NHIEM VU VÀ NỘI DUNG: Thiết lập các kịch bản biến đối khí hậu và sử dụng mô hình SWAT đánh giá sự thay đổi tài nguyên nước thượng lưu vựcsông Đông Nai theo các kịch bản đã thiết lập Ill.
MO DAU
Tài nguyên nước (TNN) trên thé giới nói chung và Việt Nam nói riêng hiện nay đang phải đối mặt với những áp lực gay gắt từ nhiều yếu tố, đặc biệt là Biến đổi khí hậu (BDKH) Theo báo cáo cua Bộ Tài nguyên và Môi trường (2011), trong những năm vừa qua, nhiệt độ trung bình năm tăng 0,5-0,7°C và lượng mưa hàng năm giảm khoảng 2% trong vòng 50 năm qua (1958-2007) Sự thay đổi khí hậu khu vực đã thay đổi điều kiện thủy văn khu vực va sau đó ảnh hưởng nguồn nước khu vực tại Việt Nam Biến đổi khí hậu đã làm cho các thiên tai, đặc biệt là lũ, hạn hán ngày càng tăng.
Biến đồi khí hậu sẽ làm cho dòng chảy sông ngòi thay đối về lượng va sự phân bó theo thời gian, vùng lãnh thổ Tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy năm rất khác nhau giữa các vùng/ hệ thống sông trên lãnh thổ Việt Nam Theo kịch ban biến doi khí hậu trung bình B2, dòng chảy năm trên các sông ở Bắc Bộ phần phía bắc của Bac Trung Bộ có xu hướng tăng phô biến dưới 2% vao thời kỳ 2040 - 2059 và lên tới 2% đến 4% vào thời kỳ 2080 - 2099 Trái lại, từ phần phía nam Bắc Trung Bộ đến phần phía bắc của Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ (hệ thống sông Đồng Nai), dòng chảy năm lại có xu thế giảm, thường dưới 2% ở sông Thu Bồn, Ngàn Sâu nhưng giảm mạnh ở hệ thống sông Đồng Nai, sông Bé từ 4% đến 7% vào thời kỳ 2040 - 2059 và 7% đến 9% vào thời ky 2080 — 2099 Theo kết qua nghiên cứu của Uỷ hội sông Mê Công, dòng chảy năm trên sông Mê Công, tại
Kratie, nguồn cấp nước chủ yếu cho đồng băng sông Cửu Long, trung bình thời kỳ
2010 - 2050 so với thời ky 1985 - 2000 tăng khoảng 4% - 6% ở kịch bản B2.
Hệ thống sông Đồng Nai là hệ thống sông lớn thứ hai ở phía Nam, và đứng thứ ba toàn quốc, lưu vực rộng lớn của nó gần như năm trọn trong địa phận nước ta.
Hệ thống sông Đồng Nai bao gồm các sông chính như sông Đồng Nai, sông La Nga, sông Bé, sông Sài Gòn, sông Vàm Có Đông và sông Vam Co Tây Tổng lượng dòng chảy hàng năm của lưu vực là khoảng 37,4 tỉ mỶ, lượng mưa trung bình 2000mm/năm và lượng bốc thoát hơi trung bình 1200mm/năm Lưu vực biểu hiện rõ nét biến đôi dòng chảy theo mùa với 80 đến 90%, lượng mưa tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11!”Ì Do đó, tại lưu vực này thường xảy ra tình trạng can kiệt dòng chảy vào mùa khô nhưng lại lũ lụt vào mùa mưa. Đánh giá tác động của Biến doi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Pong Nai
Lưu vực hệ thống sông Đồng Nai là vùng kinh tế năng động nhất nước ta, năm 2005 đầu tư trực tiếp nước ngoài chiếm 64% cả nước, vốn đăng ký chiếm 55,7% cả nước, giá trị sản xuất công nghiệp chiếm 57,3% cả nước Đồng thời đây cũng là vùng có mức đô thị hóa cao nhất nước, số lao động trong doanh nghiệp 2,3 triệu người (39,92%) Mức độ đô thị hóa đạt 53,1% Riêng 4 tỉnh công nghiệp (Bình
Dương, Đồng Nai, Vũng Tàu, TP Hỗ Chí Minh) đạt tới 64,7%.
Thượng lưu hệ thống sông Đồng Nai bao gồm lưu vực 2 sông chính là thượng nguồn sông Đồng Nai và sông phụ lưu La Nga, diện tích khoảng 14.900km” Phan lưu vực nay là vùng cung cấp nước chính cho hé thủy điện Trị An Sự phát triển mạnh của các công trình thủy điện tại lưu vực cũng như phát triển về kinh tế xã hội vùng đã kéo theo các hệ quả về gia tăng nhu cầu sử dụng nước Đồng thời, tác động của BĐKH cũng ảnh hưởng không nhỏ đến lưu vực Với nhu cầu sử dụng nước ngày cảng cao tại vùng, đòi hỏi việc nghiên cứu đánh giá các thay đổi về tai nguyên nước tai lưu vực nay trong bối cảnh xét đến tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai Kết quả nghiên cứu là cơ sở để đưa ra những giải pháp phù hợp nhằm bảo vệ nguôồn nước va đảm bao cấp nước cho đời sống và sản xuất của vùng.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá các thay đôi về thủy văn (lưu lượng) tại thượng lưu vực sông Đồng Nai theo các kịch bản biến đôi khí hậu.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là thượng lưu vực sông Đồng Nai, bao gồm 2 lưu vực sông chính: lưu vực thượng nguồn sông Đồng Nai và lưu vực sông La
Nga. Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nguồn tai nguyên nước mặt, sự thay đôi số lượng của nguồn tài nguyên này tại thượng lưu vực sông Đồng Nai trước những ảnh hưởng do BĐKH theo các giai đoạn đến năm 2100
Một số phương pháp chính sau được áp dụng trong báo cáo:
— Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu đã thu thập những tài liệu sau:
+ Thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu;
+ Số liệu về khí tượng thủy văn;
+ Các bản đồ hiện trạng: bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ địa hình, bản đồ sử dụng đất:
+ Cac nghiên cứu tương tự trong và ngoài nước.
— Phương pháp GIS: Lưu vực nghiên cứu được chia ra thành các tiểu lưu vực và lưới ô vuông có kích thước bằng nhau qua công cụ GIS Sự phân chia này cho phép ta phân tích mọi diện tích trong lưu vực Việc ứng dụng GIS không chỉ dừng lại ở việc xác định ranh giới lưu vực một cách tự động, mà nó còn phát huy được các kha năng của GIS như cải tiến tốc độ xử lý, phân tích, tính toán các đặc trưng của lưu vực và tiêu lưu vực như diện tích, độ dốc, chiều dài, chu vi, độ sâu Ứng dụng GIS và phân tích không gian để tạo nhiều bản đồ chuyên đề như: địa hình, hướng dòng chảy, độ dốc chiều dài sườn dốc, kiểu dốc, sông suối, sử dụng đất để tạo số liệu đầu vào cho mô hình tính toán.
— Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp thống kê giúp chỉ tiết hóa các mô phỏng từ mô hình khí hậu toản cầu và đánh giá độ hoàn thiện của mô hình (thông qua số liệu thực đo và mô phỏng) Trong nghiên cứu này, độ hoàn thiện của mô hình được đánh giá thông qua các chỉ số thống kê gồm NSE, PBIAS, R’, RSR.
— Phương pháp mô hình hóa: Mô hình toán được coi là một công cu đắc lực và hữu hiệu cho các nghiên cứu về tài nguyên nước cũng như đánh giá các tác động theo các kịch bản trong tương lai Các mô hình toán lẫy các số liệu đầu vào từ sản phẩm của công cụ GIS, các công cụ số liệu KTTV và chuỗi số liệu lưu lượng thực đo Kết quả cho ra là lưu lượng tại cửa ra của lưu vực và các điểm cân chỉnh mô hình so với số liệu thực đo Kết quả mô phỏng theo các kịch bản BDKH được sử dụng để đánh giá TNN trong tương lai.
Nghiên cứu sử dụng mô hình SWAT nham đưa ra các thay đôi dòng chảy theo các kịch bản biến đối khí hậu trong tương lai.
1.5 Nội dung nghiên cứu: o Nội dung |: Danh giả hiện trạng tài nguyên nước thượng liru vực sông Đồng Nai.
— Thu thập các số liệu về tài nguyên nước của thượng lưu vực sông Đồng Nai
— Sử dụng phương pháp tổng hợp thông kê số liệu, phân tích và đánh giá hiện trạng tài nguyên nước lưu vực nghiên cứu. o Nội dung 2: Xây dựng kịch bản BDKH cho lưu vực sông Đông Nai.
— Thiết lập va hiệu chỉnh kiểm định mô hình SDSM cho thượng lưu vực sông Đông Nai Đánh giá tác động của Biến doi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Pong Nai
— Xây dựng kịch ban BĐKH cho khu vực thượng lưu vực sông Đông Nai theo 3 giai đoạn: 2025 (2015-2040), 2055 (2045-2070), và 2085 (2075- 2100) o Nội dung 3: Đánh giá ảnh hưởng BDKH đến tài nguyên nước thượng hưu vực sông Dong Nai.
— Thiết lập và hiệu chỉnh kiểm định mô hình SWAT cho thượng lưu vực sông Đồng Nai
— Mô phỏng sự thay đổi tai nguyên nước tại thượng lưu vực sông Đồng Nai theo từng kịch bản BĐKH đã được thiết lập.
1.6 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 1.6.1 Ý nghĩa khoa học
Van dé BĐKH hiện nay đang là một thách thức lớn đối với nhân loại trong thé kỉ 21 và nhận được rất nhiều quan tâm từ các nhà khoa học trên cộng đồng thé giới.
TONG QUAN
2.1 Tổng quan về biến doi khí hậu
Biến đổi khí hậu (BDKH) là “những ảnh hưởng có hại của biến đối khí hậu”, là những biến đồi trong môi trường vật lý hoặc sinh học gây ra những ảnh hưởng có hai đáng kế đến thành phan, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên và được quản lý hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế - xã hội hoặc đến sức khỏe va phúc lợi của con người”.(Theo công ước chung của LHQ về biến đổi khí hậu)
Có rất nhiều nguyên nhân gây ra BĐKH, mà chủ yếu là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biến, ven bờ và đất liền khác BĐKH gây ra những thay đổi lớn như trái đất nóng lên, mực nước biển dâng cao do băng tan, thay đổi thành phan khí quyền, sinh quyén
2.1.2 Các kịch bản biến doi khi hậu:
Kịch bản biến đối khí hậu miêu tả sự biến đổi của khí hậu trong tương lai ma cốt lõi là sự nóng lên toàn cầu chính là do sự tăng lên không ngừng của lượng khí nhà kính nhân tạo, phát thải từ nhiều nguồn khác nhau như công nghiệp, giao thông vận tải, phá rung, được quyết định bởi sự tăng dân số, tốc độ phát triển kinh tế toàn câu và tình trạng triệt phá rừng.
Hiện tại, Việt Nam đã công bô một sô các kịch bản biên đôi khí hậu gôm:
— Kịch bản công bố lần 1 vào năm 2009: Kịch bản là một nhân tố quan trọng của quy trình đánh giá tác động của biến đối khí hau, phục vụ xây dựng và triển khai kế hoạch hành động của các Bộ, ngành, địa phương nham ứng phó với biến đối khí hậu Tuy nhiên, Kịch ban năm 2009 chi chỉ tiết đến vùng khí hậu và toàn bộ vùng biển của Việt Nam Đánh giá tác động của Biến doi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Pong Nai
— Kịch bản cập nhật năm 2012: bổ sung các dữ liệu, kiến thức mới về hệ thống khí hậu và các phương pháp tính toán mới để đưa ra các kịch bản chỉ tiết hơn, có cơ sở khoa học và phù hợp với thực tiễn hơn Các loại số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng, khí hau, các trạm hải van, dữ liệu vệ tinh, số liệu mô phỏng của mô hình được khai thác tối đa trong quá trình xây dựng kịch bản Kịch bản có mức độ chỉ tiết đến tỉnh và vùng nhỏ hơn.
Các kịch bản tại BĐKH Việt Nam đều được lập dựa trên các kết quả nghiên cứu của IPCC cho các kịch bản BDKH toàn cau, nhưng chưa công bố theo kịch bản mới nhất của IPCC công bố năm 2014.
Nghiên cứu nảy sẽ sử dụng các mô phỏng của mô hình khí hậu toàn cầu từ kho lưu trữ CMIP5 (CMIPS là những mô phỏng của mô hình khí hậu toàn cầu mới nhất có san và đã được phân tích trong báo cáo đánh giá lần thứ 5 của IPCC) Các kết quả mô phỏng của mô hình khí hậu toàn cầu có sẵn trên trang web CMIP5 - là một định dạng mà có thé dé dang sử dụng cho dữ liệu khí hậu, đặc biệt là đối với các tập dữ liệu lớn IPCC diễn tả các kịch bản phát triển kinh tế xã hội toàn cầu bằng thuật ngữ RCPs (Representative Concentration Pathways - các đường dẫn đến nồng độ khí nhà kính đại diện), tức là các con đường phát triển kinh tế xã hội đưa đến việc trái đất tích tụ các nồng độ khí nhà kính khác nhau và nhận được lượng bức xạ nhiệt tương ứng.
Có bốn nhóm RCPs được mô ta dé dự đoán khí hậu trái đất trong tương lai đến năm 2100: RCP2.6 là nhóm kịch bản phát triển thuộc loại thấp, nhiệt lượng bức xạ mặt đất nhận ít hơn 3W/m7; RCP8.5 là nhóm kịch bản thuộc loại cao mà bức xạ mặt đất nhận được sẽ lớn hơn 8,5 W/m” và tiếp tục tang sau ky dự đoán; RCP6.0 va RCP4.5 là hai nhóm kịch bản ổn định trung gian trong đó cưỡng bức bức xạ được ồn định ở mức khoảng 6 W/m va 4,5 W/m’ Nồng độ khí nhà kính qui đổi thành khí CO; cho từng RCP là : 475 ppm cho RCP2.6; 630 ppm cho RCP4.5; 800 ppm cho RCP6.0 và 1313 ppm cho RCP8.5.
2.1.3 Cac phương pháp xây dựng kịch ban BDKH:
Hiện nay có nhiều phương pháp đã được xây dựng để tạo ra các kịch bản biến đổi khí hậu toàn cầu, nhưng hầu hết các mô hình động lực toàn cầu (GCM) có độ phân giải tương đối thô (khoảng 250 - 600km) nên khó có thé sử dụng trực tiếp sản phẩm của các mô hình này mà cần thực hiện các bước đánh giá cho từng khu vực nhỏ Vì vậy, các phương pháp chỉ tiết hóa thường được dùng chuyển đổi GCM từ độ phân giải không gian lớn sang không gian nhỏ hơn, đưa ra một kịch bản chỉ tiết hơn cho khu vực nhỏ dé sử dung trong các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng BDKH.
Có hai phương pháp chỉ tiết hóa là chỉ tiết hóa động lực và chỉ tiết hóa thống kê
— Chỉ tiết hóa động lực là là phương pháp trích xuất các thông tin khí hậu ở tỷ lệ nhỏ (lưới tính mịn từ vài chục km hoặc nhỏ hơn) băng cách sử dụng các mô hình khí hậu vùng (RCM - Regional Climate Model) với điều kiện biên là số liệu từ các mô hình toàn cầu GCM.
— Chi tiết hóa thống kê cũng dùng kết quả của mô hình GCM dựa vào mối quan hệ thực nghiệm (thông qua phương pháp thống kê) giữa các kết quả của GCM với các yếu tố khí hậu của một khu vực cụ thé để xác định mô hình dự báo Hay còn được gọi là phương pháp biến đổi thống kê từ các kết quả của mô hình khí hậu toàn cầu.
Phương pháp chỉ tiết hóa động lực mang lại kết quả có độ tin cậy cao hơn tuy nhiên cũng yêu câu nhiều số liệu hơn đồng thời cũng cần nhiều thời gian và sử dụng tài nguyên máy tính lớn hơn nên ít được sử dụng Ngược lại do đặc điểm dễ áp dụng và ít tốn kém hơn nên phương pháp chỉ tiết hóa thống kê thường hay được ứng dụng trong thực tiễn Có nhiều phương pháp chỉ tiết hóa thông kê khác nhau như: SDSM, LARS-WG, WGEN , tuy nhiên, tại Việt Nam, phố biến nhất là sử dụng mô hình
SDSM (Rob Wilby và Christian Dawson cua Anh xây dựng).
Trong luận văn nay, mô hình SDSM đã được sử dung dé tính toán các yếu tô khí hậu dưới ảnh hưởng BĐKH cho khu vực nghiên cứu dựa trên kịch bản BĐKH toàn cầu năm 2014. Đánh giá tác động của Biến doi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Pong Nai
Soils | —eSemeres ơ_ ar 7 -ơ “am aN ae at
Hình 2.1: Sơ đồ minh họa phương pháp chỉ tiết hóa thông kê từ mô hình GCM 2.2 Tổng quan mô hình thủy văn
Mô hình thủy văn hiện nay là một công cụ phát triển của quản lý thủy văn tải nguyên nước Sự phát triển này là do quá trình phát triển nhanh chóng của máy tính và công nghệ thông tin, cung cấp cho loài người một khả năng mới trong sử dụng nước một cách hợp ly va đưa ra những biện pháp bảo vệ hiệu quả Các mô hình thủy văn có nhiều ứng dụng khác nhau, dé tính toán người ta sử một số mô hình như SWAT, MIKE-SHE, HEC-HMS, NASIM, và nhiều mô hình khác.
Mô hình mưa — dong chảy MIKE — SHE của Viện Thuy luc Dan Mach thuộc nhóm mô hình bán phân bố hoặc phân bố Nó bao gồm vai thành phan tính lưu lượng và phân phối nước theo các pha riêng của quá trình dòng chảy:
— Mua -— sô liệu đầu vào Ca dạng lỏng va ran.
— Boc thoát hoi, bao gôm cả phân bị giữ lại bởi thực vat— sô liệu dau vào.
— Dòng chảy mặt - dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn 2 chiêu.
— Dòng chảy trong lòng dẫn — diễn toán 1 chiều của Mike 11 được sử dụng.
Mô hình này cung cấp vai phương pháp như Muskingum, phương trình khuếch tán hoặc phương pháp dựa vào giải phương trình St.Venant.
— Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa — mô hình 2 lớp đơn, mô hình dòng chảy trọng lực hoặc mô hình giải phương trình Richard.
CƠ SỞ LÝ THUYET MÔ HÌNH
3.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình
SWAT cho phép mô phỏng một số các quá trình vật lý khác nhau xảy ra trong một lưu vực sông Trong bất kỳ ứng dụng mô hình nào với SWAT thì cân bằng nước là động lực cho mọi quá trình xảy ra trong lưu vực.
Tangrộ cay Sung to vớt —ơ Dong chay mat nước, Nước trong đất | SH, ` Ne
Tang không HN ee — — Ding chảy trẻ bão nòa | z — g chảy ie wen
Tằngnước Thắm vào tẳng ———— > w ngằm nông Msi ck aly nước ngậm nông bu | a ing
Lc lle ken nén Thẩm vào tang nước ngam sáu 2 z ngậm sau
Hình 3.1: Chu trình vòng tuần hoàn nước
(Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation version 2009)
Mô hình thủy học trong lưu vực được phan chia thành hai nhóm chính:
— Pha đất của chu trình thủy văn (Hinh 3.1): kiểm soát lượng nước, phù sa, dinh dưỡng và thuốc trừ sâu được đưa từ trong mỗi tiểu lưu vực ra sông chính.
— Pha nước của chu trình thủy văn (Hình 3.2): kiểm soát quá trình di chuyển của dòng nước, quá trình bồi lang, v.v diễn ra thông qua hệ thống sông ngòi của lưu vực đến cửa xả.
SWAT là mô hình ở cấp độ lưu vực, SWAT được thiết kế dé dự báo những ảnh hưởng của việc quan lí lên nước, phù sa và lượng hóa chất sinh ra từ hoạt động nông nghiệp trên những lưu vực không có mạng lưới quan trắc Mô hình dựa trên các quá trình vật lý, với sự hỗ trợ của máy tính và khả năng mô phỏng liên tục trong khoảng thời gian dài Các thành phần chính của mô hình bao gồm thời tiết, thủy văn, tính chất và nhiệt độ của đất, sự phát triển cây trồng, dưỡng chất, thuốc trừ sâu, vi khuẩn và mầm bệnh và quản ly đất đai. Đề hỗ trợ mô phỏng, trong mô hình SWAT lưu vực được phân chia thành các tiểu lưu vực Mỗi tiểu lưu vực sau đó được chia thành các đơn vị thủy văn (Hydrologic Response Unit- HRU) dựa trên những đặc trưng đồng nhất về sử dụng đất, tho nhưỡng, độ dốc Các HRUs chiếm giữ tỉ lệ diện tích khác nhau trong tiểu lưu vực và không có vi trí không gian trong quá trình mô phỏng SWAT Mô hình
SWAT tổng hợp dòng chảy, bồi lắng và tải lượng dưỡng chất từ mỗi tiểu lưu vực, HRUs và sau đó dẫn kết quả này vào các kênh dẫn, ao, hồ chứa đến cửa xả lưu vực.
Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình phân bố Mô hình này chia dòng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất và pha trong sông Pha mặt đất diễn tả các phần dòng chảy mặt, phần xói mòn Pha sát mặt diễn tả các thành phân dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm Pha trong sông diễn tả diễn toán lượng dòng chảy tới mặt cắt cửa ra của lưu vực. Đánh giá tác động của Biến doi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Pong Nai
Mô hình dự báo thủy văn ở mỗi HRU băng cách sử dụng phương trình cân băng nước
SW, =SW,+ (Ri — Ong — F„—W„ — Qeu ) (3 1) t i=l
— SW, (mmH,0): Tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán.
SWo (mm H,0): Tổng lượng nước trong đất tại thời điểm ban dau.
— Raa (mm H0): Tổng lượng mưa tại ngày thứ i.
— Qsur (mm H;0): Tổng lượng nước mặt ngày thứ i.
E, (mm H,0): Lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i.
— Wseep (mm H0): Lượng nước ngâm ngày thứ i.
— Qgw (mm H,0): Luong nước ngầm cung cấp cho sông ngày thứ i.
Mỗi thành phân trong phương trình cân băng nước trên lại được tính toán khác nhau, được trình bay chi tiết ở các nội dung sau:
3.1.2 Tính toán tong lượng mưa (R day)
Mô hình SWAT tính toán tổng lượng mưa trong ngày dựa trên phương pháp của Fiering (1967) và được cải tiễn bởi Nicks (1974) Chi tiết như sau:
Trong đó: Raay là lượng mưa vào ngày nhất định (mmH;O); tmon là lượng mua trung bình hàng ngày trong tháng (mmH;O); Omon là độ lệch chuẩn của lượng mua ngày trong thang; SNDaay là chênh lệch bình thường trong ngày tính toán; gmon là hệ số nghiêng cho lượng mưa hàng ngày trong tháng. Độ chênh lệch bình thường trong ngày tính toán dựa trên công thức:
SND day ~ cos(6.283.rnd., )q/2In(rnd,) (3 3)
Trong đó rnd, va rnd, có giá trị ngẫu nhiên từ 0 đến 1 Kết hợp phương trình trên tong lượng mưa hàng ngày được tính dựa vao công thức sau:
3.1.3 Tính lượng nước bê mặt (Qsurp
Tổng lượng nước bề mat trong SWAT được tinh toán dựa trên phương trình lưu lượng SCS Phương trình lưu lượng SCS là một mô hình thực nghiệm đã được sử dụng rộng rãi vào những năm 1950 Mô hình được phát triển để đánh giá tổng lượng dòng chảy ứng với các kiểu sử dụng đất và tính chất đất khác nhau (Rallison va Miller, 1981) Phương trình chỉ số đường cong SCS như sau:
Trong đó: Qsur là lượng dòng chảy mặt hay mưa hiệu qua (mm); R aay là lượng mưa ngay (mm); I, là khả năng trữ nước ban đầu (mm), S là thông số lượng trữ
Thông số lượng trữ thay đổi theo không gian tùy theo những sự thay đổi về tính chất đất, việc sử dụng và quản lý đất, độ dốc và thời gian.
Thông số này lượng trữ xác định như tại phương trình sau:
Trong đó: CN là chỉ số đường cong; Thông thường Ia = 0,2S và phương trình trên được viết lại như sau:
3.1.4 Tinh toán lượng bốc thoát hơi (E,)
Bốc thoát hơi là quá trình nước chuyển hoá thành hơi nước Nó bao gồm các quá trình thoát hơi từ cây và bốc hơi từ nước và đất Dé tính toán lượng bốc thoát Đánh giá tác động của Biến doi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Pong Nai hơi thực tế, SWAT trước hết tính toán lượng bốc hơi từ lớp nước mưa bị chặn trên vòm cây, sau đó tiếp tục tính toán lượng bốc thoát hơi qua thảm phủ, lượng bốc hơi từ lớp đất.
Bốc hơi của lượng mưa bị chặn trên tán cây cây Nếu lượng bốc hơi tiềm năng (Eo), nhỏ hơn lượng nước tự do trữ trong tán (R¡xr) Khi đó: hạ = hoan — họ (3 8) Rinrg — r0 — Ean ( 3 9)
Trong đó: E, là lượng bốc thoát hơi thực tế trên lưu vực trong một ngày (mm);
Ecan là lượng bốc thoát hơi từ bề mặt nước tự do trữ trong tan cây trong một ngày (mm); E„ là bốc thoát hơi tiềm năng trong một ngày (mm), Rint là lượng nước trữ trong tán cây đầu thời điểm tính toán (mm); Rmr¿› là lượng nước trữ trong tan cây cuối thời điểm tính toán (mm).
Nếu lượng bốc hơi tiềm năng (Eo) nhỏ hơn lượng nước tự do trữ trong tán
Thoát hoi nước qua thảm phủ: việc tính toán thoát hoi nước qua thảm phủ sử dụng phương trình Penman -Monteith.
Trong đó E, là lượng thoát hơi nước cực dai trong ngày (mm); E’, là bốc thoát hơi tiềm năng hiệu chỉnh đối với bốc hơi từ bề mặt nước tự do trong vòm (mm);
LAI là chỉ số che phủ lá.
Bốc thoát hơi nước từ đất: Lượng bốc thoát hơi từ đất sẽ bị ảnh hưởng bởi góc nghiêng mặt trời Lượng bốc thoát hơi lớn nhất từ đất trong một ngày được tính toán theo phương trình:
BECO - 0
KET QUA VÀ THẢO LUẬN
4.1 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT
Phân tích độ nhạy các thông số mô hình nhằm xác định ảnh hưởng của sự thay đôi từng thông sô mô hình lên kêt quả của mô hình và nhăm chọn ra các thông sô có ảnh hưởng lớn đến kết quả mô hình Bước này được thực hiện với mục đích tiết kiệm thời gian và khối lượng tính toán trong bước hiệu chỉnh mô hình Trong mô hình SWAT, có 26 thông số mô hình ảnh hưởng đến đến kết quả mô phỏng chu trình thủy văn (Bang 4 1).
Bảng 4.1: Thông số mô phỏng lưu lượng dòng chảy mô hình SWAT
; Khoang STT Thong so Mô ta gia tri gidi han
1 |CN2 Hệ số CN ứng với điều kiện âm II 35 - 98 2_ |ESCO Hệ số bốc hơi của đất 0-1 3 GWQMN Ngưỡng sinh dòng chảy ngầm [mm] 0 - 5000
4 |ALPHA BF | Hệ số triết giảm 0-1
5 |SOL Z Độ sâu tầng đất 0 - 3500
6 SOL AWC dấu năng chứa nước của đất [mm H;O/mm 0-1
7 CH K2 Tính thâm của kênh chính [mm/giò] -0,01 - 500 8 |GW REVAP | Hệ số bay hơi tang ngầm 0,02 - 0,2 9 |CH N2 Hệ số nhám của kênh chính -0,01 - 0,3
10 |SOL K Độ thấm bão hòa 0 - 2000
11 CANMX Kha năng lưu trữ tối đa của tang lá cây [mm] 0 - 10012 |GW DELAY | Thời gian trễ tầng ngầm [ngay] 0 - 500
Khoảng STT Thông sô Mô tả giá trị giới hạn
13 BLAI Chỉ số diện tích lá cây trồng tối đa tiềm năng 14 | EPCO Triết giảm hap thu của thực vật 0-1 15 SURLAG Thời gian trễ của dòng chảy chính [ngày] I- 24
16 REVAPMN Ngưỡng chiêu sau của nước trong tang ngam 0 - 500 cho su bay hoi [mm]
I7 | BIOMIX Nang suat sinh hoc 0-1 18 |SLSUBBSN | Chiều dài độ dốc trung bình [m] 10 - 150 19 | SLOPE Độ dốc trung bình [m/m]
20 |SOL ALB Chỉ số Albedo 0 - 0,25 21 |SFTMP Nhiệt độ đóng băng [°C] -5 -5
22 SMEMN Hệ sô tuyêt tan ngày 21/12 [mm H,O/'C- 0-10 ngay |
23 SMEMX Hệ so tuyên tan ngày 21/6 [mm H;O/C- 0-10 ngay | 24 | SMTMP Nhiệt độ tuyết tan [°C] -5 -5 25 TIMP Tuyết tan theo nhiệt độ trễ 0-1 26 | TLAPS Tốc độ nhiệt thay đồi 0 - 50
Trong nghiên cứu này sử dụng 19 thông số, là các thông số về đặc điểm thủy văn, lưu vực, tiêu lưu vực và bỏ qua các thông sô liên quan đên tuyết Nghiên cứu phân tích độ nhạy dựa trên dữ liệu quan trắc lưu lượng của 3 trạm Tà Lài (thời đoạn 1987-2003), Ta Pao (1980-2013) va Phú Hiệp (1986-2013) bang phương pháp tinh là SUFI2 và được mô phỏng 30 lan. Đánh giá tác động của Biến đôi khí hậu đến tài nguyên nước thượng lưu vực sông Đông Nai
Hình 4.1: Kết qua phân tích độ nhạy Có hai giá trị thé hiện độ nhạy:
— †- stat: thước đo độ nhạy Giá trị tuyệt đối t- stat càng lớn thì càng nhạy.
— p- value: giá trị xác định tầm quan trọng của độ nhạy Giá trị p — value càng gân băng 0 thì càng có ý nghĩa đối với mô hình.p
