B185- Bullentin: Những thách thức và nhu cầu đối với đập trong thế kỷ 21 [Bài 5]

3. BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

3.1. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Ủy ban ICOLD về Biến đổi Khí hậu Toàn cầu (COCG) đã đưa ra một Bản tin vào tháng 11 năm 2016 trình bày các sự kiện và sự không chắc chắn liên quan đến biến đổi khí hậu, minh họa điều này sẽ có tác động như thế nào đến các đập và hồ chứa, đồng thời đưa ra một số khuyến nghị. COCG cũng đồng tình với các ý kiến của  IPCC. 

Nhóm Công tác III của IPCC, trong báo cáo có tựa đề Tóm tắt cho các nhà hoạch định chính sách – Biến đổi khí hậu 2014: Tác động, Thích ứng và Tính dễ bị tổn thương 8  đã đưa ra những nhận xét sau:

• "Trong những thập kỷ gần đây, những thay đổi về khí hậu đã gây ra tác động đến hệ thống tự nhiên và con người trên tất cả các lục địa và trên các đại dương."

• "Ở nhiều khu vực, lượng mưa thay đổi hoặc băng tuyết tan đang làm thay đổi hệ thống thủy văn, ảnh hưởng đến tài nguyên nước về số lượng và chất lượng (độ tin cậy trung bình)."

• "Trong suốt lịch sử, con người và xã hội đã thích nghi và đối phó với khí hậu, sự thay đổi khí hậu với các mức độ thành công khác nhau."

• "Thích ứng đang trở quen thuộc hơn trong quá trình lập kế hoạch, với việc thực hiện các phản ứng hạn chế hơn (độ tin cậy cao)"

Biến đổi khí hậu, bất kể nguyên nhân của nó là gì, sẽ tác động đối với nguồn cung cấp nước, năng lượng và các mục đích khác của đập. Như COCG đã nêu, những tác động này có thể mạnh mẽ và không hoàn toàn có thể dự đoán được.

Bên cạnh đó, những tác động này có thể cộng dồn với những thay đổi khác về nhu cầu về nước ngọt và điện. Nghiên cứu khác chỉ ra rằng: "Từ nay đến năm 2035, mức tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới dự kiến sẽ tăng gấp đôi".   Ngoài ra, nhiều chuyên gia dự đoán rằng dân số toàn cầu sẽ tăng lên khoảng 10 tỷ vào năm 2050. Dân số trên toàn thế giới hiện đang sử dụng các nguồn năng lượng và nước hiện tại ở mức độ sẽ tạo ra sự thiếu hụt ngay bây giờ hoặc sớm. Những nhu cầu này sẽ tiếp tục tăng lên cùng với sự gia tăng dân số và với sự thay đổi kinh tế và các trung tâm dân số.   Sử dụng nước ở các nước đang phát triển có thể tăng 50% vào năm 2025, trong khi mức sử dụng ở các nước phát triển dự kiến sẽ tăng khoảng 18%.    Quản lý năng lượng và tài nguyên nước sẽ là một thách thức toàn cầu trong nhiều thập kỷ tới.

Các đập thủy lợi và thủy điện là giải pháp để quản lý năng lượng và tài nguyên nước ngày càng tốt hơn. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu đã và sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến sản xuất thủy điện và quản lý tài nguyên nước toàn cầu.

Tính đến biến đổi khí hậu là một vấn đề ba chiều:

• tác động (của điều kiện tự nhiên thay đổi đối với các công trình và dự án);

• thích ứng (của con người và môi trường với điều kiện mới);

• Giảm thiểu (biến đổi khí hậu).

Hình 3.1: Ba khía cạnh của các vấn đề biến đổi khí hậu: tác động, thích ứng, giảm thiểu

Mỗi khu vực trên thế giới sẽ phải đối mặt với những thách thức do biến đổi khí hậu bao gồm lũ lụt, hạn hán, băng tan nhanh, nhiệt độ tăng và sự thay đổi về thời gian, địa điểm và lượng mưa. Nhiệt độ tăng đã được quan sát thấy bởi các nhà khoa học nói rằng năm 2014 là năm ấm nhất kể từ khi bắt đầu lưu trữ hồ sơ đáng tin cậy vào những năm 1800.    NOAA (Hoa Kỳ  Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia) và NASA thông báo rằng năm 2106 là năm ấm nhất kể từ khi bắt đầu lưu trữ kỷ lục hiện đại vào năm 1880 và năm 2017 là năm thứ ba; Năm 2017 là năm thứ 41 liên tiếp có nhiệt độ cao hơn mức trung bình của thế kỷ 20. Tất cả những yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến việc cấp nước và sản xuất thủy điện, cũng như an toàn đập.

Nghiên cứu 11 của Đại học Middlebury lưu ý rằng: "Mặc dù tất cả các quốc gia đều dễ bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu toàn cầu, nhưng các nước đang phát triển vốn dĩ dễ bị tổn thương hơn trước tác động của biến đổi khí hậu vì họ có ít nguồn lực hơn để chi tiêu cho các hiện tượng thời tiết cực đoan bất ngờ và thích ứng với những thay đổi lâu dài."

3.2. BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐÃ CÓ NHỮNG TÁC ĐỘNG RÕ RÀNG

Biến đổi khí hậu không chỉ là mối đe dọa cho tương lai mà còn có những hậu quả đã rõ ràng.

Một số hậu quả toàn cầu đã được theo dõi trong nhiều thập kỷ. Trường hợp đáng chú ý là mực nước biển dâng và sự tan chảy của các chỏm băng (xem hình bên dưới).

Hình 3.3: Thay đổi thể tích băng biển Bắc Cực - Nguồn dữ liệu: dựa trên dữ liệu được công bố của Trung tâm Khoa học Địa cực, Đại học Washington; Được xuất bản thông qua WikiCommons.

Tuy nhiên, tác động trực tiếp nhất đến sinh kế của con người có thể liên quan đến nước lục địa. Hạn hán nghiêm trọng hơn và thường xuyên hơn là được báo cáo ở các khu vực khác nhau, như được trình bày dưới đây.

3.3. HẠN HÁN

Hạn hán lớn đã xảy ra trong những năm gần đây. Cho dù chúng liên quan đến biến đổi khí hậu hay sự thay đổi khí hậu tự nhiên có lẽ không thể đánh giá. Dù nguyên nhân của nó là gì, chúng đã có những tác động nghiêm trọng.

Một trong nhiều hạn hán được minh họa ở đây.  Nó đã thu hút sự chú ý trên toàn thế giới vì nó tấn công Cape Town, thành phố lớn thứ hai ở Nam Phi đến mức nguồn cung cấp nước có thể bị đình chỉ.

Hạn hán Cape Town 2018

Nam Phi được bao gồm là một phần của Cộng đồng Phát triển Nam Phi (SADC) lớn hơn, đã trải qua một đợt hạn hán khu vực từ năm 2014 đến năm 2016 đã ảnh hưởng đến khoảng 41 triệu người trên toàn khu vực. Sự kiện El Nino 2015-2016 đã dẫn đến hạn hán tồi tệ nhất ở phần lớn miền nam châu Phi trong 35 năm. Sẽ mất một số năm để khu vực phục hồi do mức độ nghiêm trọng của hạn hán này. Các quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất bao gồm Angola, Botswana, Lesotho, Madagascar, Malawi, Mozambique, Namibia, Nam Phi, Swaziland, Zambia và Zimbabwe. 

Ngoài ra, phải đặc biệt đề cập đến Western Cape, nơi phụ thuộc vào lượng mưa mùa đông trái ngược với phần còn lại của Nam Phi, và cụ thể hơn là Cape Town, thành phố lớn thứ hai ở Nam Phi và đã trải qua tình trạng thiếu nước leo thang đến mức thảm họa.  Điều này là do năm 2017 là một trong những năm khô hạn nhất trong những thập kỷ gần đây và sau hai mùa đông khô hạn liên tiếp.  Những đợt hạn hán kéo dài nhiều năm như vậy là không thường xuyên, có lẽ hiếm khi xảy ra một lần trong một thiên niên kỷ. Các hạn chế nước nghiêm ngặt nhất sau đó đã được thực hiện ở Cape Town, cụ thể là hạn chế nước Cấp độ 6B (trong tháng 2 năm 2018), yêu cầu cư dân giới hạn sử dụng hàng ngày ở mức 50 lít mỗi người. Có bằng chứng tốt cho thấy các sự kiện hạn hán tương tự, có thể nghiêm trọng hơn và có khả năng thường xuyên hơn trong tương lai đòi hỏi cơ sở hạ tầng cung cấp nước có khả năng phục hồi tốt hơn.

Cuộc khủng hoảng "ngày không có nước" ở Cape Town có thể ảnh hưởng đến các thành phố khác. Như được minh họa bởi đoạn trích này từ Times of India, thực tế là biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn cung cấp nước hiện nay được chấp nhận rộng rãi.

3.4. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ĐẾN CẤP NƯỚC

Nguồn cung cấp nước ở cả các nước phát triển và chưa phát triển sẽ bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu. Ngân hàng Thế giới lưu ý trong báo cáo về Nước và Biến đổi khí hậu: "Các nước nghèo luôn phải đối mặt với sự thay đổi thủy văn, biến đổi khí hậu sẽ làm cho an ninh nguồn nước thậm chí còn khó khăn hơn và tốn kém hơn để đạt được."  

Biến đổi khí hậu có thể sẽ gây ra tình trạng thiếu nước và "Nhiều nước đang phát triển của thế giới đang phát triển sẽ phải đối phó với hạn hán và/hoặc nguy cơ lũ lụt ngày càng tăng (Hình 3.1).  Hiện có 1,6 tỷ người sống ở các quốc gia và khu vực khan hiếm nước tuyệt đối và con số này dự kiến sẽ tăng lên 2,8 tỷ người vào năm 2025."

Hình 3.5: Tỷ lệ phần trăm thay đổi dự kiến trong chỉ số thiếu hụt nước năm 2030

ICOLD nhận thức rõ mối quan hệ giữa cung cấp nước và năng lượng, vì cả hai đều thường yêu cầu đập và hồ chứa để quản lý việc sử dụng hiệu quả và tính sẵn có của chúng. Tuy nhiên, khi chúng ta tiến xa hơn vào thế kỷ 21, xu hướng phát triển nhiều đập nhỏ để cấp nước có thể là lựa chọn hấp dẫn và khả thi nhất về mặt tài chính, đảm bảo độ tin cậy của nguồn cung cấp nước.

Tuy nhiên, tác động đến độ tin cậy của nguồn cung cấp nước không phải là tác động duy nhất liên quan đến nước. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ghi nhận trong tài liệu chính sách Tầm nhìn 2030 như sau: 

•       "Sự thay đổi khí hậu đã là mối đe dọa đối với nguồn cung cấp nước và vệ sinh"

•       "Lũ lụt là những trường hợp bình thường tiếp tục gây ra cú sốc cho những người bị ảnh hưởng"

•       "Ở quy mô nhỏ hơn, cơ sở hạ tầng nước uống có thể bị ngập lụt và ngừng hoạt động trong nhiều ngày, vài tuần hoặc vài tháng."

•       "Nơi xảy ra ngập lụt thiếu các cơ sở vệ sinh... lũ lụt phát tán phân thải người và các nguy cơ sức khỏe đi kèm của nó..."

•       "Hạn hán xảy ra không thể đoán trước trên toàn thế giới. Ở nhiều nơi, chúng có khả năng trở nên thường xuyên hơn và phổ biến hơn với biến đổi khí hậu.

Hạn hán là động lực chính để phát triển nguồn cung cấp nước, trữ nước và cơ sở hạ tầng. Tuy nhiên, như đã nói ở trên, các nước nghèo phản ứng chậm hơn với nhu cầu này vì nguồn tài chính hạn chế. Trong trường hợp của cả các nước phát triển và chưa phát triển như đã nói ở trên, giải pháp thực tế cho việc lưu trữ nước là làm nhiều "đập" hơn. Ví dụ, việc xây dựng các đập nhỏ đã được đẩy nhanh trong giai đoạn 2000-2010 để giúp ứng phó với hạn hán tàn khốc ở khu vực Trung Tây của Hoa Kỳ (Hình 3.6).

Hình 3.6: Xây dựng đập nhỏ sau năm 2000 ở khu vực Trung Tây của Hoa Kỳ

3.5. TÁC ĐỘNG ĐẾN NGUY CƠ LŨ LỤT

Như đã lưu ý trong Phần 3.2 ở trên, mỗi khu vực trên thế giới sẽ phải đối mặt với những thách thức do biến đổi khí hậu gây ra lũ lụt gia tăng và sự thay đổi về thời gian và địa điểm mưa. Lũ lụt thường xuyên này có thể rất tàn khốc.

Trong một bài báo trên số ra ngày 23 tháng 9 năm 2014 của New York Times có tựa đề "Rủi ro lũ lụt từ biến đổi khí hậu theo từng quốc gia"14 (Hình 3.3), các tác giả nói rằng:

"Trên toàn cầu, khoảng một trong 40 người sẽ phải sống ở một nơi có khả năng bị lũ lụt vào cuối thế kỷ này" Tuyên bố này là kết quả của một phân tích mới về gia tăng mực nước biển và rủi ro lũ lụt do Climate Central thực hiện. Climate Central đã công bố thông tin này vào tháng 9 năm 2014. Phân tích định nghĩa lũ lụt thường xuyên là lũ lụt ít nhất ba năm một lần.

Hình 3.7: Khả năng lũ lụt ở từng quốc gia

Trong khi báo cáo của New York Times từ Climate Central nhấn mạnh tác động của sự thay đổi mực nước biển.Mực nước biển tăng cùng với lượng mưa cao và các sự kiện dòng chảy thường tạo ra sự tàn phá tồi tệ nhất cho cả các địa điểm thành thị và nông thôn.  Điều này đặc biệt đúng đối với các quốc gia trũng thấp, chẳng hạn như Hà Lan, Nhật Bản, Anh, Pakistan và Việt Nam tiếp xúc với biển. Ví dụ, Việt Nam nhận thức được rủi ro lũ lụt và cam kết xây dựng thêm các đập và đê để giảm thiểu và kiểm soát lũ lụt.  Tuy nhiên, như đã lưu ý ở phần 7 của bản tin này, những hạn chế về tài chính là một yếu tố hạn chế trong việc xây dựng các dự án kiểm soát và quản lý lũ lụt.

ICOLD luôn coi đập là một trong những biện pháp phòng thủ chính chống lại lũ lụt thông qua việc trữ lại một phần dòng chảy trong hồ. Tuy nhiên, một số ủy ban quốc gia thành viên, chẳng hạn như Hiệp hội Đập Hoa Kỳ (USSD), hiện đã bổ sung một ủy ban về thiết kế và bảo trì đê để giải quyết việc chống lũ lụt. ICOLD cần xem xét thêm một ủy ban thiết kế đê (tương tự như của USSD) để giúp đối phó với lũ lụt khi chúng ta tiến vào thế kỷ 21.

Như đã lưu ý, ICOLD và các thành viên nhận ra rằng các đập có lợi cho việc quản lý lũ lụt. Để giúp đảm bảo lợi ích này, sự an toàn của các đập trong lũ lụt phải được xem xét cẩn thận. Cường độ lượng mưa tăng lên và dòng chảy qua các đập tràn tại các đập hiện có thể không có đủ khả năng xả lũ với cường độ tăng do biến đổi khí hậu. Trên thực tế, sự cố đập do không đủ khả năng xả của đập tràn chiếm tỷ lệ lớn hơn bất kỳ nguyên nhân nào khác.

Cả hai TC của ICOLD về Thủy lực và An toàn Đập nên xem hoạt động này như một phần trong nhiệm vụ của họ; nếu chưa thực hiện.

3.6. TÁC ĐỘNG LÊN SẢN XUẤT ĐIỆN

Hình 3.8: Các khu vực trên thế giới phụ thuộc vào thủy điện

Hội thảo của Đại học Middlebury có chủ đề "Tính dễ bị tổn thương của thủy điện và biến đổi khí hậu" lưu ý rằng "Mỗi khu vực trên thế giới sẽ phải đối mặt với những thách thức riêng khi biến đổi khí hậu."  Các cơn bão nghiêm trọng như bão do nhiệt độ đại dương ấm lên có thể và đã tàn phá cơ sở hạ tầng, bao gồm cả nguồn cung cấp điện. Thủy điện không phải là hình thức sản xuất năng lượng duy nhất có thể bị gián đoạn hoặc hư hỏng. Năng lượng tái tạo như thủy triều và điện gió cũng dễ bị gián đoạn như nhau.

Thủy điện được coi là một nguồn tài nguyên tái tạo và có "lượng khí thải carbon thấp" khi so sánh với nhiên liệu hóa thạch nhưng có tác động môi trường và có khả năng bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu và sự thay đổi liên quan của dòng chảy mưa. Hình 3.8 (từ Middlebury) cho thấy các khu vực trên toàn cầu phụ thuộc vào thủy điện.

Trong bài thuyết trình này, có ba loại dự án thủy điện được đề cập: Hồ chứa kết hợp với trạm thủy điện, thủy điện dòng sông và thủy điện tích năng (PSH). 

Mặc dù cả ba loại đều có thể bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu, nhưng loại thủy điện hồ chứa và loại thủy điện trên sông có thể sẽ dễ bị tổn thương nhất. Điều này có thể được nhìn thấy trong Hình dưới.

Hình 3.9: Ảnh hưởng liên quan đến thủy điện (Màu đỏ biểu thị các tác động thường gây bất lợi cho sản xuất thủy điện; Màu xanh lam cho biết các tác động thường cải thiện tiềm năng sản xuất thủy điện).

Biến đổi khí hậu sẽ ảnh hưởng đến sản xuất thủy điện ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào vị trí hoặc loại hình thủy điện.

Để trình bày các hiệu ứng dựa trên vị trí và loại sơ đồ thủy điện, nhóm Middlebury College đã tạo ra ma trận được hiển thị trong Hình 3.10 bên dưới.  Tác động của biến đổi khí hậu nằm dọc theo trục x, và loại và đặc điểm của sơ đồ thủy điện dọc theo trục y.

Hình 3.10: Ảnh hưởng dựa trên vị trí và loại thủy điện

Tóm lại, COEC&S kết luận rằng sản xuất năng lượng sẽ bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu. Các tác động có thể là kết quả của các hiện tượng thời tiết cực đoan thường xuyên hơn, chẳng hạn như lũ lụt hoặc từ các kết quả được ghi nhận của biến đổi khí hậu bao gồm thay đổi nhiệt độ, tan băng và dòng chảy. Thủy điện tích năng (PSH), là đối tác thiết yếu của năng lượng tái tạo có thể sẽ ít bị ảnh hưởng nhất bởi biến đổi khí hậu và do đó nên được tích hợp vào nhiều chương trình năng lượng khu vực.

Một khu vực cụ thể mà tác động như vậy có thể lớn hơn những nơi khác là dãy Himalaya, nơi sông băng tan chảy có thể dẫn đến những thay đổi mạnh mẽ trong chế độ dòng chảy, ảnh hưởng đến các khu vực rất rộng lớn của lục địa châu Á.

3.7.PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HỒ CHỨA (GHG EMISSIONS FROM MAN-MADE RESERVOIRS)

Theo một ghi chú kỹ thuật (Note) gần đây của Ngân hàng Thế giới, "nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và xuất bản trong thập kỷ qua. Để ước tính lượng phát thải khí nhà kính từ các hồ chứa đang tích nước người ta sử dụng công cụ GHG (công cụ G-res), được phát triển và ra mắt vào tháng 5 năm 2017.

Một kết quả của các nghiên cứu gần đây nhất cho thấy lượng khí thải toàn cầu của các hồ chứa nhân tạo thấp hơn ước tính trước đây. Tài liệu tham khảo đầy đủ nhất cho đánh giá chi tiết về phát thải khí nhà kính của các hồ chứa gần đây đã được IEA công bố.  Một đánh giá kỹ lưỡng về vấn đề được trình bày. Trong rà soát, các biện pháp giảm thiểu được trình bày đối với các hồ chứa gây ra lượng khí thải quá mức; Chúng được tóm tắt trong ReF19 nhưsau:

• "Các biện pháp tăng nồng độ oxy ở thượng nguồn của các cửa vào ở Nam Theun 2 HP đã được chứng minh là làm giảm lượng khí thải CH4 (Deshmukh et al. 2016) ở hạ lưu cửa ra.

• Giữ lượng khí thải trên mức giảm thiểu là một biện pháp có thể có tiềm năng lớn để giảm phát thải khí mê-tan.

• Trong quá trình hoạt động, một biện pháp giảm thiểu khả thi là tránh giảm nhanh chóng, vì điều này có lợi cho CH4 sủi bọt.

• Hơn nữa, mặc dù không được coi là một phần của phát thải ròng, UAS (Nguồn do con người không liên quan) có thể đóng góp vào khối lượng lớn GHG trong hồ chứa nhưng điều này ở mức độ lớn có thể kiểm soát được. Vật liệu hữu cơ và chất dinh dưỡng từ lưu vực thượng nguồn cũng có thể được quản lý và bao gồm trong các kế hoạch xử lý lưu vực có trong ESMP. Quản lý UAS làm giảm tổng lượng khí thải nhà kính và cải thiện chất lượng nước của các hồ chứa, một khía cạnh có cả lợi ích giải trí và O&M."

3.8- GIA TĂNG DÂN SỐ

(không dịch)

Nguyễn Quốc Dũng dịch

[Còn tiếp, Bài 6: Nhu cầu năng lượng trong thế kỷ 21]