Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông Cả.
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Nguyễn Thanh Bằng NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ Ngành: Biến đổi khí hậu Mã số: 9440221 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội, 2022 Cơng trình hồn thành tại: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Doãn Hà Phong PGS.TS Bùi Tiến Diệu Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện, họp tại: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Thư viện Quốc gia Việt Nam i DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyen Thanh Bang, Doan Ha Phong (2021), Assessment of the Impacts of Climate and Land Use/Land Cover Changes on Water Runoff in Ca River Basin in Vietnam, Natural Volatiles and Essential Oils, Vol (5) 2021 Nguyễn Thanh Bằng, Lê Phương Hà, Trần Đăng Hùng, Đào Xuân Hoàng (2018), Nghiên cứu đánh giá biến động thảm phủ lưu vực sơng Cả, Tạp chí Khoa học Biến đổi khí hậu, Số – Tháng 9/2018 Bang Nguyen Thanh, Phong Doan Ha (2022), Spatial and Temporal Modeling of Land use/Land cover Change at the Ca River Basin (North Central Viet Nam) Using Markov Chain and Cellular Automata Approach, Vietnam Journal of Hydro – Meteorology, No 10 – 3/2022 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Khu vực Bắc Trung Bộ 15 năm, tính từ năm 2005 trở lại có phát triển nhanh kinh tế - xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày tăng dẫn tới thay đổi thảm phủ bề mặt: suy giảm độ che phủ đất nông nghiệp, độ che phủ rừng,… khiến lưu vực sông đối mặt với thay đổi mạnh mẽ Những biến động thảm phủ tác động tích cực tiêu cực đến tài nguyên nước theo khơng gian thời gian Biến đổi khí hậu làm khắc nghiệt yếu tố khí hậu như: nhiệt độ tăng nhanh, lượng mưa mùa khô giảm, lượng mưa mùa lũ tăng, tượng thời tiết cực đoan gia tăng tần suất tính bất thường Những thay đổi đó, đặc biệt nhiệt độ lượng mưa ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên nước khu vực Bắc Trung Bộ nói chung lưu vực sơng Cả nói riêng Do đó, mơ biến động thảm phủ theo không gian, thời gian nhằm dự tính đưa kịch thảm phủ tương lai khu vực nghiên cứu vô quan trọng Kịch thảm phủ tương lai kết hợp với kịch biến đổi khí hậu hỗ trợ nghiên cứu q trình hình thành dịng chảy đánh giá định lượng tác động thay đổi thảm phủ BĐKH tới dịng chảy lưu vực sơng Cả Mục tiêu luận án Mô thay đổi thảm phủ dự tính kịch thảm phủ lưu vực sông Cả tương lai phương pháp phân tích chuỗi Markov Cellular Automata; Đánh giá định lượng tác động đồng thời thay đổi thảm phủ BĐKH đến dòng chảy lưu vực sông Cả tương lai Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - lớp thảm phủ tác động đến dịng chảy lưu vực sông Cả gồm: Rừng, Nông nghiệp, Xây dựng, Vùng nước Đất trống - Dòng chảy (năm, mùa lũ, mùa cạn) lưu vực sông Cả - Lượng mưa, nhiệt độ (trung bình ngày, tối thấp, tối cao) năm 2030 theo kịch RCP 4.5, RCP 8.5 Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi không gian: Lưu vực sông Cả từ 18o15’50” đến 20o10’30” vĩ độ Bắc, 103o45'20'' đến 105o15'20'' kinh độ Đông - Phạm vi thời gian: liệu thảm phủ dòng chảy thu thập giai đoạn 2005-2015; Dữ liệu kịch nhiệt độ, lượng mưa năm 2030 theo Kịch BĐKH&NBD Viện KH KTTV&BĐKH - Giai đoạn đánh giá: Năm 2030 Câu hỏi nghiên cứu - Áp dụng phân tích chuỗi Markov Cellular Automata mơ thay đổi dự tính thảm phủ tương lai cho lưu vực sơng Cả khơng? - Dịng chảy lưu vực sông Cả tương lai thay đổi tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu? Luận điểm bảo vệ - Phân tích chuỗi Markov Cellular Automata mơ thay đổi thảm phủ khứ dự tính thảm phủ tương lai thông qua tác nhân, ràng buộc quy tắc chuyển đổi xây dựng dựa điều kiện lưu vực sông Cả - Tác động đồng thời thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu làm thay đổi dịng chảy lưu vực sơng Cả tương lai có xu hướng khắc nghiệt Phương pháp nghiên cứu luận án Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu tiến hành thu thập, tổng hợp tính tốn liệu đặc trưng khu vực nghiên cứu Phương pháp chuyên gia: Để loại bỏ rút gọn lớp phủ đất chính, xác định trọng số để tính tốn, phương pháp tham vấn chun gia sử dụng Phương pháp mơ hình: - Phương pháp mơ hình hóa tích hợp chuỗi Markov – Cellular Automata: Mơ hình xây dựng dựa lớp đồ thảm phủ đưa vào để xây dựng ma trận chuyển đổi, từ xác định xác suất thay đổi loại thảm phủ đưa dự tính thảm phủ - Phương pháp mơ hình hóa chế độ thủy văn: Cụ thể mơ hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) mơ hình phù hợp để mơ yếu tố thủy văn tác động kịch thảm phủ biến đổi khí hậu Phương pháp Delphi: Phương pháp Delphi áp dụng nhằm tận dụng kiến thức ý kiến bên liên quan để mô tả mức độ đồng thuận họ nội dung cần tham vấn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 7.1 Ý nghĩa khoa học - Các luận khoa học, thực tiễn quy trình mơ phỏng, dự tính kịch thảm phủ tương lai cho lưu vực sông Cả có ý nghĩa làm khoa học để có khả áp dụng cho lưu vực tương tự - Kết mơ dự tính thảm phủ tương lai trực quan định lượng với lớp phủ chủ yếu: Rừng, Nông nghiệp, Xây dựng, Vùng nước, Đất trống góp phần bổ sung thêm hiểu biết, nguồn thơng tin có độ tin cậy thảm phủ lưu vực sông Cả hỗ trợ cung cấp đầu vào quan trọng cho nghiên cứu tài nguyên đất, nước môi trường lưu vực - Kết đánh giá tác động đồng thời thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu tới tài nguyên nước, cụ thể dòng chảy bề mặt lưu vực sơng Cả đóng góp thêm vào hiểu biết nhà khoa học nghiên cứu vấn đề tài nguyên nước cho lưu vực sông Cả, đặc biệt điều kiện biến đổi khí hậu 7.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kịch thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2030 hỗ trợ nhà hoạch định sách cơng tác quy hoạch có kế hoạch, phương án quản lý hiệu vấn đề sử dụng đất lưu vực sơng Cả nói riêng Nghệ An, Hà Tĩnh nói chung - Luận khoa học kết luận án sử dụng để hỗ trợ quản lý tổng thể tài nguyên nước đặc biệt dòng chảy mặt cung cấp sở khoa học việc điều chỉnh, bổ sung, sửa đổi văn pháp quy, quản lý nhà nước nhằm giảm nhẹ tác động tiêu cực biến đổi khí hậu đến TNN khu vực nghiên cứu Đóng góp luận án - Luận án xác định tác nhân, ràng buộc xây dựng thành công quy tắc chuyển đổi phù hợp với điều kiện lưu vực sông Cả để mô thay đổi thảm phủ dự tính thảm phủ tương lai theo 05 lớp phủ Rừng, Nơng nghiệp, Xây dựng, Vùng nước, Đất trống lưu vực sông Cả - Luận án đánh giá thay đổi dòng chảy lưu vực sơng Cả điều kiện biến đổi khí hậu tác động đồng thời có khơng có thay đổi thảm phủ tương lai CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ 1.2 Các nghiên cứu mơ biến động thảm phủ nước 1.2.1 Các nghiên cứu giới mô biến động thảm phủ Năm 2011, nghiên cứu “Đánh giá dự báo thay đổi sử dụng đất ảnh hưởng tới khu vực đô thị ảnh vệ tinh đa phổ” trường đại học Zanjan, Iran Nghiên cứu “Mơ hình hóa phân tích biến động lưu vực mơ hình Cellular Automata – Markov” Trung tâm Khoa học Biển, Sơng, Khí Mặt đất (CORAL) sử dụng mơ hình Cellular Automata (CA) - Markov dự đoán kịch sử dụng đất che phủ đất tương lai Trung tâm Khoa học Tài nguyên Môi trường thuộc trường Đại học Hubei nghiên cứu “Mô hình Markov-Kalman dự báo biến động sử dụng đất lưu vực XiuHe, Trung Quốc” Năm 2015, nghiên cứu phối hợp trường đại học Payame Noor đại học Công nghệ Isfahan Iran “Mô hình hóa biến động thảm phủ/sử dụng đất cách kết hợp Chuỗi Markov mơ hình Cellular Automata Markov” đánh giá mơ hình biến động thảm phủ cần thiết cho quy hoạch quản lý sử dụng đất Tác giả Griselda Vázquez-Quintero nnk (Mexico) năm 2016 nghiên cứu “Phát dự tính thay đổi đất rừng mơ hình chuỗi Markov Cellular Automata” 1.2.2 Các nghiên cứu nước mô biến động thảm phủ Phạm Văn Cự cộng (2006) với cơng trình “Sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian để đánh giá biến động số thực vật lớp phủ trạng quan hệ với biến đổi sử dụng đất Thái Bình Đề tài “Ứng dụng GIS viễn thám việc thành lập đồ trạng thảm thực vật năm 2008 tỉ lệ 1/50.000 huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh” Nguyễn Quang Tuấn, Trần Văn No, Đỗ Thị Việt Hương, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Trong nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám GIS thành lập đồ lớp phủ mặt đất khu vực Chân Mây, huyện Phú Lộc, tình Thừa Thiên Huế” tác giả sử dụng phương pháp phân loại gần với liệu ảnh Landsat TM độ phân giải 10 m, kết hợp với lấy mẫu thực địa để phân 13 loại lớp phủ với độ xác tương đối cao Trong đề tài “Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ trồng, lập đồ trạng biến động lớp phủ vùng đồng sông Hồng giai đoạn 2008 – 2010”, tác giả phân loại lớp phủ dựa liệu NDVI tổ hợp tháng theo phương pháp phân loại có kiểm định sử dụng thuật tốn phân loại gần 1.3 Các nghiên cứu nước đánh giá tác động thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông 1.3.1 Các nghiên cứu giới đánh giá tác động thảm phủ tới dịng chảy lưu vực sơng Năm 1987, Peck A.J Williamson D.R đưa nghiên cứu ảnh hưởng việc rừng rừng nước ngầm Đối với lưu vực vùng nhiệt đới, Costa (2003) phát tỉ lệ chuyển đổi rừng thành nơng nghiệp khoảng 30% diện tích lưu vực lưu lượng trung bình năm tăng khoảng 24% Theo Farley (2005) đất trảng cỏ đất bụi chuyển sang rừng trồng lượng dịng chảy năm giảm 44% 31% Theo Zhang (2007) cho rằng, số trạng thái thảm thực vật rừng (cấu trúc, loại đất, địa hình ) có ảnh hưởng đến dịng chảy lưu vực phân bố không gian rừng ảnh hưởng quan trọng, rừng phân bố khu vực tiếp nối trực tiếp với hệ thống tích nước thuỷ vực sông, suối, hồ Theo M Guardiola (2010), việc thay rừng địa rừng Cao su Nam Keng (Trung Quốc) Pang Khum (miền Bắc Thái Lan) làm tăng lượng bốc nước, làm giảm dịng chảy lượng nước tích trữ lưu vực 1.3.2 Các nghiên cứu nước đánh giá tác động thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông Năm 2003, tác giả Trần Thục Huỳnh Thị Lan Hương sử dụng mơ hình SWAT để tính tốn đánh giá ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến dịng chảy lưu vực sơng Trà Khúc (Trần Thục H.T.L Hương, 2003) Các tác giả nêu rõ vai trò điều hòa dòng chảy hỗ trợ phòng chống lũ rừng Cũng năm 2003, tác giả Phạm Thị Hương Lan (Đại học Thủy lợi) tổng quan giới thiệu số mơ hình tốn thủy văn HEC1, SSARR, HEC-HMS, MIKE BASIN, USDAHL, RAINRUN v.v đề xuất sử dụng mơ hình SWAT để giải tốn quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông lồng ghép vào sơ đồ quy hoạch, quản lý lưu vực với mục đích đánh giá hiệu hồn thiện công tác quản lý lưu vực Năm 2009, nghiên cứu điển hình Nguyễn Ý Như, Nguyễn Thanh Sơn Ứng dụng mơ hình SWAT khảo sát ảnh hưởng kịch sử dụng đất dịng chảy lưu vực sơng Bến Hải thay đổi sử dụng đất yếu tố tác động lớn đến thay đổi thành phần q trình thủy văn khơng gian thời gian, gây biến đổi giá trị dòng chảy Năm 2013, Nguyễn Thị Tịnh Ấu, Nguyễn Duy Liêm, Nguyễn Kim Lợi ứng dụng mơ hình SWAT cơng nghệ GIS đánh giá lưu lượng dòng chảy lưu vực sơng Đắk Bla 1.4 Các nghiên cứu ngồi nước đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dịng chảy lưu vực sơng 1.4.1 Các nghiên cứu giới đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dịng chảy lưu vực sơng Manoj Jha năm 2004 nghiên cứu đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến dịng chảy thượng lưu sơng Mississippi cách sử dụng mơ hình khí hậu khu vực kết hợp với mơ hình thủy văn SWAT Karim C Abbaspour năm 2009 nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu tới tài nguyên nước Iran Nghiên cứu sử dụng mơ hình SWAT hiệu chỉnh cho giai đoạn 1980 đến 2002 liệu quan trắc ngày hàng năm cấp độ lưu vực Joshua Kiprotich Kibii cộng (2020) sử dụng mơ hình SWAT để nghiên cứu đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất biến đổi khí hậu lưu vực, dẫn đến thay đổi lớn dịng chảy sơng mực nước hồ chứa Eldorer Keynya 1.4.2 Các nghiên cứu nước đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dịng chảy lưu vực sông Năm 2012, tác giả Nguyễn Kỳ Phùng với nghiên cứu “Ứng dụng mơ hình SWAT đánh giá tác động BĐKH đến dòng chảy lưu vực sơng Đồng Nai” ứng dụng mơ hình SWAT để mơ thay đổi dịng chảy lưu vực sơng Đồng Nai điều kiện BĐKH Năm 2015, tác giả Nguyễn Hoàng Minh nghiên cứu đánh giá tác động BĐKH tới tài nguyên nước lưu vực sông Lô Nghiên cứu sử dụng mơ hình MIKE NAM MIKE BASIN tính tốn dịng chảy cân nước hệ thống lưu vực sông Lô Đối với lưu vực sông Ba, năm 2013, tác giả Huỳnh Thị Lan Hương đánh giá tác động BĐKH đến dịng chảy lưu vực sơng 10 sơng SWAT mơ hình hóa chu trình nước dựa sở phương trình cân nước sau: SWt = SWo + ∑𝑡𝑖=1( 𝑅𝑑𝑎𝑦 − 𝑄𝑠𝑢𝑟𝑓 − 𝐸𝑎 − 𝑊𝑠𝑒𝑒𝑝 − 𝑄𝑔𝑤 ) [2.8] Trong đó: SWt: tổng lượng nước cuối thời đoạn tính tốn (mm); SW0: Là tổng lượng nước ban đầu ngày thứ i (mm); t: Là thời gian (ngày); Rday: Là số tổng lượng mưa ngày thứ i (mm); Qsurf: Là tổng lượng nước mặt ngày thứ i (mm); Ea: Là lượng bốc thoát ngày thứ i (mm); wseep: Là lượng nước vào tầng ngầm ngày thứ i (mm); Qgw: Là số lượng nước hồi quy ngày thứ i (mm) 2.2 Phương pháp đánh giá tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu đến dịng chảy lưu vực sông Cả 2.2.1 Khung nghiên cứu Với sở khoa học trình bày, Luận án đưa phương pháp luận mô biến động thảm phủ đến tài nguyên nước gồm giai đoạn xây dựng mơ hình mơ dự đốn biến động thảm phủ tương lai sử dụng mơ hình tích hợp Markov - Cellular Automata xây dựng mơ hình mô tác động biến động thảm phủ đến tài ngun nước sử dụng mơ hình SWAT Hình 2.6 Khung nghiên cứu mô biến động thảm phủ biến đổi khí hậu đến dịng chảy 2.2.2 Quy trình mơ thay đổi thảm phủ dự tính kịch thảm phủ tương lai 11 Hình 2.7 Quy trình mơ biến động thảm phủ 2.2.4 Quy trình mơ dịng chảy lưu vực tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu Hình 2.8 Quy trình mơ tác động thay đổi thảm phú BĐKH đến dịng chảy sử dụng mơ hình SWAT CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BĐKH ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SƠNG CẢ 3.1 Mơ thay đổi thảm phủ theo không gian, thời gian cho lưu vực sông Cả 3.1.1 Phân loại thảm phủ Các ảnh Landsat thu thập theo Bảng phân loại cách sử dụng thuật toán hợp lý cực đại (MLC) Kết đánh giá phân loại năm 2005, 2010, 2015 Bảng 3.1 Bảng 3.1 Đánh giá độ xác phân loại thảm phủ Lớp thảm phủ 2005 2010 2015 PA (%) UA (%) PA (%) UA (%) PA (%) UA (%) 12 Nông nghiệp Vùng trống Rừng Vùng nước Xây dựng Tổng thể CA Chỉ số Kappa 68,40 74,28 74,19 65,71 78,38 82,86 87,88 82,86 77,78 80,00 77,14 0,7143 77,77 80,00 84,85 80,00 80,00 91,43 94,44 97,14 93,33 80,00 85,71 0,8214 83,33 85,71 86,11 88,57 91,67 94,29 100 100 93,75 85,71 90,86 0,8857 3.1.2 Tính tốn ma trận xác suất chuyển đổi, ma trận diện tích chuyển đổi Các ma trận tính tốn cách lập bảng so sánh chéo cặp ảnh thảm phủ (2005-2010 2010-2015) Bảng 3.2 Ma trận xác suất chuyển đổi giai đoạn 2005 - 2010 2010 - 2015 lưu vực sông Cả (%) 2005 2010 2010 2015 Đất trống 7,14 17,35 5,97 0,63 3,15 4,26 66,40 3,34 0 Nông nghiệp 42,98 35,74 22,53 24,07 18,75 63,89 25,76 24,81 15,00 Nông nghiệp Đất trống Rừng Vùng nước Xây dựng Nông nghiệp Đất trống Rừng Vùng nước Xây dựng Rừng 38,58 43,15 70,52 7,92 5,71 21,69 4,70 70,76 0,01 Vùng nước 1,76 0,39 0,37 63,22 1,96 1,20 0,38 0,47 85,00 15,97 Xây dựng 9,54 3,37 0,61 4,15 70,43 8,96 2,75 0,63 84,02 3.1.3 Xác định tác nhân, ràng buộc để mô thay đổi thảm phủ mặt không gian Việc lựa chọn tác nhân ràng buộc ảnh hưởng tới thay đổi thảm phủ mặt khơng gian hồn tồn phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực sông nghiên cứu tham vấn ý kiến chuyên gia thông qua phương pháp Delphi Bảng 3.6 Mức độ đồng ý chuyên gia vòng Delphi Tác nhân & Ràng buộc Mức độ đồng ý chuyên gia Trung vị Md Độ lệch tứ phân vị Q Điểm số trung bình qi Độ lệch chuẩn 13 Nhóm tác nhân lý sinh Độ cao 4 5 Độ dốc 5 Địa mạo 3 Nhóm tác nhân người Đường xá 5 4 Sơng ngịi 5 Khu vực 4 quy hoạch Ràng buộc Khu vực 5 bảo tồn Khu vực 5 đất đô thị 5 5 5 0,5 0,5 4,6 4,6 3,1 0,53 0,53 0,38 5 5 5 5 0,5 0,5 4,7 4,7 0,49 0,49 3 3 0,5 3,3 0,49 5 5 4,9 0,38 5 5 4,9 0,38 3.1.4 Lập đồ tính phù hợp Các ràng buộc tác nhân chuẩn hóa thành ký tự Boolean (0 1) thang đo mức độ phù hợp liên tục từ (ít phù hợp nhất) đến 255 (phù hợp nhất) (Bảng 3.7) Bảng 3.7 Tiêu chuẩn hóa nhân tố theo hàm mờ Lớp phủ Đất nông nghiệp Vùng nước Tác nhân Hàm Độ dốc Dạng J Độ cao Dạng J Khoảng cách đến sơng Dạng sigma Khoảng cách đến đường Dạng J Độ dốc Dạng J Độ cao Dạng J Khoảng cách đến Dạng Ngưỡng điều chỉnh độ mức độ phù hợp cao 0-20 độ phù hợp giảm dần > 20 độ không phù hợp phù hợp cao 0-350 m phù hợp giảm dần >350 m không phù hợp 5,5 km không phù hợp 5 km không phù hợp độ phù hợp cao 0-15 độ phù hợp giảm dần >15 độ không phù hợp m phù hợp cao 0-300 m phù hợp giảm dần >300 m không phù hợp 5 km không phù hợp độ mức độ phù hợp cao 0-20 độ phù hợp giảm dần > 20 độ không phù hợp phù hợp cao 0-150 m phù hợp giảm dần >150 m không phù hợp 5,5 km không phù hợp 5 km không phù hợp 18 độ phù hợp cao 700 m phù hợp cao 10 km phù hợp cao 40 độ phù hợp cao 1700 m không phù hợp 10 km phù hợp cao Tiếp đó, tác nhân đánh giá mức độ quan trọng loại lớp phủ (Bảng 3.8) Bảng 3.8 Giá trị trọng số nhân tố lớp phủ Yếu tố Độ dốc Độ cao Rừng 0,5917 0,3332 Nông nghiệp 0,1740 0,2696 Xây dựng 0,5232 0,2976 Vùng nước 0,3874 0,1692 Đất trống 0,1571 0,2493 15 Khoảng cách đến đường Khoảng cách đến sơng Tỷ lệ quán 0,0751 0,01 0,0795 0,1222 0,5936 0,4768 0,0570 0,4434 0,02 0,03 0,02 0,05 Đánh giá đa tiêu chí MCE-WLC sử dụng để kết hợp thông tin từ nhiều tiêu chí thành số a) Bản đồ phù hợp lớp phủ Rừng b) Bản đồ phù hợp lớp phủ Nông nghiệp c) Bản đồ phù hợp lớp phủ Xây dựng Hình 3.2 Bản đồ tính phù hợp cho loại lớp phủ (bản đồ tạo TerrSet;* đến 255 hiển thị thang đo từ không phù hợp đến phù hợp cao) e) Bản đồ phù hợp lớp phủ Đất trống d) Bản đồ phù hợp lớp phủ Vùng nước 3.1.5 Mô thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015 Bước tiếp theo, mô-đun CA-Markov sử dụng để mô đồ thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015 Bản đồ LULC 2015 mô i=15 Nông nghiệp Đất trống Rừng Vùng nước Xây dựng 16 Hình 3.3 Bản đồ mô thảm phủ năm 2015 với số lần lặp khác thông qua CA-Markov 3.1.6 Kiểm định kết mô Kết mô thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015 so sánh với đồ thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015 xây dựng từ ảnh viễn thám, liệu thực địa đồ sử dụng đất năm 2015 Bảng 3.9 Thống kê hệ số Kappa kết mô Hệ số Kappa Kno Klocation KlocationStrata Kstandard i=5 0,9507 0,9178 0,9178 0,9156 i = 10 0,9349 0,8887 0,8887 0,8865 i = 15 0,9119 0,8451 0,8451 0,8420 3.1.7 Dự tính thảm phủ lưu vực sơng Cả năm 2030 Sau đó, mơ hình CA-Markov sử dụng với thông số kiểm chứng để dự tính thảm phủ lưu vực sơng Cả năm 2030 Hình 3.5 Diện tích (ha) tỷ lệ phân bố (%) cho lớp thảm phủ lưu vực sơng Cả năm 2030 Hình 3.4 Bản đồ thảm phủ lưu vực sơng Cả dự tính năm 2030 3.2 Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu đến dịng chảy lưu vực sơng Cả 3.2.4 Hiệu chỉnh, kiểm định, xác định thông số mô Để kiểm tra khả mô hình, hiệu chỉnh kiểm nghiệm tiến hành Kết hiệu chỉnh thể đây: 17 Hình 3.12 n Thượng Hình 3.13 Hịa Duyệt Hình 3.14 Dừa Hình 3.15 Quỳ Châu Dịng chảy bình qn ngày tính tốn thực đo năm 2007 - 2010 Hình 3.16 Sơn Diệm Giữ nguyên thông số tiến hành kiểm định với số liệu năm 20112014 Kết thể từ hình 3.17 đến hình 3.21: Hình 3.17 Hịa Duyệt Hình 3.18 Yên Thượng 18 Hình 3.19 Dừa Hình 3.20 Quỳ Châu Dịng chảy bình qn ngày tính tốn thực đo năm 2011-2014 Hình 3.21 Sơn Diệm Luận án đánh giá kết mô dựa số Nash Bảng 3.10 Chỉ số đánh giá kết hiệu chỉnh kiểm định Thời gian Nash Trạm Hiệu chỉnh Kiểm định Hiệu chỉnh Kiểm định Yên Thượng 2007-2010 2011-2014 0,73 0,76 Hòa Duyệt 2007-2010 2011-2014 0,85 0,76 Dừa 2007-2010 2011-2014 0,75 0,76 Quỳ Châu 2007-2010 2011-2014 0,73 0,73 Sơn Diệm 2007-2010 2011-2014 0,74 0,72 3.2.6 Mơ dịng chảy lưu vực sông Cả tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu Để đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu thay đổi sử dụng đất lưu vực sông Cả Trong luận án mơ dịng chảy với kịch bản: Kịch biến đổi khí hậu RCP 4.5; Kịch biến đổi khí hậu RCP 8.5; Thay đổi sử dụng đất + kịch biến đổi khí hậu RCP 4.5; Thay đổi sử dụng đất + kịch biến đổi khí hậu RCP 8.5 19 Bảng 3.14 Bảng thống kê biến đổi dòng chảy năm, lũ, cạn giai đoạn 2020-2039 so với thời kỳ Kịch Sơn Diệm RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Hòa Duyệt RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Quỳ Châu RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Nghĩa Khánh RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Dừa RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 Q(m3/s) Dòng chảy năm ΔQ(m3/s) ΔQ(%) Dòng chảy mùa lũ Q(m3/s) ΔQ(m3/s) ΔQ(%) Dòng chảy mùa cạn Q(m3/s) ΔQ(m3/s) ΔQ(%) 529.0 547.4 540.8 556.4 17.7 36.1 29.5 45.2 3.5 7.1 5.8 8.8 366.8 387.6 384.3 404.3 20.3 41.1 37.8 57.9 5.9 11.9 10.9 16.7 162.2 159.8 156.5 152.1 -2.6 -5.0 -8.3 -12.7 -1.6 -3.0 -5.0 -7.7 1144.0 1181.1 1166.3 1203.4 47.1 84.2 69.4 106.5 4.3 7.7 6.3 9.7 781.3 814.1 803.7 830.9 55.4 88.2 77.8 105.0 7.6 12.2 10.7 14.5 362.7 367.0 362.6 372.5 -8.3 -4.0 -8.4 1.5 -2.2 -1.1 -2.3 0.4 1042.5 1096.4 1057.4 1108.9 25.2 79.2 40.2 91.6 2.5 7.8 3.9 9.0 662.0 711.4 685.2 729.6 32.8 82.2 56.0 100.3 5.2 13.1 8.9 15.9 380.4 385.0 372.2 379.3 -7.5 -3.0 -15.8 -8.7 -1.9 -0.8 -4.1 -2.2 1579.5 1639.5 1618.4 1688.3 79.5 139.5 118.4 188.3 5.3 9.3 7.9 12.6 1085.7 1145.9 1128.6 1185.4 77.9 138.2 120.9 177.7 7.7 13.7 12.0 17.6 493.9 493.6 489.8 502.9 1.6 1.3 -2.5 10.6 0.3 0.3 -0.5 2.2 4913.8 4930.4 4968.1 167.8 184.4 222.1 3.5 3.9 4.7 3575.8 3602.4 3636.3 119.8 146.4 180.3 3.5 4.2 5.2 1338.0 1328.0 1331.8 48.0 38.0 41.8 3.7 2.9 3.2 20 SDĐ+RCP 8.5 4997.3 251.3 5.3 3667.3 211.3 6.1 1330.0 40.0 3.1 Bảng 3.14 Lưu lượng trung bình tháng theo kịch Tiểu lưu vực Sơn Diệm Hòa Duyệt Quỳ Châu Nghĩa Khánh Dừa Kịch Nền RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Nền RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Nền RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Nền RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 Nền RCP 4.5 RCP 8.5 SDĐ+RCP 4.5 SDĐ+RCP 8.5 I 22.2 23.1 22.9 22.7 21.3 50.2 51.2 51.8 51.3 51.5 50.7 48.7 51.7 46.9 50.1 57.7 56.8 59.4 52.4 53.3 153 155 157 152 152 II 19.9 19.0 19.9 18.9 19.2 45.3 43.4 44.2 41.5 42.6 44.0 43.1 43.0 40.9 40.4 51.4 49.6 49.9 47.3 48.2 127 130 129 126 126 III 18.0 17.5 17.1 14.7 14.4 38.9 37.8 36.6 35.2 34.6 38.6 40.6 39.5 34.8 33.9 48.4 50.0 50.6 47.3 47.5 116 121 116 116 113 IV 17.5 15.6 13.1 14.2 11.9 40.0 35.2 31.6 32.4 30.2 37.8 34.0 32.9 29.9 28.5 49.5 43.7 42.2 40.2 39.5 111 108 94 102 91 V 26.5 25.9 25.2 25.5 25.0 61.3 55.8 57.8 56.7 58.8 63.5 65.5 66.7 68.3 71.9 95.0 96.4 96.9 98.9 100.3 222 235 244 237 250 Lưu lượng (m3/s) VI VII 27.5 38.9 28.9 38.6 28.1 43.6 29.4 40.1 28.5 44.7 60.4 35.5 66.0 35.9 68.0 41.9 70.2 39.7 74.5 43.8 89.7 91.0 86.9 94.6 89.9 104.6 88.6 98.3 92.5 110.9 121.0 120.5 130.7 125 127.1 139 135.0 133 134.0 145 364 513 393 534 395 548 397 546 401 557 VIII 68.7 75.6 81.8 76.5 83.1 83.2 90.6 93.1 93.2 95.2 137.9 144 152 148 157 207.1 217 235 228 244 837 870 887 886 902 IX 107.4 112 106 118 112 235.2 252 258 259 262 168.5 181 184 186 187 308.8 334 327 343 335 1038 1062 1013 1076 1025 X 77.7 76.6 82.4 80.1 87.3 224.6 234 237 236 242 144.0 155.5 156.5 162.8 161.1 251.7 288 289 295 297 709 759 749 766 768 XI 53.6 64.3 73.4 69.2 77.2 147.4 170 184 176 189 87.9 86.8 114.3 89.8 113.2 119.6 121 155 128 163 359 351 406 362 415 XII 33.3 32.3 33.6 31.2 31.8 74.8 73.3 77.1 75.2 80.3 63.6 61.7 61.3 62.8 62.0 69.4 66.6 67.5 68.7 80.0 197 196 193 200 197 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận án đáp ứng mục tiêu đề ra: Về nghiên cứu sở khoa học thực tiễn để xây dựng phương pháp đánh giá tác động thay đổi thảm phủ tới tài nguyên nước lưu vực sông Cả điều kiện biến đổi khí hậu Từ nghiên cứu tổng quan tài liệu nước, Luận án lựa chọn phương pháp phù hợp để đánh giá tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu tới dịng chảy bề mặt lưu vực sơng Cả sử dụng phương pháp phân tích chuỗi Markov, mơ hình Cellular Automata mơ hình SWAT Luận án làm rõ sở khoa học xây dựng phương pháp kết hợp viễn thám, điều tra thực địa, tham vấn Delphi mơ hình hóa để đánh giá tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu tới dịng chảy bề mặt phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực sơng Cả Luận án đề xuất quy trình đánh giá tác động thay đổi thảm phủ tới dịng chảy bề mặt lưu vực sơng Cả điều kiện biến đổi khí hậu sử dụng phương pháp tham vấn ý kiến chuyên gia Delphi xác định tác nhân ràng buộc ảnh hưởng tới việc mơ thay đổi thảm phủ đó, cụ thể: độ cao, độ dốc, khoảng cách tới đường giao thông, khoảng cách tới sông ràng buộc chuyển đổi: vùng nước- đất xây dựng- đất trống Về mô thay đổi thảm phủ đưa kịch thảm phủ tương lai cho lưu vực sông Cả sử dụng phương pháp phân tích chuỗi Markov mơ hình Cellular Automata Luận án chứng minh tính khả thi phương pháp chuỗi Markov Cellular Automata để lập mơ hình mơ biến động thảm phủ lưu vực sông Cả đến năm 2030 phù hợp với định hướng phát triển lĩnh vực quản lý đất đai phát triển bảo vệ rừng, nâng cao chất lượng rừng chuyển đổi mục đích sử dụng rừng bối cảnh biến đổi khí hậu 22 Quá trình nghiên cứu làm rõ phương pháp kiểm chứng đánh giá mơ hình, từ xây dựng quy tắc chuyển đổi thảm phủ f mơ hình hiệu chỉnh với thơng số phù hợp với điều kiện khu vực nghiên cứu Kết xác nhận với hệ số Kappa cho thấy thống chặt chẽ đồ thảm phủ thành lập từ ảnh viễn thám mô cho thấy mơ hình có độ tin cậy tốt Kết Luận án cho thấy thảm phủ lưu vực sông Cả đã, tiếp tục thay đổi Đặc biệt, đến năm 2030 diện tích đất rừng có xu giảm nhẹ chuyển sang loại đất khác đất nông nghiệp, đất xây dựng, đất trống Cụ thể từ năm 2015 đến năm 2030: diện tích rừng giảm 17,71%, đất nơng nghiệp, xây dựng, vùng nước đất trống tăng là: 6,70%, 4,17%, 2,27% 4,55% Điều phản ánh xác xu hướng phát triển kinh tế - xã hội nay: thị hóa, mở rộng đất nơng nghiệp, phá rừng Các kết định lượng phân bố theo không gian, thời gian cụ thể kịch thay đổi thảm phủ lưu vực sông Cả với phạm vi quốc gia hỗ trợ nhiều trình đánh giá tác động với yếu tố tự nhiên khác, đặc biệt mối liên quan đến biến đổi khí hậu Về đánh giá định lượng tác động thay đổi thảm phủ dịng chảy lưu vực sơng Cả điều kiện biến đổi khí hậu Luận án thành cơng việc hiệu chỉnh, kiểm định từ xác định thơng số mơ hình SWAT phù hợp với lưu vực sông Cả Luận án áp dụng quy trình đánh giá tác động thay đổi thảm phủ tới dịng chảy bề mặt lưu vực sơng Cả điều kiện biến đổi khí hậu trạm Sơn Diệm, Hòa Duyệt, Quỳ Châu, Nghĩa Khánh, Dừa Qua kết mơ phỏng, thấy lưu vực sơng Cả đối mặt với thay đổi lớn từ biến đổi khí hậu Nguồn nước lưu vực sơng Cả có xu hướng tăng biến đổi dịng chảy phân bố không 23 theo không gian thời gian Lượng mưa mùa mưa tăng dẫn đến gia tăng dịng chảy lũ khiến cho tình hình ngập lụt khu vực hạ lưu có khả ngày nghiêm trọng Ngược lại, lượng mưa mùa khơ có xu hướng giảm dẫn đến suy giảm dòng chảy mùa cạn khiến cho mặn xâm nhập sâu vào sông Dưới tác động thay đổi thảm phủ kết hợp biến đổi khí hậu, lưu lượng dịng chảy năm trạm Sơn Diệm, Hòa Duyệt, Quỳ Châu, Nghĩa Khánh, Dừa lưu vực sông Cả tăng kịch với mức tăng nhiều kịch thảm phủ + RCP8.5 từ 1144 - 1688 m3/s, riêng trạm Dừa 4997,3 m3/s Về dòng chảy mùa lũ mùa cạn trạm thống xu tăng mùa lũ, giảm mùa cạn Đặc biệt, có thêm vào tác động thay đổi thảm phủ dẫn tới cường độ thay đổi lại rõ ràng nghiêm trọng Hạn chế kiến nghị Luận án số hạn chế như: - Các tác nhân ràng buộc lựa chọn phản ánh phần ảnh hưởng từ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tới thay đổi thảm phủ lưu vực sông Cả Tuy kết mơ thảm phủ đạt độ xác tương đối cao, khẳng định cịn có tác nhân ràng buộc khác ảnh hưởng tới kết tăng cường độ xác mơ - Một số liệu đầu vào mơ hình mơ dịng chảy lưu vực sông Cả chưa đạt độ chi tiết mong muốn như: liệu đất, liệu địa hình, liệu dòng chảy, liệu thủy văn phần lãnh thổ Lào cịn hạn chế dẫn tới kết mơ số trạm chưa đạt độ xác cao Ngồi ra, đánh giá thay đổi dịng chảy tương lai, Luận án chưa xét đến yếu tố điều tiết hồ chứa sử dụng nước lưu vực sông Cả - Việc đánh giá thay đổi dịng chảy lưu vực sơng Cả tương lai tác động kết hợp thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu, khơng xét đến tác động qua lại chúng như: biến đổi khí hậu làm thay đổi thảm phủ, xét 24 thời gian khơng dài thay đổi không lớn, khẳng định có Một số kiến nghị tiếp theo: - Cơ sở khoa học, phương pháp luận quy trình đánh giá tác động thay đổi thảm phủ tới tài ngun nước điều kiện biến đổi khí hậu hồn tồn áp dụng cho lưu vực khác ngồi lưu vực sơng Cả - Các tác nhân, ràng buộc, quy tắc chuyển đổi thảm phủ f kế thừa có điều chỉnh thơng số phù hợp để áp dụng mô thay đổi thảm phủ lưu vực sông khác - Bộ thông số mơ hình SWAT kế thừa có điều chỉnh để phù hợp đánh giá định lượng tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu dịng chảy lưu vực sơng khác - Các kết mô định lượng tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu dịng chảy lưu vực sơng Cả sử dụng để đánh giá tác động khác ngồi dịng chảy lưu vực sơng Cả ... GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 1.2 Các nghiên cứu mơ biến động thảm phủ ngồi nước 1.2.1 Các nghiên cứu giới mô biến động thảm phủ Năm... GIS đánh giá lưu lượng dịng chảy lưu vực sơng Đắk Bla 1.4 Các nghiên cứu nước đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dịng chảy lưu vực sơng 1.4.1 Các nghiên cứu giới đánh giá tác động biến đổi khí. .. Hương đánh giá tác động BĐKH tới phân phối dòng chảy mùa lưu vực sông Cả CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC, PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DỊNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG