Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 744, 55 68; doi 10 36335/VNJHM 2022(744) 55 68 http //tapchikttv vn/ TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Bài báo khoa học Một số đặc điểm hạn thủy văn ở khu vực Tây Nguyên tron[.]
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Bài báo khoa học Một số đặc điểm hạn thủy văn khu vực Tây Nguyên giai đoạn 1980–2015 Đỗ Thanh Hằng1, Vũ Thanh Hằng2* Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia; dothanhhang234@gmail.com Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; hangvt@vnu.edu.vn *Tác giả liên hệ: hangvt@vnu.edu.vn; Tel.: +84–903252170 Ban Biên tập nhận bài: 8/11/2022; Ngày phản biện xong: 23/12/2022; Ngày đăng bài: 25/12/2022 Tóm tắt: Chỉ số dịng chảy chuẩn hóa SSI sử dụng để phân tích số đặc điểm hạn thủy văn trạm khu vực Tây Nguyên giai đoạn 1980 đến 2015 Kết phân tích cho thấy hạn thủy văn khu vực diễn thường xuyên không mùa khô mà xuất mùa mưa với đa phần đợt hạn nhẹ Tần suất hạn nặng chủ yếu xảy vào thời kỳ cuối mùa đông, đầu mùa xn, chí theo tính tốn cho thấy hạn nặng xuất vào tháng 10 Trạm thủy văn Đức Xuyên đánh giá có tần suất hạn cao với nhiều đợt hạn dài 12 tháng cường độ lớn Ngược lại trạm thủy văn An Khê, tần suất hạn thời đoạn 36 năm mức thấp xảy hạn nặng thập kỷ 1980–1989 Nghiên cứu đặc điểm thời gian cường độ hạn cho thấy hạn hán Tây Nguyên đạt giá trị cường độ cao trạm phía Bắc với đợt hạn đơn lẻ tháng, sau giảm dần xuống phía Nam cường độ lại tăng dần đợt hạn có thời gian hạn 12 tháng Tính tốn cho thấy hạn thủy văn kéo dài với mức độ nghiêm trọng trạm Cầu 14 Giang Sơn 82 tháng Từ khóa: Hạn thủy văn; Chỉ số SSI; Tây Nguyên Giới thiệu Hạn hán tượng thiên tai tự nhiên tạm thời, bắt nguồn từ thiếu hụt lượng mưa khoảng thời gian so với điều kiện trung bình dài hạn Nhìn chung, hạn hán phân chia thành bốn loại 1) Hạn khí tượng; 2) Hạn nông nghiệp; 3) Hạn thuỷ văn; 4) Hạn kinh tế–xã hội [1] Hạn khí tượng xác định thông qua thiếu hụt giáng thủy hạn khí tượng xuất ngun nhân để dẫn tới loại hạn khác Hạn nông nghiệp thường liên quan đến đặc tính khác hạn khí tượng gây ảnh hưởng tới nông nghiệp, chủ yếu thiếu hụt lượng giáng thủy, chênh lệch q trình bốc nước thực tế với bốc thoát nước tiềm năng, thiếu hụt nước đất, mực nước dự trữ giảm [2] Hạn thủy văn liên quan đến thiếu hụt nước hệ thống thủy văn xác định mực nước sông giảm giảm mực nước đập, hồ, nước ngầm qui mô lưu vực [3] Hạn kinh tế xã hội xuất có thiệt hại kinh tế, xã hội môi trường loại hạn khác gây Như đề cập hạn khí tượng thường khởi nguồn loại hạn khác biến lượng mưa nhân tố quan trọng Đối với hạn thủy văn lượng mưa nguồn cung cấp dòng chảy mặt thành phần quan trọng cán cân nước Thiệt hại từ hạn hán vấn đề tránh khỏi nhiều quốc gia tồn giới [4] Chính vậy, nhiều tác giả tập trung vào nghiên cứu tượng việc sử Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 744, 55-68; doi:10.36335/VNJHM.2022(744).55-68 http://tapchikttv.vn/ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 744, 55-68; doi:10.36335/VNJHM.2022(744).55-68 56 dụng số hạn để phân tích đặc trưng hạn phổ biến [5–9] Cho đến nay, có nhiều số hạn xây dựng ứng dụng rộng rãi nghiên cứu hạn hán toàn giới Các số hạn thường xây dựng hàm biến lượng mưa, dịng chảy, biến khí tượng thủy văn khác lượng mưa nhân tố quan trọng định đến hình thành hạn thời gian kéo dài hạn [5] Với chất phức tạp tượng hạn hán cho thấy khơng có số hạn tối ưu cho tất khu vực việc lựa chọn số hạn thường phụ thuộc nhiều vào tính khả dụng chuỗi số liệu khí hậu [10] Chỉ số dịng chảy chuẩn hóa (SSI – The Standardized Streamflow Index) số số sử dụng phổ biến hữu ích để đánh giá đặc điểm hạn thủy văn Nghiên cứu trình khan nước lưu vực thượng nguồn sông Nen (UNR) cho giai đoạn 1951–2012 cách sử dụng số hạn khí tượng (SPI, PET, SPEI) số hạn thủy văn (SSI) cho giai đoạn 1898–2010 [11] Kết đưa không đợt hạn hán thập kỷ cụ thể mà đưa đánh giá mức độ nghiêm trọng hạn hán giảm từ giai đoạn 1898–1950 đến 1951–2010, mức độ nghiêm trọng lũ lụt tăng thời kỳ Phân tích tương quan cho thấy hệ thống thủy văn cần có độ trễ từ tháng trở lên để ứng phó với hạn khí tượng vùng khí hậu lạnh giá Với mục tiêu nâng cao hiểu biết nguy hạn hán Anh, chuỗi số SPI SSI sử dụng cho 121 lưu vực gần tự nhiên Anh khoảng thời gian tích lũy từ 1–24 tháng [12] Từ chuỗi thời gian này, kiện hạn hán xác định Mối quan hệ hạn khí tượng hạn thủy văn kiểm tra cách tương quan chéo SSI tháng với giai đoạn tích lũy SPI khác Từ tìm ảnh hưởng đặc tính khí hậu lưu vực đến đặc điểm lan truyền hạn thủy văn Nhiều cơng trình xem xét đầy đủ đặc điểm cấu trúc hạn hán bao gồm thời gian (từ đầu đến cuối đợt hạn hán), mức độ nghiêm trọng (thâm hụt nước tích lũy) cường độ (thâm hụt nước theo độ tuổi suốt thời gian hạn hán) [13–14] Các liên kết vật lý trình chu trình nước nguyên nhân dẫn đến tăng giảm mức độ nghiêm trọng hạn hán Hạn khí tượng phát triển nhanh chóng, hạn hán thủy văn bị trễ lại sau hạn khí tượng, cụ thể là, có mối quan hệ chặt chẽ hạn khí tượng hạn thủy văn [15–16] Phương pháp phân tích tương quan Pearson Spearman sử dụng để nghiên cứu phản hồi hạn thủy văn hạn khí tượng [17–20], từ tìm khác biệt thời gian xuất đợt hạn hán Tuy nhiên phương pháp khó sử dụng để điều tra ứng phó hạn thủy văn với hạn khí tượng tập trung vào thời gian phản hồi điều nghiêm trọng thường bị bỏ qua Trong bối cảnh biến đổi khí hậu nay, khu vực Tây Nguyên lân cận có mức thay đổi nhiệt độ rõ rệt, hạn hán xuất thường xuyên hơn, có nhiều nghiên cứu khảo sát đặc điểm xu biến đổi hạn nói chung nhằm góp phần tăng thêm thơng tin việc định lượng rủi ro gây hạn hán xây dựng kế hoạch quản lý hạn hán cách hiệu [21] thực nghiên cứu ba năm (2005–2008), đánh giá mức độ xây dựng đồ hạn hán thiếu nước sinh hoạt tỉnh Nam Trung Bộ Tây Nguyên Trong nghiên cứu số K, SPI, tỷ chuẩn lượng mưa (TC), thiếu hụt lượng mưa (D) số hạn thực tế (EDI) sử dụng để đánh giá Chỉ số SSI SPI sử dụng để đánh giá mức độ thiếu nước, hạn khí tượng khu vực đồng sông Cửu Long [22] Kết nghiên cứu cho thấy tượng ENSO tác động rõ rệt đến chế độ nhiệt–ẩm khu vực Phần mềm SWAT ứng dụng để mô lưu lượng dịng chảy, từ tính tốn hệ số hạn phân bố theo không gian khu vực nghiên cứu [23] Kết cho thấy lưu lượng dịng chảy mơ tốt với số NSE, R đạt 0,7 giai đoạn hiệu chỉnh kiểm định trạm Giang Sơn, Cầu 14 Bản Đôn Riêng trạm Đức Xuyên, kết giai đoạn kiểm định có giá trị NSE đạt 0,6, nguyên nhân trận lũ lịch sử xảy sông Krông Nô Bước tiếp theo, liệu bốc tiềm năng, mưa lưu lượng dịng chảy trích xuất từ mơ hình đầu vào Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 744, 55-68; doi:10.36335/VNJHM.2022(744).55-68 57 để tính số hạn Trên đồ phân vùng lưu vực Srepok cho thấy hạn đặc biệt nặng vừa xuất vào khoảng tháng 2, tháng hàng năm thời gian hạn kéo dài khoảng từ đến tháng Trong nghiên cứu [24] phân tích đặc điểm xu biến đổi hạn khí tượng 13 trạm Tây Nguyên sử dụng số liệu giai đoạn (1961–2017) trạm giai đoạn (1979–2017) trạm sử dụng số SPI1, SPI12 PDSI Kết theo số SPI cho thấy tần suất hạn theo tháng nằm khoảng từ 10% đến 18% theo số PDSI khoảng từ 15% đến 25% tần suất hạn cao tháng mùa hè, tập trung chủ yếu trạm khu vực phía Bắc Tây Nguyên Một số trạm có xu tăng hạn Đắk Nơng, Ayunpa, Pleiku, Đắk Tơ Nhìn chung, thời gian kéo dài hạn trung bình năm ElNino thường cao năm LaNina Số liệu từ mô hình khí tượng tồn cầu IFS mơ hình thủy văn SWAT ứng dụng nhằm xây dựng phương án dự báo hạn cho khu vực, kết hợp số hạn EDI để đưa đồ cảnh báo hạn [25] Phương pháp kết nghiên cứu góp phần hỗ trợ cho cơng tác phịng chống thiên tai cho khu vực tỉnh Đăk Lăk mở rộng cho vùng khác Việt Nam Các nghiên cứu trước chủ yếu tập trung nhiều vào phân tích đặc điểm hạn khí tượng cịn hạn thủy văn chưa đánh giá theo đặc trưng cách đầy đủ Trong nghiên cứu này, chuỗi số liệu quan trắc lưu lượng dòng chảy trạm thủy văn khu vực Tây nguyên giai đoạn 1980–2015 sử dụng để tính số dịng chảy chuẩn hóa SSI, từ xác định đầy đủ đặc trưng hạn thủy văn bao gồm tần suất tất mức độ hạn (nhẹ, vừa nặng), thời gian kéo dài, độ lớn cường độ hạn Giới thiệu nguồn số liệu, số hạn thủy văn SSI, cách xác định đặc trưng hạn trình bày mục Các kết đánh giá bình luận đưa mục cuối kết luận tài liệu tham khảo Số liệu sử dụng phương pháp nghiên cứu 2.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Khu vực Tây Nguyên phạm vi từ 107°12 đến 108°59’37” kinh độ Đông từ 110° 12’00” đến 150°27'15” vĩ độ Bắc với diện tích 54.641 km2, chiếm 1/6 diện tích nước, bảy vùng khí hậu Việt Nam Tây Nguyên vùng cao nguyên có tính phân bậc độ cao rõ rệt (500–1.500 m), bao bọc phía Đơng dãy núi khối núi cao (chính Trường Sơn Nam) Tây Nguyên vùng cao nguyên nhiều núi với độ cao trung bình từ 500–800 m mực nước biển Trước năm 1980, hạn hán xảy vào mùa liên tiếp đây, đến năm 1980 có trường hợp hạn vừa xảy Hạn nhiều hầu hết mùa đông đầu mùa xuân kéo dài từ tháng XII đến tháng III, tháng IV đến tháng XI hạn xuất Trong tháng hạn, tần suất hạn cao nơi mưa điển Ayunpa thấp nơi mưa nhiều Bảo Lộc, Đắc Nông địa điểm giáp ranh với Nam Trung Bộ có mùa mưa tương tự Nam Trung Bộ [26] Phạm vi khu vực nghiên cứu minh họa Hình mạng lưới phân bố trạm thủy văn sử dụng nghiên cứu 2.2 Số liệu sử dụng Để xem xét đặc điểm hạn thủy văn khu vực Tây ngun, số liệu lưu lượng dịng chảy trung bình tháng trạm quan trắc thời gian 1980–2015 (36 năm) sử dụng Danh sách trạm thủy văn đưa Bảng minh họa Hình Bảng Danh sách trạm thủy văn khu vực Tây Nguyên TT Tỉnh Trạm (Kí hiệu) TT Tỉnh Trạm (Kí hiệu) Đắk Lắk Giang Sơn (GS) Kon Tum Kon Tum (KT) Bản Đôn (BĐ) Gia Lai An Khê (AKh) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 744, 55-68; doi:10.36335/VNJHM.2022(744).55-68 TT Tỉnh Trạm (Kí hiệu) TT Tỉnh Trạm (Kí hiệu) Đức Xuyên (ĐX) Lâm Đồng Đại Nga (ĐN) Cầu 14 (C14) Đắk Nơng 58 Thanh Bình (TB) Hình Phạm vi khu vực nghiên cứu mạng lưới trạm thủy văn 2.3 Chỉ số hạn SSI Chỉ số hạn thủy văn SSI qui mô thời gian tháng lựa chọn để phân tích đặc trưng hạn xác định theo công thức sau: SSI = S−S S (1) Trong S S giá trị lưu lượng dòng chảy lưu lượng dòng chảy trung bình (m /s) khoảng thời gian định tương ứng; S giá trị độ lệch chuẩn S Giá trị độ lệch chuẩn tính theo công thức sau: S = ( n S−S n j=1 ) (2) Phân cấp hạn thủy văn theo số SSI dẫn Bảng Bảng Danh sách trạm thủy văn khu vực Tây Nguyên STT Giá trị SSI Phân loại SSI > Không hạn –1 ≤ SSI < Hạn nhẹ –1,5 ≤ SSI < –1 Hạn vừa SSI < –1,5 Hạn nặng Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 744, 55-68; doi:10.36335/VNJHM.2022(744).55-68 59 2.4 Cách xác định đặc trưng hạn Lý thuyết Run (Run theory) cách tiếp cận để xác định đặc trưng hạn bao gồm thời gian kéo dài (D), độ lớn (M) cường độ (I) [27] Cách xác định đặc trưng sau: Hình Định nghĩa đặc trưng hạn hán gồm thời gian kéo dài độ lớn Khoảng thời gian hạn hán xuất dựa số SSI liên tục xác định thời gian hạn (D) Tổng tích lũy tất giá trị SSI âm khoảng thời gian hạn (D) độ lớn đợt hạn (M) Cường độ hạn (I) xác định tỷ số M/D Minh họa Hình với bốn kiện hạn hán có thời gian hạn D0, D1, d0, d1 d2 Nếu thời gian kiện hạn hán kéo dài tháng SSI < –1 tháng coi kiện hạn hán đơn lẻ (ví dụ: đợt hạn có thời gian D0 độ lớn M0) Sự kiện hạn hán kéo dài vài tháng liên tiếp với SSI âm (ví dụ: đợt hạn có thời gian D độ lớn M1) Nếu thời gian kiện hạn hán bao gồm hai thời đoạn, chẳng hạn d0 d2, khoảng thời gian gián đoạn d1 nằm d0 d2 nhỏ tháng