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

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI LÊ THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NAM TRUNG BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀPTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI LÊ THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NAM TRUNG BỘ Chuyênngành: Thủy vănhọcMãsố: 62- 44-02-24 NGƢỜI HƢỚNG DẪNKHOAHỌC PGS TS Ngô LêLong PGS TS Trần Thanh Tùng LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có)đãđƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo đúngquyđịnh Tác giả luậnán Lê Thị HảiYến LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin đƣợc bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngơ Lê Long, PGS.TS Trần Thanh Tùng, tận tình hƣớng dẫn tác giả suốt thời gian nghiên cứu thực luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo ĐH&SĐH, Tập thểcácThầycơgiáokhoaThủyvănvàTàingunnƣớc,PhịngKhoahọcCơngnghệ,Trƣờng Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, giúp đỡ tạo điều kiện để tác giảhoànthành luậnán Tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ môn Thủy Lực - Khoa Kỹ thuật Tài Nguyênnƣớc,nơi tác giả công tác, tạo điều kiện thời gian cơng việc giúp tác giả hồn thành luậnán Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè sát cánh động viên tác giả vƣợt qua khó khăn để thực luận án Tác giả luận án MỤC LỤC MỤCLỤC iii DANH MỤC CÁCHÌNHẢNH .v DANH MỤCBẢNGBIỂU vii DANH MỤC CÁC TỪVIẾTTẮT .viii MỞĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ CĨ XÉT ĐẾN BIẾNĐỔIKHÍHẬU 1.1 Tổngquancácnghiêncứuvềmƣa,lũtrongnƣớcvàthếgiới 1.2 SơlƣợcvềBĐKHvàcáckịchbản 1.3 Tổngquancácnghiêncứuvềtácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũ .13 1.3.1 Nghiêncứuvềtácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũtrênthếgiới 13 1.3.2 Nghiêncứutácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũởViệtNam 17 1.3.3 Nam Nhữnghạnchếtrongnghiêncứutínhtốnmƣa,lũcóxétđếnbiếnđổikhíhậu ởViệt 21 1.4 Tổng quan khu vựcnghiêncứu 22 1.4.1 Đặc điểm địa lýtự nhiên 22 1.4.2 Đặc điểm khí tƣợng,thủyvăn 27 1.4.3 Đặcđiểmdịngchảylũtrêncáclƣuvựcsơng 30 1.4.4 XuthếmƣalớncủakhuvựcNamTrungBộ 32 1.5 Địnhhƣớngnghiêncứucủaluậnán .36 1.6 Kết luậnchƣơng1 40 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾNBIẾN ĐỔIKHÍHẬU .42 2.1 Các mơ hìnhkhíhậu .42 2.1.1 Sự phát triển mơ hìnhkhí hậu .42 2.1.2 Mơ hình khí hậutồncầu 43 2.1.3 Tổ hợp mơ hình khí hậucủaIPCC 45 2.1.4 Lựa chọn mơ hình khí hậu sử dụng trongLuậnán 46 2.2 Cơ sở lý thuyết chi tiết hóa kịchbảnBĐKH 50 2.3 Phƣơng pháp thống kê chitiếthóa 55 2.4 Kịch BĐKH liệu sử dụng trongluậnán 57 2.5 Phƣơng pháp tính tốn lũthiếtkế .59 2.6 Kết luậnchƣơng2 66 CHƢƠNG TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍHẬU KHU VỰCNGHIÊNCỨU 68 3.1 Tínhtốnmƣamộtngàylớnnhấtcóxétđếnbiếnđổikhíhậu 68 3.1.1 Kếtquảchitiếthóalƣợngmƣavềtừngtrạmvàhiệuchỉnhsaisố 68 3.1.2 Phân tích kết lƣợng mƣa ngày lớn có xét đến BĐKH củamộtsốlƣuvựcđiểnhìnhtrênkhuvực 70 3.1.3 3.2 XâydựngbảnđồbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtkhuvựcNamTrungBộ 77 Tính tốn đỉnh lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ có xét đến biến đổi khí hậu88 3.2.1 Tính tốn lũ thiết kế cho khu vực vừavànhỏ 88 3.2.2 Tínhtốnlũthiếtkếcholƣuvựccódiệntíchlớn 94 3.2.3 Đánh giá biếnđộngQmax 106 3.3 Ứng dụng đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ vào tính tốn dịng chảylũthiếtkế 110 3.4 Kết luậnchƣơng3 111 KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ 113 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃCÔNGBỐ 116 TÀI LIỆUTHAM KHẢO 117 PHỤLỤC 124 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hai cách tiếp cận xây dựng kịch biến đổi khí hậu IPCC (2010) (Moss nnk,2010[21]) .11 Hình 1.2 Bản đồ vị trí địa lý khu vựcnghiêncứu 23 Hình1.3Bảnđồmạnglƣớisơngsuối 26 Hình1.4Xuthếlƣợngmƣa1ngàylớnnhất 36 Hình 1.5 Sơ đồ tiếp cậnnghiêncứu 39 Hình 2.1 Cấutrúclƣới 43 Hình2.2ƠlƣớimơhìnhAccess1-3,CanESM2,CMCC-CMS,CNRM-CM5 49 Hình2.3Phânbốtầnsuấtmƣathựcđovàhiệuchỉnh(theoGudmundssonvànnk[83]) .56 Hình2.4Bảnđồvịtrí93trạmkhítƣợngsửdụngtrongluậnán 58 Hình 2.5 Cấu trúc mơ hình NAM (theo Nielsen Hansen,1973)[87] .64 Hình2.6Cânbằnglƣợngtrữđoạnsơng .65 Hình 3.1 Trung bình (a) độ lệch chuẩn (b) sai số lƣợng mƣa tính tốn 1ngàylớn 11 mơ hình GCM với số liệu thực đo 93 trạm mƣa khuvựcnghiêncứu 69 Hình 3.2 Kết biến động lƣợng mƣa ngày lớn lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 20402069 71 Hình 3.3 Kết biến động lƣợng mƣa ngày lớn lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 20702099 71 Hình 3.4 Kết biến động lƣợng mƣa ngày lớn lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 20402069 72 Hình 3.5 Kết biến động lƣợng mƣa ngày lớn lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 20702099 72 Hình3.6Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 2040-2069 73 Hình3.7Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 2070-2099 73 Hình3.8Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 2040-2069 74 Hình3.9Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 2070-2099 74 Hình3.10KếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtlƣuvựcVuGia–ThuBồnkịchbảnRCP4.5giaiđoạn2040-2069 75 Hình3.11KếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtlƣuvựcVuGia–ThuBồnkịchbảnRCP4.5giaiđoạn2070-2099 75 Hình 3.12 Kết biến động lƣợng mƣa ngày lớn lƣu vực sông Bakịchbản RCP8.5 giaiđoạn 2040-2069 76 Hình3.13KếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtlƣuvựcsơngBakịchbản RCP8.5 giaiđoạn 2070-2099 77 Hình 3.14 Sự biến động (%) lƣợng mƣa 1ngày lớn so với thời kỳ nềnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 1(2040-2069) 80 Hình 3.15 Sự biến động (%) lƣợng mƣa 1ngày lớn so với thời kỳ nềnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 2(2070-2099) 82 Hình 3.16 Sự biến động (%) lƣợng mƣa 1ngày lớn so với thời kỳ nềnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 1(2040-2069) 84 Hình 3.17 Sự biến động (%) lƣợng mƣa 1ngày lớn so với thời kỳ nềnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 2(2070-2099) 86 Hình3.18Biếnđộngtrungbìnhlƣợngmƣa1ngàylớnnhấttrênmộtsốlƣuvựcchínhso với thờikỳnền 87 Hình 3.19 Bản đồ phân vùng biến động dịng chảy lũ thiết kế giaiđoạn2040-2069 92 Hình 3.20 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2070 2099.93Hình 3.21 Quan hệ Qmax Qngày max NơngSơn(1977-2010) 95 Hình 3.22 Quan hệ Qmax Qngày max ThànhMỹ(1977-2010) 96 Hình 3.23 Quan hệ Qmax Qngày max CủngSơn(1977-1997) 97 Hình 3.24 Quan hệ Qmax Q ngày max trạmAnKhê 97 Hình 3.25 Quan hệ Qmaxvà Qngàymaxtại trạmBìnhTƣờng 98 Hình3.26SơđồmơphỏnglƣuvựcNơngSơn .99 Hình3.27SơđồmơphỏnglƣuvựcThànhMỹ 100 Hình3.28SơđồmơphỏnglƣuvựcCủngSơn 101 Hình3.29SơđồmơphỏnglƣuvựcsơngKơntạiBìnhTƣờng 102 Hình 3.30 Dịng chảy thực đo mơ (trung bình tháng) Nơng Sơn (a), ThànhMỹ(b),BìnhTƣờng(c)vàCủngSơn(d)giaiđoạnhiệuchỉnh 103 Hình 3.31 Dịng chảy thực đo mơ (trung bình tháng) Nơng Sơn (a), ThànhMỹ(b),BìnhTƣờng(c)vàCủngSơn(d)giaiđoạnkiểmđịnh 105 Hình 3.32 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch RCP4.5 giaiđoạn2040-2069 107 Hình 3.33 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch RCP4.5 giaiđoạn2070-2099 107 Hình 3.34 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch RCP8.5 giaiđoạn2040-2069 107 Hình 3.35 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch RCP8.5 giaiđoạn2070-2099 108 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các kịch Biến đổikhíhậu 13 Bảng 1.2 Lƣợng bốc bình quân tháng trung bình nhiều nămĐ n vị:mm 28 Bảng 1.3 Tần suất xuất lũ lớn năm vào thángtrongnăm 32 Bảng 1.4 Số bão tần suất xuất bão khu vựcnghiêncứu .33 Bảng1.5Xuthếbiếnđổilƣợngmƣamộtngàylớnnhấttheochuỗinămquantrắc 34 Bảng2.1Cácmơhìnhkhíhậuđƣợclựachọn 48 Bảng2.2Thốngkêsốtrạmmƣavàsốnămquantrắcsửdụngtrongtínhtốn .58 Bảng 2.3 Tiêu chuẩn thiết kế lũ củaHoaKỳ 61 Bảng 3.1 Tiêu chí phân loại vùng nguy biến động dòngchảylũ .91 Bảng3.2ThơngsốmơhìnhcáclƣuvựcconvàcácđoạnsơnglƣuvựcNơngSơn–T h n h Mỹ 103 Bảng 3.3 Bảng thơng sốmơhình .104 Bảng 3.4 Thông số mơ hình lƣu vực đoạn sơng cho lƣu vực CủngS n .104 Bảng 3.5 Đánh giá khả gia tăng dòng chảy lũ thiết kế số lƣu vực giaiđoạn2040-2069 109 Bảng 3.6 Bảng đánh giá khả gia tăng dòng chảy lũ thiết kế số lƣu vựcgiaiđoạn20702099 110 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khíhậu IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change (Ủy ban Liên phủ Biến đổi Khíhậu) IDF Intensity-Duration-Frequency(Cƣờngđộmƣa–Thờigian–Tầnsuất) GCM Global Climate Model General Circulation Model (Mô hình khí hậu tồncầu) GDP Gross Domestic Product (Tổng sản phẩm nộiđịa) PMP Probable Maximum Precipitation (Mƣa lớn khảnăng) QP Quyphạm QP.TL Quy phạm thủylợi RCP Representative Concentration Pathways (Kịch nồng độ khí nhàkính) RCM Regional Climate Model (Mơ hình khí hậu khuvực) HTNĐ Hội tụ nhiệtđới XTNĐ Xốy thuận nhiệtđới KKL Khối khílạnh CMIP Coupled Model Intercomparison Project Phase (Dự án Đối chứng Mơ hình khíhậu) SRES UNISDR UNDP Special Report on Emission Scenarios (Kịch phátthải) United Nations Office for Disaster Risk Reduction ( Ủy ban Liên hợp quốc giảm nhẹ thiên tai) UnitedNationsDevelopmentProgramme(ChƣơngtrìnhpháttriểncủaLiên hợpquốc) NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration Commissioned Corps (Cơ quan Quản trị Khí Đại dƣơng Quốcgia) GIS Geographic information systems (Hệ thống thông tin địalý)