Nghiên cứu tính toán mưa lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực nam trung bộ

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƯA, LŨ CÓ XÉT ĐẾN BIẾNĐỔIKHÍHẬU6

Tổngquancácnghiêncứuvềmưa,lũtrongnướcvàthếgiới

Mưa,lũlànhữnghiệntượngtựnhiêngâyranhữngtácđộngtolớnđếnconngười,xãhộivàmôitrườ ng,đãcónhiềunghiêncứuvềmƣa,lũđƣợcthựchiệnvớicácmụcđíchkhác nhau Mỗi nghiên cứu đều có những đóng góp nhất định chọ sự phát triển bền vững của xã hội Một số nghiên cứu điển hình có thể kể đếnlà:

Những nghiên cứu dựa trên bộ số liệu quan trắc đƣợc thực hiện trên quy mô toàncầunhƣ công trình của Frich và nnk, 2002 [2] Kết quả nghiên cứu của Alexander vànnk,2006 [3] với các chỉ số đƣợc phân tích cho thấy xu thế tăng của mƣa lớn, mƣa cựctrịchiếm ƣu thế Xu thế này cũng đƣợc tìm thấy ở các khu vực nhƣ phía nam ChâuPhi,đông nam Châu Úc, phía tây nước Nga, nhiều khu vực thuộc ChâuÂuvà phầnphíađông của nước Mỹ Nghiên cứu của Frich và nnk, 2002 [2] còn cho thấy xu thếgiảmcủa mƣa lớn, mƣa cực trị ở phía đông Châu Á và khu vực Siberia Những nghiêncứutrênhìnhthànhbứctranhtoàncầuvềsựbiếnđổicủamƣalớntrongthếkỷ20.

Các nghiên cứu trên quy mô toàn cầu cung cấp những thông tin tổng quát về mƣalớnvà xu thế biến đổi của hiện tƣợng này trên hầu hết các khu vực trên thế giới.Nhữngthông tin này là cơ sở để các nghiên cứu ở các quy mô nhỏ hơn có thể đánh giá sự phù hợp và khác biệt so với xu thế chung của thế giới Tuy nhiên, do việc sử dụng số liệu từ các nguồn khác nhau cùng với việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu, phântíchchƣa thống nhất nên giữa các kết quả nghiên cứu trên quy mô toàn cầu ở một sốkhuvực còn chƣa thực sự đồng nhất Ngoài ra, do số lƣợng trạm không nhiều để cungcấpđầy đủ thông tin gây khó khăn trong việc phân tích chi tiết cho quy mô khu vực hoặc quốcgia.Việctậphợpđƣợcbộsốliệutoàncầuvàkiểmsoátchấtlƣợngcủatoànbộsốliệu là không dễ dàng Mỗi khu vực có một chế độ khí hậu tương đối khác nhaunênchỉsốmƣalớn,mƣacựctrịchocáckhuvựcnàycũngcầnđƣợcthayđổichophùhợp.Do vậy, những nghiên cứu trên quy mô nhỏ hơn là cần thiết để có đƣợc nhữngphântích chi tiết và phù hợp hơn với chế độ khí hậu cũng nhƣ các đặc điểm mƣa lớn,mƣacực trị của một vùng hoặc quốcgia.

Dự án số liệu và đánh giá khí hậu Châu Âu đã xây dựng một bộ chỉ số riêng phù hợp với điều kiện khí hậu của các nước thuộc khu vực Châu Âu Nghiên cứu trên quymôChâu lục tiêu biểu nhƣ công trình của Re và Barros, 2009 [4] cho khu vực ĐôngNamcủa Nam Mỹ Nghiên cứu này cho thấy cường độ và tần suất mưa lớn có xu thếgiatăng đối với khu vực nghiên cứu Xu thế biến đổi của mƣa lớn trên khu vực lòngchảoLa Plata thuộc Châu Mỹ đƣợc Penalba và Robledo, 2009 [5] đánh giá theo cácmùa.Kết quả cho thấy xu thế tăng của mƣa trong các mùa xuân,hèvà thu với khu vựcLaPlata Xu thế tăng này chỉ phát hiện đƣợc trong mùa hè với khu vực phía NamcủaBrazil và xu thế giảm xuất hiện vào mùa đông trong khu vực nghiên cứu Khu vực phía Tây của Trung Phi và một số nước lân cận được Aguilar và nnk, 2009 [6]tậptrung nghiên cứu và thấy đƣợc xu thế giảm của mƣa trên khu vực quan tâm. XuthếbiếnđổicủamƣaởkhuvựcChâuÂunhìnchunglàtăngvớihầuhếtcácchỉsố.Xuthếtăngvềm ƣanhanhhơnsovớixuthếtăngcủatổnglƣợngmƣanăm. Ởcáctrạmcóxuthếmƣacựctrịgiảmthìlƣợngmƣatrungbìnhnămởcáctrạmnàycũnggiảm.Cáckếtlu ận về xu thế biến đổi của mƣa lớn trên khu vực Châu Âu đƣợc rút ra từ côngtrìnhcủa Moberg và nnk, 2006 [7] thực hiện nghiên cứu cho các khu vực Nam Á, Trung Á và Đông Nam Á và cho thấy rằng tần suất của các sự kiện mƣa lớn với hầu hếtcáctrạm. Cường độ tăng trên một số trạm ở Úc, Fiji, New Caledonia, French PolynesiavàNhật Bản Những đặc điểm biến đổi của mƣa lớn trên khu vực Châu Úc đƣợcnghiêncứu bởi Haylock và Nicholls, 2000 [8] Nghiên cứu này cho thấy tần suất mƣa ởphíaTây nam Châu Úc giảm mạnh, ở phía Bắc sự gia tăng tần suất là không đángkể.

Shaw (1964) [9] viết cuốn sổ tay tính toán thủy văn có đề cập đến phương pháptínhtoán lũ thiết kế phụ thuộc vào diện tích lưu vực và tình trạng số liệu: đối với lưuvựclớn, đủ số liệu thì dùng phương pháp ngẫu nhiên (thống kê xác suất), đối với lưuvựcnhỏ dùng phương pháp mô hình quan hệ, đường lũ đơn vị và quan hệ lưu lƣợngvớidiện tích và thời gian.

Chow, Maidment (1988) [10] là tài liệu cơ bản nhất có đề cập đến tính toán thủy văn và các đặc trƣng thủy văn thiết kế nhƣ quá trình thu phóng, lựa chọn mƣa thiết kếvàxây dựng đường cong IDF, biểu đồ mưa thiết kế dạng đường cong tích lũy24h,ƣớctínhthờigianmƣagiớihạn,tínhtoánlƣợngmƣalớnnhấtkhảnăng(PMF),cácbảnđồ đẳng trị mƣa với các thời gian mƣa, D = 5 - 60 phút hay 30 phút - 24h cho các thờikỳlặp lại T = 1 - 100 năm Các phương pháp chuyển đổi mưa hiệu quả và xác địnhdòngchảy thiết kế gồm đỉnh lũ, tổng lƣợng và quá trình lũ thiết kế dùng để thiết kếcôngtrình thoát nước, mô phỏng vùng ngập lụt, thiết kế hồ chứa, sử dụng và quản lýtàinguyênnước.Đốivớithoátnước,Chowcũnggiớithiệuphươngpháptínhlũcholưuvựcvừav ànhỏtheomôhìnhquanhệvớiAlàdiệntíchlưuvực,Ilàcườngđộmưa,Clà hệ số dòng chảy Ngoài ra, các đường lũ đơn vị cũng được đề cập sử dụng chocáclưu vực vừa vànhỏ.

Vijay (2002) [11] trình bày các mô hình toán ứng dụng để tính lũ cho lưu vực lớnvàcáclưuvựcnhỏ.Đốivớicáclưuvựcnhỏcác môhìnhứngdụngtrìnhbày15 môhìnhđại diện trên toàn thế giới Về lý thuyết cơ bản để xây dựng các mô hình đều là những kiến thức ứng dụng từ các tài liệu của Chow hayMaidment.

Raghunath (2006) [12] là tài liệu về nguyên lý thủy văn, trình bày các vấn đề về tính thủy văn vùng Tapti, Ân độ (miền trung Ấn độ) Phần tính lũ thiết kế gồm tổnglượnglũ,đỉnhlũ,tầnsuấtlũ,xácsuấtrủirovớicácphươngphápđềxuấtnhư:Đườnglũđơnvị tức thời, mô hình Nash, mô hình Clark, đường lũ đơn vị SCS, hồi quy tuyếntính,phân tích thống kê xác suất, mô hình toán, tính lũ tại vị trí không có số liệu quan trắc theo phương pháp hồi quy đabiến.

Lê Đình Thành (1997) [13] đã nghiên cứu tìm ra khả năng và điều kiện ứng dụng phươngpháptínhmưalớnnhấtkhảnăng(PMP)vàlũlớnnhấtkhảnăng(PMF),từđókiến nghị một tiêu chuẩn tính lũ thiết kế hợp lý hơn cho điều kiện Việt Nam Kết quả nghiên cứu đã đề cập một cách chi tiết đến các phương pháp cũng như tính lũliênquan đến lũ lớn nhất khảnăng.

Phạm Ngọc Quý và nnk (2005) [14] đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu cảnh báo dự báo lũ vƣợt thiết kế - Giải pháp tràn sự cố” đã tiến hành xây dựng phần mềm tính lũ thiết kế Phần mềm này cho phép tính lũ theo tần suất thiết kế dựa vào các công thức kinh nghiệm trong QP.TL C - 6- 77 [15] nêu trên, phương pháp tính lũ đơn vị SCS, tính lũ lớn nhất khả năng PMF theo phương pháp thống kê của Hasfield Hạn chế là phần mềm này cũng chƣa có sự cập nhập mới nào về bảng tra.

Doãn Thị Nội (2016) [16], Luận án Tiến sỹ với đề tài: “Nghiên cứu sự biến động của mƣalũvàđềxuấtcơsởkhoahọctínhlũchocôngtrìnhgiaothôngvùngnúiĐôngBắc

– Việt Nam” Luận án đã bổ sung phương pháp tính lũ thiết kế cho công trìnhgiaothông trên cơ sở ứng dụng thành tựu công nghệ hiện đại là hệ thống thông tin địa lý (GIS) Mặc khác, luận án đã bước đầu xây dựng được phần mềm hỗ trợ tính lũchocông trình thoát nước trên đường giao thông Tuy nhiên, luận án mới dừng lại ởviệcxem xét sự biến động của mƣa mà chƣa đánh giá đƣợc biến động của lũ trên toànbộkhu vực nghiên cứu.

Sổ tay Kỹ thuật Thủy Lợi (Chương 3, tập 4) [17] đã đưa ra các phương pháp tínhlũh i ệ n nayứngvớicáctrườnghợpcótàiliệu,thiếutàiliệuvàkhôngcótàiliệu.Ngoàiratrong

Sổ tay cũng đề cập đến lũ cực hạn PMF bằng phương pháp tính toán PMP từhailoại mô hình là mô hình mưa đối lưu và mô hình mưa địa hình theo các thờiđoạnngắn Sổ tay là một tài liệu quan trọng đƣa ra cách tiếp cận dựa trên nền của QP.TLC

- 6- 77 giúp việc tính toán lũ thiết kế dễ dàng hơn.

Tiêu chuẩn Việt Nam 9845(2013) [18] đƣợc xây dựng dựa trên cơ sở thamkhảo22TCN220-95 về tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ do Tổng cục Đường bộViệtNam biên soạn Tài liệu này đề cập đến các công thức kinh nghiệm trong tính toán lũ thiết kế bao gồm các phương pháp nằm trong QP.TL C - 6- 77 nhưng có xem xétđếncác yếu tố về khẩu độ cầu, cống phục vụ cho các công trình giao thông.

Ngoài các tài liệu cơ bản đã nêu, còn có rất nhiều các tài liệu nghiên cứu liên quan đề cập đến các phương pháp tính lũ thiết kế trên thế giới Về cơ bản, lý thuyết tậptrungdòngchảyhayphươngthứcchuyểnđổimưahiệuquảvẫnnhưnhữngtàiliệutrên.Tuynhiên từ hai thập kỷ trở lại đây với sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ máy tính,kỹthuật viễn thám và GIS cho phép các nhà khoa học phân tích và thử nghiệm, cập nhật nhữngcôngnghệhiệnđạinhằmchínhxáchóacácthamsốmàcácphươngpháptrướcđây chưa xây dựngđƣợc.

SơlƣợcvềBĐKHvàcáckịchbản

Sự phát thải khí nhà kính là hệ quả của nhiều quá trình kết hợp phức tạp, đƣợc xác định bởi những tác động điều khiển, chi phối khác nhau, nhƣ sự tăng dân số, sự phát triển kinh tế - xã hội, và sự thay đổi về công nghệ Đây là quá trình mà sự tiến triển củachúngtrongtươnglaicầnphảiướctínhtrướcđược.Điềuđócũngcónghĩalàphảiđưa ra được bức tranh tương lai của các tác động điều khiển, chi phối nói trên.Đóc h í n h làcáckịchbảnpháttriểncủathếgiớinóichung màdựatrêncơsởđócóthểướctínhđượclượngkhínhàkínhsẽpháttriểntrongtươnglai,đượcpháchọa mộtcáchcócơ sở khoa học, và chúng là công cụ hỗ trợ trong việc phân tích biến đổi khí hậu, bao gồm mô hình hóa khí hậu và đánh giá tác động, giải pháp thích ứng và giảm thiểu thiệt hại Khả năng mà một phương án phát thải nào đó sẽ xảy ra như đã mô tả trongcáckịch bản là không chắc chắn và ngay chính các mô hình khí hậu cũng còn có những hạnchế.

Cuối thế kỷ 20 và thập niên đầu của thế kỷ 21, Uỷ ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) đƣa ra các kịch bảnbiếnđổi khí hậu theo các giai đoạn, lần đầu tiên năm 1990 và bổ sung vào năm 1992, lần thứ 2 vào năm 2000, lần thứ 3 năm 2001, lần thứ 4 năm 2007 và lần thứ 5 năm 2014 SRES (Special Report on Emission Scenarios) là kịch bản đƣợc sử dụng cho cácbáocáolần3vàlần4đãhạnchếkếtquảkịchbảnbiếnđổikhíhậuđƣợcthiếtlậpbằngbốnhọ kịch bản chính tương ứng với các tình huống có thể xảy ra trong tương lai củathếgiới là A1, A2, B1 và B2 Mỗi kịch bản được xây dựng tương ứng với các bứctranhchi tiết mô tả điều kiện xã hội, kinh tế, công nghệ, môi trường và chính trị toàncầukhác nhau Họ kịch bản A1 mô tả một thế giới phát triển kinh tế rất nhanh, dân số tăng chậm và tạo ra nhanh các công nghệ mới và hiệu quả Họ kịch bản A2 mô tả một thế giới không đồng nhất, mức tăng trưởng dân số cao, phát triển kinh tế và đổi mớicôngnghệ chậm hơn các họ kịch bản khác Họ kịch bản B1 mô tả một thế giới có dân số chậm phát triển, kinh tế dịch vụ và thông tin biến đổi nhanh, tương ứng với côngnghệsạch hơn và ít dựa vào nguồn tài nguyên thiên nhiên Họ kịch bản B2 mô tả một thế giới dựa vào các giải pháp địa phương để giải quyết những vấn đề toàn cầu, dânsốphát triển vừa phải, phát triển kinh tế mức trung bình và có nhiều thay đổi về công nghệ hơn các họ A1 và B1. Sau đó, từ mỗi họ kịch bản khác nhau, có tổng 40 kịch bản đã đƣợc xây dựng dựa trên

4 họ kịch bản A1, A2, B1 và B2 theo hai cách tiếp cậnlàtuần tự và đồng thời (hình1.1).

Năm 2013, IPCC công bố kịch bản cập nhật, đường phân bố nồng độ khí nhà kínhđạidiện, RCP đƣợc sử dụng để thay thế cho các kịch bản SRES (Wayne, 2013 [19]) CácRCP đƣợc lựa chọn sao cho đại diện đƣợc các nhóm kịch bản phát thải và đảmbảobaogồmđượckhoảngbiếnđổicủanồngđộcáckhínhàkínhtrongtươnglaimộtcáchhợp lý Các RCP cũng đảm bảo tính tương đồng với các kịch bản SRES(IPCC,2007[20]).

Hình 1.1 Hai cách tiếp cận trong xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC (2010)

(Moss và nnk, 2010 [21]) Các tiêu chí để xây dựng RCP (Moss và nnk, 2010 [21]), bao gồm:

(1) Các RCP phải được dựa trên các kịch bản đã được công bố trước đó, đƣợcpháttriển độc lập bởi các nhóm mô hình khác nhau và "đại diện" về mức độ phát thải và nồngđộkhínhàkính.Đồngthời,mỗiRCPphảimôtảhợplývànhấtquántrongtươnglai (không có sự chồng chéo giữa cácRCP);

(2) Các RCP phải cung cấp thông tin về tất cả các thành phần của bức xạ tác động cần thiết để làm đầu vào của các mô hình khí hậu và mô hình hóa khí quyển (phát thải khí nhà kính, ô nhiễm không khí và sử dụng đất) Hơn nữa, những thông tin này là có sẵn đối với các khu vực địalý;

(3) Các RCP có thể đƣợc xác định theo số liệu trong thời kỳ cơ sở đối với phát thảivàsửdụngđất,chophépchuyểnđổigiữacácphântíchtrongthờikỳcơsởvàtươnglai;

(4) Các RCP có thể đƣợc xây dựng cho khoảng thời gian tới năm 2100 và vài thếkỷsau2100.

Trên cơ sở các tiêu chí trên, bốn kịch bản RCP (RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6) đã đƣợc xây dựng Tên các kịch bản đƣợc ghép bởi RCP và độ lớn của bức xạtácđộng tổng cộng của các khí nhà kính trong khí quyển đến thời điểm vào năm2100.

Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao (RCP8.5) đƣợc phát triển bởi Viện Phân tíchhệthống ứng dụng quốc tế, Úc Kịch bản RCP8.5 đƣợc đặc trƣng bởi bức xạ tácđộngtăng liên tục từ đầu thế kỷ và đạt 8,5W/m 2 vào năm 2100, tiếp tục tăng tới 13W/ m 2 vào năm2200vàổnđịnhsauđó.KịchbảnRCP8.5tươngđươngvớiSRESA1FI(Riahivànnk,

2007 [22]) Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình cao (RCP6.0) đƣợcpháttriển bởi nhóm nghiên cứu mô hình AIM tại Viện Nghiên cứu Môi trường(NIES),Nhật Bản. RCP6.0 là một trong hai kịch bản trung bình với bức xạ tác động ổn định Bức xạ tác động trong RCP6.0 tăng tới mức khoảng 6,0W/m 2 vào năm 2100 và ổn định sau đó với giả thiết là áp dụng các công nghệ và chiến lƣợc giảm phát thảikhínhà kính Kịch bản RCP6.0 tương đương với kịch bản SRES B2 (Fujino và nnk,2006[23]; Hijioka và nnk,

2008 [24]) Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp (RCP4.5) đƣợc phát triển bởi nhóm nghiên cứu mô hình GCAM tại Phòng thínghiệmquốc tế Tây Bắc Thái Bình Dương, Viện Nghiên cứu Biến đổi toàn cầu (JGCRI),HoaKỳ Đây cũng là kịch bản có bức xạ tác động ổn định, trong đó tổng bức xạ tác động đạt tới mức khoảng 4,5W/ m 2 vào năm 2065, ổn định tới năm 2100 và sau đó, không có sựtăngđộtngộttrongmộtthờigiandài.KịchbảnRCP4.5tươngđươngvớiSRESB1(Clarke và nnk, 2007 [25]) Kịch bản nồng độ khí nhà kính thấp (RCP2.6) đƣợcpháttriển bởi nhóm mô hình IMAGE của Cơ quan đánh giá môi trường Hà Lan(PBL).Trong RCP2.6, bức xạ tác động đạt đến giá trị khoảng 3,1W/m 2 vào giữa thế kỷ, sau đó giảm về giá trị 2,6 W/m 2 vào năm 2100 và tiếp tục giảm sau đó Để đạt đƣợcmứcbức xạ tác động thấp này, phát thải khí nhà kính phải giảm một cách đáng kể theo thời gian.Không có kịch bản SRES tương đương với kịch bản RCP2.6 (Van Vuurenvànnk,2011[26]).

Bảng 1.1 Các kịch bản Biến đổi khí hậu

Bức xạ tác động năm 2100

Nồng độ CO2tđ năm

Tăng nhiệt độ toàn cầu ( o C) vào năm 2100 so với thời kỳ cơ sở (1986-

2005) Đặc điểm đường phân bố cƣỡng bức bức xạ tới năm 2100

Kịch bản SRES tương đương

RCP4.5 4,5W/m 2 650 2,4 Tăng dần rồi ổn định B1

RCP6.0 6,0W/m 2 850 3,0 Tăng dần rồi ổn định B2

RCP8.5 8,5W/m 2 1370 4,9 Tăng liên tục A1FI

Các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs – General Circulation Models) đƣợc sử dụngđểmô phỏng sự thay đổi các đặc trưng khí tượng trong tương lai theo các kịchbảnBĐKH Đây là các mô hình số trị, là công cụ tiên tiến nhất hiệnnayđể mô tả các quá trình vật lý trong bầu khí quyển, đại dương, bề mặt đất… mô phỏng phản ứng củahệthống khí hậu toàn cầu Dù có các mô hình đơn giản hơn đã đƣợc sử dụng để ƣớctínhtrên phạm vi toàn cầu hoặc trung bình về phản ứng khí hậu nhƣng chỉ cóGCMskếthợp lồng với các mô hình vùng là có khả năng cung cấp các ƣớc tính phù hợp vềmặtđịa lý và vật lý của biến đổi khí hậu khu vực đƣợc yêu cầu trong phân tích tácđộng.Chi tiết về các mô hình số trị này đƣợc trình bày ở mục2.1.

Tổngquancácnghiêncứuvềtácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũ

1.3.1 Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mưa, lũ trên thếgiới

Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu đã và đang tác động trực tiếp đến đời sống kinh tế-xã hội và môi trường toàn cầu, nhiều nơi trên thế giới đã phải chịu nhiềuthiêntai nguy hiểm nhƣ bão lớn, nắng nóng dữ dội, lũ lụt, hạn hán và khí hậu khắcnghiệtgây thiệt hại lớn về vật chất và tính mạng con người Nhiều nghiên cứu cho thấymốiliên hệ giữa các thiên tai nói trên với biến đổi khí hậu Thế giới đang ấm lên rõ rệtnhƣhiện nay và việc xuất hiện ngày càng nhiều các thiên tai đặc biệt nguy hiểm với tần suất, quy mô và cường độ ngày càng khó lường, thì những nghiên cứu về biến đổikhíhậu càng cần đƣợc đẩy mạnh Mặt khác lƣợng mƣa và dòng chảy là hai yếu tốquantrọng hình thành nên dòng chảy lũ Các dự án biến đổi khí hậu IPCC, 2007 [20] chỉ ra rằng biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn ở nhiều vùng trên thế giới.Những nghiên cứu sự thay đổi chế độ thủy văn trên toàn cầu, vùng hay khu vực có xét đến biến đổi khí hậu đang đƣợc sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học Nhiều nghiên cứu đã đƣợc các nhà khoa học đƣa ra và đều cho những kết quả khả quan.

Hilton Silveira Pinto và nnk (2014) [27] đã phân tích xu hướng lượng mưa mộtngàylớn nhất tại miền Trung, miền Nam và Đông Nam của Brazil trong 71 năm qua, công trìnhnghiêncứuđãphântíchrõsựthayđổilƣợngmƣamộtngàylớnnhấttrêncáckhuvực khácnhau.

Schoenwiese và nnk (1994) [28],Schoenwiese và Rapp(1997)[29] đã đƣa ramộtnghiên cứu khái quát về sự biến đổi xu hướng mưa mùa ở một số nước Châu Âuthờikỳ1961- 1990và1891-1990.Từnăm1961-1990làxuthếtănglêncủalƣợngmƣavàomùa xuân ở phía bắc nước Ý và xu thế giảm vào mùa thu ở phía nam Châu Âu,trongkhi đó đối với thời kỳ 1891-1990 lại quan trắc đƣợc một xu thế khí hậu khô hơn ởmộtvài vùng trên khu vực Địa TrungHải.

NghiêncứucủaPiervitalivà nnk(1998)[30]đãchothấyxuthếgiảmlƣợngmƣanămở vùng Trung tâm của phía tây Địa Trung Hải trong thời kỳ1951-1995.

R Dankers, L Feyen (2008) [31] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hiểm họa lũ ở châu Âu trong tương lai Nghiên cứu đã sử dụng mô hình HIRHAM đểmôphỏng khí hậu vùng với độ phân giải ngang 12 km làm đầu vào cho mô hình thủy văn LISFLOOD nhằm tính toán tần suất của các giá trị lưu lượng cực đoan Kết quảchothấy vào cuối thế kỷ này với kịch bản phát thải A2 các giá trị lưu lượng cực đoanởn h i ề u s ô n g s u ố i C h â u Â u s ẽ t ă n g c ả t ầ n s u ấ t v à đ ộ l ớ n

M ộ t s ố c o n s ô n g đ ặ c b i ệ t l à ở p h í a T â y v à m ộ t p h ầ n c ủ a Đ ô n g Â u , c á c t r ậ n l ũ ứ n g v ớ i t ầ n s u ấ t x u ấ t h i ệ n 1 0 0 n ă m m ộ t l ầ n s ẽ g i ả m x u ố n g c ò n 5 0 năm. Ở Na Uy [32], tính toán lại lũ thiết kế đƣợc yêu cầu phải cập nhật sau mỗi 15-20nămđể đảm bảo an toàn đập Tác động của BĐKH cũng đƣợc xem xét trong bài toánphântích rủi ro do lũ Đánh giá sự BĐKH bằng cách sử dụng phương pháp mưa –dòngchảy để phân tích Kết quả biến đổi đƣợc chia thành các mức độ thay đổi 0%,20%,40% Một số vùng của Na Uy đƣợc dự báo là có sự suy giảm về dòng chảy lũ,thìmứcđộthayđổiđượcđềxuấtlà0%.Mộtsốvùngkháctínhtoánchothấylưulượngđỉnhlũthiết kế có thể gia tăng thêm 20-40%, từ đó có những giải pháp thíchhợp.

Hyun-Han Kwon và nnk (2011) [31] đã nghiên cứu đánh giá lại lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu Nghiên cứu đã sử dụng mô hình đa biến ngẫu nhiên về trạng thái thời tiết nhƣ là một mô hình tần suất điều kiện nhằm mô phỏng lƣợng mƣa Một tiềnđềquan trọng của nghiên cứu là các đặc trƣng khí hậu thuộc vùng rộng lớn sẽ biếnđổiliên tục từ năm này sang năm khác trong việc đánh giá tần suất mƣa Việc đánhgiátính bất định của biến đổi khí hậu là cần thiết để kiểm tra độ tin cậy của kết quả trong nghiên cứu này Nghiên cứu cũng áp dụng chuỗi Bayesian Markov để đánh giá độ ẩm đất trong mô hình mƣa dòng chảy. Nghiên cứu đã ứng dụng tính toán thử nghiệmchođập Soyang ở Hàn Quốc.

D.Lawrence,L.P.Graham,J.DenBesten(2012)[31]đãđưaraphươngpháptiếpcậnđánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với lũ trong đó sử dụng một chuỗi liên kết các mô hình khác nhau Bắt đầu từ việc phân tích biến đổi khí hậu dựa trên việc mô phỏng tỷ lệ lớn bằng việc sử dụng mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) Để mô hình hóa chotươnglai,cácGCMđãđượcchạyvớicáckịchbảnphátthảitươngứngvớicáclựachọn khác nhau về mức độ phát thải khí nhà kính do phát triển xã hội và công nghệ ở thế kỷ 21 Kết quả đầu ra của mô hình sẽ được chi tiết hoá về các ô lưới có độphângiải lớn hơn (ví dụ: 25 x 25 hoặc 55 x 55 km) bằng mô hình khí hậu khu vực (RCMS) trước khi phân tích tác động ở quy mô khu vực Từ đó sẽ cho bộ dữ liệu có độchínhxác cao hơn, phù hợp với các lưu vực có diện tích nhỏhơn.

Một số quốc gia khác ở Châu Âu nhƣ Thuỵ Điển, Hà Lan cũng xem xét tác độngcủaBĐKH tới lũ thiết kế trong an toàn đập Kết quả phân tích cho thấy, sẽ xuất hiện nhiều trận lũ cực trị hơn trong tương lai Veijalainen và Vehvilainen (2008) [31] cũngkhảos á t t á c đ ộ n g c ủ a B Đ K H t ớ i r ủ i r o c h o đ ậ p ở P h ầ n L a n

L ũ t h i ế t k ế đ ƣ ợ c t í n h t o á n từmƣa thực đo trong 40 năm, và BĐKH không tác động nhiều tới lũ thiết kế choPhầnLan Graham và nnk (2007) [33] khảo sát các tác động của BĐKH tới thuỷ văn ở vùng Bắc Âu sử dụng 15 mô hình khí hậu khác nhau. Kết quả cho thấy, nhìn chung dòng chảy trên sông tăng nhiều hơn, dòng chảy lũ sớm xuất hiện sớm hơn, và đồng thời cũng làm tăng tiềm năng thuỷ điện Ở Đan Mạch, Thodzen cho thấy tác động của BĐKH ở 5 sông chính ở Đan Mạch cho giai đoạn 2071

– 2100 sử dụng mô hìnhmƣadòngchảythìchothấylũthiếtkế100năm(ứng vớitầnsuất1%)cókhảnă ngtăng thêm 11% Ở Anh, nghiên cứu cho thấy lũ 50 năm có khả năng tăng thêm 50%, trong khi độ lặp lại lớn hơn Key và nnk (2006) [34] mô phỏng dòng chảy từ mô hình RCM HadRM3 cho thấy lưu lượng đỉnh lũ ở một số lưu vực phía Nam và Đông củanướcAnh giảm, mặc dù lưu lượng lũ mùa đông có tăng thêm Các lưu vực khác phíaBắchoặcTâythìlưulượngđỉnhlũlạigiatăng,mộtsốtrườnghợpcòntăngnhiều.Lehnervà nnk (2006) [35] chỉ ra rằng một số vùng phía Nam và Đông Nam Châu Âu có sự gia tăng đáng kể về tần suất lũ Các trận lũ 100 năm có thể xuất hiện trong mỗi khoảng thời gian 10-50 năm vào những năm 2070 Các kết quả nghiên cứu này cho thấy sự gia tăng đáng kể về thời gian trong chế độ dòng chảy mùalũ.

Theo tổng kết của IHP Ban chỉ đạo vùng Đông Nam Á và Thái Bình Dương nhìn chung trên thế giới chƣa xem xét tác động của biến đổi khí hậu đối với việc tính toán lũ Một số nước đã xét đến vấn đề này, tuy nhiên, hầu hết mới chỉ dừng ở việc thực hiện các nghiên cứu cho một vùng cụ thể.

Tại Ấn Độ [36] đã đưa ra tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế lũ tính cho các công trìnhđậpdâng và hồ chứa, tiêu chuẩn IS: 5477 trong đó đã đƣa ra các định nghĩa về thiết kếlũ,đó là trận lũ lớn nhất mà công trình vẫn đảm bảo an toàn, trận lũ thiết kế tươngứngvới chấp nhận một rủi ro tối đa, công trình được thiết kế với trận lũ thiết kế đểđảmbảo không gây thiệt hại cho các vùng, phạm vi bảo vệ của công trình… Theo Cục tiêu chuẩn Ấn Độ đưa ra tài liệu "Hướng dẫn sửa chữa đập tràn", IS: 11223-1985 IDFđểđƣợc xem xét các yêu cầu đảm bảo an toàn côngtrình. Ở Úc đang thực hiện các nghiên cứu nhằm xác định các phương pháp tích hợp ảnh hưởng của biến đổi khí hậu vào tất cả các thành phần tính toán lũ thiết kế. Ở Trung Quốc, khi tính toán thiết kế công trình đã cân nhắc lũ thiết kế có xét đến mức độ đô thị hóa và thay đổi sử dụng đất Tuy nhiên, vấn đề biến đổi khí hậu rất hiếm khi đượcđềcập.Việcnghiêncứutínhtoánđườngquátrìnhlũthiếtkếảnhhưởngcủaviệcđô thị hóa, gia tăng sử dụng đất, biến đổi khí hậu một cách đơn lẻ hay tổng hợp mới đang ở mức thựcthi. Ở Malaysia đã cập nhật một chương trong hướng dẫn tính lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu.

BộMôitrườngcủaNewZealandđãcôngbố bộhướngdẫntínhtoánlũdướitácđộngcủa biến đổi khíhậu.

Các nghiên cứu đã chỉ ra được tác động của biến đổi khí hậu đến cường độ và chếđộlũ.Tuynhiên,hầuhếtcácnghiêncứuvẫnchưađưarađượcconsốđịnhlượngcủacácảnh hưởng nói trên, cũng như tiêu chuẩn cho việc tính toán lũ thiết kế có xét đếnảnhhưởng của biến đổi khíhậu.

1.3.2 Nghiêncứu tác động của biến đổi khí hậu đến mưa, lũ ở ViệtNam

Việt Nam cũng là một trong những quốc gia chịu nhiều tác động của biến đổi khí hậu, do đó việc đẩy mạnh nghiên cứu về Biến đổi khí hậu đang nhận đƣợc rất nhiềusựquan tâm của các cơ quan, các Viện nghiên cứu cũng nhƣ các nhà khoa học.Theo“Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng” được Bộ Tài nguyên và Môitrườngcông bố năm

2012, Kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam bao gồm: kịch bản phát thải thấp (B1), kịch bản phát thải trung bình (B2, A1B), kịch bản phát thải cao (A2, A1FI) Tuy nhiên đến nay, kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam đã đƣợc thay đổi,chỉnhsửa và bổ sung nhiều hơn để đáp ứng đƣợc yêu cầu cho tính cấp thiết hiện nay.

Tổng quan về khu vựcnghiêncứu

Theo phân chia địa giới hành chính, khu vực Nam Trung Bộ bao gồm 8 tỉnh thành theo thứ tự Bắc - Nam: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên,Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận Phía Bắc là đèo Hải Vân, điểm cuối của dãyTrường Sơn Bắc giáp với Bắc Trung Bộ; phía Tây là dãy Trường Sơn Nam,giápvớiLào và Tây Nguyên; phía Đông là biển Đông với hai quần đảo Hoàng Sa vàTrườngSa.

Hình 1.2 Bản đồ vị trí địa lý khu vực nghiên cứu

Khu vực Nam Trung Bộ thuộc khu vực giáp biển Địa hình ở đây bao gồm đồng bằng ven biển và núi thấp, có chiều ngang theo hướng Đông - Tây (trung bình 40 - 50km), hẹp hơn so với Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên Có hệ thống sông ngòi ngắn và dốc, bờ biển sâu với nhiều đoạn khúc khuỷu, thềm lục địa hẹp Các miền đồng bằng có diện tích không lớn do các dãy núi phía Tây trải dọc theo hướng Nam tiến dần ra sát biển và có hướng thu hẹp dần diện tích lại Đồng bằng chủ yếu do sông và biển bồi đắp hình thành, nên thường bám sát theo các chân núi. Địa hình trong lưu vực có ba dạng chính là núi, trung du và đồng bằng:

Vùng núi là thượng nguồn các dòng sông nằm ở sườn phía Đông dãy Trường Sơn Nam Địa hình cao, dốc và bị chia cắt mạnh Độ cao địa hình từ 1000m trở lên với những đỉnh núi cao trên 1000m nhƣ: Núi Mang (1768m), Bà Nà (1467m), A Tuất (2500m), Lum Heo (2045m), núi Tiên (2032m) ở thƣợng nguồn sông Vu Gia, Ngọc Linh (2598m), Hòn Ba (1358m) ở thƣợng nguồn sông Tranh…về phía Nam độ cao thấp dần trung bình từ 600-1.300m, có các đỉnh núi cao nhƣ đỉnh Chƣ Trung Ari cao 1331m Các dãy núi chạy sát ra biển theo hướng Đông Bắc đến Tây Nam, cao độ biến đổi (600-2000)m Điển hình có đỉnh Chƣhơmu cao 2051m, dãy núi Phƣợng Hoàng, đèo Cả Ngoài ra còn các đỉnh núi cao nhƣ Ngọc Rô cao 1549m, Kon Ka Kinh, cao 1761m, Chƣ Rơ Pan cao 1571m.

Vùng trung du là vùng chuyển tiếp từ vùng núi đến đồng bằng có độ cao từ 100m đến dưới800m.CácdảinúiởtrunglưuchạytheohướngBắc–Nam,Tây–Đông,độdốcđịa hình thấp dần theo hướng Bắc-Nam, và theo chiều Tây –Đông. Địahìnhvùngđồngbằngthườngthấpdưới30m,tươngđốibằngphẳngtậptrungvùngthung lũng các con sông, trong đồng bằng có các dải cát chạy dọc theo bờ biển với độ cao trên dưới5m.

Khu vực Nam Trung Bộ có địa chất tương đối phức tạp, phần phía bắc khu vực sông

Vu Gia – Thu Bồn có đá kết tinh Gơ-nai, amphibolit, đá phiến thạch anh cùng với các thạch tạo mác ma xâm nhập grano-dioxitgnai của vùng rìa địa khối Kon Tum Các loại đá này phân bố chủ yếu ở vùng nam Quảng Nam, thuộc các huyện Trà My, PhướcSơn, Tiên Phước và phía nam huyện Hiệp Đức Đá gốc trầm tích cát bột kết hoặc đá mác ma xâm nhập thuộc phức hệ Quế Sơn, phân bố rộng rãi ở vùng bắc Quảng Nam thuộc hầu hết các huyện Hiên, Giàng, Quế Sơn, Hiệp Đức, vùng tây các huyện Hoà Vang, Đại Lộc, Duy Xuyên, Thăng Bình và một phần vùng cao phía tây các huyện Tam Kỳ, Núi Thành Trầm tích đệ tứ gồm các thành tạo aluvi cổ và trẻ nằm rải rác ở một số vùng đồi núi và đồng bằng ven biển, phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng ven biển thuộc địa phận các huyện: Hoà Vang, Điện Bàn, đông Duy Xuyên, Hội An, đông Thăng Bình, Tam Kỳ, Núi Thành Về phía nam khu vực Nam Trung Bộ là một phần của mảng thạch quyển Đông Dương được chia thành các đới: Đới địa Kon Tum,đớiXê Công, đới Xrê – pốc, đới Đà Lạt và các cấu trúc Kainozoi Hệ thống đứt gãy theo Đông Bắc – Tây Nam, điển hình là đứt gãy Vĩnh Long – Trung Hòa Hệ thống đứt gãy theo phương Tây Bắc – Đông Nam gồm nhiều đứt gãy quy mô nhỏ - vừa, hệ thốngđứtgãy theo phương á kinh tuyến là đứt gãy quy mô nhỏ - vừa, phát triển chủ yếu ởphíaBắc.

Khu vực Nam Trung Bộ có hệ thống sông suối dày đặc, trong đó có hai hệ thống sông lớn là: sông Vu Gia – Thu Bồn và sông Ba (sông Đà Rằng), ngoài ra còn có sông Trà Khúc, sông Kôn, sông Cái, sông Sắt và nhiều sông nhỏ khác Các sông khu vực Nam Trung Bộ đều có đặc điểm chung là địa hình sông ngắn dốc, thời gian tập trung nước nhanh Mùa mƣa, mùa lũ trên các sông thay đổi chậm dần từ Bắc vào Nam.

Một số hệ thống sông lớn trên khu vực Nam Trung Bộ:

Theo chiều từ Bắc vào Nam khu vực Nam Trung Bộ có mạng lưới sông ngòi dày đặc, có ba hệ thống sông lớn trong chín hệ thống sông lớn của cả nước là:

Hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia do dòng chính sông Thu Bồn và sông Vu Gia tạo thành Thượng lưu sông Thu Bồn được gọi là sông Tranh hay sông Tĩnh Gia,bắtnguồntừvùngnúicao trên2.000mởsườnđôngnamdãyNgọcLinhchảytheohướnggần bắc nam qua các huyện Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức và Quế Sơn, rồi chảyquaGiao Thuỷ vào vùng đồng bằng qua các huyện Duy Xuyên, Đại Lộc, Điện Bàn, Quế Sơn, đổ ra biển tại cửa Đại.

Hệ thống sông Kôn và sông Hà Thanh, bắt nguồn từ dãy núi cao Trường Sơn tỉnh GiaLai thuộc huyện Hoài Ân và An Lão, có độ cao từ 600 - 700 m, chảy theo hướng Tây

Bắc - Đông Nam đến Thượng Giang tỉnh Bình Định thì chuyển hướng Tây Namchảyqua huyện An Nhơn, Tuy Phước đổ ra biển tại vịnh Quy Nhơn Sông Kôn dài171km,diện tích lưu vực khoảng 3.102 km 2 (bao gồm phần đất của huyện Vĩnh Thạnh,TâySơn, An Nhơn,TuyPhước một phần các huyện An Lão, PhùCátvà các huyệnAnKhê, Kông Chro, Kbang thuộc tỉnh Gia Lai và Kôn Plông (Kon Tum), độ dốc bình quânlưuvựckhoảng0,2%o.Hạlưulàvùngđồngbằngtươngđốirộng,xenlẫnbãicátdọc sông và ven biển, có độ cao từ 2 đến 20m so với mặtbiển.

LưuvựcsôngBacólượngmưaít,mậtđộlướisôngthấp,vùngCheoReomậtđộlướisông 0,3km/km 2 , vùng sông Hinh trên 0,5km/km 2 , trên hệ thống sông Ba có 105 con sôngvớiđộdàitrên10km.Lượngmưatrungbìnhtoànlưuvựckhoảng1650mm/năm,vùngphíaTâylượ ngmƣabắtđầutừthángV–X,vềphíaĐôngmùamƣachậmdầntừtháng X–XII.

Khu vực Nam Trung Bộ nằm trong một vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặc trưng chủ yếu như nhiệt độ cao, khí hậu nóng ẩm, cường độ ánh sáng mạnh,lượngmưa nhiều và tập trung vào một số tháng trong năm, do vậy hàng năm thườngxuyênxảyrahạnhánvàmưabão,gâythiệthạirấtlớnvềngườivàcủa.Tổngnhiệthàngnămt ừ 8500- 9000 0 C, tổng bức xạ đạt 100- 160 kcal/cm 2 , tăng dần từ Bắc vào Nam, tổng số giờ nắng khoảng 2000- 3000giờ/năm.

Khí hậu vùng Nam Trung Bộ thuộc về miền khí hậu Đông Trường Sơn nằmtrongvùng ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình Hàng năm có hai mùamưa,nắng khá rõ rệt, mùa mƣa ẩm bắt đầu từ tháng VIII và kéo dài đến tháng XIIhoặctháng I năm sau Do lƣợng mƣa lớn, trung bình khoảng 2500- 3000mm/năm lạitậptrung trong một khoảng thời gian ngắn, nên vào mùa mƣa các con sông, con suốitrởnên rất hung dữ, gây ra tình trạng lũ quét, sạt lở ở nhiều nơi, trong khi đó vào mùa nắng lại bị khô hạn, làm cho hàng ngàn ha đất nông nghiệp phải bị mất trắng Sự khắc nghiệt của thời tiết ở đây càng thể hiện rõ nét hơn khi hàng năm khu vực còn chịu ảnh hưởng của các cơn bão từ tháng IX đến tháng XI, gây tổn thất rất lớn đến tài sảncũngnhƣ tính mạng của người dân trongvùng.

Khu vực Nam Trung Bộ có mạng lưới khí tượng thủy văn tương đối dày, tại cáchệthống sông lớn, vùng có yếu tố khí tƣợng thủy văn thay đổi mạnh đƣợc bố trí mậtđộlớn hơn Vùng nghiên cứu có các trạm đo các yếu tố khí tƣợng: trạm Đà Nẵng,TràMy, Quy Nhơn, Hoài Nhơn, Pleiku, An Khê, Sơn Hòa, Kon Tum, Tuy Hòa, M'Đrak, Ayun Pa Hầu hết các trạm đo có tài liệu quan trắc liên tục sau năm1975. a Chế độnhiệt

Nhiệt độ không khí vùng nghiên cứu tăng dần từ Bắc xuống Nam, từ Tây sang Đông và từ vùng cao xuống vùng thấp Nhiệt độ bình quân hàng năm vùng núi 24,0 - 25,5 0 C. Vùng đồng bằng ven biển 25,5-26,0 0 C Tháng có nhiệt độ cao nhất thường vàothángVI đến tháng VII, tháng có nhiệt độ thấp nhất là tháng XII hoặc thángI. b Chế độẩm Độ ẩm không khí có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và lƣợng mƣa Vào các tháng mùa mƣa độ ẩm không khí vùng đồng bằng ven biển có thể đạt 85 - 88%, vùng núi có thể đạt 90 - 95% Các tháng mùa khô vùng đồng bằng ven biển chỉ còn dưới mức 80%, vùng núi còn 80 - 85%, lƣợng ẩm giảm mạnh tại vùng Ninh Thuận, Bình Thuận Độ ẩm không khí vào những ngày thấp nhất có thể xuống tới mức 15 -20%. c Bốchơi

Khả năng bốc hơi phụ thuộc vào yếu tố khí hậu: nhiệt độ không khí, nắng, gió, độ ẩm Khả năng bốc hơi vùng nghiên cứu khoảng 680 - 1040mm, vùng núi bốc hơi ít khoảng 680 - 800mm, vùng đồng bằng ven biển bốc hơi nhiều hơn khoảng 880 - 1.200mm Khả năng bốc hơi nhiều thường xảy ra vào các tháng ít mưa, nhiềunắng,nhiệt độ cao và tốc độ gió lớn, khả năng bốc hơi nhỏ thì ngƣợclại.

Bảng 1.2 Lƣợng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều nămĐơn vị:mm

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Đà Nẵng 69,1 65,3 79,0 85,1 104,3 114,0 124,3 112,5 84,3 71,6 65,4 62,0 1036,7 Trà My 41,4 49,1 69,5 80,5 75,9 71,0 71,3 70,2 50,6 38,6 28,2 27,3 674,3 d Chế độmưa

Địnhhướngnghiêncứucủaluậnán

Từ những hạn chế trong các nghiên cứu về mƣa và lũ có xét đến biến đổi khí hậuởViệt Nam và ƣu điểm trong một số điểm mới của Kịch bản biến đổi khí hậu vànướcbiểndângcủaBộTàinguyênMôitrườngnăm2016cũngnhưtrênthếgiới,luậnánđãđịnh hướng nghiên cứu là sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu, chi tiết hóalƣợngmƣa(thờiđoạnngày)đểlàmđầuvàochophầntínhtầnsuất mƣa,lũcủakhuvựcNamTrung Bộ (hình1.5).

Do có sự khác biệt về mô phỏng khí hậu trong tương lai theo phương pháp thamsốhóa mô hình, nếu chỉ sử dụng một nhóm nhỏ mô hình khí hậu thì kết quả tính toán sẽ khóđạibiểuchoxuhướngbiếnđộngcủakhíhậutrongtươnglai.Vìvậy,luậnánkhaithác sử dụng

11 mô hình GCM thường dùng trong các nghiên cứu trên thế giớinhằmmô tả chính xác hơn “bức tranh” diễn biến khí hậu trong tương lai cũng như sựbấtđịnh của kết quả tính toán Chi tiết việc phân tích, lựa chọn 11 mô hình này đƣợctrìnhbày ở mục2.1. i) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều kiện ứng dụng, yêu cầu về số liệu theo các mô hình phương pháp lựa chọn (hình1.5); ii) Nghiêncứuđặctrƣngmƣa:gồmbiếnđộngcủamƣalũthôngquathốngkêvàđánhgiá các hình thế thời tiết gây mƣa lũ trong khu vực; sự biến động của mƣa lũtheokhông gian và thời gian, phân tích xu thế mƣa, lũ theo các tiểu vùng khác nhautrongkhuvực. iii) Phân tích cơ sở lý thuyết, ứng dụng của các mô hình khí hậu toàn cầu, sử dụng số liệu khí hậu của 11 mô hình khí hậu toàn cầu, bằng phương pháp “chi tiết hóathốngkê” để chi tiết số liệu khí hậu từ lưới mô hình khí hậu toàn cầu về các điểm trạmsửdụng (có số liệu thực đo) cho vùng nghiên cứu (mục 2.1) Phân tích các hàm thống kê đểhiệuchỉnhsaisốmƣakhichitiếthóavềcáctrạmtrongkhuvựcNamTrungBộ. iv) Phân tích xu thế mƣa một ngày lớn nhất theo hai kịch bản RCP4.5, RCP8.5 vàhaigiaiđoạn1940–2069vàtừ1970–1999,đánhgiáxuthếvàđịnhtínhlƣợngmƣamộtngày lớn nhất có xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu Xây dựng bản đồ biếnđộngmƣamộtngàylớnnhấtsovớithờikỳnền,phântíchsựbiếnđộng chitiếtcủatừngkhuvực. v) Tínhtoánlưulượngđỉnhlũthiếtkếcóxétđếnảnhhưởngcủabiếnđổikhíhậutheophương phápXokolopsky hoặc phương pháp cường độ giới hạn cho lưu vực vừavànhỏ, phương pháp mô hình bán phân bố cho lưu vực lớn Đưa ra tiêu chí phânloạivùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ, tính toán lũ kết hợp mô hình không gian GIS xây dựng bản đồ biến động dòng chảylũ.

Phương pháp chi tiết lượng mưa, nhiệt độ đề xuất trong nghiên cứu là phươngphápthống kê hiệu chỉnh sai số từ các mô hình khí hậu toàn cầu về các trạm đo trong khu vực Phương pháp này có ưu điểm không cần nhiều tài nguyên tính toán, thờigianthựchiệnnhanh,kếtquảtínhtoánđảmbảođượccácđặctrưngđịaphươngcủacácđốitượngng hiêncứu.Lượngmưađượcướctínhtừcáctrạmđomưađiểmtheophươngpháp nội suy nghịch đảo theo khoảng cách (IDW) Chi tiết phương pháp thựchiệnđƣợctrìnhbàyởmục2.3.Sơđồthựchiệnbàitoánđƣợcthểhiệnởhình1.5.

PHÂN TÍCH XU THẾ MƯA MỘT NGÀY TƯƠNG LAI, XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG MƯA LƯỢNG MƯA MỘT NGÀY TƯƠNG LAI (RCP4.5-RCP8.5) TẠI TỪNG TRẠM ĐO

CHI TIẾT HÓA LƢỢNG MƢA VỀ TỪNG TRẠM

BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH SAI SỐ

THU THẬP SỐ LIỆU LƢỢNG MƢA

93 TRẠM ĐO TRONG QUÁ KHỨ

11 MÔ HÌNH KHÍ HẬU TOÀN CẦU Quá khứ, Tương lai RCP4.5 và RCP8.5(2006-2100)

THU THẬP CÁC TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy Đánh giá sự thay đổi Qmax Quan hệ Q ngàymax - Q max

Mô hình bán phân bố mô phỏng dòng chảy ngày trên lưu vực trong tương lai

Lưu vực lớn Lưu vực vừa và nhỏ

Hình 1.5 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu

Kết luậnchương1

Từ phân tích tình hình nghiên cứu mưa, lũ trên thế giới và trong nước có thể thấyxuthếtăngcủamưalớn,mưacựclớnchiếmưuthếtrênhầuhếtcáckhuvựctrênthếgiới.Thiên tai về mưa, lũ ngày càng lớn về cường độ lẫn tần suất và xuất hiện với quyluậtbấtt h ƣ ờ n g

Các hình thế thời tiết gây mƣa lớn tại khu vực Nam Trung Bộ chủ yếu là bão vàápthấp nhiệt đới (ATNĐ), khi đổ bộ vào đất liền gây thiệt hại lớn về người và tàisản.Trong 25 năm gần đây, khoảng 63% các đợt mƣa lớn xảy ra trên khu vực NamTrungBộ là do XTNĐ hoạt động riêng lẻ (đơn thuần) hoặc là do XTNĐ kết hợp với các loại hình thế khác nhƣ KKL và dải HTNĐ gây ra Xu thế biến đổi lƣợng mƣa 1 ngàylớnnhất trên các lưu vực vùng nghiên cứu cũng thay đổi theo các lưu vực Đa số cáctrạmlượng mưa 1 ngày lớn nhất có chiều hướng tăng lên qua chuỗi năm quan trắc.Tuynhiên,mộtsốtrạmthuộclưuvựcsôngKôn–HàThanh,sôngBalạicóxuhướnggiảmxuống.

Nhiều nghiên cứu cho thấy mối liên hệ giữa các thiên tai nói trên với biến đổi khí hậu. Các hiện tƣợng thời tiết cực đoan, đặc biệt nguy hiểm xuất hiện với tần suất, quy mô và cường độ ngày càng khó lường Việc nghiên cứu sự thay đổi chế độ thủy văn trên toàn cầu, vùng hay khu vực có xét đến biến đổi khí hậu đang đƣợc sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học. ỞViệtNamcũngđãcónhiềunghiêncứuảnhhưởngcủabiếnđổikhíhậuđếnmưa,lũ.Tuynhiên,hầuh ếtcácnghiêncứumớidừnglạiởviệcxemxétsựthayđổilƣợngmƣa,độẩm,nhiệtđộ,… haytầnsuấtxuấthiệnlũlớntrongquákhứmàchƣachỉrõđƣợctácđộng của biến đổi khí hậu trong tương lai ảnh hưởng như thế nào đến các yếu tốđó.Việc sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu vẫn còn hạn chế, mỗi một mô hình khí hậu lạicónhữngưuvànhượcđiểmkhácnhau,cáchchiakíchthướclướikhácnhau,vìthếviệclựachọnmôhì nhkhíhậutoàncầuđểchitiếthóalƣợngmƣachocáckhuvựcquymô nhỏ rất cần thiết Từ những hạn chế trong các nghiên cứu về mƣa và lũ có xétđếnbiến đổi khí hậu ở Việt Nam và ƣu điểm trong một số điểm mới của Kịch bản biếnđổikhíhậuvànướcbiểndângcủaBộTàinguyênMôitrườngnăm2016cũngnhưtrênthế giới, luận án đã định hướng nghiên cứu là sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu,chitiếthóalƣợngmƣa(thờiđoạnngày)đểlàmđầuvàochophầntínhtầnsuấtmƣa,lũcủakhu vực nghiêncứu.

CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH MƯA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾNBIẾN ĐỔIKHÍHẬU

Các mô hìnhkhíhậu

2.1.1 Sự phát triển của các mô hình khíhậu

Môphỏngvàdựbáokhíhậucóthểđƣợcthểhiệnbằngcáchkếthợpcácnguyênlýcủavật lý, hóa học và sinh học vào trong một mô hình toán học Theo mức độ, có thể sắp xếp các mô hình khí hậu theo thứ tự từ những mô hình cân bằng năng lƣợng đơngiảnđến các mô hình rất phức tạp, đòi hỏi phải có các máy tính lớn, tốc độ tính toán nhanh và những kỹ thuật tính toán phức tạp Các mô hình khí hậu thường được ký hiệungắngọn là GCM (Global Climate Model hoặc General Circulation Model) Tuy nhiên hiện nayGCMđượcdùngđểkýhiệuloạimôhìnhkhíhậutinhxảonhất,trongđóhoànlưuchỉ là một trong những thành phần cốt yếu, nên dần tên gọi nó đƣợc thay đổi mộtcáchhợp lý từ nguồn gốc cấu tạo thành mô hình khí hậu toàncầu.

GCM hiện tại có nguồn gốc từ các mô hình toán học được phát triển trước hết đểdựbáo các hình thế thời tiết hạn vài ngày Giai đoạn đầu thế kỷ 20, Bjerknes đã lần đầu đƣa ra khả năng sự báo số học về thời tiết nếu trạng thái ban đầu và các định luậtvậtlý được biết chính xác [44] Sau đó, Richardson L.F là người đầu tiên sử dụngcácphương trình vật lý để dự báo thời tiết trong tương lai dựa trên các điều kiện sốliệuhiện tại [45] Tuy nhiên, các kết quả dự báo của Richardson còn có sai lệch rất lớn Đến giai đoạn những năm 1940, John von Neumann và các đồng nghiệp đã sử dụng máy tính để phát triển thành công một mô hình dự báo số thời tiết Đây là loại mô hình 2 chiều dự báo cho một vùng lục địa của nước Mỹ và cũng có thể coi là mô hìnhđầutiên sử dụng máy tính để dự báo khí hậu, thời tiết[46].

Theo thời gian, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành công nghệ thông tin, điện tử viễn thông và khoa học máy tính, các nguồn số liệu quan trắc ngày càng phong phú, đa dạng, khả năng tính toán ngày càng tăng lên, mức độ phức tạp và hoàn thiện của các GCM cũng ngày càng tăng Ngày nay, các GCM đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu mô phỏng khí hậu quá khứ và hiện tại, dự báo khí hậu hạn mùa và dự tính khí hậu cho tương lai xa hơn, cỡ hàng thập kỷ đến thế kỷ.

GCM mô tả các đặc trưng khí quyển và đại dương với lưới 3 chiều, độ phân giảiphổbiến khoảng 200km và số mực thẳng đứng từ 20-50 mực theo CSIRO (2015)

[47] GCM đƣợc xây dựng với mục đích mô tả đầy đủ đặc tính ba chiều của hệ thốngkhíhậu, gồm ít nhất hai thành phần quan trọng là khí quyển và đại dương Ban đầu,GCMđƣợc xây dựng với mục đích dự báo thời tiết hạn vài ngày Các mô hình đã từngbướcđược hoàn thiện và tăng mức độ phức tạp để mô tả đầy đủ hơn quá trình vật lý vàhóahọc của hệ thống khí hậu.

Khởi đầu của việc ứng dụng GCM trong nghiên cứu khí hậu là mô hình hoànlưuchung khí quyển đơn giản đƣợc Philip xây dựng lần đầu tiên vào năm 1956. Sauđó,cácmôhìnhhoànlưuchungkhíquyểnbắtđầuđượcnghiêncứurộngrãiởnhiềucơsởkhác nhau của Hoa Kỳ, Châu Âu, Australia và nhiều nơi khác Từ những năm 1970, các mô hình hoàn lưu khí quyển đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhàkhítƣợng,khíhậuhọc.Đánhdấucho sựpháttriểnmôhìnhkhíhậulàsựrađờicủaNhómnghiên cứu về biến đổi khí hậu của IPCC năm 1980, GCM đƣợc áp dụng trongnghiêncứu tác động dài hạn của sự tích lũy khí nhà kính trong khí quyển do các hoạt động sản xuất công nghiệp và đốt nhiên liệu hóa thạch Chẳng hạn một số công trìnhnhƣSchlesinger và Mitchell (1987) [48] đã sử dụng mô hình GCM để tính sự biến đổi trongcấutrúcbachiềucủakhíquyểnkhinồngđộCO2tănggấpđôi,Gate(1976)[49] đã dùng mô hình GCM hai chiều, Williams và nnk(1974) [50] Manabe và Broccoli

(1985) [51] đã dùng mô hình GCM nhiều lớp để nghiên cứu vấn đề này Do tầm quan trọng của đại dương là một trong những thành phần quan trọng đối với hệ thống khí hậu, mô hình hoàn lưu chung đại dương (Atmosphere - Ocean General Circulation Model - OGCM) được ghép với mô hình hoàn lưu chung khí quyển (General Circulation Models of the Atmosphere - AGCM) để thành hệ thống mô hình kết hợp khí quyển - đại dương (Atmosphere - Ocean General Circulation Model - AOGCM).

Mặc dù đã đạt đƣợc nhiều tiến bộ về mô phỏng khí hậu trong quá khứ và dự tínhkhíhậu trong tương lai, tuy nhiên, hầu hết các GCM đều có độ phân giải thô(thườngkhoảng từ 2,5°-3,7° kinh vĩ) nên không thể mô tả tốt các đặc trưng khu vực nhƣkhíhậu gió mùa, địa hình, hệ sinh thái phức tạp và hơn nữa là tác động của conngười.Vào đầu những năm 1990, đã có những nghiên cứu về cách chi tiết hoá độ phân giải của mô hình GCM Giorgi G (1990) [52] và Kida et al, (1991) [53] đã giới thiệu một cách tiếp cận nhằm tích hợp một mô hình khí hậu giới hạn vùng (LAM- Limited Area Model) vào mô hình GCM để có thể mô phỏng đƣợc chi tiết hơn khí hậu địaphươngvới độ phân giải cao hơn Trong bước lồng ghép, các kết quả thô từ mô hình GCMsẽlà các giá trị biên và giá trị ban đầu của các mô hình giới hạn vùng Nghiên cứu của Giorgi sử dụng 2 phiên bản mô hình NCAR là CCM1 và T42 là các mô hình GCM đầu vào kết hợp với mô hình MM4 để mô phỏng chi tiết khí hậu tháng một cho vùng miền Tây nước Mỹ Do sử dụng dữ liệu địa hình chi tiết và chân thực hơn, kết quả tínhtoántừ mô hình MM4 đã mô phỏng tốt hơn tính chất địa phương của phân bố lƣợngmƣangày và nhiệt độ hơn là các mô hình GCM đƣợc sử dụng… Đến bây giờ, cách tiếp cận này nhìn chung vẫn theo hướng một chiều, tức là cácmôhìnhRCMđƣợcmôphỏnghoàntoànđƣợcchiphốibởimôhìnhGCM.Hiệnnay,mộtlƣợng lớn các hệ thống mô hình khí hậu giới hạn vùng đã đƣợc cải tiến nhằmứngdụng cho các bài toán khí hậu vùng với độ phân giải caohơn.

Khả năng mô phỏng dài hạn của RCM cũng đƣợc chứng minh trong một sốnghiênc ứ u c ủ a J i a Y a n j i n v à n n k ( 2 0 0 6 ) [54] trong đó tác giả sử dụng mô hình

RCM của Canada thế hệ 3 để mô phỏng 5 năm từ 1987-1991 cho khu vực Bắc Mỹ.Ngoài ra, mộtsốn g h i ê n c ứ u k hác nh ƣcủa D u f f y vàn n k (2 00 6)[55],Be rg an tvà nnk(2006)

[56], Zhu và nnk (2007) [57] cũng cho những nhận xét khả quan về khả năng của RCM trong mô phỏng khí hậu khuvực.

Việc ứng dụng các RCM trong nghiên cứu khí hậu khu vực gió mùa cũng đãđƣợcnhiều tác giả quan tâm đặc biệt Trong đó, gió mùa Châu Á là khu vực gió mùa điển hình nhất trên thế giới nên đã có nhiều dự án, phòng thí nghiệm đã đƣợc triểnkhai,thành lập. Các nhà khí hậu học Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật bản,… đã đầutƣphát triển mô hình RCM cho riêng khu vực của mình.

2.1.3 Tổhợp mô hình khí hậu củaIPCC Đáp ứng đề xuất của Nhóm công tác về mô hình hóa kết hợp - WGCM (Working Group on Coupled Modelling) thuộc Chương trình Nghiên cứu Khí hậu Thế giới- WCRP (World Climate Research Programme) Dự án Đối chứng các Mô hình Khí hậu (Couple Model Intercomparison Project - CMIP) đƣợc triển khai nhằm nghiên cứuthửnghiệmđầuracủacácmôhình(AOGCM).ChươngtrìnhĐốichứngvàChẩnđoánMôhình Khí hậu (Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison - PCMDI) lưutrữcácdữliệuCMIPvàcungcấpcáchỗtrợkhácchoCMIP.Kếtquảtínhtoáncủacác mô hình khí hậu, gồm khí hậu giai đoạn quá khứ, hiện tại và tương lai,đượcPCMDI tổ chức thành bộ dữ liệu lần 3 của CMIP CMIP3 bao gồm tổ hợp của 24 mô hình từ 17 nhóm của 12 quốc gia khác nhau và đƣợc sử dụng trong báo cáo đánhgiálần thứ 4 (AR4) của IPCC 2007[20]

CMIP5 (Couple Model Intercomparison Project Phase 5) là dự án đƣợc xây dựngtiếpnốitrênsựthànhcôngcủacácphaCMIPtrướcđó,thaythếchoCMIP3trongAR5củaIPC

C [20] Mặc dù CMIP5 chƣa tập hợp đƣợc đầy đủ các mô hình khí hậu toàncầuhiệnnay,nhưngđãchonhữngkếtquảmôphỏngvàdựtínhkhíhậutươngđốitốt.Cácmô hình khí hậu của dự án CMIP5 vẫn đang đƣợc tiếp tục hoàn thiện nhằm cungcấpnhững thông tin có giá trị cho cả ba nhóm công tác củaIPCC.

CMIP5 đƣợc thực hiện với tổ hợp của hơn 50 mô hình toàn cầu từ hơn 20 nhómmôhình khác nhau, trong đó có khoảng 47 mô hình có sẵn số liệu theo CSIRO,

2015 [47] Điểm khác biệt quan trọng của CMIP5 so với CMIP3 là các mô hình trongCMIP5 đƣợc tính toán theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính RCP Về mặt khoa học,CMIP5 tập trung vào ba khía cạnh chính mà CMIP3 còn hạn chế, cụ thể là: (i) Đánh giá cơ chế quyết định sự khác biệt trong mô phỏng của các mô hình đối với chu trình các-bon và mây; (ii) Đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình đối với các hiện tƣợng có quy mô thập kỷ; (iii) Tìm nguyên nhân dẫn tới việc các mô hình mô phỏng rất khác nhau đối với cùng một kịch bản; và (iv) Tăng độ phân giải mô hình.

2.1.4 Lựachọn mô hình khí hậu sử dụng trong Luậnán

Việc ứng dụng các RCM vào mô phỏng khí hậu đƣợc quyết định bởi miền tính, độ phân giải, điều kiện biên và các sơ đồ tham số hóa vật lý Tương tự như các mô hình khu vực dự báo thời tiết, các mô hình khí hậu khu vực cũng sử dụng các trường toàn cầu làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên phụ thuộc thời gian Tuy nhiên sự khác biệt cơ bản giữa hai loại mô hình này là trong khi điều kiện ban đầu có ý nghĩa quyết định đến độ chính xác dự báo của các mô hình thời tiết thì đối với các mô hình khí hậu đó là vai trò của điều kiện biên. Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng RCM để đánh giá khí hậu Việt Nam đƣợc thực hiện Vũ Minh Tuệ và nnk (2015) [58] đã nghiên cứu sử dụng môhìnhWRF và PRECIS để phân tích hạn hán cho vùng Tây Nguyên, Việt Nam Nghiên cứu cho thấy các mô hình WRF và PRECIS có khả năng mô tả khá tốt phân bố chỉ số SPI theo thời gian Các phân tích từ RCM cũng cho kết quả tính toán số đợt hạn sát với số liệu thực đo tại trạm và lưới quan trắc Raghavan và nnk (2016) [59] đã sử dụngmôhình WRF mô phỏng khí hậu cho Việt Nam dựa trên số liệu phân tích lại ERA40 Nghiên cứu đã trình bày kết quả mô phỏng khí hậu hiện trạng theo độ phân giải 25km, có khả năng mô tả tốt sự biến động của khí hậu, chukỳmùa và phân bố tần suất Ngô Lê An

(2015) [60] sử dụng kết quả mô phỏng mƣa từ mô hình RCMHadGEM3- RAđểđánhgiásựthayđổilƣợngmƣa1ngàylớnnhấtchovùngTâyNguyên.Kếtquảmôphỏng từ mô hình đƣợc hiệu chỉnh sai số so với các trạm quan trắc trong khuvựcnhằm mô tả tốt nhất diễn biến thay đổi tại địa phương Tương tự, Quan Van Dauvànnk [61] cũng sử dụng mô hình RCM HadGEM3-RA để đánh giá thiệt hại lũ dướitácđộng tiềm năng của BĐKH cho miền trung Việt Nam Ngoài ra, các kịch bản BĐKH choViệtNamđượcBộTàinguyênvàMôitrườngcôngbố(2009,2012,2016)cũngsử dụng một số các mô hình RCM nhƣ AGCM/MRI, PRECIS, CCAM, RegCM, clWRF, mỗi mô hình RCM này đƣợc xây dựng từ một số các mô hình GCM khác.

Nhìn chung, mô hình RCM cho kết quả mô phỏng chi tiết hơn so với mô hình GCM, cụthểlàkíchthướcôlướichỉtừ5-40kmthayvìtừ50-250km.Tuynhiênđộchínhxáccủa RCM cũng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Theo Warner và nnk (1997) [62], kích thước miền tính không quá lớn nhưng đảm bảo sao cho những tác động địaphươngđược thể hiện khi tăng độ phân giải đồng thời vai trò điều khiển của trường toàncầuthông qua điều kiện biên vẫn phải phát huy tác dụng Ngoài ra, vị trí miền tính còn phụ thuộc vào nguồn số liệu đầu vào Từ một số thử nghiệm của mình, Liang và nnk (2004) [63], và Liu và nnk (2006) [64] đã chỉ ra rằng do sự khiếm khuyết số liệu trên các vùng đại dương nhiệt đới, việc mở rộng miền tính về phía vĩ độ thấp có thểlàmgiảm độ chính xác mô phỏng của RCM do chất lượng của trường toàn cầu kém Vịtrícủa miền tính đi qua các khu vực có địa hình phức tạp có thể gây ra nhiễu và ảnh hưởngxấutớikếtquảmôphỏngdosựkhôngphùhợpgiữagiátrịtrườngtrênlướiđộphân thô của GCM và giá trị nội suy về lưới độ phân giải tinh hơn của RCM Ởnhữngnơi có địa hình cao, sai số mô phỏng còn đƣợc sinh ra do việc ngoại suy các biếnbềmặt của các trường điềukhiển.

Cơ sở lý thuyết chi tiết hóa các kịchbảnBĐKH

Hiện nay có rất nhiều các mô hình đƣợc áp dụng để mô phỏng các kịch bản biếnđổikhí hậu trong báo cáo IPCC Các mô hình mô phỏng các diễn biến của các kịch bản tương lai khác nhau, mô phỏng các diễn biến khí quyển trong tương lai, sử dụngcácmô hình trên phạm vi toàn cầu kéo dài đến hết thế kỷ 21 Có rất nhiều các tổ chức quốc tế đã tiến hành xây dụng các GCMs khác nhau và một GCM có thể mô phỏng một vài kịch bản khác nhau Ví dụ nhƣ mô hình CCSM4 của Mỹ có thể môphỏngđƣợc 2 kịch bản AR5 khác nhau như RCP4.5 và RCP8.5 HadGEM2-ES củavươngquốc Anh cũng có thể mô phỏng 2 kịch bản AR5 khác nhau nhƣ RCP2.6 vàRCP4.5.Ngay cả trong một kịch bản thì cũng có rất nhiều điều kiện ban đầu khác nhaunhƣr1i1p1hayr3i1p1…Và tùy các mô hình GCMs khác nhau thì các dữ liệu mô phỏng cũng có thể khác nhau. Một số mô hình chỉ cung cấp dữ liệu tháng, một số khác cung cấp dữ liệu ngày và có thể là 6 giờ, hay thậm chí là 3 giờ Bên cạnh đó có những mô hình cung cấp gần nhƣ đầy đủ các bước thời gian Dữ liệu đầu ra của các mô hìnhkhítượng toàn cầu có thể đƣợc tải trực tiếp qua các trang mạng dữ liệu GCMs toàncầu.Tuy nhiên việc thu thập dữ liệu cũng mất rất nhiều thời gian và bộ nhớ Do vậy để có thể có đƣợc một hệ thống dữ liệu GCMs đa dạng, thì có thể tốn cả về thời gian vàmáymóc.

Một nhƣợc điểm chung của các GCMs là dữ liệu đầu ra đều ở dạng quy môkhônggiankhákém.Chúngthườngchiathếgiớithànhcáckhungtọađộvuông,thườngtheoth ứ tự 100-300km ngang Điều này có nghĩa là chúng chỉ cung cấp các kết quả ở độ phân giải này, chẳng hạn một kết quả nhiệt độ cho một khu vực có diện tích 10.000 đến 90.000 km 2 Khi nhìn vào các dự báo khí hậu tương lai ở quy mô địa phương,cáckết quả đầu ra xuất hiện trực tiếp từ các GCM rõ ràng là không đủ cho các phân tích chi tiết như các tác động lên nguồn nước Các dữ liệu nguyên gốc của cácGCMschỉcó thể mô tả đƣợc xu thế của một vùng nghiên cứu rộng lớn nhƣ một quốc gia códiệntích trung bình cỡ Việt Nam Để nghiên cứu những biến đổi các yếu tố thời tiết khí hậu, hay thủy văn trong tương lai, thì cần phải áp dụng các phương pháp kỹ thuậtchitiết hoá Các kỹ thuật này dựa trên các kết quả toàn cầu, và do đó đồng nhất với các tươngtáckhíhậutoàncầu,nhưngchúngtậptrungvàomộtđịaphươngcụthểtrênthế giới Có hai cách tiếp cận về chi tiết hóa dữ liệu là động lực và thống kê, tương ứng là hai phương pháp chi tiết hóa: (i) phương pháp chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling), (ii) phương pháp chi tiết hóa động lực (Dynamical Downscaling).

Bản chất của phương pháp thống kê là xây dựng mối quan hệ toán học giữa cácthôngsố khí tƣợng ở độ phân giải toàn cầu (2 o -4 o ) với các thông số khí tƣợng ở 1 khuvựcnhỏ hơn với độ phân giải chi tiết hơn (0,25 o -0,5 o ) Các mối quan hệ toán học nàyđƣợcthực hiện giữa các dữ liệu trong quá khứ của các thông số khí tƣợng ở độ phângiảitoàn cầu và độ phân giải địa phương Hầu hết các phương pháp thống kê chỉ tậptrungvào2yếutốkhítƣợngbaogồmmƣavànhiệtđộ.Cácyếutốnàycóthểlấytrựctiếptừcácdữliệ uđầuracủaGCMsvớiđộphângiảitoàncầu,vàđƣợcđƣavàopháttriểncácmối quan hệ với các điểm đo trên bề mặt khu vực nghiên cứu trong quá khứ Một điểm lưu ý của phương pháp này là chỉ các dữ liệu GCMs ở cao độ bề mặt đại dươngmớiđược đưa vào tính toán Khi đưa vào tính toán thường thì các điểm đo trên bềmặtkhông trùng khớp với các dữ liệu từ GCMs do đó các dữ liệu của GCMs sẽ cầnđƣợctính toán nội suy để đƣa ra các điểm tính toán trùng khớp với những dữ liệu đođạctrên khu vực tính toán Để phân loại các phương pháp chi tiết hoá thống kê,theoWilby và nnk [65], phương pháp thống kê sẽ được chia làm 3 loại bao gồmphươngpháp phân loại hình thế thời tiết, phương pháp hồi quy, phương pháp phát sinhthờitiết.

Bản chất của phương pháp phân loại hình thế thời tiết là dựa vào việc phân chiacácnhóm ngày dữ liệu theo các dạng thời tiết khác nhau Các loại hay nhóm thời tiếtđƣợcđịnh nghĩa bởi các phân tích nhóm theo các yếu tố khí tƣợng theo Corte-Real vànnk1999 [66] Trong phương phápnàycác dữ liệu ở khu vực nghiên cứu sẽ được gánvàocác nhóm thời tiết tương ứng và tính toán từ dữ liệu toàn cầu GCMs tương ứngbằngcác phương trình hồi quy tham khảo Hay và nnk, 1991 [67]; Corte-Real và nnk,1999[66] Tuy nhiên theo Wilby (1994) [68] thì các phương pháp này có những hạnchếtrong việc áp dụng tính toán thu hẹp cho các yếu tố thời tiết cực trị nhƣ mƣa lũ vàhạnhán Gần đây phương pháp này đã được cải tiến thêm khi đưa vào tính toán thuhẹptheo nhiều điểm và nhiều hơn một yếu tố khí tượng Ngoài ra phương pháp nàycũng có thể đƣợc chia làm nhiều cách thức ứng dụng khác nhau cho từng yếu tố khítượng.Vídụnhưmưa,cóthểsửdụngcácphươngphápphântíchriêngđặctínhcủamưa,vàphân chia nhóm hình thái mƣa theo các đặc tính đó tham khảo của Hughes vàGuttorp,1994[69].

Phương pháp phổ biến nhất và đơn giản nhất trong nhóm chi tiết hoá thống kêlàphươngphápmôhìnhhồiquy.Đâylàphươngphápsửdụngcáckháiniệmtoánhọcđểđưaracác mốiquanhệtuyếntínhhoặcphituyếnchosốliệuGCMsvớicácsốliệukhítƣợng cần đƣợc thu hẹp ở một khu vực cụ thể Một ứng dụng phổ biến củaphươngpháp này là phương pháp hồi quy nhiều biến của Murphy, 1999 [70], quy tắc phântíchtương quan (Von Storch và nnk, 1993 [71]), và phương pháp mạng noron thầnkinhmột phương pháp tương tự với phương pháp hồi quy phi tuyến tham khảo CranevàH e w i t s o n , 1 9 9 8

[ 72] Von Storch (1999) [73], Burger cũng đã thảo thuận trong nghiên cứu của mình ngoài thu hẹp giá trị các yếu tố khí tƣợng còn vấn đề về thu hẹp vềđộlệch của các yếu tố đó Hơn nữa phương pháp này chỉ đơn thuần là áp dụng toánhọcdo đó, các mức độ biến đổi theo thời gian ít nhiều cũng mang tính ràng buộc của các mối quan hệ toánhọc.

Một phương pháp khác trong nhóm các phương pháp chi tiết hoá thống kê làphươngphápphátsinhthờitiết.Đâylàphươngphápsửdụngcácđặctínhthốngkêcủakhíhậuđịa phương như giá trị trung bình và độ lệch chuẩn Các mô hình trong phươngphápnày dựa vào sự xuất hiện mƣa thông qua quá trình chuyển vị Markov cho nhữngngàymƣavàkhôngmƣa.Sauđócácbiếnkhítƣợngkhácnhƣsốlƣợngmƣangày,sốgiờnắng, nhiệt độ sẽ đƣợc mô hình hóa theo số lƣợng xuất hiện các trận mƣa trongkhuvực Do đó các mối quan hệ giữa dữ liệu khí tượng GCMs sẽ được đưa vào tìmcácmối quan hệ tương quan với các yếu tố ở địaphương. Ưu điểm của các phương pháp thống kê là có thể tính toán nhanh chóng, có khảnăngchi tiết hoá rất nhiều kịch bản cùng một lúc Các phương pháp đơn giản, và córấtnhiều các phần mềm hỗ trợ tính toán Tuy nhiên, do có nhiều phương pháp haycácmôhìnhứngdụngkhácnhau,nênviệclựachọnphươngphápnào,ứngdụngnàocũngcầnph ảiđượcsuyxétkỹchophùhợpvớinghiêncứu.Mộtưuđiểmkháccủaphươngphápnàylàítsửdụngng uồnlựcmáytính,vàcóthểápdụnghàngchục,thậmchíđếngần trăm kịch bản tính toán khác nhau Rất nhiều nghiên cứu đã ứng dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê (Burlando và Rosso, 2002 [74]; Fowler và nnk, 2007 [75]; Goyal và Ojha, 2011 [76]; Hashmi và nnk., 2013 [77]; Pilling và Jones, 2002 [78];)

Bên cạnh những ưu điểm trên, thì phương pháp thống kê cũng có những giới hạnvềkhả năng ứng dụng và tính thực tế trong việc sử dụng dữ liệu đầu ra Thực tế là mô hìnhkhíhậutoàncầuchỉcóthểmôphỏngđượcnhữnghoànlưuquymôlớn,trongkhithời tiết hay khí hậu ở một địa điểm nào đó ngoài chịu ảnh hưởng của nhân tốhoànlưu,cònchịuảnhhưởngcủanhữngyếutốđịaphươngnhư:Địahình,khoảngcáchđếnbiển, thảm thực vật Do vậy, gây ra sự giảm kỹ năng dự báo khi mô phỏng khí hậu quy mô nhỏ, sự thiếu hụt này sản sinh ra những sai số nhất định và cần đƣợc sửachữatrướckhisửdụng.Bêncạnhýnghĩavềhiệuchỉnhsaisố,chitiếthóathốngkêcũngcóthểđ ượchiểugiốngnhưmangthôngtinđặctrưngcủađịaphươngnằmtrongchuỗisốliệu quan trắc đóng góp trở lại nhằm lấp đầy những lỗ hổng của mô hình số Đối với những khu vực ít dữ liệu thì phương pháp này không có nhiều ý nghĩa khi mức độbấtđịnh tăng lên rất lớn Thêm nữa việc áp dụng phương pháp thống kê trongphươngpháp này không thể mô phỏng được tất cả các yếu tố mặt đệm địa hình, thay đổivềthảm phủ thực vật hay cấu trúc đất Hầu hết các phương chi tiết hoá thống kê chỉthuhẹp 2 yếu tố khí tƣợng đó là mƣa và nhiệt độ, trong khi các yếu tố khác khôngđƣợcđƣavàotínhtoán.Dữliệuđầurahầuhếttồntạiởdữliệuthánghoặc cóthểlàngày.

 Phương pháp độnglực Đây là phương pháp mô phỏng hệ thống khí quyển tại phạm vi địa phương sửdụngcác phương trình vật lý bao gồm các phương trình bảo toàn lượng, động lƣợng,nănglƣợng.Môphỏngnàyđƣợcbiếtđếnnhƣmộtcáchhiểukháclàmôphỏnglạimộtcáchchi tiết hơn các yếu tố khí hậu thời tiết tại một khu vực từ các dữ liệu toàn cầu Phương pháp mô hình động lực sẽ sử dụng đầu ra của các GCMs để làm các điềukiệnbiên cũng nhƣ điều kiện ban đầu để mô phỏng các dữ liệu khí quyển một cách chitiếthơn.Phươngphápnàyđượcbắtđầuvàonhữngnăm80củathếkỷ20,vớimụcđíchlàtính toán các dữ liệu khí tƣợng từ các mô hình khí tƣợng toàn cầu ở độ phân giảicao.Ngày nay, số lƣợng các công cụ để tính toán chi tiết hoá động lực ngày càng pháttriểnvàđãcórấtnhiềucáctổchức,cácViệnnghiêncứutrênthếgiớitậptrungvàonghiê n cứu phát triển các công nghệ chi tiết hoá động lực, và có thể ứng dụng cho nhiều nghiên cứu khác nhau Phương pháp động lực được thực hiện thông qua các môhìnhkhí hậu khu vực gọi là RCM Các mô hình khí hậu khu vực sử dụng các dữ liệu từ các GCMs làm điều kiện biên và điều kiện ban đầu Các mô phỏng RCM thông thườnglàcácmôphỏngkhítượngđịaphươngởđộphângiảicao.Cácmôhìnhnàycókhảnăngthu hẹp các dữ liệu khí tƣợng đến phạm vi rất nhỏ, và không chỉ áp dụng trongtínhtoán BĐKH mà các RCMs hoàn toàn còn có thể ứng dụng trong các tính toán dự báo khí hậu thời tiết trong phạm vi ngắn Ví dụ nhƣ các mô hình RCM có thể tính toándựbáo khí tƣợng mƣa ngày, mƣa 72h… (Dickinson và nnk, 1989 [79] và

Phươngphápđộnglựclàphươngphápmôphỏngcótínhtoánđếnảnhhưởngcủacácyếu tố mặt đệm như địa hình Do đó, các tương tác khí hậu mặt đệm hoàn toàn cóthểtươngtácvớicácyếutốnhưmưa,nhiệtđộ,ẩm,gió.Vídụphươngphápnàycóthểmôphỏng một số trận mưa lớn do khối không khí ẩm di chuyển từ biển vào đất liềngặpnhững khối núi lớn chắn đường và khối không khí ẩm này gây mưa trước khi đisâuvào đất liền Đặc biệt trong nghiên cứu BĐKH, thì các yếu tố địa hình thảm phủ lại đặc biệt quan trọng khi đƣợc coi là một trong những đặc tính riêng biệt của mộtvùnghay địa phương Trong các nghiên cứu

BĐKH cho các khu vực có xu hướng suykiệtnguồnnướctrongtươnglai,thìcácyếutốmặtđệmlạiđóngvaitròchủchốttrongviệcthayđổic ácyếutốkhítượngthủyvăn(bốchơi).Mộtưuđiểmkháccủaphươngphápthu hẹp động lực là dữ liệu đầu ra của phương phápnàylà rất chi tiết theo cảkhôngg i a n l ẫ n t h ờ i g i a n T r ƣ ớ c h ế t d ữ l i ệ u t h u h ẹ p đ ộ n g l ự c c ó t h ể c u n g c ấ p d ữ l i ệ u đ ầ u ratheotừnggiờ,dođócóthểtínhtoánđượcảnhhưởngBĐKHđếnmưalũtrênkhuvựcnghiên cứu Các mô phỏng động lực cung cấp dữ liệu ở dạng dữ liệu thời đoạn giờ cho hầu hết các dữ liệu khí tƣợng từ thời điểm mô phỏng cho đến hết thế kỷ 21 (dữliệubức xạ mặt trời đến, bức xạ đi từ mặt đất, gió, nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đất, áp suất, mƣa, bốc hơi) Qua quá trình mô phỏng thu hẹp động lực, các dữ liệu đầu rasẽđƣợc thu hẹp ở mức độ rất chi tiết Tuy nhiên tùy vào mức độ chi tiết của dữ liệuthìthời gian mô phỏng cũng rất khác nhau Chính vì vậy, tùy theo nhu cầu sử dụng mà mức độ tính toán thu nhỏ khác nhau Phương pháp thu hẹp động lực đòi hỏi nhiềuthời gian mô phỏng và một hệ thống máy tính lớn Đây cũng là nhƣợc điểm lớn nhất của phương pháp này.

Dựa trên các phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp chi tiết hóa và ứngdụngtrong điều kiện của Việt Nam, cùng với yêu cầu của bài toán, công cụ sẵn có,luận án lựa chọn phương pháp chi tiết hóa theo phương pháp thống kê Để mô tả đầy đủdiễnbiến mƣa theo không gian (với các dạng địa hình khác nhau), luận án cố gắng sửdụnghết các trạm đo mƣa trong khu vực và lân cận (vùng Tây Nguyên) nhằm mô tảchínhxác nhất diễn biến thay đổi mƣa theo không gian Một số trạm đo có chuỗi sốliệungắn đƣợc khắc phục bằng cách tính toán bổ sung dựa trên phân tích quan hệ vớicáctrạm đo mƣa lân cận.

Phương pháp thống kê chitiếthóa

Nhƣ đã trình bày ở trên, lƣợng mƣa mô phỏng theo các mô hình toàn cầu GCMshaycác mô hình vùng RCMs đều có sự sai lệch (chủ yếu là do các hiểu biết chỉ có giới hạn vềquátrìnhsinhmƣahoăcdođộphângiảivềkhônggianchƣađủ).Vìthế,chúngcầnphải trải qua quá trình “hậu xử lý” trước khi được sử dụng trong các bài toán đánhgiátác động của khí hậu Quá trình “hậu xử lý” thường dùng nhất là phương pháp“biếnđổi thống kê” nhằm hiệu chỉnh một số khía cạnh hay đặc trƣng của phân bố các giátrịlƣợng mƣa GCMs hay RCMs sao cho phân bố mới của chúng phù hợp với các giátrịthựcđo.

Phương pháp biến đổi thống kê nhằm tìm ra một hàmhmà khi vẽ các biến tínhtoánPmthì hàm phân bố mới của nó phù hợp với phân bố của biến thực đoP o (trong đóPmvàPolàlƣợngmƣatínhtoánvàmƣathựcđo).Hàmbiếnđổinàycóthểđƣợctrìnhbày bằng côngthức:

Các hàm biến đổi thống kê là một ứng dụng của phép biển đổi tích phân xác suất và nếuphânbốcủabiếnnghiêncứuđãbiếtthìhàmbiếnđổiđƣợcđịnhnghĩatheoInesvàHansen,

Trong đóF m là phân bố xác suất luỹ tích củaP m và là hàm ngƣợc phân bố luỹ tích tương ứng vớiP o

Hình 2.3 Phân bố tần suất mƣa thực đo và hiệu chỉnh (theo Gudmundsson và nnk [83]) Để xác định được hàm biến đổi thống kê, chúng ta có thể sử dụng phương phápphânbố xác suất lý luận để giải phương trình (2-2) theo Boe và nnk (2007)[84],Gudmundsson và nnk (2012) [83], Ngô Lê An và nnk (2017) [85] Phân bố xác suất lý luận thường dùng là một phân bố pha trộn giữa phân bố Bernoulli và phân bốGamma,trong đó phân bố Bernoulli đƣợc sử dụng để mô phỏng khả năng xuất hiện mƣacònphân bố Gamma sử dụng để mô phỏng cường độ mưa Các phân phối thống kênàyđược làm cho phù hợp với các phần của đường phân bố luỹ tích tương ứng củacácngày mưa thực đo (Po

> 0) bằng cách làm giảm nhỏ nhất sai số quân phương Cácgiátrị mưa tính toán tương ứng với phần không mƣa của hàm phân bố xác suất luỹtíchthực đo kinh nghiệm đƣợc gán bằng không.

Một phương pháp khác thường dùng là sử dụng hiệu chỉnh phân vị kinhnghiệm.Trongphươngphápnày,cáchàmphânbốluỹtíchkinhnghiệmđượcxấpxỉbằngbảngc ác phân vị kinh nghiệm Các giá trị nằm giữa các phân vị có thể nội suy bằng hàm tuyến tính Từ đấy, giá trị tính toán đƣợc hiệu chỉnh sao cho phù hợp với số liệuthựcđo tại các phân vị Đây cũng là phương pháp hiệu chỉnh sai số thống kê được sửdụng trong Báo cáo kịch bản BĐKH và NBD cho Việt Nam của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2016) [43]

Dựa trên các kết luận nghiên cứu nhƣ Gudmundsson và nnk (2012) [83], Ngô Lê An và nnk (2017) [85] , luận án sử dụng phương pháp hiệu chỉnh phân vị kinh nghiệm trong nghiên cứu này tính cho mƣa một ngày lớn nhất.

Kịch bản BĐKH và dữ liệu sử dụng trongluậnán

Việc dự tính khí hậu tương lai bằng GCM được thực hiện dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính.

Dựa trên điều kiện số liệu thu thập đƣợc cũng nhƣ các kịch bản khuyến cáo sửdụngtrong báo cáo Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Việt Nam (2016), luận ánsửdụng 2 kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5 đại diện cho các kịch bản trung bình và cao.

Dữ liệumưangàycủa11môhìnhthờikỳquákhứtừnăm(1970–2005)vàthờikỳtươnglai (2006 – 2100) cho 2 kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5 đƣợc sử dụng để đánh giátácđộng của biến đổi khí hậu đến vùng nghiêncứu.

Số liệu mƣa ngày thực đo của 93 trạm đo mƣa trong khu vực đƣợc thu thập từthờiđiểm trạm bắt đầu quan trắc cho đến năm 2005, trong đó có khoảng 20 trạm đomƣanằm trên khu vực Tây Nguyên Việc đƣa thêm các số liệu quan trắc ở cáctrạmTâyNguyên giúp cho việc xây dựng bản đồ phân bố mƣa theo không gian đƣợc chínhxáchơn Hơn nữa,một số lưu vực sông lớn trong khu vực bắt nguồn từ khu vựcTâyNguyên nên nếu không xét đến lƣợng mƣa BĐKH của Tây Nguyên sẽ làm giảmmứcđộ chính xác của việc đánh giá mƣa lũ trong khu vực nghiên cứu Danh sách trạmđomƣa, số liệu quan trắc sử dụng trong việc hiệu chỉnh sai số nhằm chi tiết hoá sốliệuBĐKHcủaGCMvềcáctrạmtrongluậnánđƣợctrìnhbàyởPhụlục1.Đasốcáctrạmđo mƣa bắt đầu đo từ năm 1979 trở lại đây Một số trạm đo mƣa có số liệu bị thiếu,bịmất hoặc có những giá trị bất thường sẽ được nộisuybổ sung, hiệu chỉnhbằngphươngpháptươngquanvớicáctrạmđolâncận.Nhưvậy,thờikỳnềnsửdụngđểsosánh đánh giá với biến động trong tương lai sẽ được lấy từ thời điểm trạm bắt đầuđocho đến năm 2005 Thống kê số thời gian các trạm đo đƣợc trình bày ở bảng 2.2vàphụ lục1.

Bảng 2.2 Thống kê số trạm mƣa và số năm quan trắc sử dụng trong tính toán

Số năm sử dụng cho thời kỳ nền >% năm 20-24 năm 15-19 năm 10-14 năm Tổng

Hình 2.4 Bản đồ vị trí 93 trạm khí tƣợng sử dụng trong luận án

Phương pháp tính toán lũthiếtkế

CácđặctrưnglũthiếtkếđượctínhtoánbaogồmlưulượngđỉnhlũQmax,tổnglượnglũ thiết kế Wmax và đường quá trình lũ thiết kế (Q~t)max-p Các phương pháptínhtoán lũ thiết kế có thể phân ra 3 nhóm sau: (a) các phương pháp thống kê, (b)cácphươngpháptấtđịnhvà(c)cácphươngphápkếthợpcả2nhómphươngpháptrên.

Tính toán lũ thiết kế bằng cách khớp một phân bố tần suất lũ với các đỉnh lũ thực đo. Nếuchuỗiquantrắclũdàithìphươngphápnàythườngđượcsửdụngvàđượccoinhưlà một “phương pháp chuẩn” trong việc tính toán tần suất lũ Trong trường hợpkhôngcó chuỗi quan trắc lũ thì phân bố tần suất lũ có thể đƣợc lấy bằng cách sử dụngcácphươngphápphânvùngmưa(lưuvựctươngtự).Hạnchếlớnnhấtcủaphươngphápthống kê này là cần phải có chuỗi số liệu lũ quan trắc dài, đại biểu Các sai số lớn có thểxảyrakhicácchuỗiđongắnvàcầnphảiđượcngoạisuyđểướctínhlũcótầnsuấtnhỏ Trên thế giới, nhiều quốc gia sử dụng các phương pháp thống kê này nhưlàphương pháp chuẩn trong tính toán Tuy nhiên các hàm phân bố xác suất lựachọnthường khác nhau phụ thuộc vào cơ quan tính toán của từng quốc gia Nhƣ đốivớiviệc lựa chọn hàm phân bố sử dụng cho việc tính toán mƣa cực lớn, hàm phân bốcựctrịEV1đượcrấtnhiềucơquanlựachọnnhưUỷhộiTàinguyênnướcQueenslandcủaÚc, NOAA của Mỹ và Viện Thuỷ văn của Anh Các hàm phân bố EV2, GEV hay Log- Normalcũngđƣợcnhiềuquốcgiasửdụng.MộtsốhàmđặcbiệtnhƣGamma2hoặc3thông số, hàm phân bố chuẩn, Kritski-Menkel đƣợc dùng ít hơn Trong bài toán tínhlũthì hàm phân bố EV1, Log-Pearson 3, Log Normal được nhiều nước lựa chọn,điểnhình như Mỹ, Anh, Úc, Pháp, Nga, ThuỵSĩ.

Về tần suất thiết kế, các quốc gia cũng có quy định khác nhau Ở Na Uy, thiết kế công trình phòng lũ thường ứng với tần suất 0,2% và 0,1%tuỳtheo quy mô kích thướccủacông trình Ở Thụy Điển, lũ 100 năm (tần suất 1%) và lũ “nguy hiểm” nhấtthườngdùng trong việc tính toán an toàn đập.

LựachọnmộttrậnmưathiếtkếtừđườngIDF(cườngđộ,thờikhoảngvàtầnsuất)vớithời khoảng xác định Trận mưa này sẽ là đầu vào cho mô hình dòng chảy đểtínhđường quá trình lũ thiết kế Do khoảng thời gian xảy ra các trận mƣa khác nhau vìthếtrậnmưanàochođỉnhlũlớnnhấtthườngđượcxemxétlựachọn.Ưuđiểmchínhcủacáchtiếp cậnnàylàdễdàngthựchiệnvàxemxétđượccácquátrìnhlũcủalưuvực,làquá trình vật lý chuyển đổi từ mƣa sang dòng chảy Nó dựa trên yếu tố sau: việclựachọnbiểuđồmưathiếtkế(hìnhdạngvàthờikhoảng),sựtươngtựgiữathờikỳlặplạimưa và dòng chảy và lựa chọn điều kiện ẩm của đất trước trận mưa Phươngphápthường dùng nhất là sử dụng đường quá trình lũ đơn vị tính toán từ lượng mưahiệuquả thiết kế, trong đó thường dùng là đường đơn vị tổng hợp SCS, Snyder.Trongtrường hợp không có tài liệu đo dòng chảy có thể sử dụng các công thức kinhnghiệm,theoquanhệQ=CIAđểtínhtoánlưulượngđỉnhlũnhưởMỹ.

 Các cách tiếp cận khác: là sự kết hợp giữa các phương pháp thống kêvàphương pháp tấtđịnh.

Eagleson (1972) [86] đề xuất việc kết hợp giữa hàm mật độ xác suất mƣa vớihàmphản ứng lưu vực để thu được phân bố tần suất lũ Do sự phát triển của khoa họcmáytính,cáchtiếpcậnnàyđượcpháttriểnmạnhvàgiờthườngđượcứngdụngbằngcáchkết hợp giữa việc sinh chuỗi mƣa ngẫu nhiên dài (sử dụng các mô hình sinhchuỗin g ẫ u n h i ê n n h ƣ M o n t e C a r l o ) v ớ i c á c m ô h ì n h l i ê n t ụ c m ƣ a - d ò n g c h ả y đ ể t ạ o rachuỗi dòng chảy có thể dùng trong việc phân tích tần suất lũ.

Trái ngƣợc vớiphươngpháptínhlũthiếtkếdựatrênlũthựcđo,phươngphápmôphỏngliêntụcnàycólợithếlà không cần phải giả thiết về thờikỳlặp lại của lƣợng mƣa thiết kế, thời khoảngvàcườngđộcủanócũngnhưđộẩmkỳtrướccủađất.Nhượcđiểmcủaphươngphápcóthểlà mấtnhiềuthờigiantínhtoáncũngnhƣmôhìnhmƣakháphứctạp.

Một cách tiếp cận khác mà hiện nay một số quốc gia phát triển đang dùng đó là lũ lớn nhất khả năng - lũ cực hạn (PMF) đƣợc định nghĩa là lũ lớn nhất xảy ra do sự kết hợp của các yếu tố khí tƣợng thuỷ văn cực đoan cho một vùng cụ thể, hay nói cách khác không có trận lũ nào lớn hơn trận lũ này có thể xảy ra ở vùng nghiên cứu Dựa trên cách tiếp cận lũ PMF, ở Mỹ, Cục Công binh Hoa Kỳ đƣa ra tiêu chuẩn thiết kế lũ cho công trình tràn nhƣ bảng 2.3.

Phương pháp tính lũ PMF có thể chia thành 2 dạng chính là phương pháp thống kêvàphươngpháptấtđịnh.Phươngphápthốngkêđượctínhtoándựatrênviệccựcđạihoácác thông số gây mƣa lũ bằng cách phân tích chuỗi thực đo trong quá khứ.PhươngpháptấtđịnhthườngđượcsửdụngđểtínhtoánlũPMFthôngqualượngmưacựchạnPMP. Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều tài liệu, số liệu liên quan về khí tượngvàthuỷvăn. Đường quá trình lũ thiết kế là quá trình thủy văn đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo an toàn cho công trình Tiêu chuẩn lũ thiết kế cho hồ chứa dựa trên việc tính toán lũ cực hạn (PMF) hay lũ ứng với một tần suất nhỏ nào đó.

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn thiết kế lũ của Hoa Kỳ

Phân loại nguy cơ tác động

Lớn PMF PMF Từ 0,5 PMF – PMF Đáng kể PMF Từ 0,5 PMF – PMF Lũ 100 năm tới 0,5

PMF Thấp Từ 0,5 PMF - PMF Lũ 100 năm tới 0,5 PMF Lũ 50 năm tới 100 năm

 TínhtoánlũthiếtkếtheocácphươngphápthườngdùngtạiViệtNam. Đối với tính toán lũ thiết kế tại Việt Nam thường theo Quy phạm QPTL C6- 77ứngdụng công thức tính đỉnh lũ thiết kế QmaxP như sau: việc tính lưu lượng đỉnh lũthiếtkếtùytheodiệntíchlưuvực,cóthểsửdụngmộttrongcáccôngthứcdướiđây:

- Đối với lưu vực có diện tích nhỏ hơn 100 km 2 , tính theo công thức cường độgiớihạn.

- Các lưu vực có diện tích lớn (>1000km 2 ) có thể sử dụng các phương pháp môhìnhtoán mô phỏng dòng chảy lũ hoặc sử dụng các công thức triết giảm đỉnh lũ theolưuvực tươngtự.

Giới thiệu các phương pháp tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế:

* Với các lưu vực có diện tích nhỏ (< 100km 2 ):

+ Công thức Cường độ giới hạn:

HnP-lượngmưangàylớnnhấttươngứngvớitầnsuấtthiếtkếP%củatrạmđạidiện cho lưu vực tính toán,mm.

QmaxP-lưulượngđỉnhlũứngvớitầnsuấtthiếtkế,m 3 /sF – diện tích lưu vực,km 2

–hệsốdòngchảylũ,tùythuộcvàoloạiđấtcấutạolưuvực,lượngmưangàythiết kế (HnP) và diện tích lưu vực(F) ̅̅ (τ))–hệ số triết giảm mưa được tra từ quan hệ̅(τ))– τ)(đường congtriếtgiảm mƣa)

Trong đó: δ: hệ số ao hồ α: hệ số dòng chảy lũ f: hệ số hình dạng lũ, theo sơ đồ phân khu hệ số hình dạng lũ.

P tl: thời gian lũ lên xác định theo công thức: tl = L/3,6V

V: tốc độ truyền đỉnh lũ, lấy bằng 0,65 V trung bình.

HtP= ψτ.HnP Ψτ:Tungđộđườngcongtriếtgiảmmưaứngvớithờigianτ.HnP:Lượng m ƣ a 1ngàylớnnhấtứngvớitầnsuấtthiếtkế Qng: dòng chảy cơbản

Lượng tổn thất ban đầu H0:Tổn thất này phụ thuộc vào độ thấm nước của đất, độchephủ, mức độ gồ ghề bề mặt đất, độ ẩm có sẵn trong đất trước khi có lũ Hệ sốdòngchảy lũphụ thuộc vào loại đất địa mạo lưu vực và đặc điểm của mưa rào. Haiđặctrƣng này vì thế có thể phân vùng theo lãnh thổ Ở Việt Nam, khixácđịnh các hệsốnày theo vùng.

* Với các lưu vực có diện tích lớn (từ 100km 2 trở lên):

+Công thức Triết giảm: tính lưu lượng đỉnh lũ từ lưu vực tương tự theo côngthứcsau:

Trong đó:A tt , qmaxtt, Ftt, QmaxPtttương ứng là tham số địa lý khí hậu, mô đunđ ỉ n h lũ, diện tích lưu vực và lưu lượng đỉnh lũ thiết kế của lưu vực tươngtự.Hệ sốtriếtgiảm n: dựa trên tài liệu phân vùng.

* Phương pháp mô hình mưa dòng chảy cho các lưu vực có diện tích lớn Để mô phỏng dòng chảy cho các lưu vực có diện tích lớn, luận án xây dựng một mô hình thông số bán phân bố dựa trên mô hình mƣa dòng chảy NAM và mô hình diễn toán dòng chảy Muskingum. a Mô hình mưa dòng chảyNAM

MôhìnhNAMđƣợcNielsenvàHansengiớithiệuvàonăm1973[87],làmôhìnhmƣadòng chảy thông số tập trung đƣợc ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam thông qua bộmôhình họ MIKE.

Mô hình có ít thông số và yêu cầu số liệu đầu vào không nhiều bao gồm lƣợng mƣa, bốc hơi tiềm năng và số liệu dòng chảy dùng để hiệu chỉnh,kiểmđịnh mô hình Trong điều kiện ở Việt Nam, mô hình có ba bể chứa mô tả trữ mặt (bể U),trữsátmặt(bểL)vàtrữnướcngầm(bểngầm)nhưởhình2.6.Cácdữliệuđầuvàocủa mô hình là lƣợng mƣa P, bốc hơi tiềm năng Ep Mô hình có 9 thông số chínhbaogồm thông số U*, L* mô tả lượng trữ nước lớn nhất ở bể U và bể L, hệ số COF,CIFbiểu thị hệ số dòng chảy mặt và sát mặt, K0, KI và KB là hằng số thời gian tương ứngđối với thành phần dòng chảy mặt, sát mặt và ngầm, CL1, CL2 là các ngƣỡngsinhdòng chảy bể mặt và sát mặt Dòng chảy ra của lưu vực là dòng chảy tổng hợp củabathành phần

OF, IF và BF Chi tiết các bước tính toán mô phỏng dòng chảyđượcNielsen và Hansen trình bày trong nghiên cứu củamình.

Hình 2.5 Cấu trúc mô hình NAM (theo Nielsen và Hansen, 1973) [87] b Mô hình diễn toán dòng chảyMuskingum

PhươngphápMuskingumthườngđượcsửdụngđểdiễntoándòngchảytrênsôngdựatrênquanhệbi ếnđổigiữalượngtrữvàlưulượng(hình2.7).Môhìnhcó2thamsốKvàXlầnlượtbiểuthịthờigianc hảytruyềnvàhệsốlƣợngtrữcủađoạnsông.

Công thức tính toán dòng chảy ra của đoạn sông được trình bày ở phương trình:

Oj+1= C1Ij+1+ C2Ij+C3Oj (2-6) Với I và O lần lƣợt là dòng chảy vào và dòng chảy ra đoạnsông.C1, C2, C3đƣợc tính toán theo các công thức (2-7), (2-

Hình 2.6 Cân bằng lƣợng trữ đoạn sông c Xây dựng mô hình bán phânbố

Lưuvựcsônglớnsẽđượcchiathànhnhiềulưuvựcconsaochocácdiệntíchtrênlưuvực này không quá 1000km 2 , đồng thời các đặc trưng trên các lưu vực này tươngđốiđồngnhất(phânbốmưa,bốchơi,độdốc,thảmphủ ).Dòngchảysinhratrênmỗilưuvựcco nsẽđượcmôphỏngbằngmộtmôhìnhNAM.Dòngchảytạicửaracáclưuvựcnàysẽđượcdiễntoán vềdòngchảycửaralưuvựcsôngchínhtrêncácđoạnsôngbằngphươngphápdiễntoánMuskingum.Dòngchảylưuvựcsôngchínhsẽlàtậphợptấtcảdòngchảycủacáclưuvựcconsaukhiđãdiễntoánđến cửaralưuvựcsôngchínhnày.Các thông số mô hình NAM và Muskingum cho mỗi lưu vực con và các đoạnsôngđ ư ợ c tìmkiếmtheophươngphápthửsaiBrute-Forcedựatrênviệcsosánhdòngchảy tổng cộng tại cửa ra lưu vực chính và các lưu vực khác có đo dòng chảy theo chỉ số Nash.

* Kết luận chung về các phương pháp tính toán

Từ các công thức và phương pháp tính toán lưu lượng đỉnh lũ thường dùng ởViệtNam, có thể thấy công thức Cường độ giới hạn (A < 100 km 2 ) là công thức tínhđỉnhlũ theo cường độ mưa lớn nhất giới hạn trong khoảng thời gian tập trung dòngchảy.Các công thức đều cần các bảng tra nhƣ: Bảng tra hệ số dòng chảy; bảng tra thờigiantập trung dòng chảy; bảng tra mô đun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế, bảng tra hệ số triết giảm ao hồ, đầm lầy, bảng tra hệ số nhám sườn dốc và lòng sông CôngthứcXokolopsky thuộc nhóm công thức thể tích phụ thuộc vào lượng mưa thời đoạn,lớpnước tổn thất ban đầu (H0), hệ số hình dạng biểu đồ lũ và các thông số mặt đệmkhác.Các phương pháp này vẫn đƣợc áp dụng ở Việt Nam cho những khu vực có diệntíchnhỏ. Đối với lưu vực vừa và lớn, cần sử dụng các phương pháp khác như mô hìnhmưadòng chảy hoặc công thức triết giảm đỉnh lũ từ lưu vực tương tự.

Trên cơ sở hướng tiếp cận đã xác định ở chương 1, luận án đã nghiên cứu xây dựng đƣợc cơ sở khoa học tính mƣa lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu bao gồm:

- Dựa trên cơ sở lý thuyết của các mô hình khí hậu toàn cầu, phân tích đánh giá và lựa chọnđược11môhìnhứngdụngtrongluậnán(bảng2.1),lựachọnđượcphươngphápchi tiết hóa thống kê các kịch bản khíhậu.

- Tổng quan những cơ sở khoa học để từ đó phân tích lựa chọn hàm thống kê hiệu chỉnh sai số của dữ liệu sau khi sử dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê để chitiếthóa dữ liệu từ bộ dữ liệu của 11 mô hình GCM về từng trạm trong khu vực nghiên cứu.

- Dựa trên cơ sở của các kịch bản biến đối khí hậu theo IPPC, luận án phân tích và lựa chọn đƣợc 2 kịch bản tính toán trong luận án là: RCP4.5,RCP8.5.

- Khái quát được các phương pháp tính lũ thiết kế cho các lưu vực vừa và nhỏ.Đặcbiệt luận ánxâydựng một mô hình thông số bán phân bố dựa trên mô hình mƣadòngchảyNAM và mô hình diễn toán dòng chảy Muskingum để mô phỏng dòng chảy cho các lưu vực có diện tích lớn thuộc khu vực nghiêncứu.

TÍNH TOÁN MƯA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍHẬU KHU VỰCNGHIÊNCỨU

Tínhtoánmƣamộtngàylớnnhấtcóxétđếnbiếnđổikhíhậu

Luận án xem xét 2 giai đoạn: giai đoạn giữa thế kỷ (2040-2069) và cuối thế kỷ (2070- 2099)nhằmđánhgiásosánhsựbiếnđộngcácđặctrƣngmƣasovớithờikỳnền(xemmục 2.4). Luận án chọn 2 giai đoạn xem xét có độ dài 30 năm nhằm đảm bảo tính toán các đặc trƣng thống kê trong bài toán thiết kế đƣợc chính xác hơn, và cũng để cóđộdàiliệtsốliệutươngđươngvớiliệtsốliệuthựcđođượccoilàthờikỳnềncủacủađasố các trạm đo sử dụng trong luậnán.

3.1.1 Kết quả chi tiết hóa lượng mưa về từng trạm và hiệu chỉnh saisố

Thực hiện bước hiệu chỉnh sai số giữa kết quả mô phỏng từ mô hình GCM với cácsốliệu đo tại các trạm trong thờikỳnền theo phương pháp hiệu chỉnh phân vịkinhnghiệm (mục 2.3) Kết quả cho thấy, bước hiệu chỉnh sai số đã làm giảm các saisốtrongmôphỏngcủamôhìnhsovớitrướckhithựchiệnbướchiệuchỉnh.Sosánhtrungbình trị số lượng mưa ngày trước và sau khi hiệu chỉnh của 11 mô hình GCM ở93trạm đo mƣa trong khu vực nghiên cứu và lân cận cho thờikỳnền đƣợc trình bàychitiết ở Phụ lục2.

Hình 3.1 thể hiện kết quả trung bình sai số (a) và độ lệch chuẩn sai số (b) giữa kết quả mô phỏng giá trị lƣợng mƣa 1 ngày lớn nhất của 11 mô hình với thực đo khuvựcnghiên cứu Ứng với mỗi mô hình, hộp trắng bên trái thể hiện sai số giữa kết quả mô hình ban đầu với thực đo, hộp xanh bên phải thể hiện sai số sau khi đã hiệu chỉnh sai số của mô hình Các hộp biểu thị phạm vi biến đổi tương ứng các phân vị 25%đến75% Gạch ngang giữa các hộp thể hiện giá trị trungbình.

Kếtquảchothấy,lƣợngmƣangàytrongquákhứđƣợcmôphỏngcósựphùhợpđángkể với điều kiện địa phương sau khi thực hiện bước hiệu chỉnh sai số Trước khihiệuchỉnh,chênhlệchgiữatrungbìnhvàđộlệchchuẩncủalƣợngmƣa1ngàylớnnhấtcủamôhình vớithựcđolàrấtlớn.Lƣợngmƣa1ngàylớnnhấtnhìnchungđềunhỏhơnsovới trung bình thực đo từ 50mm cho đến 150mm, đặc biệt có những trường hợpchênhlệch đến 250mm như ở mô hình CSIRO-QCCCE, CMCC-CMS,IPSL.

Hình3.1Trungbình(a)vàđộlệchchuẩn(b)saisốgiữalƣợngmƣatínhtoán1ngàylớn nhất của 11 mô hình GCM với số liệu thực đo ở 93 trạm mƣa trong khu vực nghiêncứu

Sau khi thực hiện bước hiệu chỉnh sai số, lượng mưa trung bình 1 ngày lớn nhất(tínhtrung bình cho 93 trạm đo) của các mô hình đã xấp xỉ với thực đo (dao động trong khoảng ± 5mm) Tương tự, trị số độ lệch chuẩn trung bình cũng đã được cải thiệntừchênh lệch -10mm đến trên -70mm xuống còn ± 5mm (xét trong phạm vi phân vị 25% đến 75%) Các mô hình CMCC-CMS, CNRM-CM5, FGoals, HadGEM2 thể hiện sự phù hợp tốt ở cả giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của chuỗi mƣa 1 ngày lớnnhất.MôhìnhCSIRO-

QCCCEchokếtquảmôphỏngkémnhấtkhicảtrungbìnhsaisốvà độ lệch chuẩn sai số vẫn thấp hơn khá nhiều so với thực đo sau khi đã hiệu chỉnh sai số.

3.1.2 Phântích kết quả lượng mưa một ngày lớn nhất có xét đến BĐKH của mộtsố lưu vực điển hình trên khuvực

Thực hiện bước hiệu chỉnh sai số cho các kết quả mô phỏng lượng mưa ngày của93trạm đo mưa trong tương lai theo các kịch bản BĐKH của 11 mô hình GCM đểthuđược chuỗi lượng mưa ngày mô phỏng trong tương lai. Để đánh giá chi tiết hơn về biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất, luận án xemxétbiến động lượng mưa một ngày lớn nhất cho một số lưu vực chính trong khu vựclà:Nông Sơn, Thành Mỹ, Kôn, Ba về biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất.Lượngmưa một ngày lớn nhất trong lưu vực được tính trung bình từ tất cả lượng mưamộtngày lớn nhất của các trạm đo nằm trong phạm vi lưu vực Kết quả phân tích về xuthếcủa từng loại mô hình theo các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai đượctrìnhbày trong các mục 3.1.2.1;3.1.2.2.

3.1.2.1 Xu thế mưa một ngày lớn nhất lưu vực sông Vu Gia – ThuBồn a Xu thế mưa một ngày lớn nhất lưu vực NôngSơn

Phân tích mưa một ngày lớn nhất lưu vực Nông Sơn về xu thế của từng loại môhìnhtheocáckịchbảnbiếnđổikhíhậutrongtươnglai11môhìnhGCMđểthuđượcsốđộlệch chuẩn trung bình cũng đã đƣợc cải thiện từ chênh sự biến động lƣợng mƣamộtngày lớn nhất sử dụng kết quả của 11 mô hình GCM theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 được trình bày ở dướiđây:

Hình3.2KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcNôngSơnkịchbản RCP4.5 giai đoạn 2040-2069

Kết quả sự biến động lượng mưa một ngày lớn nhất lưu vực Nông Sơn cho thấy,môhình CMCC luôn cho kết quả lƣợng mƣa lớn nhất còn mô hình GFDL có lƣợngmƣa thấp nhất Ứng với kịch bản RCP4.5, cả hai giai đoạn 2040- 2069 và 2070-2099 đều có lƣợng mƣa một ngày lớn nhất dao động từ 100mm-500mm và chủ yếu là250mm- 350mm Trung bình kết quả lƣợng mƣa của 11 mô hình GCM cho xu thế tăngnhƣngkhông đáng kể Tuy nhiên, đối với kịch bản RCP8.5, giai đoạn 1 từ 2040-

2069 lại có xu thế giảm nhẹ, mức dao động trung bình khoảng 300mm, trong khi đó giai đoạn 2070-2099,lƣợngmƣadaođộngtừ100mm-

600mm,vàxuthếtăngrõhơnsovớikịchbản RCP4.5 cùng giai đoạn. b Xu thế mưa một ngày lớn nhất lưu vực ThànhMỹ

Lưu vực Thành Mỹ có 3 trạm đo mưa là Thành Mỹ, Khâm Đức và Phước Sơn

Hình3.6KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcThànhMỹkịchbản RCP4.5 giai đoạn 2040-2069

Hình3.9KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcThànhMỹkịchbản RCP8.5 giai đoạn 2070-2099 ĐốivớilượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcThànhMỹ,haigiaiđoạn2040-2069và2070-2099 của kịch bản RCP4.5 dao động từ 100mm-600mm và chủ yếu là 200mm- 300mm Trung bình kết quả lƣợng mƣa của 11 mô hình GCM cho xu thế tăngnhƣngkhông đáng kể. Với kịch bản RCP8.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-600mm ở giai đoạn 1 từ 2040- 2069, và 100mm-700mm ở giai đoạn2070-2099.

Xu thế giữa các kịch bản trong từng giai đoạn của lưu vực Thành Mỹ tương đốigiốngvới lưu vực Nông Sơn, tuy nhiên giai đoạn 2070-2099 của kịch bản RCP8.5 caohơnnhiều so với lưu vực NôngSơn. c Xu thế mưa một ngày lớn nhất trên toàn lưu vực sông Vu Gia – ThuBồn.

Với diện tích 11.390 km 2 , hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia bao trùm hầu hết lãnh thổ thànhphốĐàNẵngvàtỉnhQuảngNam,trongđócókhoảng500km 2 ởthƣợngnguồnsông Cái nằm ở tỉnh KonTum.

Hình3.10KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcVuGia–ThuBồn kịch bản

Hình3.11KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcVuGia–ThuBồn kịch bản

Theokếtquảhình3.10,3.11vàhình17,18-Phụlục4tathấy,đốivớilƣợngmƣamộtngày lớn nhất lưu vực Vu Gia – Thu Bồn, hai giai đoạn 2040- 2069 và 2070-2099củakịch bản RCP4.5 dao động từ 100mm-500mm và chủ yếu là 200mm-300mm Trung bình kết quả lƣợng mƣa của 11 mô hình GCM cho xu thế tăng nhƣng không đángkể.Với kịch bản RCP8.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-500mm ở giai đoạn 1 từ 2040-

2069, và 100mm-600mm ở giai đoạn2070-2099.

Xu thế giữa các kịch bản trong từng giai đoạn của lưu vực Vu Gia – Thu Bồn tương đối giống với lưu vực Nông Sơn và Thành Mỹ.

3.1.2.2 Xu thế mưa một ngày lớn nhất lưu vực sôngBa

Lưu vực sông Ba là lưu vực lớn với diện tích trên 13.000km 2 có các trạm mƣaAnK h ê , P l e i k u , C h e o R e o ,

Hình3.12KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcsôngBakịchbản RCP8.5 giai đoạn 2040-2069

Hình3.13KếtquảsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtlưuvựcsôngBakịchbản RCP8.5 giai đoạn 2070-2099

Theokếtquảhình3.12,3.13vàhình19,20-Phụlục4tathấyđốivớilƣợngmƣamộtngày lớn nhất lưu vực sông Ba, hai giai đoạn 2040- 2069 và 2070-2099 của kịchbảnRCP4.5 dao động từ 200mm-350mm và chủ yếu là 200mm-300mm Trung bình kết quảlƣợngmƣacủa11môhìnhGCMchoxuthếtăngnhƣngkhôngđángkể.Vớikịchbản RCP8.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-400mm cho cả hai giaiđoạn.

MặcdùmứcđộdaođộnglượngmưamộtngàylớnnhấtcủalưuvựcsôngBathấphơnso với 3 lưu vực Nông Sơn, Thành Mỹ và Vu Gia – Thu Bồn, nhƣng giai đoạn 2040–2069 của kịch bản RCP8.5 vẫn có xu thế tăng, tuy nhiên mức độ không đángkể.

3.1.3 Xâydựng bản đồ biến động lượng mưa một ngày lớn nhất khu vực NamTrungBộ Đểmôtảsựbiếnđộngcủalƣợngmƣamộtngàylớnnhấttheothờigianvàkhônggian,luận án nghiên cứu xây dựng các bản đồ về biến động lượng mưa một ngày lớnnhấttrong tương lai cho toàn bộ khu vực nghiên cứu Từ kết quả mô phỏng lượngmưangày trong tương lai theo các kịch bản của 11 mô hình sau khi đã đƣợc hiệu chỉnhsaisố về các trạm đo, luận án sử dụng phương pháp nội suy không gian IDW [88]nhằmmô tả lượng mưadiện.

Hàm nội suy IDW đƣợc mô tả nhƣ sau:

Trong đó Xttlà giá trị cần nội suy, Xilà các giá trị đo đạc lân cận, n là số điểm đo, dilà khoảng cách từ vị trí cần nội suy đến vị trí quan trắc i, k là số mũ = 1, 2, 3,… và thường lấy bằng 2.

Từkếtquảtínhtoánlƣợngmƣamộtngàylớnnhấtcủa11môhìnhtheo2kịchbảncho93trạmnằmtron gkhuvựcnghiêncứuvàlâncận,luậnánxâydựngđƣợcbảnđồmƣa1ngàylớnnhấtthờikỳnềnvàtro ngtươnglai theo2kịch bảnvà2giaiđoạntínhtoán.Từđó,luậnántiếnhànhxâydựngbảnđồbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàyl ớnnhấtkhuvực Nam Trung Bộ từ 11 mô hình khí hậu toàn cầu cho hai giai đoạn 2040-

SựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấttheohaikịchbảnRCP4.5,RCP8.5tươngứng cho 2 giai đoạn 2040-2069 và 2070-2099 khu vực nghiên cứu đƣợc lấy trungbìnhtheo11môhình.Côngthứctínhtoánsựbiếnđộngđượctrìnhbàyởphươngtrìnhnhưsau:

Trong đó,̅,̅tương ứng là giá trị trung bình thờikỳtính toán và giá trịtrungbình thờikỳnền.

3.1.3.1 Bản đồ biến động lượng mưa một ngày lớnnhất a Giai đoạn 2040 – 2069, kịch bảnRCP4.5

Hình3.14Sựbiếnđộng(%)củalƣợngmƣa1ngàylớnnhấtsovớithờikỳnềnkịchbản RCP4.5 giai đoạn1(2040-2069)Rx_y_z: Ký hiệu cho kịch bản x ứng với giai đoạn y và mô hình khí hậu z.

Tính toán đỉnh lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ có xét đến biến đổi khí hậu88

Dựa trên các phương pháp tính lũ thiết kế thường dùng ở Việt Nam được xâydựngtheo hai trường hợp là lưu vực có tài liệu đo đạc dòng chảy và lưu vực không cótàiliệu đo dòng chảy Đối với các trường hợp lưu vực có đo dòng chảy, các trị sốlưulượngđỉnhlũthiếtkếQmaxpvàtổnglượngdòngchảylũWmaxpđượctínhtoándựatrênviệcxâydự ngcácphânbốtầnsuất.Trườnghợpcònlạiđượctínhtoándựa trênsốliệucủalưuvựctươngtựhoặccôngthứckinhnghiệm(xemmục2.5,chương2).Đểđánhgiáb iếnđộngdòngchảylũtrongtươnglai(cụthểlàlưulượngđỉnhlũthiếtkếQmaxp)chomộtlưuvựccụth ể,cáclưuvựctínhtoánđượcchiathànhhaitrườnghợp:lưuvựccódiệntíchvừavànhỏ,lưuvựccódiệntí chlớn(>1000km 2 ).Đốivớilưuvựccódiệntíchvừavànhỏ,lưulượngđỉnhlũcóthểđượctínhtoánth eocáccôngthứcCườngđộgiới hạn hoặc Xokolopsky Trường hợp lưu vực diện tích lớn thì sử dụng côngthứctriếtgiảmtínhtoántheolưuvựctươngtự.Trongphầnnày,Luậnángiảthiếtđiềukiệnvề mặt đệm cũng như các yếu tố khác tác động đến lũ trên lưu vực là không thayđổi,chỉ xét đến sự thay đổi mƣa dẫn đến thay đổilũ.

3.2.1 Tínhtoán lũ thiết kế cho khu vực vừa vànhỏ

Theo công thức tính toán cường độ giới hạn và Xokolopsky, dòng chảy lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu phụ thuộc vào biến động của lƣợng mƣa một ngày lớn nhất trong tương lai Từ hai công thức tính toán này (công thức 2-3, 2-4), có thể thấy tỷ lệ thayđổicủalưulượngdòngchảylũthiếtkếtrongtươnglaisẽbằngvớitỷlệthayđổicủalượngmưa mộtngàylớnnhấtvớigiảthiếtcácđặctrưngkháccủalưuvựcvàquanhệgiữalượngmưathờiđoạnngắnv ớilƣợngmƣangàykhôngthayđổi.

Trongmục3.1,lƣợngmƣamộtngàylớnnhấttheocáckịchbảnBĐKHđƣợcthểhiệnở hình 3.14, hình 3.15, hình 3.16, hình 3.17 Từ đó có thể thấy, dòng chảy lũ trong tương lai cũng sẽ có biến động tương tự khi áp dụng công thức tính toánXokolopskyhay Cường độ giới hạn Kết quả tính toán về biến động dòng chảy lũ qua nghiêncứunày cũng cho thấy có sự khác biệt giữa các mô hình GCMs thậm chí trái ngƣợcnhauvề sự gia tăng hay suy giảm về cườngđộ.

Cũng theo nhận xét ở mục 3.1, các mô hình GCMs sau bước hiệu chỉnh sai số đãchokết quả mô phỏng lƣợng mƣa ngày lớn nhất hợp lý hơn Có một số mô hình chokếtquả mô phỏng tốt hơn các mô hình khác nhƣng không quá khác biệt, rất khó đểđánhgiá mô hình nào sẽ cho kết quả mô phỏng khí hậu trong tương lai theo các kịch bảncóđộ tin cậy cao hơn để lựa chọn riêng làm kết quả tính toán Chính vì vậy, nếu tính toán dòng chảy lũ thiết kế dựa trên một số mô hình nhất định có thể sẽ cho các kết quả thiên lớn hoặc thiên thấp nếu so với trung bình toàn bộ 11 mô hình sử dụng Nếu sử dụng kết quả tính toán từ 11 mô hình thể hiện bằng trị số trung bình thì trong một sốtrườnghợp, trị số trung bình lại bị ảnh hưởng bởi các mô hình có các kết quả đặc biệtlớnhoặcđặcbiệtnhỏ.Vídụnhƣ10/11môhìnhcholƣợngmƣa1ngàylớnnhấtítthayđổihoặc giảm nhẹ, 1/11 mô hình còn lại cho lƣợng mƣa 1 ngày lớn nhất tăng rất caosẽdẫn đến trị số trung bình của 11 mô hình cho kết quả thay đổi theo xu thế tăng, điều này là bất hợp lý Do vậy, việc khai thác sử dụng kết quả mô phỏng của 11 mô hình trong việc tính toán lũ theo tần suất cần phải đƣợc phân tích đánh giá dựa trên cảđộbất định trong kết quả môphỏng.

Nhằm giúp cho việc lựa chọn thiết kế đƣợc đơn giản hoá, luận án nghiên cứu, đềxuấtphânthànhcácvùngcósựbiếnđộngkhácnhauvềlƣợngmƣamộtngàylớnnhấtđểtừđó có thể đƣa ra các công thức hiệu chỉnh phù hợp cho bài toán lũ thiết kế có xétđếnbiến đổi khí hậu Tiêu chí chung về phân vùng dựa trênsự biến động lượng mưa ngàylớn nhấtcủa từng mô hình và trung bình của cả 11 mô hình, đồng thờixem xét cả sốlượng các mô hình “đồng ý” với sự biến động “chung” như vậy(tức là số các môhình cho xu thế tăng hoặc giảm về lượng mưa một ngày lớn nhất tương tự với kết quảtínhtoán trung bình trên 11 mô hình và 2 kịchbản).

Dựa trên tiêu chí chung về phân vùng ở trên, vùng Nam Trung Bộ dự kiến chia thành 3 vùng khác nhau với các tiêu chí cụ thể nhƣ sau:

 Vùng 1: Lưu vực mà dòng chảy lũ thiết kế có khả năng tăng mạnh nếu đasố(2/3 số mô hình) các mô hình cho rằng có sự gia tăng dòng chảy lũ, đồng thời lưulượngdòngchảylũtrungbìnhlớnhơn10%sovớithờikỳcơsởvàsựthayđổi hệ số phân tán CV trung bình lớn hơn0.

 Vùng 2: Lưu vực mà dòng chảy lũ thiết kế có khả năng tăng vừa nếu xảy ra1trong 2 trường hợpsau: o Tươngtựnhưvùng1nhưngtrungbìnhhệsốphântánCVgiảmđisovớithời kỳ cơ sở.

Hệ số CV giảm có nghĩa là các giá trị trên đường tầnsuấtlý luận nằm ở các tần suất hiếm sẽ giảm đi Chính vì vậy, nó sẽ làm cho giá trị lũ thiết kế ở các tần suất này sẽ không tăng nhiều nhƣ tiêu chíởvùng1. o Có trên 50% số mô hình thể hiện sự gia tăng dòng chảy lũ, lưulượngdòng chảy lũ trung bình lớn hơn từ 0 – 10% so với thời kỳ cơ sở và sự thay đổi hệ số phân tán CV trung bình lớn hơn0.

 Vùng 3: Các vùng còn lại là các vùng không có nguy cơ gia tăng về dòng chảy lũ thiếtkế.

Tổng hợp cách phân loại vùng dựa trên biến động mƣa 1 ngày một ngày lớn nhất theo các mô hình và kịch bản khác nhau đƣợc thể hiện ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ

Nhóm Số mô hình cho dòng chảy lũ tăng/tổng số mô hình

Sự thay đổi Qmax trungbìnhcác mô GCMhình

Sự thay đổi hệ số phân tán CV trung bình

Từ tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ này, luận án xây dựng bản đồphânvùngbiếnđộngdòngchảylũtrongtươnglaidựatrênsựbiếnđộnglượngmưamột ngày lớn nhất cho 2 giai đoạn: 2040 – 2069 và 2070 –2099.

Hình 3.19 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2040-2069

Hình 3.20 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2070 - 2099

3.2.2 Tínhtoán lũ thiết kế cho lưu vực có diện tíchlớn Đối với các lưu vực có diện tích lớn không có số liệu dòng chảy thực đo, dòng chảylũthiếtkếthườngđượctínhtoándựatrêncôngthứctriếtgiảmtừlưuvựctươngtự.Luậnán đề xuất tính toán biến động dòng chảy lũ thiết kế cho các lưu vực lớn có dòngchảythực đo trên toàn khu vực Nam Trung Bộ có xét đến BĐKH để làm cơ sở tính toán dòng chảy lũ cho các lưu vực khác không có số liệu thựcđo. Để đánh giá sự biến động dòng chảy lũ trong tương lai, luận án nghiên cứu sửdụngcác mô hình mưa dòng chảy để mô phỏng lũ cho các lưu vực lớn trong khu vực.Sốliệu đầu vào trong các mô hình này sẽ là mƣa và bốc hơi thời đoạn ngắn Kết quảđầura sẽ là dòng chảy lũ tính toán Do số liệu khí hậu trong tương lai được cung cấpbởicác mô hình GCM có thời đoạn ngày nên khi mô phỏng bằng các mô hình thuỷ văn mƣa dòng chảy sẽ cho dòng chảy tính toán có thời đoạn ngày hoặc dài hơn Vì vậyđểcó thể mô phỏng tính toán được dòng chảy lũ (dòng chảy đỉnh lũ thường được gọilàQmax tức thời), có hai cách tiếp cận để giải quyết:

 Chi tiết hoá các số liệu khí hậu (mƣa, bốc hơi) thời đoạn ngày về thờiđoạnngắnhơnnhƣ1giờ,3giờhoặc6giờ.Từchuỗisốliệumƣathờiđoạnngắnnày,sử dụng các mô hình thuỷ văn thời đoạn ngắn để mô phỏng dòng chảy lũ thời đoạn ngắn (có thể coi là xấp xỉ Qmax tứcthời).

 Xây dựng quan hệ giữa Q ngày max (lưu lượng ngày lớn nhất) với Qmaxtứcthời để từ đó có thể xác định đƣợc sự thay đổi của Qmax tức thời trongtươnglai dựa trên sự thay đổi của Q ngàymax.

Vớicáchtiếpcậnđầutiên,cácsốliệumƣa,bốchơicầnphảiđƣợcphântíchvàchitiếthoá theo giờ, sau đó đƣa vào mô hình thuỷ văn để mô phỏng dòng chảy lũ Ƣuđiểmcủa cách tiếp cận này là dòng chảy đỉnh lũ có quan hệ chặt chẽ với lƣợng mƣathờiđoạn ngắn Tuy nhiên độ chính xác của phương pháp lại phụ thuộc nhiều vàophương pháp chi tiết hoá lượng mưa theo thời gian(từ thời đoạn dài như ngày vềthời đoạn ngắn hơn như 1 giờ, 3 giờ…) Đồng thời, khối lượng tính toán của mô hình sẽ nhiềuhơn.

12000 Quan hệ Q max và Q ngàymax tại Nông Sơn

70008000900010000 Đối với cách tiếp cận thứ hai, dòng chảy thời đoạn ngày trong tương lai có thểmôphỏng trực tiếp từ số liệu kịch bản của GCM Độ chính xác của kết quả tính toán Qmax sẽ đƣợc dựa trên mức độ quan hệ chặt chẽ giữa Q ngàymax và Q max vàgiảthiếtmối quan hệ này không thay đổi trong tương lai Với cách tiếp cận này, khốilƣợngtính toán ít hơn nhƣng cũng không vì thế mà ít tin cậy hơn so với cách tiếp cậnđầutiên.

Dựa trên việc phân tích hai cách tiếp cận này, luận án sử dụng cách tiếp cận thứ hai phân tích quan hệ Qngày max và Qmax để xác định sự thay đổi Qmax trong tương lai nhằm mô phỏng biến động dòng chảy lũ có xét đến BĐKH.

3.2.2.1 Xây dựng quan hệ giữa Qmax và Q ngàymax

Luận án lựa chọn bốn lưu vực lớn trong khu vực để tính toán thử nghiệm dòng chảylũcó xét đến BĐKH là Nông Sơn (Thu Bồn), Thành Mỹ (Vu Gia), Củng Sơn (Ba) và Bình Tường(Kôn). a Lưu vực sông Thu Bồn tính đến tuyến trạm thủy văn Nông Sơn (Lưu vực NôngSơn)

QuanhệgiữalưulượngngàylớnnhấtvàlưulượngtứcthờithựcđotạitrạmthuỷvănNông Sơn từ năm 1977 đến năm 2010 đƣợc thể hiện ở hình3.21

Hình 3.21 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Nông Sơn (1977-2010)

Quan hệ trên cho thấy, Qmax và Q ngày max có quan hệ chặt chẽ tại trạm Nông Sơn với hệ số tương quan trên 0,96.

8000 Quan hệ Q max và Q ngàymax tại Thành Mỹ

Q ngày max (m 3 /s) b Lưu vực sông Vu Gia tính đến tuyến trạm thủy văn Thành Mỹ (Lưu vực ThànhMỹ)

QuanhệgiữalưulượngngàylớnnhấtvàlưulượngtứcthờithựcđotạitrạmthuỷvănThành Mỹ từ năm 1977 đến năm 2010 đƣợc thể hiện ở hình3.22

Hình 3.22 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Thành Mỹ (1977-2010)

Quan hệ trên cho thấy, Qmax và Q ngày max có quan hệ chặt chẽ tại trạm Thành Mỹ với hệ số tương quan xấp xỉ 0,9. c Lưu vực sông Ba tính đến tuyến trạm thủy văn Củng Sơn (Lưu vực CủngSơn)

QuanhệgiữalưulượngngàylớnnhấtvàlưulượngtứcthờithựcđotạitrạmthuỷvănCủng Sơn từ năm 1977 đến năm 1997 đƣợc thể hiện ở hình3.23

25000 Quan hệ Q max và Q ngàymax tại Củng Sơn

3000 Quan hệ Q max và Q ngàymax tại An Khê

Hình 3.23 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Củng Sơn (1977-1997)

Quan hệ trên cho thấy, Qmax và Q ngày max có quan hệ chặt chẽ tại trạm Củng Sơn với hệ số tương quan xấp xỉ 0,9.

Phân tích mối quan hệ giữa Qmax và Q ngày max tại lưu vực An Khê nằm trong lưu vực Củng Sơn cho quan hệ tương quan tốt (0,94) như hình 3.24

Hình 3.24 Quan hệ giữa Qmax và Q ngày max tại trạm An Khê

Quan hệ trên cho thấy, Qmax và Q ngày max có quan hệ chặt chẽ tại trạm An Khê với hệ số tương quan xấp xỉ 0,94.

Quan hệ Q max và Q ngàymax tại Bình Tường

Q ngày max (m 3 /s) d Lưu vực sông Kôn tính đến tuyến trạm thủy văn Bình Tường (Lưu vực BìnhTường)

Hình 3.25 Quan hệ giữa Qmaxvà Qngàymaxtại trạm Bình Tường

Quan hệ trên cho thấy, Qmaxvà Qngàymaxcó quan hệ chặt chẽ tại trạm Bình Tường với hệ số tương quan xấp xỉ 0,94.

Ứng dụng bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ vào tính toán dòng chảylũthiếtkế

Bảnđồphânvùngbiếnđộngdòngchảychocáclưuvựcvừavànhỏ(hình3.19vàhình3.20) và cho các lưu vực lớn (bảng 3.5, bảng 3.6) mô tả khả năng thay đổi dòngchảylũ thiết kế trong tương lai dựa trên việc phân tích đánh giá biến động dòng chảy lũcủa11 mô hình khí hậu toàn cầu kết hợp 2 kịch bản BĐKH RCP4.5 và RCP8.5 Bản đồ và bảng đƣợc chia thành 3 nhóm chính là nhóm có khả năng tăng nhiều (xấp xỉ10%),tăng ít (xấp xỉ 5%) và không tăng (không thay đổi so với thời kỳnền).

Khi tính toán lũ thiết kế cho các lưu vực nằm trong phạm vi của bản đồ,tuỳthuộcvàodiện tích lưu vực, mức độ quan trọng của công trình mà có những lựa chọn điềuchỉnhcho hợp lý Ví dụ nếu lưu vực tính toán có diện tích nhỏ, nằm trong khu vực ứngvớilưu lượng đỉnh lũ thiết kế có khả năng tăng nhiều so với thời kỳ nền thìsaukhitínhtoán được dòng chảy lũ thiết kế theo các phương pháp đã quy định, dòng chảy lũthiếtkếnàycóthểđượccộngthêmmộthệsốantoànbằng10%.Tươngtựnhưvậyđốivớikhu vực mà dòng chảy lũ thiết kế tăng ít thì hệ số an toàn có thể đƣợc lấybằng5%.Với khu vực không thay đổi thì kết quả tính toán đƣợc giữnguyên.

Tương tự với lưu vực có diện tích lớn, do điều kiện số liệu nên luận án mới chỉtínhtoán điển hình cho 4 lưu vực lớn là sôngKôntại Bình Tường, sông Ba tại CủngSơnvà sông Vu Gia – Thu Bồn tại Nông Sơn và Thành Mỹ Nếu tính toán lũ thiết kế cho cáclưuvựclớnnằmtrongphạmvicáclưuvựckểtrênhoặccóthểlấymộttrong4lưuvực trên làm lưu vực tương tự thì cũng cần điều chỉnh thêm hệ số an toàn tuỳthuộcvào vùng tínhtoán.

Nhƣ vậy có thể thấy, luận án tổng hợp đƣợc kết quả tính toán của 11 mô hình khíhậukết hợp với 2 kịch bản để đề xuất phân vùng có khả năng dòng chảy lũ tăng sẽ giúp cho những người thiết kế hoặc ra quyết định có những điều chỉnh phù hợp nhằmcónhững giá trị lũ thiết kế trong tương lai đã xét đếnBĐKH.

Từ kết quả xây dựng cơ sở khoa học đã được nghiên cứu ở chương 2, kết hợp vớicácnguồncơsởdữliệuthuthậpđƣợctừ93trạmđomƣatrongkhuvựcnghiêncứuvàlâncận, luận án đã tiến hành tính toán mƣa một ngày lớn nhất có xét đến biến đổi khíhậutrêncơsởchitiếthóalượngmưavềtừngtrạm.Luậnánđãthựchiệnbướchiệuchỉnhsai số giữa kết quả mô phỏng từ mô hình GCM với các số liệu đo tại các trạm trong thờikỳnềntheophươngpháphiệuchỉnhphânvịkinhnghiệm.Kếtquảchothấy,bướchiệu chỉnh sai số đã làm giảm các sai số trong mô phỏng của mô hình so với trướckhithực hiện bước hiệuchỉnh.

Từ kết quả mô phỏng lượng mưa ngày trong tương lai theo các kịch bản của 11môhình sau khi đã đƣợc hiệu chỉnh sai số về các trạm đo, luận án sử dụng phươngphápnội suy không gian IDW để mô tả lượng mưa diện nhằm xây dựng các bản đồ vềbiếnđộng lượng mưa một ngày lớn nhất trong tương lai cho toàn bộ khu vực nghiêncứu.Kết quả tính toán lƣợng mƣa trung bình so với thời kỳ nền từ 11 mô hình giai đoạn1(2040 – 2069) cho thấy, nhìn chung khu vực Nam Trung Bộ đều có xu hướng tăngvớimức tăng phổ biến từ 10-20%, trong khi giai đoạn 2 (2070-2099), mức tăng phổ biến từ 20-30% theo cả 2 kịch bản RCP4.5 vàRCP8.5.

Trên cơ sở kết quả lƣợng mƣa một ngày max, luận án đánh giá sự thay đổi dòngchảylũtrongtươnglai(cụthểlàlưulượngđỉnhlũ thiếtkếQmaxp)chomộtlưuvựccụthể. cáclưuvựctínhtoánđượcchiathànhhaitrườnghợp:lưuvựccódiệntíchvừavànhỏ,lưu vực có diện tích lớn (>1000km 2 ) Đối với lưu vực có diện tích vừa và nhỏ,lưulượng đỉnh lũ có thể được tính toán theo các công thức Cường độ giới hạnhoặcXokolopsky Trường hợp lưu vực diện tích lớn thì sử dụng công thức triết giảmtínhtoán theo lưu vực tươngtự.

Nhằm giúp cho việc lựa chọn thiết kế đƣợc đơn giản hoá, luận án nghiên cứu, đềxuấtphânthànhcácvùngcósựbiếnđộngkhácnhauvềlƣợngmƣamộtngàylớnnhấtđểtừđó có thể đƣa ra các công thức hiệu chỉnh phù hợp cho bài toán lũ thiết kế có xétđếnbiến đổi khí hậu Tiêu chí chung về phân vùng dựa trên sự biến động lƣợng mƣangàylớn nhất của từng mô hình và trung bình của cả 11 mô hình, đồng thời xem xét cả số lƣợng các mô hình “đồng ý” với sự biến động “chung” nhƣ vậy Từ tiêu chí phânloạivùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ này, luận án xây dựng bản đồ phân vùng biến độngdòngchảylũtrongtươnglaidựatrênsựbiếnđộnglượngmưamộtngàylớnnhấtcho2giaiđoạn:2040–2069và2070–2099.Bảnđồđƣợcchiathành3nhómchínhlànhóm có khả năng tăng nhiều (xấp xỉ 10%), tăng ít (xấp xỉ 5%) và không tăng (không thay đổi so với thời kỳ nền) Khi tính toán lũ thiết kế cho các lưu vực nằm trongphạmvi của bản đồ, tuỳ thuộc vào diện tích lưu vực, mức độ quan trọng của công trìnhmàcó những lựa chọn điều chỉnh cho hợplý.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Các kết quả nghiên cứu của luận án

Luận án đã thu thập đƣợc các tài liệu tính toán, các nghiên cứu về mƣa lũ có xétđếnảnhhưởngcủabiếnđổikhíhậutrongnướcvàngoàinướcliênquantrựctiếpđếnluậnán, tổng kết và chọn lọc được các tài liệu và đưa ra hướng tiếp cận phù hợp củaluậnán.

Luận án đã phân tích đƣợc đặc điểm về tự nhiên, về khí tƣợng thủy văn, đặc điểm dòng chảy của lưu vực nghiên cứu, tạo cơ sở khoa học để lựa chọn các mô hình tính toán phù hợp với từng vùng trong khu vực Nam Trung Bộ.

Luận án đã phân tích được các ưu nhược điểm của các phương pháp tính chi tiếthóalượngmưatheocáckịchbảnbiếnđổikhíhậu,vàlựachọnđượcphươngphápchitiếthóa thống kê Đồng thời Luận án đã tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ các mô hìnhkhítƣợng toàn cầu (GCM), sử dụng phương pháp chi tiết hóa và tính chi tiết hóa dữliệulượngmưatrongtươnglaivềcácđiểmđịaphương.

Dựa trên sự phát triển giả định của Việt Nam và khu vực (theo kịch bản BĐKH 2016) lựa chọn kịch bản biến đổi phát triển trung bình ổn định (RCP4.5) và kịch bản phát triển cao (RCP8.5) để tính toán sự biến đổi dòng chảy trong thời kỳ tương lai: giai đoạn 2040 – 2069 và giai đoạn từ 2070 – 2099 theo 11 mô hình khí tƣợng khác nhau và đưa ra đường xu thế chung.

Kết quả cho thấy theo kịch bản RCP4.5 lượng mưa trên các lưu vực tính toán cóxuhướng tăng, dao động từ 100 – 600mm, còn kịch bản RCP8.5 tại các lưu vực đềuchomức tăng và lớn hơn kịch bản RCP4.5 100mm, tuy nhiên với lưu vực Nông Sơn lạicóxu hướng giảm nhẹ trong cả hai giai đoạn.

Nếuxemxétgiátrịtrungbìnhlƣợngmƣacủa11môhìnhGCMthìkếtquảchoxuthếtăng nhƣng không đáng kể Tuy nhiên, xét riêng từng kịch bản và từng giai đoạnthìmức tăng giảm rất khác nhau Với kịch bản RCP8.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-600mm ở giai đoạn 1 từ 2040 - 2069, và 100mm-700mm ở giai đoạn 2070 - 2099 Với kịch bảnRCP4.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-500mm ở giaiđoạn

1 từ 2040 - 2069, và 100mm-600mm ở giai đoạn 2070 -2099 Luận án tập trung đƣarakết quả của 11 mô hình mà không xem xét đến giá trị trung bình của chúng để có thể thấy rõ hơn sự khác biệt về kết quả giữa 11 mô hình, tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng để lựa chọn một hoặc một số mô hình thíchhợp.

Từ việc phân tích xu thế mƣa một ngày lớn nhất, NCS tiến hành phân tích đƣa rabảnđồ biến động mƣa một ngày lớn nhất khu vực Nam Trung Bộ theo hai kịch bản vàhaigiai đoạn trên sử dụng các mô hình khác nhau và đều cho mức tăng trung bình từ 20%

Luận án đã đƣa ra đƣợc bảng tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dòng chảylũdựatrênsựbiếnđộnglƣợngmƣangàylớnnhấtcủatừngmôhìnhvàtrungbìnhcủa11mô hình và tiến hành xây dựng bản đồ nguy cơ biến động dòng chảy lũ có xét đến biến đổi khí hậu cho các lưu vực vừa vànhỏ.

Luận án đã xây dựng đƣợc mô hình bán phân bố mô phỏng dòng chảy cho 4 lưuvựcsông lớn là sông Kôn tại Bình Tường, sông Ba tại Củng Sơn, và sông Vu Gia – ThuBồn tại Nông Sơn và Thành Mỹ Trên cơ sở đó tính toán và đánh giá biến động biến động dòng chảy lũ cho các lưu vực này có xét đến BĐKH Trên cơ sở bản đồphânvùngbiếnđộngdòngchảylũđềxuấtphươngpháptínhtoánlũthiếtkếtrongtươnglaicó xét đến BĐKH

Những đóng góp mới của luận án

 Xácđịnhđƣợccáctácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnlƣợngmƣamộtngàylớnnhất khu vực Nam Trung Bộ có xét đến sự khác biệt giữa 11 mô hình khí hậu toàncầu.

 Xây dựng được bản đồ phân vùng biến đổi lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khuvựcNam Trung Bộ, làm cơ sở tính toán lũ thiết kế có xét đến biến đổi khíhậu.

Định dạng
Số trang	160
Dung lượng	4,99 MB