Nguyên nhân chính đến từ biến đổi khí hậu, nước biển dâng và khai thác nước ngầm quá mức, làm gia tăng độ mặn và suy giảm nguồn nước ngọt cho sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. Trong bối cảnh đó, sự gia tăng áp lực đô thị hóa làm gia tăng nhu cầu sử dụng nước và tác động lên hệ thống nước ven biển, khiến tình trạng xâm nhập mặn trở nên phức tạp và khó lường hơn. Các báo cáo của IPCC (AR4, AR5, AR6) cho thấy mực nước biển dâng đã tăng dần qua các giai đoạn 1961–2003 (1,8 mm/năm), 1993–2010 (3,2 mm/năm) và 1993–2018 (3,3 mm/năm), đồng thời bổ sung các kịch bản nước biển dâng mới như SRES, RCP và SSP cho đến năm 2100, với mức dự báo dao động từ 18–101 cm tùy kịch bản. Các kịch bản này cho thấy đô thị hóa và tiêu thụ năng lượng làm gia tăng phát thải khí nhà kính, thay đổi sử dụng đất và tăng áp lực lên hệ thống nước ven biển, qua đó làm rõ hơn vai trò của hoạt động đô thị hóa đối với xâm nhập mặn.

Ảnh minh họa

Trong hệ thống sông SG-ĐN, sự xâm nhập mặn ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước cung cấp cho TP.HCM và vùng phụ cận. Ghi nhận đầu năm 2016 cho thấy nước sông Sài Gòn tại trạm bơm Hòa Phú đạt độ mặn lên tới 0,35 g/L từ 25–27/1, buộc nhà máy ngừng tiếp nhận nước thô trong tổng cộng 10 giờ. Tại sông Đồng Nai, nước mặn lên tới 0,6 g/L tại trạm Bình An từ ngày 5–14/2 làm ảnh hưởng trực tiếp đến vận hành và sản xuất của nhà máy, trong khi trạm Hóa An vẫn ở mức trong giới hạn nhưng có xu hướng tăng và tình trạng thiếu nước ngày càng nghiêm trọng. SAWACO cho biết độ mặn năm 2020 tại ba trạm cấp nước vẫn dưới mức kỷ lục năm 2015–2016, khi các nhà máy phải ngừng lấy nước do mặn vượt ngưỡng 0,25 g/L. Các nghiên cứu và tài liệu trong nước và quốc tế cho thấy xâm nhập mặn càng phức tạp khi biến đổi khí hậu gia tăng và đô thị hóa mở rộng, đồng thời gợi ý nhiều công cụ và giải pháp công nghệ để ứng phó.

Các ứng dụng mô hình hóa như MIKE11, MIKE21, SWI2 và 2D-ERI đã được triển khai rộng rãi để mô tả và dự báo xâm nhập mặn dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Ví dụ tại Terengganu (Malaysia), MIKE21 cho thấy thủy triều mùa xuân làm tăng vận tốc và xâm nhập mặn sâu hơn vào đất liền, nhưng việc xả nước ngọt với lưu lượng 100 m3/s có thể ngăn được nhiễm mặn tại trạm lấy nước. Ở khu vực Hersonissos (Hy Lạp), SWI2 cho thấy nước biển đang tiến tới giếng cấp nước nếu tiếp tục theo mô hình “business as usual”, và đề xuất ba giải pháp giảm xâm nhập mặn gồm bơm nước thải đã qua xử lý để bổ sung tầng chứa nước, tối ưu hóa tỷ lệ bơm và khai thác nước mặn ở các địa điểm gần bờ. Trong các nghiên cứu về SG-ĐN, có nhiều đề xuất liên quan đến tác động đô thị hóa, công trình chống ngập và quy hoạch vận hành hồ chứa nhằm kiểm soát độ mặn hạ lưu, đặc biệt tại hồ Dầu Tiếng và khu vực lõi TP.HCM, Bình Dương, Long An và Đồng Nai, thông qua tối ưu hóa vận hành và mô hình hóa dòng chảy-xâm nhập mặn bằng MIKE11. Kết quả cho thấy cần một khuôn khổ mô hình hóa tích hợp giữa các công cụ mô phỏng và tối ưu hóa để xác định các quy tắc vận hành hồ chứa nhằm kiểm soát mặn thấp hơn, đồng thời đánh giá tác động của mạng lưới sông Sài Gòn–Đồng Nai đầy đủ yếu tố thủy văn và địa hình.

Mặc dù các nghiên cứu có nhiều lợi ích ở quy mô lưu vực, còn thiếu sự tập trung vào các trạm cấp nước thô cụ thể trên sông Sài Gòn và Đồng Nai, vốn gắn kết chặt chẽ với đời sống người dân TP.HCM. Do đó, cần phát triển mô hình mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn có mạng lưới sông chi tiết, đồng thời tích hợp các yếu tố thủy văn và địa hình để đảm bảo khả năng mô phỏng hiệu quả theo không gian và thời gian. Nghiên cứu nên tập trung đánh giá diễn biến mặn tại vùng khai thác nước ngọt nhằm làm rõ ảnh hưởng xâm nhập mặn so với các phân tích tổng quan trước đó, đồng thời xây dựng bản đồ mặn dựa trên dữ liệu từ ba trạm bơm và mở rộng sang các trạm trên sông Đồng Nai. Từ các kết quả này, cần đề xuất các giải pháp quản lý nguồn cấp nước thô nhằm giảm thiểu rủi ro thiếu nước và đảm bảo an toàn cấp nước cho cộng đồng. Việc tích hợp GIS với mô hình động lực thủy lực và xâm nhập mặn sẽ cho phép đánh giá lan truyền xâm nhập mặn theo thời gian và không gian, từ đó hỗ trợ quyết định vận hành và đầu tư cho hệ thống cấp nước TP.HCM và khu vực lân cận trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đô thị hóa ngày càng gay gắt.

Hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai (SG-ĐN) đang phải đối mặt với áp lực xâm nhập mặn ngày càng gia tăng do sự đồng thời của đô thị hóa, nước biển dâng và biến đổi khí hậu. Nghiên cứu kết hợp công cụ MIKE 21 FM với phân tích GIS nhằm làm sáng tỏ diễn biến xâm nhập mặn ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động bơm nước ngọt, từ đó đề xuất các giải pháp và chiến lược tổng thể giúp bảo đảm an ninh nguồn nước và thúc đẩy phát triển đô thị bền vững. Việc hiệu chỉnh và kiểm định thủy lực cho chỉ số NSE đạt trên 0,81 và R2 trên 0,82 cho thấy mô hình thể hiện hiệu quả, đồng thời sai số PBIAS trong mô phỏng nồng độ mặn đang ở mức tốt. Nghiên cứu áp dụng các kịch bản nước biển dâng từ RCP4.5 và RCP8.5 cho các năm 2030, 2050 và 2080, cho thấy hiện trạng xâm nhập mặn đã vượt ngưỡng 0,3 g/L tại ba trạm bơm chủ chốt: Hòa Phú (sông Sài Gòn), và Hóa An, Bình An (sông Đồng Nai). Trong đó, nồng độ mặn tại trạm Bình An được ghi nhận cao nhất và đáng chú ý là một tín hiệu rõ cho thấy sự gia tăng xâm nhập mặn theo thời gian dưới tác động của biến đổi khí hậu và đô thị hóa. Kết quả này không chỉ cho thấy hiện trạng nan giải của nguồn nước ngọt phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu và phương án quản lý để các cơ quan chức năng ra quyết định.

Kết quả cho thấy, xâm nhập mặn gia tăng sẽ tác động trực tiếp đến khả năng khai thác và cung cấp nước ngọt tại các trạm bơm then chốt, đòi hỏi một hệ thống quản lý nước có tính linh hoạt và tính dự báo cao. Theo đó, nghiên cứu đề xuất một lộ trình hành động tích hợp giữa mô hình động lực thủy lực và công cụ GIS nhằm giám sát, dự báo và tối ưu hóa vận hành các trạm bơm nước thô, đồng thời đề xuất các giải pháp quản lý nguồn cấp nước như phát triển hệ thống đầu vào nước ngọt bổ sung, tối ưu hóa lịch cấp nước và điều chỉnh vận hành hồ chứa dựa trên dự báo xâm nhập mặn theo các kịch bản khí hậu. Cụ thể, kết quả mô phỏng cho thấy cần tăng cường tính linh hoạt trong công tác vận hành nhằm ứng phó với biến đổi theo mùa và theo kịch bản nước biển dâng, bảo đảm giới hạn mặn cho nước thô phục vụ sinh hoạt và sản xuất tại TP.HCM và vùng phụ cận. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ quyết định cho các ban ngành quản lý và khai thác nguồn nước ngọt, đồng thời góp phần định hình các chiến lược quy hoạch đô thị, tài nguyên nước và hạ tầng cấp nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự mở rộng của đô thị ven biển.