Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CỰC TRỊ DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CỰC TRỊ DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC THÀNH PHỐ HÀ NỘI Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy không phải là một lưu vực lớn, nhưng có vị trí địa lý đặc biệt, đóng...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

2

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Nguyễn Thanh Sơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy, người đã đã hết lòng động viên, tận tình giúp đỡ và quan tâm tới từng bước nghiên cứu của học viên

Để thực hiện luận văn, tác giả đã được sự hỗ trợ về mặt tài chính của đề tài cấp Đại học Quốc gia mã số QGTD.10.06, cũng như sự giúp đỡ về thời gian, điều kiện nghiên cứu thuận lợi từ các thầy cô trong Bộ môn Thủy văn, các thầy cô giáo, đồng nghiệp trong khoa và bè bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu

Nguyễn Ý Nhƣ

3

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 5

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 8

MỞ ĐẦU 11

Chương 1TỔNG QUAN 12

1.1 Tình hình nghiên cứu tài nguyên nước trên thế giới liên quan tới biến đổi khí hậu 12

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 15

1.3 Một số thảo luận 16

1.4 Điều kiện địa lý tự nhiên – kinh tế xã hội lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc địa phận thành phố Hà Nội 17

1.4.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 17

1.4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 22

1.4.3 Hiện trạng tài nguyên nước 23

1.4.4 Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy 24

Chương 2 LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY 26

2.1 Kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu 26

2.1.1 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu 26

2.1.2 Một số công cụ được sử dụng xây dựng kịch bản 27

2.1.3 Phương pháp nội suy 28

2.1.4 Hệ số chỉnh sai 29

4

2.2 Các mô hình khí hậu – dòng chảy 31

2.2.1 Giới thiệu một số mô hình khí hậu – dòng chảy 31

2.2.2 Nhận xét và lựa chọn mô hình 37

2.3 Mô hình thủy văn cho lưu vực nghiên cứu 38

2.3.1 Cấu trúc của mô hình NAM 38

2.3.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy trong mô hình NAM 40

2.3.3 Các thông số cơ bản của mô hình NAM 43

2.3.4 Điều kiện ban đầu của mô hình 44

2.3.5 Hàm mục tiêu 44

Chương 3ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 45

3.1 Cơ sở dữ liệu 45

3.1.1 Số liệu đầu vào mô hình NAM 45

3.1.2 Số liệu sử dụng đánh giá biến đổi 46

3.2 Áp dụng mô hình cho khu vực nghiên cứu 48

3.2.1 Chỉ tiêu đánh giá hoạt động mô hình 49

3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mưa dòng chảy NAM 50

3.3 Đánh giá biến động cực trị dòng chảy 52

3.3.1 Biến động các đặc trưng dòng chảy lũ 52

3.3.2 Biến động các đặc trưng dòng chảy kiệt 65

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

5

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Sơ đồ lưu vực hệ thống sông Nhuệ - Đáy 19 Hình 2 1 Sơ đồ nội suy lưỡng tuyến tính 28 Hình 2 2 So sánh mưa, bốc hơi tháng nhiều năm quan trắc và nội suy từ mô hình RegCM3 30 Hình 2 3 Cấu trúc của mô hình NAM 39 Hình 3 1 Lưu vực cơ sở và mạng lưới trạm trên lưu vực sông Nhuệ Đáy 46 Hình 3 2 So sánh độ lệch chuẩn của chuỗi quan trắc, RegCM và RegCM đã hiệu sai 47 Hình 3 3a Hiệu chỉnh mô hình NAM xây dựng cho tiểu lưu vực ND1 - Ba Thá (1972-1974) 51 Hình 3 3b Kiểm định mô hình NAM xây dựng cho tiểu lưu vực ND1 - Ba Thá (1976-1978) 51Hình 3 4 Diễn biến dòng chảy tháng trung bình nhiều năm trên các tiểu lưu vực cho từng thời kỳ thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 53 Hình 3 5a Tỉ lệ biến động dòng chảy 6 tháng và 4 tháng mùa lũ giữa kịch bản A1B

và giai đoạn nền (1970 – 1999) 54Hình 3 5b Tỉ lệ biến động dòng chảy 6 tháng và 4 tháng mùa lũ giữa kịch bản A2

và giai đoạn nền (1970 – 1999) 54 Hình 3 6 Biến động theo không gian của các đặc trưng dòng chảy lũ trên hệ thống lưu vực sông Nhuệ Đáy theo kịch bản A1B 56 Hình 3 7 Đường quá trình dòng chảy tháng cực đại tại các tiểu lưu vực sông Nhuệ Đáy cho thời kỳ nền, kịch bản A1B và kịch bản A2 58 Hình 3 8 Biến động dòng chảy ngày cực đại theo thập niên trên lưu vực Nhuệ Đáy theo kịch bản A1B 59

6

Hình 3 9a So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lưu vực ND1 – Giai đoạn nền 61Hình 3 9b So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lưu vực ND1 – Kịch bản A1B 61Hình 3 9c So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lưu vực ND1 – Kịch bản A2 61 Hình 3 10 Thay đổi cường độ dòng chảy ứng với các tần suất khác nhau trên 5 tiểu lưu vực cho 2 kịch bản A1B và A2 64 Hình 3 11 Biến động dòng chảy kiệt theo không gian kịch bản A1B trên lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa phân thành phố Hà Nội 67 Hình 3 12 Biến động dòng chảy kiệt trên các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy theo kịch bản A1B qua từng thập niên và từng thời kỳ 68 Hình 3 13a Đường cong thời khoảng dòng chảy tháng theo các điều kiện khí hậu khác nhau tại lưu vực ND1 70Hình 3 13b Đường cong thời khoảng dòng chảy tháng theo điều kiện khí hậu giai đoạn nền cho từng tiểu lưu vực 70 Hình 3 14a So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lưu vực ND1 – Giai đoạn nền 74Hình 3 14b So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lưu vực ND1 – Kịch bản A1B 74 Hình 3 14c So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lưu vực ND1 – Kịch bản A2 74 Hình 3 15a Dòng chảy kiệt và đặc trưng khô hạn năm 1977 76Hình 3 15b Dòng chảy kiệt và đặc trưng khô hạn năm 2040 76

7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3 1 Trạm đo mưa và trọng số theo phương pháp đa giác Thiessen được sử

dụng để tính toán dòng chảy cho các tiểu lưu vực thuộc lưu vực Nhuệ Đáy 48

Bảng 3 2 Mức độ mô phỏng của mô hình tương ứng với chỉ số Nash 49

Bảng 3 3 Bộ thông số tối ưu cho lưu vực sông Nhuệ Đáy 52

Bảng 3 4 Thay đổi của một số đặc trưng dòng chảy lũ của lưu vực ND1 55

Bảng 3 5 Phân bố tần suất dòng chảy 3 ngày lớn nhất 63

Bảng 3 6 Thay đổi cường độ vượt quá của Qx 72

Bảng 3 7 Tần suất dòng chảy tháng kiệt nhất 75

8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

A1B, A2 Các kịch bản phát thải khí nhà kính IPCC

ANN Artificial Neural Network (Mạng thần kinh nhân tạo) AQUASIM A Computer Program for the Identification and

Simulation of Aquatic Systems (Phần mềm sinh thái)

BOD Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) COD Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)

DEM Digital Elevation Model (Mô hình độ cao số hóa)

DHI Danish Hydraulic Institute (Viện nghiên cứu thủy lực

Đan Mạch) ECHAM European Centre Hamburg Model (Mô hình khí hậu

toàn cầu của Trung tâm châu Âu tại Hamburg) ESRI Environmental Systems Research Institute (Viện nghiên

cứu hệ thống môi trường) FDC Flow duration curve (Đường cong thời khoảng dòng

chảy) GCM Global Climate Model (Mô hình khí hậu toàn cầu) HBV Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (Mô hình

cân bằng nước thủy văn) HEC-HMS Hydrologic Engineering Center’s Hydrologic Modelling

System (Hệ thống mô hình hóa thủy văn trung tâm kỹ thuật thủy văn)

HIRLAM High Resolution Limited Area Model (Mô hình khu vực

hạn chế độ phân giải cao) Hydro-BEAM Hydrological River Basin Environment Assessment

Model (Mô hình đánh giá môi trường lưu vực sông)

9

IHMS Integrated Hydrological Modelling System hệ thống mô

hình thủy văn kết hợp IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change (Ban Liên

chính phủ về Biến đổi khí hậu)

MIKE – SHE Système Hydrologique Européen (Mô hình hệ thống

thủy văn Châu Âu) NAM Nedbør - Afstrømnings – Models (Mô hình mưa – dòng

chảy) NASIM Niederschlag – Abfluss Simulation Model (Mô hình

tính mưa – dòng chảy ND1 – ND5 Tiểu lưu vực thuộc Lưu vực sông Nhuệ - Đáy

NNK những người khác (chỉ các đồng tác giả của một công

trình, bài báo …) NSE Nash–Sutcliffe efficiency (hệ số Nash–Sutcliffe)

NWSRFS National Weather Service River Forecasting System (Hệ

thống dự báo thời tiết quốc gia) OPYC Ocean General Circulation Model (Mô hình hoàn lưu

chung đại dương) QUAL2E Enhanced Stream Water Quality Models (Mô hình chất

lượng nước) RegCM REGional Climate Model (Mô hình khí hậu khu vực của

ICTP) SAC – SMA Sacramento Soil Moisture Accounting (Mô hình tính

toán hàm lượng ẩm đất) SCS Soil Conservation Service (Phương pháp bảo tồn đất)

10

KH KTTV& MT Khoa học Khi tượng Thủy văn và Môi trường

11

MỞ ĐẦU

Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy không phải là một lưu vực lớn, nhưng có vị trí địa lý đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của cả nước nói chung, của vùng đồng bằng sông Hồng nói riêng Sông Nhuệ và sông Đáy là hai con sông cung cấp nguồn nước ngọt quan trọng cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dân sinh cho cộng đồng dân cư, đang chịu áp lực mạnh mẽ của sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hoá, cũng như các hoạt động kinh tế xã hội (KT – XH) diễn ra trên lưu vực Trước những yêu cầu lớn đặt ra với nguồn nước của lưu vực này để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao về số lượng do sự phát triển dân sinh KT -

XH cũng như đòi hỏi nguồn nước để duy trì hệ sinh thái, hạn chế ô nhiễm nguồn nước, trong xu thế tài nguyên nước đang suy giảm cả về chất và lượng, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con người và cả tác động của biến đổi khí hậu Đối với lưu vực vấn đề đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến các cực trị dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn thành phố Hà Nội nhằm tạo tiền đề cho việc xây dựng các giải pháp giảm thiểu những tác hại do biến đổi khí hậu, giúp các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách xác định chiến lược phát triển kinh tế bền vững và đảm bảo an sinh xã hội là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn được bố cục thành 3 chương, ngoài mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo như sau:

12

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI LIÊN

QUAN TỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Vấn đề biến đổi khí hậu (BĐKH) đã được Svante Arrhenius, một nhà khoa học người Thủy Điển, đề cập đến lần đầu tiên năm 1896, cho rằng sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sẽ dẫn đến khả năng cao hiện tượng nóng lên toàn cầu Nghiên cứu

về vấn đề này bị gián đoạn do vào thời điểm đó ảnh hưởng của con người là không đáng kể so với yếu tố thiên nhiên Đến cuối thập niên 1980, khi nhiệt độ bắt đầu tăng lên nhanh thì hiện tượng nóng lên toàn cầu lại được chú ý đến Lý thuyết về hiệu ứng nhà kính ra đời và Tổ chức Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu của Liên Hiệp quốc (IPCC) đã được thành lập qua Chương trình Môi trường Liên Hiệp quốc

và Tổ chức Khí tượng thế giới

Năm 1990, các nghiên cứu về biến đổi khí hậu của IPCC được công bố, bao gồm hiện tượng nóng lên toàn cầu, khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính, nước biển dâng, các tác nhân khí hậu, lịch sử thay đổi của khí hậu Trái Đất và trở thành một

cơ sở khoa học khi nghiên cứu về vấn đề này Dựa trên việc mở rộng, cải thiện khối lượng lớn dữ liệu quan trắc và phân tích có độ tin cậy cao, IPCC đã đưa ra những bằng chứng mạnh mẽ rằng hiện tượng nóng lên toàn cầu quan trắc thấy trong 50 năm qua là do các hoạt động của con người Đồng thời, sự hợp nhất cả nhân tố tự nhiên và con người trong kết quả quan trắc và tính toán mô hình trong 140 năm Những thay đổi trong khí hậu khu vực cho thấy tác động đến hệ thống sinh thái, vật

lý và có dấu hiệu về tác động của nó đối với hệ thống kinh tế, xã hội Xu hướng tăng nhiệt độ đã tác động đến hệ thống tài nguyên nước và các hệ sinh thái ven biển, trong lục địa ở nhiều nơi trên thế giới, dẫn tới chi phí kinh tế xã hội tăng lên do biến đổi khí hậu khu vực và thời tiết nguy hiểm tăng lên [30]

Biến đổi khí hậu có khả năng ảnh hưởng đến rất nhiều lĩnh vực trong đó có tài nguyên nước Trong khoảng 10 – 15 năm qua đã có nhiều nhà thủy văn trên thế

13

giới nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đối với tài nguyên nước Trong những nghiên cứu này vận dụng nhiều cách tiếp cận các mô hình khác nhau Dù là theo cách tiếp cận nào thì mục tiêu chính của các hoạt động nghiên cứu tài nguyên nước liên quan đến biến đổi khí hậu là nhằm đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với tài nguyên nước

Liên quan tới bài toán biến đổi khí hậu, nhiều nghiên cứu đã kết hợp mô hình khí hậu toàn cầu với các mô hình thủy văn quy mô lớn Feddes & nnk (1989) [23]

đã đề cập đến khả năng sử dụng mô hình khí quyển – cây trồng – nước – đất 1 chiều như một cơ sở cho việc thông số hóa trong các mô hình thủy văn Với cách tiếp cận này, mô hình thủy văn được xây dựng có thể phù hợp với quy mô lưới của mô hình khí hậu toàn cầu (30x30km), khác một cách cơ bản so với quy mô lưới được sử dụng trong đa số các mô hình thủy văn hiện tại Nó cho phép thể hiện quá trình tương tác giữa khí tượng và thủy văn, dẫn tới kết quả tính toán các đặc trưng khí hậu và thủy văn đáng tin cậy hơn Tuy nhiên, để thực hiện bài toán hiệu chỉnh và các thông số là những hàm chưa biết của khí hậu, đất, thực vật, địa lý, sử dụng đất

và địa mạo nên khối lượng dữ liệu được yêu cầu là rất lớn Hướng tiếp cận này không thể thực hiện cho các lưu vực quy mô nhỏ vì độ phân giải lưới thô Vì thế, các mô hình thủy văn qui mô dưới lưới vẫn cần thiết để giải quyết bài toán biến đổi khí hậu liên quan đến các hiện tượng thủy văn trên quy mô nhỏ

Một số nghiên cứu thông qua phân tích sự biến đổi trong thời gian dài của số liệu thủy văn và khí tượng quan trắc để đánh giá tác động biến đổi khí hậu Labat D

& nnk (2004) [21], tập trung vào tác động của biến đổi khí hậu lên vòng tuần hoàn thủy văn trên quy mô toàn cầu, dựa trên dữ liệu quan trắc chứng minh mối liên kết giữa hiện tượng ấm lên và sự gia tăng của vòng tuần hoàn thủy văn trên toàn cầu Trên cơ sở đó, ông đưa ra những kết luận cho thấy dòng chảy toàn cầu có xu hướng tăng mạnh trong 75 năm qua với bước thời gian thay đổi là 15 năm Để giải quyết bài toán này, phải giải quyết nhiều vấn đề nảy sinh khi sử dụng chuỗi dữ liệu toàn cầu như sự không đồng bộ trong độ dài chuỗi dữ liệu, hay thiếu số liệu Mặc dù đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về xu hướng biến đổi dòng chảy toàn cầu, dòng

14

chảy tăng 4% với 1oC tăng lên của nhiệt độ; thực tế phần lớn các nghiên cứu theo hướng này lại được thực hiện trên quy mô khu vực, vì thế vấn đề cần chuỗi số liệu dài và tương đối đầy đủ là bức thiết Hướng nghiên cứu chuỗi lịch sử được thực hiện ở hầu hết các nghiên cứu Những thay đổi nhiệt độ không khí trung bình được

bổ sung bằng cách tăng những lượng cụ thể vào chuỗi nhiệt độ lịch sử và thay đổi lượng mưa bằng phép toán tích với hệ số xác định

Hướng tiếp cận này có khả năng cung cấp những thông tin hữu ích về các đặc tính thủy văn trong điều kiện khí hậu tương lai Tuy nhiên, do hầu hết các mô hình thủy văn sử dụng các giá trị điểm hay trung bình lưu vực của dữ liệu khí tượng nên đã vấp phải một vấn đề là đầu ra của mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) quá lớn, phải được chuyển sang phạm vi nhỏ hơn phù hợp với các đánh giá tác động trên quy

mô địa phương Xu Z.X (2008) [38] sử dụng 4 kết quả của mô hình khí hậu toàn cầu GCMs, và phương pháp chi tiết hóa thống kê để xây dựng các biến khí hậu địa phương mưa và nhiệt độ trong tương lai Dữ liệu này được sử dụng làm đầu vào cho

mô hình thủy văn phân bố SWAT để tính toán chế độ dòng chảy tương lai tương ứng trong lưu vực thượng nguồn Yellow Kết quả cho thấy xu hướng giảm dòng chảy trung bình năm và tăng lượng thiếu hụt tài nguyên nước trên lưu vực nghiên cứu, tuy nhiên biến động thủy văn tương ứng với mỗi số liệu biến đổi GCMs tương đối lớn Kim U & nnk (2008) [29] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối

với cả chế độ thủy văn và tài nguyên nước trên lưu vực thượng lưu sông Blue Nile ở Ethiopia, khu vực có dữ liệu quan trắc hạn chế Nghiên cứu này cũng sử dụng đầu

ra của mô hình khí hậu GCMs làm đầu vào cho mô hình thủy văn 2 bể chứa đơn Điểm đáng chú ý ở đây là đã sử dụng tổ hợp kết quả của 6 mô hình GCMs khác nhau theo trọng số dựa trên độ chính xác của từng mô hình trong kết quả tính toán mưa và nhiệt độ cho khu vực nghiên cứu, theo nguyên tắc sai số tuyệt đối trung bình của từng mô hình càng nhỏ thì trọng số càng lớn Trong nghiên cứu của Andersen H.E & nnk (2006) [18], sử dụng dữ liệu biến đổi khí hậu được dự đoán bằng mô hình ECHAM4/OPYC và được chi tiết hóa động lực bằng mô hình khí hậu khu vực HIRHAM với độ phân giải lưới 25 km và sử dụng số liệu này làm đầu vào

15

cho mô hình thủy văn Mike 11 – TRANS với cố gắng cải thiện kết quả từ mô hình khí hậu khu vực bằng hệ số tỉ lệ thay đổi giá trị mưa, nhiệt độ và bốc hơi theo tháng Mặc dù nghiên cứu có đề cập đến giá trị cực đoan, nhưng chỉ mới dừng lại ở dòng chảy trung bình mùa lũ và mùa kiệt Ngoài ra còn dùng chỉ số dòng chảy cơ sở và thấy xu hướng tăng dòng chảy lũ và giảm dòng chảy kiệt mặc dù nước ngầm vẫn giữ xu hướng tăng

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị tác động nhiều nhất của BĐKH mà cụ thể là hiện tượng nước biển dâng cao - hậu quả của sự tăng nhiệt độ làm bề mặt Trái Đất nóng lên do phát thải khí nhà kính (KNK) Đã có rất nhiều chương trình nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp giảm nhẹ và ứng phó với BĐKH trên các quy mô khác nhau Sapkota M & nnk (2010) [35] đã nghiên cứu tác động của biển đổi khí hậu đối với dòng chảy sông Hồng ở Hà Nội - Việt Nam,

sử dụng mô hình thủy văn phân bố Hydro-BEAM (Hydrological River Basin Environment Assessment Model) Mô hình sử dụng số liệu khí tượng từ đầu ra của

mô hình GCM với độ phân giải cao (20km không gian và từng giờ theo thời gian) ứng với kịch bản A1B của IPCC Nghiên cứu giả thiết số liệu đầu ra của mô hình và

số liệu quan trắc có cùng một hàm phân bố, và số liệu khí tượng được hiệu chỉnh bằng phương pháp dựa thống kê để cải thiện mưa và nhiệt độ, sử dụng phương pháp nội suy kriging Với mô hình toàn cầu có độ phân giải cao 20km có lợi thế là nghiên cứu không cần phải thực hiện thêm bất cứ một mô hình chi tiết hóa nào, đồng thời phương pháp này yêu cầu một hệ thống máy tính lớn để lưu trữ và thực hiện các phép tính toán Tuy nhiên trong nghiên cứu lại không đề cập đến phương pháp tính

hệ số tỉ lệ cho việc chỉnh sai Với phương pháp nội suy phi tuyến yêu cầu phải nắm

rõ tác động từ các nút đến điểm trạm Trong trường hợp không xác định rõ được trọng số của các nút thì việc sử dụng phương pháp này sẽ ảnh hưởng đến kết quả nội suy Kết quả đều rất tốt đối với cả mưa và nhiệt độ tháng Kết quả hiệu chỉnh

mô hình thủy văn khá tốt thông qua chỉ số Nash 0.77 với sai số dòng chảy tổng vượt 5.5%, được thực hiện tại trạm Hà Nội Phương pháp chỉnh sai có thể mô phỏng tốt

16

hơn khi kịch bản GCM qua giai đoạn đỉnh lũ và có xu thế đường quá trình Xét về thời gian trễ, mô hình hiện chưa đáp ứng được, ở đây chỉ có cường độ mưa được hiệu chỉnh mà bỏ qua tần suất Kết quả bước đầu của nghiên cứu cho thấy xu hướng ngày càng ác liệt của lũ và sự thay đổi khác biệt trong mùa mưa

Nghiên cứu của Vũ Văn Minh & nnk (2011) [5] đã thực hiện đánh giá xu hướng thay đổi của dòng chảy lũ, nhưng chỉ dừng lại ở phân tích mực nước lũ lớn nhất trên phạm vi rộng của cả lưu vực sông Hồng – Thái Bình Kết quả cho thấy dòng chảy lũ dự tính trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình tăng dần qua từng thời kỳ Một nghiên cứu khác, của cùng nhóm tác giả, mặc dù đề cập đến cả dòng chảy kiệt

và dòng chảy lũ, nhưng chỉ dừng ở giá trị trung bình của mùa lũ, kiệt mà chưa phân tích các đặc trưng của chúng Kết quả cũng cho thấy dòng chảy trung bình có xu hướng tăng trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình, trong đó dòng chảy lũ có xu hướng tăng, dòng chảy kiệt có xu hướng giảm

Trần Thanh Xuân (2011) [17] ngoài việc tập trung vào dòng chảy trung bình năm, mùa, còn đề cập đến dòng chảy lớn nhất tương ứng với các tần suất khác nhau Kết quả cho thấy giá trị lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất năm (Qmax) tương ứng với các tần suất đều tăng trên phần lớn các sông với mức tăng khoảng 5 ÷ 22%, nhất là ở các sông nhánh

1.3 MỘT SỐ THẢO LUẬN

Từ việc tổng quan các tài liệu nghiên cứu có thể đưa ra các kết luận rằng: 1/ Không có sự thống nhất trong các phương pháp đánh giá tài nguyên nước dưới tác động của biến đổi khí hậu

2/ Mặc dù có nhiều phương pháp khác nhau để hiệu chỉnh số liệu khí tượng, nhưng phần lớn các nhà nghiên cứu đều sử dụng phương pháp hạ quy mô để thực hiện bài toán

3/ Một trong những vấn đề của hệ thống thủy văn đối với biến đổi khí hậu là tính toán những dao động cực trị, thông qua các đặc trưng của lũ và hạn hán Hầu

17

hết các công trình khoa học đã công bố rộng rãi ở Việt Nam gần đây chỉ mới tập trung sự thích ứng này ở đại lượng dòng chảy trung bình

4/ Các nghiên cứu trong nước hiện chỉ tập trung vào những lưu vực có quy

mô lớn hệ thống sông Hồng – Thái Bình hay sông Mê Công mà chưa có những nghiên cứu cho các lưu vực nhỏ, như lưu vực sông Nhuệ - Đáy, một lưu vực đóng vai trò đặc biệt với Thủ đô Hà Nội, nơi tập trung đông dân cư và quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh

Đề tài luận văn Nghiên cứu tác động của Biến đổi khí hậu đến cực trị dòng

chảy trên lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn Thành phố Hà Nội đã được hình

thành, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc Tiếp theo, luận văn đi vào tổng quan các đặc điểm địa lý tự nhiên và tài nguyên nước của lưu vực sông Nhuệ - Đáy trong phần tiếp theo

1.4 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN – KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HÀ NỘI

1.4.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

Vị trí địa lý: Lưu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có diện tích là

1900km2, lưu vực sông Nhuệ có diện tích khoảng 603km2 Lưu vực nằm trong phạm vi: phía Bắc và phía Đông được bao bởi đê sông Hồng kể từ ngã ba Trung Hà tới cửa Ba Lạt với chiều dài khoảng 242 km, phía Tây Bắc giáp sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà với chiều dài khoảng 33 km, phía Tây giáp Hòa Bình, phía Nam giáp Hà Nam [4]

Địa hình: Xét về mặt cấu trúc ngang đi từ Tây sang Đông có thể chia địa

hình khu vực nghiên cứu thành vùng chính như sau:

a) Vùng đồi núi Địa hình núi phân bố ở phía Tây và Tây Nam, chiếm

khoảng 30% diện tích, có hướng thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam ra biển và thấp dần từ Tây sang Đông Địa hình đồi núi được tách ra với địa hình núi và đồng

18

bằng độ chênh cao <100m, độ phân cắt sâu từ 15-100m Trong phạm vi lưu vực sông Nhuệ - Đáy, địa hình đồi chiếm khoảng 10% diện tích có độ cao dưới 200m

b) Vùng đồng bằng Diện tích vùng đồng bằng chiếm khoảng 60% lãnh thổ,

địa hình khá bằng phẳng có độ cao < 20m và thấp dần từ Tây sang Đông, từ Tây Bắc xuống Đông Nam Hướng chảy của sông Nhuệ - Đáy luôn thay đổi: thượng nguồn hướng Bắc-Nam; trung lưu và hạ lưu hướng Tây Bắc-Đông Nam Thượng lưu sông uốn khúc quanh co, hẹp và dốc, nhiều thác ghềnh, nước chảy xiết là nguy

cơ tạo ra các hiện tượng xói lở, lũ quét

Địa chất – Thổ nhưỡng: Lưu vực sông Nhuệ - Đáy được cấu thành bởi các

đá biến chất, trầm tích, trầm tích phun trào, các đá xâm nhập và trầm tích bở rời tuổi

từ Protezozoi đến hiện đại Dựa vào thành phần thạch học, các thông số địa chất thuỷ văn và đặc điểm thuỷ động lực có thể phân chia vùng nghiên cứu thành 7 tầng chứa nước

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy gồm có các nhóm đất chính: Nhóm đất mặn; phù sa; xám; vàng đỏ; đất xói mòn trơ sỏi đá

Thảm phủ thực vật: Do lưu vực sông Nhuệ - Đáy có địa hình đa dạng, với

các vùng đồi, núi và 2/3 diện tích là đồng bằng, nên trên lưu vực có nhiều hệ sinh thái khác nhau như rừng trên núi đất, núi đá vôi, các hệ sinh thái thủy vực nước ngọt, các vùng đất ngập nước Hiện nay rừng đầu nguồn lưu vực sông đang bị tàn phá nghiêm trọng Diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp đáng kể Theo số liệu khảo sát gần đây nhất, diện tích rừng trên lưu vực thuộc địa bàn Hà Nội chiếm 160.84km2, trong đó có 55.2km2là rừng dự trữ; 105.64km2 là rừng dày – nghèo

Khí hậu lưu vực sông Nhuệ - Đáy khá tiêu biểu cho kiểu khí hậu Bắc Bộ với

đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, mưa ít Lượng mưa phân bố không đồng đều, trung bình hàng năm 1.800mm Hữu ngạn của lưu vực mưa khá lớn (X > 1800mm), nhất là vùng đồi núi phía Tây (X

>2000mm) Trung tâm mưa lớn nhất ở thượng nguồn sông Tích thuộc núi Ba Vì (X=2200-4000mm) Phần tả ngạn lưu vực lượng mưa tương đối nhỏ (X=1500-

20

Khu vực ô trũng đầm lầy về mùa mưa, thường xuyên bị úng ngập, đặc biệt những khu vực nằm trong vùng phân lũ của sông Đáy, bởi vậy mỗi khi có báo động III hoặc phân lũ thì bị ngập nước ở độ sâu từ 1- 4m

Trên toàn lưu vực, mùa mưa bắt đầu từ tháng IV-V và kết thúc vào tháng

X-XI, tập trung tới 70-90% lượng mưa cả năm

Chế độ nhiệt phân hoá khá rõ rệt theo đai cao trong khu vực nghiên cứu Nhiệt độ trung bình năm ở vùng thấp đạt từ 25 – 27oC, ở vùng đồi núi phía Tây và Tây Bắc nhiệt độ trung bình năm xấp xỉ 24oC

Lượng bức xạ tổng cộng trung bình hàng năm là 122,8 kcal/cm2và nhiệt độ không khí trung bình hàng năm từ 15-24oC Mùa đông gió có hướng thịnh hành là Đông Bắc, tần suất đạt 60 - 70% Một số nơi do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió đổi thành Tây Bắc và Bắc, tần suất đạt 25 - 40% Mùa hè các tháng V, VI, VII hướng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam, tần suất đạt khoảng 60 - 70% Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất

20 - 25% Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất hướng thay đổi trung bình từ 10 - 15%

Bốc hơi là một trong những thành phần chính của cán cân nhiệt và cán cân nước Lượng bốc hơi từ bề mặt trải trên lưu vực chủ yếu quyết định bởi tiềm năng nhiệt và ẩm Do đó, sự phân bố của lượng bốc hơi năm phụ thuộc vào sự phân bố không gian của nhiệt và ẩm Ngoài yếu tố mưa, yếu tố bốc hơi từ bề mặt lưu vực cũng tham gia trực tiếp vào cán cân nước, ảnh hưởng rõ rệt tới sự hình thành dòng chảy Do nền nhiệt độ trên lưu vực cao làm cho quá trình bốc hơi trên lưu vực diễn

ra đều khá lớn Lượng bốc năm dao động trong khoảng 900-1000mm Do chịu ảnh hưởng của biển độ ẩm tương đối trung bình hàng năm của lưu vực là 75-80%, lớn nhất vào đầu mùa mưa, và thấp nhất trong mùa khô

Thủy văn Mạng lưới sông ngòi khu vực nghiên cứu tương đối phát triển, mật

độ lưới sông đạt 0,7 - 1,2km/km2 Lưu vực có dạng dài, hình nan quạt, gồm:

21

Sông Đáy nguyên là một phân lưu lớn đầu tiên ở hữu ngạn sông Hồng, bắt

đầu từ cửa Hát Môn chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam Nhưng đến năm 1937, sau khi xây dựng xong đập Đáy nước sông Hồng không thường xuyên vào sông Đáy qua cửa đập Đáy trừ những năm phân lũ, vì vậy phần đầu nguồn sông (từ km 0 đến Ba Thá dài 71km) sông Đáy coi như đoạn sông chết Lượng nước để nuôi sông Đáy chủ yếu là do các sông nhánh, quan trọng nhất là sông Tích

Sông Nhuệ lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc để tưới cho hệ thống

thủy nông Đan Hoài Sông Nhuệ còn tiêu nước cho thành phố Hà Nội, thị xã Hà Đông và chảy vào sông Đáy tại thành phố Phủ Lý Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung bình từ 11-17m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30m3/s Các sông chính trong lưu vực: sông Nhuệ, sông Thanh Hà, sông Tích, sông Bùi và Sông Tô Lịch là nhánh chính của sông Nhuệ, nhận nước từ sông Lừ, Kim Ngưu, Sét

Ngoài 2 sông chính ra có rất nhiều các chi lưu như: sông Tích, sông Bùi,

sông Thanh Hà Sông Tích có chiều dài 91 km, bắt nguồn từ vùng đồi núi Ba Vì, đổ

vào sông Đáy tại Ba Thá Dòng chảy năm của sông Tích và sông Đáy đo tại trạm Ba Thá là 1,35 tỉ m3, chiếm 4,7% tổng lượng dòng chảy năm tại cửa ra lưu vực Sông

Thanh Hà bắt nguồn từ dãy núi đá vôi gần Kim Bôi – Hòa Bình, chảy vào vùng

đồng bằng từ ngã ba Đông Chiêm ra đến Đục Khê, được ngăn cách giữa cánh đồng

và núi bởi kênh Mỹ Hà, đưa nước chảy thẳng vào sông Đáy Diện tích lưu vực là

271 km2, sông dài 40 km, chiều rộng trung bình lưu vực 9 km

Chế độ thủy văn lưu vực sông Đáy không những chịu ảnh hưởng của các yếu

tố mặt đệm trên bề mặt lưu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng chảy của nước sông Hồng và các sông khác Vì thế mà chế độ thủy văn ở đây rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sông Dòng chảy trên lưu vực sông phân bố không đều theo không gian và thời gian Theo không gian, dòng chảy lớn nhất là ở núi Ba Vì, phần hữu ngạn lưu vực có dòng chảy lớn hơn phần tả ngạn Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy

22

trong năm Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lượng mưa năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa từ tháng V đến tháng X chiếm 80-85% lượng mưa cả năm Mùa khô từ tháng XI đến tháng IV năm sau

Lượng nước mùa lũ ở hầu hết các sông chiếm từ 70- 80% lượng nước năm Trong mùa cạn, mực nước và lưu lượng nước nhỏ Lượng dòng chảy trong 7 tháng mùa cạn chỉ chiếm khoảng 20- 25% lượng dòng chảy cả năm Ngoài các nhánh sông lớn chi phối chế độ thủy văn trên hệ thống, sông Đáy còn nhận nước từ các sông tiêu, sông tưới qua các cống La Khê, Ngoại Độ…Các sông này thường phải đóng lại khi có phân lũ trong thời gian dài, ngắn tùy thuộc vào thời gian lũ Sông Đáy có vị trí rất quan trọng, nó vừa là đường thoát nước chính của sông Hồng, vừa

là đường tiêu lũ của bản thân lưu vực sông Đáy

1.4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

Phân bố dân cư Dân số trên lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy trên lưu vực

nghiên cứu ước tính đến năm 2009 là 10,77 triệu người, mật độ trung bình đạt 1405 người/km2, cao gấp 5,5 lần so với bình quân chung của cả nước (252 người/km2) Đặc biệt là thủ đô Hà Nội, nơi tập trung đông dân nhất, tổng số dân của Hà Nội tính đến 1/4/2009 là 6472200 người, mật độ dân số trung bình là 1979 người/ km2 Kết quả điều tra dân số 4/2009 cho thấy, nguồn nhân lực lao động của toàn lưu vực tăng nhanh, đặc biệt là ở thành thị Cho đến năm 2009 tốc độ tăng của lực lượng lao động đạt 2,5%/năm, ở thành thị tốc độ tăng của lực lượng lao động là 5,7%, trong khi đó vùng nông thôn chỉ đạt 1,75%

Tốc độ tăng lao động nhanh không phù hợp với tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế, nên số người thất nghiệp và thiếu việc làm ở đây khá cao, tác động xấu đến môi trường tự nhiên, môi trường xã hội

Sự phân bố nguồn nhân lực và tốc độ tăng trưởng nguồn nhân lực giữa các vùng, các địa phương cũng rất khác nhau, không tương ứng với nguồn tài nguyên thiên nhiên như đất, nước, rừng và khoảng sản cũng như không phù hợp với tốc độ

23

tăng của nền kinh tế Điều đó dẫn đến những luồng di chuyển dân cư lao động từ vùng này sang vùng khác, cũng là nguyên nhân gây mâu thuẫn, xung đột trong việc khai thác, sử dụng tài nguyên trong vấn đề tìm kiếm việc làm

Tình hình phát triển kinh tế Lưu vực sông Nhuệ - Đáy có nền kinh tế - xã

hội phát triển liên tục từ rất lâu đời, cho đến ngày nay đây vẫn là một vùng kinh tế -

xã hội phát triển nhất đồng bằng sông Hồng Ngoài ra, vùng còn có nhiều thị trấn, huyện lỵ với qui mô dân số mỗi thị trấn, huyện lỵ khoảng 3000 - 5000 người Những năm qua các cơ sở hạ tầng của các khu đô thị đang phát triển mạnh, nhưng chưa được đầu tư thích đáng và chưa đáp ứng được nhu cầu phất triển Trong tương lai định hướng phát triển đô thị vùng được bố trí theo cụm hay theo chùm

1.4.3 Hiện trạng tài nguyên nước

Lưu vực sông Đáy Lưu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội với

chiều dài 114 km Các chi lưu của sông Đáy: sông Tích, sông Bùi, sông Thanh Hà Nói chung 85% lượng dòng chảy trên lưu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có nguồn gốc từ sông Hồng chuyển sang, chỉ 15% còn lại bắt nguồn từ lưu vực

Trong mùa mưa, mực nước và lưu lượng các sông suối lớn thay đổi nhanh, tốc độ dòng chảy đạt từ 2- 3 m/s, biên độ mực nước trong từng con lũ thường 4- 5

m Mực nước và lưu lượng lớn nhất năm có có khả năng xuất hiện trong tháng VII, VIII, hoặc IX, nhưng phổ biến vào tháng VIII

Lưu vực sông Nhuệ Sông Nhuệ là một con sông nhỏ dài 74 km, nhận nước

từ sông Hồng và lượng mưa trên toàn lưu vực khống chế của sông Nhuệ cuối cùng

đổ vào sông Đáy qua cống Lương Cổ ở khu vực thành phố Phủ Lý Về mùa kiệt cống Liên Mạc luôn mở để lấy nước sông Hồng vào sông Nhuệ, còn về mùa lũ chỉ

mở khi mực nước sông Hồng dưới báo động cấp I và trong đồng có nhu cầu cấp nước Cống Lương Cổ về mùa lũ luôn luôn mở để tiêu nước và chỉ đóng lại khi có phân lũ qua đập Đáy Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung bình từ 11-17m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30m3/s

24

1.4.4 Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Như đã được trình bày trên, lưu vực sông Nhuệ- sông Đáy là một khu vực đông dân cư và có vị trí quan trọng đặc biệt là bao hàm thủ đô Hà Nội Điều đó có nghĩa là các nguồn thải ô nhiễm vào môi trường nói chung, đặc biệt là môi trường nước nói riêng sẽ gia tăng mạnh mẽ, và hệ quả tất yếu là chất lượng nước ở đây suy giảm, ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái phong phú và cuộc sống của dân cư trong khu vực này Chính vì vậy lưu vực sông Nhuệ Đáy được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu của rất nhiều đề tài Đây cũng là nguyên nhân chính của việc hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào khía cạnh chất lượng nước của lưu vực

Nguyễn Văn Cư (2005) [2] đã xây dựng được một mạng lưới quan trắc theo dõi chất lượng môi trường nước theo mặt cắt và tại một số vị trí quan trọng trên lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy, trên cơ sở dữ liệu thu thập từ mạng lưới quan trắc đã xây dựng được bức tranh tổng hợp về hiện trạng môi trường nước và diễn biến môi trường theo không gian và thời gian trên toàn lưu vực bao gồm bản đồ về hiện trạng chất lượng nước mặt theo các tiêu chuẩn loại A và loại B, đặc biệt là đã xây dựng bản đồ Phân đoạn và bản đồ Phân vùng ô nhiễm môi trường nước mặt lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy Với 3 mô hình được sử dụng bao gồm QUAL2E, mô hình sinh thái AQUASIM, phương pháp đánh giá nhanh của WHO do đó đánh giá tương đối đầy đủ các chỉ tiểu chất lượng nước bao gồm COD, BOD5, DO, SS, Nitrit, Nitrat, Coliform, Amoniac, P hữu cơ và P hòa tan, tổng N và tổng P Bên cạnh đánh giá hiện trạng, đề tài cũng dự báo sự biến động qua các chỉ tiêu ô nhiễm trong môi trường nước và khả năng chịu tải của từng đoạn sông thông qua các kịch bản Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước sông Nhuệ có sự biến đổi mạnh mẽ theo chiều dài dòng sông, hầu như nồng độ các chất ô nhiễm ở đây đều đạt đến mức ô nhiễm cao nhất trên cả sông Nhuệ, và vượt trên tiêu chuẩn cho phép B từ 1,8 - 3 lần

Từ mô hình tính toán lan truyền chất lượng nước trên sông Nhuệ có thể thấy rằng trên 70 km chiều dài dòng sông Nhuệ chất lượng nước không thể phục vụ được cho sinh hoạt cũng như sản xuất, nuôi trồng thuỷ sản, thậm chí cả tưới cho hoa màu

25

Trong nghiên cứu của Lê Vũ Việt Phong [10] (2006), mô hình MIKE 11 được lựa chọn làm công cụ đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ Đáy, mặc dù chỉ mới sử dụng 2 chỉ tiêu đánh giá là BOD và DO, nhưng trên cơ sở đó tác giả đã đề ra những giải pháp góp phần khắc phục ô nhiễm môi trường Nhìn chung chất lượng nước của cả các sông nhánh và dòng chính sông Đáy đều bị ô nhiễm ở các mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào từng đoạn sông và từng thời điểm, vào lưu lượng dòng chảy và đặc biệt là lượng và thời điểm xả thải của các nguồn thải Chất lượng nước các sông nhánh chỉ đạt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt loại B, còn trên sông Nhuệ tại Cầu Tó và trên dòng chính sông Đáy đoạn sông xung quanh thị xã Phủ Lý thường bị ô nhiễm nặng đặc biệt vào mùa cạn, hàm lượng của các chất hữu

cơ đều vượt quá giới hạn cho phép nước mặt loại B

Trong thời gian gần đây, những nghiên cứu trên lưu vực liên quan đến khía cạnh biến đổi khí hậu đã được chú ý nhiều hơn Nguyễn Thanh Sơn [12] (2010) đã

sử dụng kết hợp mô hình mưa dòng chảy NAM và modun thủy lực MIKE 11 HD nhằm xây dựng một bộ số liệu đầy đủ phục vụ cho bài toán đánh giá biến đổi khí hậu, theo nghiên cứu dòng chảy có xu hướng tăng nhẹ vào mùa lũ và giảm vào mùa kiệt, tuy nhiên nghiên cứu dừng tập trung vào đại lượng trung bình mùa, năm Nguyễn Ý Như [9] (2011) đã tập trung vào phân tích cực trị lũ dựa vào chuỗi số liệu dòng chảy được xây dựng từ mô hình NAM cho 2 kịch bản A1B và A2, và đưa ra kết luận về xu hướng tăng của cường độ và tần suất của cực trị lũ, điều này cũng phù hợp với quy luật biến đổi của đại lượng trung bình ở nghiên cứu trước Tuy nhiên phương pháp hiệu sai sử dụng trong nghiên cứu thể hiện mức độ phù hợp chưa cao

Như vậy các nghiên cứu thực hiện trên lưu vực Nhuệ Đáy mặc dù đã có mở rộng về hướng nghiên cứu, kết quả đạt được mới chỉ ở bước đầu nhưng đã đặt ra những thách thức đối với các nhà quản lý tài nguyên nước và cho thấy tính cấp thiết của việc xây dựng một bức tranh đầy đủ và đáng tin cậy hơn để cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quy hoạch và hoạch định chính sách

26

Chương 2 LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY

2.1 KỊCH BẢN BIỂN ĐỔI KHÍ HẬU CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Từ tổng quan ở chương 1 có thể thấy tồn tại một số giới hạn quan trọng liên quan đến kết quả kịch bản kéo theo những tác động đối với kết quả đánh giá của mô hình thủy văn Thứ nhất, mô hình thủy văn yêu cầu số liệu dạng điểm (số liệu trạm) thay vì số liệu quy mô lưới Thứ hai, khả năng đáp ứng về độ chính xác trong dữ liệu đầu ra các mô hình khí tượng làm đầu vào của mô hình thủy văn Trên cơ sở đó luận văn sẽ đề cập chi tiết đến kịch bản phát thải cũng như những công cụ được sử

dụng nghiên cứu

2.1.1 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu

Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường [1], trong việc xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình được khuyến nghị sử dụng Các phân tích [1, 6, 25, 26] cho thấy kịch bản phát thải thấp (B1, A1T) mô tả một thế giới phát triển tương đối hoàn hảo theo hướng ít phát thải khí nhà kính nhất, tốc độ tăng dân số rất thấp, cơ cấu kinh tế thay đổi nhanh theo hướng dịch vụ và thông tin, các thỏa thuận quốc tế nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính được thực hiện đầy đủ và nghiêm túc trên phạm vi toàn cầu

Tuy nhiên, theo phân tích của nhóm REMOCLIC, với sự không đồng nhất trong cơ cấu kinh tế giữa các khu vực trên thế giới, khác nhau trong nhận thức giữa các nước phát triển và đang phát triển về vấn đề BĐKH, những trở ngại trong việc thực hiện những hiệp đinh quốc tế về việc giảm lượng khí thải nhằm hạn chế sự gia tăng nhiệt độ ở mức dưới 2ºC, kịch bản phát thải thấp có ít khả năng trở thành hiện thực trong thế kỷ 21 Đồng thời, hi vọng những kịch bản phát thải cao (A2, A1FI)

mô tả một thế giới không đồng nhất ở quy mô toàn cầu, có tốc độ tăng dân số rất cao, chậm đổi mới công nghệ (A2) hoặc sử dụng tối đa năng lượng hóa thạch (A1FI) ít có khả năng xảy ra nhờ những biện pháp làm giảm nhẹ tác động của nó

27

Trên cơ sở kết hợp với các yếu tố xã hội, tốc độ phát triển kinh tế cũng như những chiến lược nhằm giảm thiểu tác động của BĐKH toàn cầu, kịch bản phát thải trung bình A1B và kịch bản phát thải cao A2, nhóm nghiên cứu REMOCLIC đã lựa chọn xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu khu vực Việt Nam, rằng kịch bản A1B có khả năng xảy ra cao nhất, A2 là kịch bản tiêu cực nhất có thể xảy ra

2.1.2 Một số công cụ được sử dụng xây dựng kịch bản

Với mục đích cải thiện kết quả dự tính khí hậu cho phạm vi quy mô khu vực,

từ ban đầu các nhà nghiên cứu đã thực hiện theo 2 hướng độc lập: hạ quy mô động lực hay mô hình hóa khí hậu khu vực, và phương pháp hạ quy mô thống kê

Phương pháp hạ quy mô động lực

Phương pháp hạ quy mô động lực sử dụng mô hình khí hậu độ phân giải cao tập trung vào các vùng tương đối nhỏ, sử dụng đầu ra mô hình khí hậu toàn cầu – Global Climate Model (GCM) làm các biên của nó Lưới mô hình khí hậu khu vực nằm trong dải từ 10 đến 50 km, chứa một vài đặc trưng vật lý không có trong mô hình toàn cầu để giải quyết các quá trình vật lý diễn ra trong phạm vi không gian nhỏ hơn [24]

Phương pháp hạ quy mô thống kê

Về cơ bản, phương pháp này sử dụng dữ liệu lịch sử, cho phép hiệu chỉnh ở phạm vi địa phương Quan hệ thống kê được thiết lập giữa đầu ra GCM trong ―giai đoạn luyện‖ và biến khí tượng quan trắc Quan hệ này sau đó được sử dụng kiểm tra

―giai đoạn đánh giá‖ độc lập để khẳng định độ tin cậy và để hạ quy mô cả tính toán tương lai lẫn lịch sử về cùng phạm vi như quan trắc ban đầu [24]

Nhận xét

Từ ý tưởng chính của hai phương pháp hạ quy mô, thấy rõ phương pháp thống kê linh hoạt và nhanh hơn so với phương pháp động lực, có khả năng phát triển dự tính khí hậu dựa vào các kịch bản phát thải và tính toán GCM ngày ở bất cứ

độ phân giải nào Mặc dù không cung cấp một lời giải rõ ràng về các quá trình vật

hiệu dịch theo xu hướng quá khứ

Như vậy mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng do đó việc kết hợp hạ quy mô động lực và thống kê, vừa tính toán đến những thay đổi trong quá trình vật lý của hệ thống khí hậu khu vực, vừa mô phỏng quá trình thực (thể hiện qua số liệu quan trắc), là cách tiếp cận tốt nhất và được lựa chọn thực hiện trong nghiên cứu Từ đó số liệu hạ quy mô từ mô hình động lực RegCM3 với độ phân giải ngang 36km theo đề tài KC08.29/06-10 sẽ được đưa vào hạ quy mô thống

kê Tuy nhiên như đã được đề cập ở trên, các mô hình thủy văn yêu cầu số liệu điểm (tại trạm quan trắc) Vì thế trước khi hạ quy mô thống kê, đầu ra từ mô hình khí hậu khu vực được đưa vào phép toán nội suy từ quy mô lưới về điểm

2.1.3 Phương pháp nội suy

Hình 2 1 Sơ đồ nội suy lưỡng tuyến tính

4 chấm đỏ là điểm dữ liệu và chấm xanh là điểm cần nội suy

29

((1)

Sử dụng phương pháp nội suy lưỡng tuyến tính (hình 2.1) được xác định theo phương trình (1) Nội suy lưỡng tuyến tính là hàm nội suy mở rộng của nội suy tuyến tính 2 biến trên lưới đều Ý tưởng chính của phương pháp là thực hiện nội suy tuyến tính theo một hướng, sau đó lặp lại bước đó ở hướng khác

2.1.4 Hệ số chỉnh sai

Kết quả nội suy về trạm cho thấy rằng dữ liệu dự tính mưa thiên lớn trong giai đoạn mùa khô và thiên nhỏ trong giai đoạn ẩm (hình 2.2 - trái) Đối với bốc hơi, kết quả dự tính cao hơn so với quan trắc (hình 2.2 – phải) Vì vậy bước chỉnh

sai là rất cần thiết

Như đã được đề cập đến trong rất nhiều nghiên cứu, rằng với từng dữ liệu đầu ra, mô hình toàn cầu GCMs và các mô hình khí hậu khu vực khác nhau sẽ có những tác động khác nhau đến sự biến động các yếu tố thủy văn Để khắc phục điều này, Hồ Thị Minh Hà (2008) [3] đã sử dụng phương pháp luyện mạng thần kinh nhân tạo ANN với đầu ra từ 5 mô hình toàn cầu khác nhau cho kết quả mô phỏng khá tốt so với số liệu quan trắc Tuy nhiên, việc sử dụng mạng thần kinh nhân tạo để thực hiện bài toán yêu cầu một khối lượng dữ liệu lớn từ các mô hình khí hậu khác nhau Một số lựa chọn dữ liệu vào thay thế cũng đã được tìm hiểu nhưng cho kết

quả không khả quan

Cách tiếp cận tốt nhất là kết hợp cả hai phương pháp hạ quy mô thống kê và động lực Trên cơ sở đó, luận văn đã thực hiện bước chỉnh sai giữa số liệu kịch bản

và số liệu quan trắc dựa vào phương pháp hạ quy mô thống kê theo phương pháp thay đổi tỉ lệ Phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện và là một phương pháp

trong đó là giá trị quan trắc và Y j là giá trị trong giai đoạn nền, i và j là chỉ số năm

và tháng Cụ thể là mƣa hay bốc hơi trung bình tháng (mm/tháng) trong giai đoạn

30 năm và đƣợc xác định nhƣ sau:

đã phân tích bổ sung số liệu gốc tính toán trực tiếp từ mô hình khí hậu

2.2 CÁC MÔ HÌNH KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY

2.2.1 Giới thiệu một số mô hình khí hậu – dòng chảy

Trong vài thập kỷ qua, một số lượng lớn các mô hình mưa – dòng chảy được

sử dụng phục vụ cho bài toán đánh giá tác động của BĐKH toàn cầu đến các quá trình thủy văn trên lưu vực, và mỗi mô hình được sử dụng phổ biến và thành công ở một lĩnh vực nhất định Trong phần này tác giả sẽ giới thiệu tóm tắt các mô hình được sử dụng phổ biến cho bài toán BĐKH, nhấn mạnh vào khía cạnh của mô hình phản ánh tác động của BĐKH

2.2.1.1 MIKE – SHE

Mô hình mưa – dòng chảy MIKE – SHE của Viện Thủy lực Đan Mạch thuộc nhóm mô hình phân bố Nó bao gồm vài thành phần tính dòng chảy và phân bố theo các pha riêng của quá trình dòng chảy:

Giáng thủy – Số liệu đầu vào

Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – mô hình 2 lớp , mô hình trọng

số hoặc mô hình dựa vào phương trình Richard

Dòng chảy cơ sở - MIKE SHE tích hợp mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều và

3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn

Đối với modun thổ nhưỡng, bộ dữ liệu bao gồm đặc tính thủy văn của đất (độ lỗ hổng, độ dẫn thấm thủy lực ) được tạo ra Kết hợp với 2 phần mềm ESRI Arcview 3.x hoặc ArcGIS 9.1 Phần kết hợp này được sử dụng để xử lý số liệu đầu

vào: Geomodel được sử dụng để lấy các thông tin địa chất; DaisyGIS mô tả tất cả

các quá trình quan trọng gắn với hệ sinh thái nông nghiệp Mô hình có chế độ hiệu chỉnh tự động thông qua AUTOCAL, đưa ra phương án tốt nhất theo điều kiện biên

Dòng chảy cơ sở - người sử dụng có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau, ví dụ phương pháp bể chứa tuyến tính, phương pháp dạng hàm mũ, hoặc phương pháp dòng chảy cơ sở là hằng số theo từng tháng

Mô đun diễn toán – phương pháp Muskingum, phương pháp trễ, mô hình sóng động học hoặc các biến đổi của chúng

2.2.1.3 NASIM

Mô hình mưa – dòng chảy NASIM (Niederschlag – Abfluss Simulation Model) của viện thủy văn Đức, phát triển kể từ thập niên 80 và thuộc nhóm mô hình bán phân bố, tất định, nhận thức [31] Các thành phần cơ bản sau:

Số liệu giáng thủy – để xác định dạng giáng thủy, mô hình sử dụng phương pháp chỉ số nhiệt độ

Phân phối mưa theo không gian – chuyển đổi từ các giá trị tại các điểm thành giá trị mưa cho khu vực

Phân chia thành phần dòng chảy – dòng chảy trong đới chưa bão hòa (dòng nhập lưu) và đới bão hòa (dòng chảy cơ sở) bằng mô hình tầng tuyến tính và phi tuyến Đối với dòng chảy mặt, sử dụng phương pháp đường đơn vị Dòng chảy trong lòng dẫn – sử dụng phương pháp Kalinin – Miljukov

Kết hợp với Arcview 3.x để hỗ trợ phân tích dữ liệu Những kết hợp quan trọng nhất là ―Zfl‖ và ―Verchneidung‖ ―Zfl‖ thiết lập hàm diện tích – thời gian của lưu vực ―Verchneidung‖ xây dựng các đặc tính cơ bản của lưu vực

Mô hình chưa tích hợp công cụ tự hiệu chỉnh, nhạy với các thông số thể hiện đặc tính của đất như độ dẫn thấm thủy lực theo phương ngang và phương thẳng đứng, độ lỗ hổng, tốc độ thấm

2.2.1.4 SAC – SMA (Sacramento)

Tính toán độ ẩm đất – Sacramento, một phần của thư viện công nghệ mô hình của hệ thống NWSRFS, phát triển từ thập kỷ 70 bởi viện khí hậu quốc gia Mỹ Mỗi lưu vực được phân chia thành các đới, và được gắn vào hệ thống bể chứa Cơ bản gồm có 2 đới Đới cao hơn gồm nước có áp và nước tự do, đới thấp hơn gồm

Dòng chảy cơ sở ban đầu

Dòng chảy cơ sở bổ sung

Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu thổ nhưỡng – độ dẫn thấm thủy lực, độ lỗ hổng.v.v Sacramento hỗ trợ cả hiệu chỉnh tự động và hiệu chỉnh thông thường Cùng với 24 thông số có thể được hiệu chỉnh, và được phân loại theo đới riêng [31] Mô hình này được các nhà nghiên cứu USA sử dụng phổ biến trong bài toán BĐKH (ví dụ 20, 27, 32)

Modun tuyết – xác định dựa vào nhiệt độ theo ngày

Modun độ ẩm đất – thành phần tính toán chính của dòng chảy mặt

Modun dòng chảy – dựa vào phương pháp đường đơn vị

Modun bể chứa

2.2.1.6 SWAT

Mô hình SWAT được xây dựng dựa trên cơ sở về mặt vật lý, có khả năng tính toán mức chi tiết không gian cao thông qua bước chia lưu vực thành các lưu vực cơ sở và có thể chi tiết hơn theo đơn vị thủy văn Là tổng hợp các hàm của vài

mô hình khác nhau, SWAT cho phép tính toán biến đổi khí hậu, thủy văn, sự phát triển cây trồng, xói mòn, truyền tải chất dinh dưỡng, thuốc trừ sâu cũng như thực

35

tiễn quản lý

BĐKH được tính toán trực tiếp trong mô hình thông qua thay đổi hàm lượng khí CO2 trên lưu vực Lượng CO2 thay đổi tác động đến sự phát triển và bốc thoát hơi của cây trồng Điểm đáng chú ý khác là SWAT cho phép cài đặt các hệ số biến đổi khí hậu theo tháng ở các yếu tố như nhiệt độ, mưa, bức xạ ngoài phương pháp đưa trực tiếp số liệu đầu vào khí hậu như thông thường được thực hiện trong các mô hình khác

Tuy nhiên theo nhiều nghiên cứu [6, 7, 14] khả năng mô phỏng đỉnh lũ của

mô hình thể hiện mức độ chính xác chưa cao, do đó sử dụng để khảo sát bài toán cực trị dòng chảy sẽ có nhiều hạn chế

2.2.1.7 Phương pháp SCS

Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp

để tính tổn thất dòng chảy từ mưa (gọi là phương pháp SCS) Theo đó, trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P Tương tự, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực trong lưu vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một độ sâu trữ nước tiềm năng tối đa nào đó S Đồng thời có một lượng Ia bị tổn thất ban đầu không sinh dòng chảy trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực Do

đó, có lượng dòng chảy tiềm năng là P - Ia Trong phương pháp SCS, giả thiết rằng

tỉ số giữa hai đại lượng có thực Pe và Fa bằng với tỉ số giữa hai đại lượng tiềm năng

P - Ia và S, có nghĩa là:

a

e a

I P

P S

F

Từ nguyên lí liên tục, có:

a a

e I F P

Kết hợp hai phương trình trên để giải Pe

36

S I P

I P P

a

a e

Đó là phương trình cơ bản của phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ một trận mưa rào Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lưu vực nhỏ đã xây dựng được quan hệ:

S

I a 0 , 2 Trên cơ sở này, ta có:

S P

S P

P e

8 0

2

Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pe bằng các số liệu của nhiều lưu vực, đã tìm ra được họ các đường cong tiêu chuẩn hoá, sử dụng số hiệu CN làm thông số Đó là một số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng 0 CN 100 Đối với các mặt không thấm hoặc mặt nước, CN = 100 ; đối với các mặt tự nhiên, CN < 100 Số hiệu của đường cong CN và S liên hệ với nhau qua phương trình:

10 1000

CN

S

1000 4 25

CN

S

(mm) Các số hiệu của đường cong CN đã được cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ lập thành bảng tính sẵn dựa trên các bảng phân loại đất theo 4 nhóm và các loại hình sử dụng đất [11]

2.2.1.7 NAM

NAM là mô hình mưa - dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), là một phần của mô hình MIKE 11 Nó được xem như là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ước lượng mưa - dòng chảy dựa theo cấu trúc bán kinh nghiệm Mô hình NAM có thể sử dụng để mô phỏng mưa trong nhiều năm, hoặc cũng có thể thay đổi bước thời gian để mô phỏng trận mưa nhất định

37

Để đánh giá những thay đổi thuộc tính thủy văn trên lưu vực, lưu vực chia thành nhiều lưu vực con khép kín Quá trình diễn toán thực hiện bởi mô dun diễn toán thủy động lực trong kênh của MIKE 11 Phương pháp này cho phép các tham

số khác nhau của NAM ứng dụng trong mỗi một lưu vực con, do đó được xem là

Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – được tính toán theo lượng trữ

ẩm và lượng ẩm tương đối, hệ số dòng chảy sát mặt và ngưỡng sinh dòng chảy sát mặt

Có thể sử dụng chức năng tự hiệu chỉnh thông qua AUTOCAL bằng cách cung cấp số liệu lưu lượng theo bước thời gian tính toán vào mô hình [22]

Để mô hình hóa các quá trình mưa – dòng chảy phục vụ cho bài toán BĐKH,

có thể nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để giải đáp những mục tiêu thủy văn khác nhau, như quản lý tài nguyên nước, lũ lụt, hạn hán hay ô nhiễm Một trong những bước đầu tiền để giải quyết vấn đề là lựa chọn mô hình phù hợp với mục tiêu

cụ thể

2.2.2 Nhận xét và lựa chọn mô hình

Mô hình thủy văn được lựa chọn cần phải đáp ứng được yêu cầu: 1) đánh giá được những thay đổi thủy văn trong lưu vực sông Nhuệ Đáy dưới điều kiện BĐKH, 2) phải phù hợp với việc phân tích những thay đổi trong phân bố dòng chảy năm,

và 3) phản ánh được những thay đổi trong yếu tố cực trị

Với những mô hình thông số phân bố và mô hình cân bằng nước như SWAT

là những mô hình hiệu quả trong những bài toán quản lý tài nguyên nước trên phạm

vi lưu vực, bài toán xác định các hậu quả thủy văn do những thay đổi mưa, nhiệt độ

38

và các yếu tố khí tượng khác hay tính toán phản ứng thay đổi theo không gian của các yếu tố thủy văn, có độ chính xác tương đối cao, linh hoạt và dễ sử dụng Tuy nhiên, không thích hợp trong tính toán những thay đổi có thể của những đặc trưng dòng chảy cụ thể, đồng thời giới hạn lớn của ứng dụng những mô hình thông số phân bố này là khối lượng dữ liệu đầu vào lớn, vì thế chất lượng của dữ liệu đầu vào đóng vai trò rất quan trọng và có khả năng phải chấp nhận việc thông số hóa không chính xác khi sử dụng dữ liệu chất lượng kém, hơn nữa những thay đổi trong các dữ liệu khác ngoài yếu tố khí hậu như sử dụng đất trong điều kiện tương lai là bài toán khó So với mô hình cân bằng nước và mô hình thông số phân bố, mô hình thông số tập trung có khả năng đánh giá chi tiết hơn cường độ, thời gian của phản ứng thủy văn đối với BĐKH, đồng thời cũng giảm được những biến động sinh ra do

dữ liệu đầu vào Hơn nữa hầu hết các nghiên cứu về BĐKH ở Việt Nam đều sử dụng mô hình NAM làm công cụ đánh giá, do đó nó được lựa chọn làm công cụ thực hiện bài toán

2.3 MÔ HÌNH THỦY VĂN CHO LƯU VỰC NGHIÊN CỨU

2.3.1 Cấu trúc của mô hình NAM

Mô hình NAM được xây dựng tại Khoa Thuỷ văn Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực và Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch năm 1982 NAM là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Đan Mạch ―Nedbør - Afstrømnings - Models‖ có nghĩa là mô hình mưa dòng chảy Mô hình NAM đã được sử dụng rộng rãi ở Đan Mạch và một số nước nằm trong nhiều vùng khí hậu khác nhau như Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ và Việt Nam.v.v Trong mô hình NAM, mỗi lưu vực được xem là một đơn vị xử lý, do

đó các thông số và các biến là đại diện cho các giá trị được trung bình hóa trên toàn lưu vực Mô hình tính quá trình mưa-dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng

ẩm trong bốn bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau [22] bao gồm

- Bể chứa tuyết tan được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ Đối với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì không xét đến bể chứa này

- Bể chứa mặt: lượng nước ở bể chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng

Hình 2 3 Cấu trúc của mô hình NAM

40

Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt Lượng nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt Khi U đạt đến Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn trực tiếp ra sông và một phần còn lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm

Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm xuống bể chứa ngầm Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy cơ bản

Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến tính thứ nhất, sau đó các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua hồ chứa tuyến tính thứ hai Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra

2.3.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy trong mô hình NAM

a Lượng trữ bề mặt

Lượng ẩm bị giữ lại bởi thực vật cũng như được trữ trong các chỗ trũng trên tầng trên cùng của bề mặt đất được coi là lượng trữ bề mặt Umax biểu thị giới hạn trên của tổng lượng nước trong lượng trữ bề mặt Tổng lượng nước U trong lượng trữ bề mặt liên tục bị giảm do bốc hơi cũng như do thấm ngang Khi lượng trữ bề mặt đạt đến mức tối đa, một lượng nước thừa PNsẽ gia nhập vào sông với vai trò là dòng chảy tràn trong khi lượng còn lại sẽ thấm vào tầng thấp bên dưới và tầng ngầm

b Lượng trữ tầng thấp hay lượng trữ tầng rễ cây

Độ ẩm trong tầng rễ cây, lớp đất bên dưới bề mặt đất, tại đó thực vật có thể hút nước để bốc thoát hơi đặc trưng cho lượng trữ tầng thấp Lmax biểu thị giới hạn trên của tổng lượng nước trữ trong tầng này Độ ẩm trong lượng trữ tầng thấp cung cấp cho bốc thoát hơi thực vật Độ ẩm trong tầng này điều chỉnh tổng lượng nước gia nhập vào lượng trữ tầng ngầm, thành phần dòng chảy mặt, dòng sát mặt và lượng gia nhập lại

c Bốc thoát hơi nước

Nhu cầu bốc thoát hơi đầu tiên được thoả mãn từ lượng trữ bề mặt với tốc độ tiềm năng Nếu lượng ẩm U trong lượng trữ bề mặt nhỏ hơn yêu cầu (U < Ep) thì phần còn thiếu được coi rằng là do các hoạt động của rễ cây rút ra từ lượng trữ tầng