưa sẽ làm gia tăng quá mức các tải lượng các chất ô nhiễm trong lưu vực

Ảnh hưởng thực của BĐKH trên tải lượng chất dinh dưỡng và nồng độ phụ thuộc vào các điều kiện thủy văn trong lưu vực, nhưng dự kiến sẽ tăng trong lưu vực có lượng mưa gia tăng, cũng như một hệ quả của nước thải tràn [16]

1.2.3 Ảnh hưởng của BĐKH đến hệ sinh thái nước ngọt

Các hệ sinh thái nước ngọt và cửa sông trên khắp thế giới đóng vai trò rất quan trọng đối với tình trạng kinh tế xã hội, sức khỏe cộng đồng, chất lượng cuộc sống và môi trường bền vững của các quốc gia Các hệ sinh thái thủy sinh không chỉ cung cấp thực phẩm và nước cho người tiêu dùng, mà còn có vai trò duy trì và cải thiện chất lượng nước bằng cách lọc, lưu trữ và chuyển đổi các chất gây ô nhiễm, cung cấp hành lang giao thông, bổ sung các chất dinh dưỡng cho đất nông nghiệp từ các đợt lũ lụt, là môi trường sống, cung cấp thực phẩm cho sinh vật [94]

Những thay đổi trong khí hậu (tức là thay đổi trong tần số, thời gian và cường độ của các sự kiện cực đoan) và sự thay đổi điều kiện môi trường xung quanh có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy vực Điều này đã được làm sáng tỏ bởi dự án PRINCE (PRINCE: dự báo các tác động BĐKH lên hệ sinh thái nước

ngọt) đưa ra chi tiết các tác động tiềm tàng của BĐKH đối với các hệ sinh thái nước ngọt được lựa chọn tại Vương quốc Anh (Conlan và cộng sự, 2007) [34] Nó đã chỉ

ra rằng, nhiều loài cá nước ngọt rất nhạy cảm với chế độ nhiệt độ nước vì mỗi loài

có một phạm vi giới hạn về khả năng chịu nhiệt nhất định Vì vậy, những thay đổi trong chế độ nhiệt có thể có ảnh hưởng đáng kể đến vòng đời của một loạt các sinh vật dưới nước Hiệu ứng nhiệt độ có thể kết hợp với những thay đổi trong vận tốc dòng nước và DO gây ảnh hưởng đến chu kỳ sống và mối quan hệ của các sinh vật như lưỡng cư, cá và chim Ngoài ra, có thể có tác động đến phương thức phát tán hoặc di cư của toàn hệ sinh thái, ví dụ, con đường di cư dài giữa các hệ thống nước mặn và nước ngọt (của cá hồi, cá chình Đại Tây Dương) [91]

Hệ sinh thái các vùng hồ cũng có những đáp ứng với những thay đổi về khối lượng dòng chảy, chất lượng nước và nhiệt độ nước (George và cộng sự, 2007) [49] Tốc độ gió cao hơn có thể làm giảm mức ổn định của hồ và tăng độ pha trộn của các chất dinh dưỡng (George và cộng sự, 2007) [49] Ngược lại, nhiệt độ cao kéo dài thời gian của sự phân tầng nhiệt và làm tăng mức độ biến nhiệt của nước (Hassan và cộng sự, 1998) [52] Hồ nông có thể đặc biệt nhạy cảm với sự ấm lên do khí hậu gây ra, những thay đổi trong thời gian cư trú theo mùa (George và cộng sự, 2007) [49] và lượng chất dinh dưỡng (Carvalho & Kirika, 2003) [29] Đánh giá tác động của khí hậu thường kết hợp với sự thay đổi về chức năng hệ sinh thái (Bảng 3), chẳng hạn như hiện tượng tảo nở hoa xảy ra sớm hơn hoặc gia tăng mật độ của các loài tảo phù du (Arheimer và cộng sự, 2005 [18]; Komatsu và cộng sự, 2007 [67]) Một nghiên cứu về thực vật phù du tại Loch Leven, Scotland, Vương quốc Anh, cho thấy phản ứng mạnh mẽ hơn khi tăng lượng phốt pho so với khi tăng nhiệt độ nước (Elliott & May, 2008) [44]

Bảng 3 Tác động tiềm năng của BĐKH trên những hồ cạn liên quan đến các loài đích, các loài bị thiệt hại, các loài xâm lấn, độ trong của nước, sức chứa

và độ ĐDSH (Mooij và cộng sự, 2005) [80,91]

(i) Giảm số lượng một số loài chim

(ii) Củng cố vai trò ưu thế của tảo lục trong quần xã sinh vật phù du

(iii) Gây ra nhiều hiện tượng ngộ độc nghiêm trọng đối với các loài chim nước và

tăng cường lây lan các bệnh truyền nhiễm do muỗi

(iv) Tạo điều kiện thuận lợi cho các loài xâm lấn

(v) Củng cố vai trò ưu thế của hệ thực vật phù du, gây ức chế các biện pháp phục hồi (vi) Làm mất tính ổn định của hệ thực vật cỡ lớn thường vẫn chiếm ưu thế trong hồ nước sạch

(vii) Các loài sinh vật sản xuất ưu thế, đặc biệt là thực vật phù du, giống như hiện tượng phú dưỡng

(viii) Mức dinh dưỡng cao hơn như một kết quả của việc gia tăng sức sản xuất sơ cấp (ix) Tác động tiêu cực đến ĐDSH, có liên quan đến tình trạng nước sạch

(x) Ảnh hưởng đến ĐDSH do thay đổi chế độ xáo trộn trong nước

Hầu hết các phản ứng hóa học và các quá trình hoạt động của vi khuẩn diễn

ra nhanh hơn ở nhiệt độ cao Ngoài ra, nhiệt độ cũng kiểm soát tốc độ tăng trưởng của thực vật phù du, thực vật bậc cao và thực vật biểu sinh, làm cho các hệ sinh thái nước ngọt nhạy cảm với nhiệt độ tăng cao (Whitehead và Hornberger, 1984 [110], Wade và cộng sự, 2002 [107]) Nhiệt độ nước cũng điều chỉnh hành vi của các sinh vật dưới nước, chẳng hạn như di cư của cá, và thời gian xuất hiện và sự phong phú của các quần thể côn trùng ở các giai đoạn khác nhau trong vòng đời (ví dụ như Davidson và Hazelwood, 2005 [37]; Durance và Ormerod, 2007 [41]) Điều này có

ý nghĩa để phục hồi và cải thiện điều kiện sinh thái của môi trường nước trong khí hậu tương lai khắc nghiệt hơn (Wilby và cộng sự, 2006) [90,112]

Ở nhiều nơi của châu Âu, chế độ dòng chảy là một yếu tố quan trọng điều khiển hành vi của hệ sinh thái Việc đào kênh, mất kết nối với dòng chính, xây dựng đập, và mất thảm thực vật ven sông sẽ ảnh hưởng đến hệ sinh thái sông Theo Hướng dẫn khung tiêu chuẩn về nước của Châu Âu có yêu cầu phải khôi phục hệ sinh thái của sông, hồ tự nhiên đối với các quốc gia của họ Tuy nhiên, BĐKH có thể ngăn cản sự phục hồi, khiến sự phục hồi khó khăn, thậm chí không thể trở về trạng thái ban đầu của hệ sinh thái (Orr & Walsh, 2006) [88] Sự thay đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến việc vận chuyển trầm tích, hình thái học sông, do đó làm thay đổi hệ sinh thái ở cả lưu vực và quy mô môi trường sống (Verdonschot, 2000)

[106] Tác động của dòng chảy lên các quần thể sinh học đã được nghiên cứu rộng rãi trong sông Lambourn, Vương quốc Anh (Wright và các cộng sự, 1982) [116] Trong trường hợp này, hạn hán đã ảnh hưởng có hại lên hệ sinh thái thủy sinh như

Ranunculus bị bao phủ bởi tảo dạng biểu sinh (Wade và cộng sự, 2002) [107] Hạn hán cũng gây thiệt hại đáng kể cho động vật không xương sống cỡ lớn, mặc dù có thể sẽ hồi phục nhanh chóng (Bass, 1981) [69]

Mùa hè nóng hơn và lượng mưa giảm có thể làm tăng nguy cơ khử oxy Điều này có thể xảy ra ở hệ thống sông có mức nước thấp và tĩnh Những nơi tăng trưởng thực vật diễn ra mạnh mẽ do nhiệt độ nước cao hơn, dẫn đến hàm lượng oxy trong nước thấp và có thể đe dọa đối với cá và ĐVKXS Ngược lại, dòng chảy cao hơn sẽ nồng độ oxy hòa tan trong mùa đông, mặc dù tốc độ dòng chảy tăng có thể làm tăng hàm lượng các chất gây ô nhiễm như thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu và các chất dinh dưỡng vào nguồn nước

Tóm lại, BĐKH có thể ảnh hưởng đến: (a) cường độ, tần xuất, thời gian (thời vụ), sự biến động (trung bình và cực đoan) và xu hướng thay đổi về dòng chảy và chất lượng nước, và (b) độ nhạy cảm và khả năng phục hồi của hệ sinh thái, của môi trường sống và của các loài trước những thay đổi Môi trường sống dễ bị tổn thương, như đầu nguồn, mương, ao, do nhạy cảm nhất với những biểu hiện của BĐKH

Sự tác động cũng có sự khác biệt theo vùng khí hậu, cụ thể:

Ảnh hưởng đến hệ thủy sinh tại các con sông tại vùng khí hậu lạnh: Các dòng sông trong vùng sinh thái lạnh có nhiệt độ nước lạnh trong suốt cả năm Điều này làm tăng độ hòa tan của oxy trong nước nhưng do lòng sông có thể được bao phủ bởi băng trong vài tháng nên một số loại thực vật và tảo đáy kém phát triển hoặc bị tiêu diệt hoàn toàn trong mùa đông, chỉ có một số loài cá và động vật không xương sống có khả năng thích nghi với nhiệt độ lạnh giá là có thể tồn tại Tuy nhiên hiện nay, hầu hết các loài đang phân bố rộng rãi ở khu vực Bắc Âu không phải bao gồm đầy đủ các loài đặc hữu của vùng này Khi nhiệt độ trái đất nóng lên, nhiệt độ các dòng sông khu vực này cũng tăng lên, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, và các

chu trình không đồng bộ sẽ làm biến đổi về sinh lý đối với các loài thích nghi với điều kiện môi trường lạnh giá

Ảnh hưởng đến hệ thủy sinh tại các con sông ở vùng khí hậu nhiệt đới: Tại vùng Địa Trung Hải, các con sông nhỏ thường bị ngăn cách trong mùa hè do dòng chảy giảm, nhiều con sông còn bị khô cạn hoàn toàn Các sông ở khu vực Địa Trung Hải vốn có các hệ thủy sinh phong phú nhất khu vực Châu Âu với nhiều loại đặc hữu Tuy nhiên, khi điều kiện tự nhiên của môi trường thay đổi, nhiệt độ tăng

và sự cạn dần của các dòng nước ngọt làm trầm trọng thêm các vấn đề của dòng chảy chậm hoặc có thể làm cho các con sông biến mất, hay hiện tượng phú dưỡng tăng cao đều dẫn đến các loài đặc hữu của khu vực bị đe dọa

Ảnh hưởng đến hệ thủy sinh tại các hồ ở vùng khí hậu lạnh: Các hồ trong khu vực này thường bị phân tầng do một thời gian dài bị bao phủ bới lớp băng Nhiệt độ thấp và thời gian sinh trưởng của các sinh vật sản xuất ngắn (chỉ trong một thời gian ngắn của mùa hè) nên các hồ này thường nghèo dinh dưỡng và hệ sinh thái vùng nước lạnh khá nghèo nàn Tác động của BĐKH lên các hồ này sẽ là đáng

kể, và sẽ tác động trực tiếp thông qua việc tăng nhiệt độ, rút ngắn khoảng thời gian băng tan Điều này có thể làm ảnh hưởng đến môi trường sống của các loài cá thích nghi với nước lạnh

Ảnh hưởng đến hệ thủy sinh tại các hồ vùng ôn đới: Hầu hết các hồ ở các vùng ôn đới có hai giai đoạn của sự phân tầng trong mùa hè và mùa đông, mặc dù

có những ngoại lệ như hồ Constance (thiếu sự phân tầng vào mùa đông) Tùy thuộc vào vị trí địa lý, độ sâu, độ cao, kích thước lưu vực và địa chất, các hồ này có rất nhiều loài sinh vật đặc trưng Sinh vật sản xuất chính của các hồ cạn trong khu vực này là các loài thực vật sống đáy, trong khi thực vật phù du là sinh vật sản xuất chủ yếu tại hầu hết các hồ sâu BĐKH dự kiến sẽ tăng cường các triệu chứng của hiện tượng phú dưỡng, thông qua các quá trình sản xuất ban đầu tăng lên và khả năng lưu trữ oxy giảm dần trong nước Nhiều hồ dimitic (hồ chứa phủ băng và thường thấm qua hai lớp địa tầng và hai chu kỳ một năm) sẽ trở thành hồ monomictic (hồ

chứa tương đối sâu, không đóng băng vào mùa đông, trải qua chu kỳ phân lớp đơn

và trộn lẫn duy nhất trong năm)

Ảnh hưởng tới hệ thủy sinh tại các hồ vùng nhiệt đới: Tại các khu vực như phía Nam châu Âu, hầu hết các hồ nước sâu là hồ nhân tạo, trong khi hồ tự nhiên phổ biến là các hồ không sâu Các hồ khu vực này ít bị đóng băng hơn các hồ khu vực Trung và Bắc Âu Đặc biệt, hồ khu vực Địa Trung Hải không bị đóng băng và

do đó là hồ monomictic, với sự phân tầng mùa hè dài Sự bốc hơi nước mạnh và hiện tượng cạn nước cộng với BĐKH càng làm cho các hồ khu vực này tăng nguy

cơ phú dưỡng và ô nhiễm, làm ảnh hưởng lớn đến môi trường sống của các loài thủy sinh

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vị trí nghiên cứu

Vị trí nghiên cứu được lựa chọn dựa trên nguyên tắc vị trí các điểm giám sát chất lượng nước nằm gần (trong phạm vi bán kính 2-5 km) với các trạm đo khí tượng cũng như trạm quan trắc đa dạng sinh học để khảo sát mức độ ảnh hưởng, tương tác của chúng với nhau Mặt khác, các điểm nghiên cứu đều nằm ở thượng và

hạ nguồn sông Hậu Với các nguyên tắc trên, xác định giới hạn các khu vực nghiên cứu phù hợp đó là: tại Châu Đốc là trạm thủy văn và quan trắc nước có kinh độ 105,15, vĩ độ 10,76667; trạm giám sát đa dạng sinh học có vĩ độ 10,74809, kinh độ 105,13438 và tại Cần Thơ là trạm thủy văn và quan trắc nước có kinh độ 105,78333, vĩ độ 10,03333; trạm giám sát đa dạng sinh học có vĩ độ 10,01131, kinh

độ 105,81263 (Hình 6)