Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến mô hình mưa tiêu thiết kế cho khu vực hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM MỸ LINH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MƠ HÌNH MƯA TIÊU THIẾT KẾ CHO KHU VỰC HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM MỸ LINH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MƠ HÌNH MƯA TIÊU THIẾT KẾ CHO KHU VỰC HÀ NỘI Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thanh Thủy PGS.TS Ngô Lê An HÀ NỘI, NĂM 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Phạm Mỹ Linh i LỜI CẢM ƠN Luận văn “ Đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến mơ hình mưa tiêu thiết kế cho khu vực Hà Nội” hoàn thành theo nội dung đề cương nghiên cứu, Hội đồng Khoa học Đào tạo khoa Thủy văn Tài nguyên nước phê duyệt Luận văn đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến mơ hình mưa tiêu cho khu vực Hà Nội Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trường, phòng Đào tạo Đại học Sau đại học, khoa Thủy văn Tài nguyên nước trước khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước Thầy giáo, Cơ giáo khoa tận tình truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm giúp đỡ tác giả suốt trình học làm luận văn Để có kết ngày hơm nay, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thanh Thủy, PGS.TS Ngô Lê An khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, trường Đại học Thủy Lợi tận tình hướng dẫn, bảo đóng góp ý kiến quý báu suốt trình thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Thơng tin liệu Khí tượng, Thủy văn, Tổng cục Khí tượng Thủy văn nhiệt tình giúp đỡ cung cấp thông tin, số liệu cần thiết cho luận văn Xin chân thành cảm ơn tới đồng nghiệp, tập thể lớp 26V11 trường Đại học Thủy lợi, toàn thể gia đình, bạn bè giúp đỡ, động viên, khích lệ để tác giả hồn thành luận văn kế hoạch đề Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn hỡ trợ kinh phí thực luận văn đề tài "Đánh giá hiểm hoạ ngập lụt đô thị Hà Nội điều kiện khí hậu tương lai", mã số VN2019SIN267A101, hợp tác trường đại học Thuỷ Lợi KU Leuven – Vương Quốc Bỉ từ quỹ VLIR-OUS Xin trân trọng cảm ơn! MỤC LỤC ii LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC BẢNG BIỂU VII CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ VIII MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Một số định nghĩa 1.2 Tổng quan lưu vực nghiên cứu 1.2.1 Vị trí địa lý 1.2.2 Đặc điểm thủy văn 1.2.3 Khí hậu thời tiết 11 1.2.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật .16 1.2.5 Tình hình kinh tế xã hội .16 1.3 Tổng quan nghiên cứu mưa thiết kế 17 1.3.1 Nghiên cứu nước 17 1.3.2 Nghiên cứu nước .21 1.4 Tổng quan nghiên cứu tác động BĐKH đến mưa thiết kế 25 1.4.1 Nghiên cứu nước .25 1.4.2 Nghiên cứu nước .27 1.5 Kết luận chương 29 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ DỮ LIỆU 30 2.1 Phương pháp nghiên cứu 30 2.1.1 Các bước nghiên cứu 30 2.1.2 Hàm phân bố xác suất 31 2.1.3 Hiệu chỉnh phân vị kinh nghiệm mưa mơ hình khí hậu 33 2.1.4 Phương pháp tỷ lệ đơn giản để chi tiết hoá lượng mưa thời đoạn ngắn .33 2.1.5 Xây dựng mơ hình mưa tiêu thiết kế 37 2.2 Dữ liệu 40 2.2.1 Dữ liệu thực đo 40 iii 2.2.2 Phân tích đặc trưng trận mưa 40 2.2.3 Dữ liệu mô BĐKH 41 2.2.4 Các kịch nghiên cứu 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 43 3.1 Kết hiệu chỉnh sai số từ mơ hình mưa 43 3.2 Biến động mưa ngày lớn 43 3.3 Xây dựng đường IDF theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản 44 3.3.1 Xác định thông số phương pháp tỷ lệ đơn giản 44 3.3.2 Xây dựng đường IDF theo liệu thực đo thời đoạn ngắn 47 3.3.3 Xây dựng đường IDF theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản 51 3.4 Xác định mưa thiết kế theo kịch khí hậu tương lai 54 3.4.1 Xác định đường IDF theo kịch BĐKH 54 3.4.2 Sự thay đổi mơ hình mưa tiêu thiết kế 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 KẾT LUẬN 63 KIẾN NGHỊ 63 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 70 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Vị trí địa lý, hành Hà Nội Hình Biểu đồ khí tượng Trạm Láng .15 Hình Khu vực n Hịa quận Cầu Giấy Google Earth Error! Bookmark not defined Hình Hình ảnh ngập lụt ngõ 35 phố Hoa Bằng trận mưa 03/08/2019 Error! Bookmark not defined Hình Hệ thống thoát nước ngõ 90 phố Hoa Băng Error! Bookmark not defined Hình Phân bố xác suất trận mưa cực đoan Illinois.[1] 19 Hình Các bước nghiên cứu 31 Hình 2 Mối quan hệ hàm phân bố tích lũy đường cong mưa IDF (Lê Minh Nhật, 2007) [42] 35 Hình Minh họa tính chất quy mơ đơn quy mô phức (Lê Minh Nhật, 2007)[42] 37 Hình Quan hệ thời đoạn moment bậc q trạm Láng 45 Hình Quan hệ thời đoạn moment bậc q trạm Hà Đông 46 Hình 3 Quan hệ q hệ số moment q .47 Hình Đường quan hệ cường độ mưa – thời đoạn – tần suất thực đo Láng .49 Hình Đường quan hệ cường độ mưa – thời đoạn – tần suất thực đo Hà Đơng 50 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mơ phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 20 năm 52 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đông 20 năm .53 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCMtrong 10 năm 55 Hình Mơ hình mưa thiết kế trạm Láng thời kỳ (nét đậm) tương lai theo mơ hình RCM (nét mảnh) thời kỳ 50 năm Error! Bookmark not defined Hình 10 Mơ hình mưa thiết kế trạm Láng thời kỳ (nét đậm) tương lai theo mơ hình RCM (nét mảnh) Error! Bookmark not defined Hình 11 Mơ hình mưa thiết kế trạm Hà Đông thời kỳ (nét đậm) tương lai theo mơ hình RCM (nét mảnh) Error! Bookmark not defined Hình 12 Mơ hình mưa thiết kế trạm Hà Đơng thời kỳ (nét đậm) tương lai theo mơ hình RCM (nét mảnh) Error! Bookmark not defined Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 50 năm 77 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mơ phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 100 năm 78 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 200 năm 79 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đông 50 năm .80 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đông 100 năm .81 v Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đông 200 năm 82 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCMtrong 20 năm 83 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 50 năm 84 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 100 năm 85 Hình 10 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 10 năm 86 Hình 11 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 20 năm 87 Hình 12 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 50 năm 88 Hình 13 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 100 năm 89 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Đặc trưng mực nước trung bình tháng sơng Hồngtại trạm Hà Nội từ năm 2001-2010 Bảng Các hồ thuộc nội thành 10 Bảng Đặc trưng nhiệt độ khơng khí trung bình lớn tháng trạm Láng, Hà Nội từ năm 2001-2010 .13 Bảng Đặc trưng nhiệt độ khơng khí trung bình nhỏ tháng trạm Láng, Hà Nội từ năm 2001-2010 .13 Bảng Đặc trưng độ ẩm khơng khí trung bình tháng trạm Láng, Hà Nội từ năm 2001-2010 14 Bảng Đặc trưng lượng mưa trung bình thángtại trạm Láng, Hà Nội 14 Bảng Đặc trưng lượng bốc trung bình thángtại trạm Láng, Hà Nội 15 Bảng Thống kê số trận mưa lớn gây ngập lụt Hà Nội Error! Bookmark not defined Bảng Thống kê trận mưa to 40 Bảng 2 Các mơ hình khí hậu sử dụng nghiên cứu 41 Bảng Đánh giá phương pháp hiệu chỉnh sai số cho lượng mưa ngày lớn nhấ43 Bảng Sự thay đổi (%) đặc trưng lượng mưa ngày lớn 43 Bảng 3 Trị số trung bình mưa thời đoạn ngắn với bậc q khác 44 Bảng Trị số trung bình mưa thời đoạn ngắn với bậc q khác 44 Bảng Các trị số đường IDF Láng (mm) 48 Bảng Các trị số đường IDF Hà Đông (mm) 48 Bảng Số liệu mưa ngày lớn sau hiệu chỉnh giai đoạn (Hà Đông) 70 Bảng Số liệu mưa ngày lớn sau hiệu chỉnh giai đoạn (Láng) 71 Bảng Số liệu mưa ngày lớn sau hiệu chỉnh gia đoạn tương lai trạm Hà Đông .72 Bảng Số liệu mưa ngày lớn sau hiệu chỉnh gia đoạn tương lai trạm Láng74 vii CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ BĐKH Biến đổi khí hậu GRDP Tổng sản phẩm địa bàn GCM Mô hình khí hậu tồn cầu IDF Cường độ - Thời đoạn – Tần suất MHM Mơ hình mưa RCM Mơ hình khí hậu vùng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN&MT Tài nguyên Môi trường viii RCP 4.5 RCP 8.5 EC EAS WAS HAD EC EAS WAS HAD 2073 86.4 83.7 147.7 223.5 673.3 149.5 77.3 223.5 2074 87.0 115.7 167.6 172.5 494.8 186.4 80.0 172.5 2075 124.2 241.9 151.5 161.9 101.6 145.4 152.3 161.9 2076 170.2 91.4 166.6 140.3 201.7 111.4 140.7 140.3 2077 128.8 266.8 114.4 150.2 75.2 113.6 118.5 150.2 2078 375.7 264.4 163.3 93.3 102.9 138.4 173.1 93.3 2079 139.7 137.1 107.7 132.6 103.7 601.0 164.5 132.6 2080 142.7 281.5 189.8 123.0 139.3 260.3 95.5 123.0 2081 45.0 141.4 254.7 98.0 86.4 438.7 141.7 98.0 2082 282.1 123.9 96.7 88.9 277.8 237.2 154.6 88.9 2083 116.6 128.4 191.6 166.5 103.8 136.0 84.8 166.5 2084 124.6 80.0 123.0 176.6 125.0 92.0 214.4 176.6 2085 85.6 102.7 87.2 106.2 121.0 106.9 133.2 106.2 2086 499.9 118.0 146.8 133.9 389.1 130.9 97.6 133.9 2087 281.8 144.4 168.3 199.2 132.5 146.2 146.2 199.2 2088 123.4 79.3 124.0 146.5 94.1 70.3 144.2 146.5 2089 156.5 142.7 168.7 96.7 143.9 153.4 56.2 96.7 2090 103.3 79.5 147.7 73.2 690.5 220.2 268.2 73.2 2091 133.8 130.6 74.6 122.2 147.8 247.7 101.6 122.2 2092 235.7 369.6 104.4 138.9 270.9 71.4 167.6 138.9 2093 69.2 99.0 129.4 116.1 183.5 147.7 221.6 116.1 2094 215.2 288.1 159.3 149.3 132.4 1023.7 165.0 149.3 2095 141.5 93.2 121.4 91.5 1116.0 574.8 144.3 91.5 2096 283.9 102.3 164.5 182.1 152.0 546.6 94.0 182.1 2097 79.6 111.9 145.9 160.7 145.4 176.8 172.5 160.7 2098 384.3 137.2 94.3 143.2 68.4 147.2 211.9 143.2 2099 266.9 130.9 185.2 169.0 624.9 99.6 266.6 169.0 2100 146.4 168.3 123.0 134.7 98.8 171.2 123.0 76 Phụ lục III Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Láng Hà Đơng • Tại trạm Láng Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 50 năm 77 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mơ phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 100 năm 78 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Láng 200 năm 79 • Tại trạm Hà Đơng Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đơng 50 năm 80 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mơ phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đông 100 năm 81 Hình Đường IDF tính tốn theo phương pháp Tỷ lệ đơn giản (mô phỏng) so với thực đo cho trạm Hà Đông 200 năm 82 Phụ lục IV Đường quan hệ IDF Láng Hà Đông giai đoạn 2030-2059 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mơ RCM • Tại trạm Láng 2030-2059 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCMtrong 20 năm 83 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mơ RCM 50 năm 84 Hình Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2030-2059 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 100 năm 85 Hình 10 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mơ RCM 10 năm 86 Hình 11 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 20 năm 87 Hình 12 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mơ RCM 50 năm 88 Hình 13 Đường quan hệ IDF Láng giai đoạn 2060-2089 Đường nét đậm giai đoạn nền, đường nét mỏng tương ứng kết mô RCM 100 năm 89 90