Luận án tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất và phát triển thủy điện đến tài nguyên nước lưu vực sông Sêrêpôk

LỜI CAM ĐOANTôi cam đoan luận án tiến sĩ ngành Quản Lý Tài Nguyên và Môi Trường, với đề tài “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất và phát triển thủyđiện đến tài

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ THẢO NHI

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CUA BIEN DOI KHÍ HẬU, THAY

DOI SỬ DỤNG DAT VA PHAT TRIEN THỦY ĐIỆN DEN

TAI NGUYEN NUOC LUU VUC SONG SEREPOK

LUẬN ÁN TIEN SĨ

VIET NAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH

UNIVERSITY OF SCIENCE

PHAM THI THAO NHI

IMPACTS OF CLIMATE CHANGE, LAND-USE CHANGE, AND

HYDROPOWER DEVELOPMENT ON WATER RESOURCES

OF THE SEREPOK RIVER BASIN

Doctoral Thesis

_ ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ THẢO NHI

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CUA BIEN DOI KHÍ HẬU, THAY DOI SỬ DỤNG DAT VÀ PHÁT TRIEN THỦY ĐIỆN DEN TÀI

NGUYÊN NƯỚC LƯU VUC SÔNG SEREPOK

Ngành: Quản Lý Tài Nguyên Và Môi Trường

Mã sô Ngành: 9850101

Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Kim Lợi

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thị Bảy

Phản biện 3: PGS.TS Lương Văn Việt

Phản biện độc lập 1: PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang

Phản biện độc lập 2: PGS.TS Lương Văn Việt

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS ĐÀO NGUYÊN KHÔI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận án tiến sĩ ngành Quản Lý Tài Nguyên và Môi Trường, với đề

tài “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất và phát triển thủyđiện đến tài nguyên nước lưu vực sông Sêrêpôk” là công trình khoa học do Tôi thực hiện

dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Dao Nguyên Khôi.

Những kết quả nghiên cứu của luận án hoàn toàn trung thực, chính xác và không

trùng lắp với các công trình đã công bô trong và ngoai nước.

Nghiên cứu sinh (Ky tên, ghi họ tên)

Phạm Thị Thảo Nhi

TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN

Tên dé tài luận án: NGHIÊN CỨU TAC DONG CUA BIEN DOI KHÍ HẬU, THAY DOI SỬ

DỤNG ĐÁT VÀ PHÁT TRIÊN THỦY ĐIỆN ĐÉN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SÊRÊPÔK

Ngành: QUAN LÝ TÀI NGUYEN VA MOI TRƯỜNG

Mã số ngành: 9850101

Họ tên nghiên cứu sinh: PHẠM THỊ THẢO NHI

Khóa đào tạo: 2019

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐÀO NGUYÊN KHÔI

Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG.HCM

1 TÓM TAT NOI DUNG LUẬN ÁN:

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng dat va phat triển thủy điện diễn ra

nhanh hơn và mạnh hơn nên việc nhận dạng tác động của các yếu tô này đến tài nguyên nước là cần thiết, nhằm quy hoạch và quản lý hiệu quả nguôn nước Lưu vực sông Sêrêpôk là một trong

những sông lớn của Việt Nam và là nguồn cung cấp nước quan trọng phục vụ cho phát triển kinh

tẾ - xã hội khu vực Tây Nguyên Mục tiêu của luận án này nhằm đánh giá tác động riêng lẻ và

tong hợp do những thay đổi về khí hậu, thay đổi sử dụng đất, và phát triển thủy điện đối với

dòng chảy và lượng phù sa lưu vực sông Sêrêpôk Nghiên cứu được tiến hành bằng cách sử dung

mô hình thủy văn SWAT nhằm dé mô phỏng sự thay đổi dòng chảy và phù sa theo các kịch bản

tương lai ve biến đổi khí hau, thay đổi sử dụng dat, va phát triển thủy điện Các kịch bản biến

đổi khí hậu được xây dựng bằng phương pháp thay đổi hệ số delta dựa vào kết quả mô phỏng khí hậu toàn cầu từ CMIP6 Các kịch bản sử dụng đất tương lai được xây dựng bằng cách sử dụng mô hình chuyền đổi mục đích sử dụng đất CLUE-s Kịch bản phát triển thủy điện được đưa

ra dựa trên quy hoạch phát triển thủy điện của lưu vực Kết quả nghiên cứu cho thấy dưới tác

động của biến đổi khí hậu, nhiệt độ và lượng mưa được dự báo tăng trong tương lai, điều này dẫn đến mức tăng của dòng chảy năm và phù sa có thé lên đến 37% va 75% Bên cạnh đó, kịch bản thay đổi sử dụng đất trong tương lai cho thấy xu hướng tăng diện tích đất đô thị và đất nông

nghiệp, và giảm diện tích đất rừng và cây bụi, điều này gây ra sự tăng dòng chảy và phù sa trên lưu vực lần lượt là 3,4% và 5,0% Dưới tác động của kịch bản phát triển thủy điện, dòng chảy mùa lũ có xu hướng giảm (10%) và dòng chảy mùa kiệt có xu hướng tăng (30%) Dưới tác động tong hop cua biến đổi khí hậu, thay đổi sử dung dat và phát triển thủy điện, lưu lượng dòng chảy

và lượng trầm tích hàng năm có xu hướng tăng, lần lượt là 41% và 45% Nhìn chung, kết quả

nghiên cứu chỉ ra răng biến đổi khí hậu có tác động lớn nhất đối với sự gia tăng dòng chảy và

phù sa so với tác động của thay đổi sử dụng đất và phát triển thủy điện Do đó, trong tương lai

cần chú trọng đến các giải pháp quản lý nguồn nước thích ứng với biến đồi khí hậu Kết quả của

nghiên cứu này đóng góp cơ sở khoa học cho công tác quản lý và quy hoạch bền vững tài

nguyên nước lưu vực sông trong bối cảnh thay đổi môi trường.

2 NHỮNG KÉT QUÁ MỚI CỦA LUẬN ÁN:

— Xem xét các tác động riêng lẻ của các yếu tố: biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất và

phát triển thủy điện lên tài nguyên nước, trong 3 nhân tố được xem xét thì biến đổi khí

hậu là nhân tô gây biến đổi dòng chảy và bùn cát lớn nhất, với mức tăng là 37% đối với

dòng chảy và 75% đối với trầm tích.

— Xét theo các kịch bản tác động tổng hop, dòng chảy sẽ thay đổi đáng ké trong tương lai,

3 CÁC UNG DUNG/ KHẢ NĂNG UNG DUNG TRONG THUC TIEN HAY NHỮNG VAN DE CON BO NGO CAN TIEP TUC NGHIEN CUU

— Bên cạnh đánh giá tác động đến nước mặt, cần phải xem xét đến sự thay đổi của nước

ngầm, về trữ lượng và chất lượng nước ngầm.

— Khắc phục hạn chế về chất lượng dữ liệu quan trắc có thé giúp nâng cao hiệu quả mô

phỏng và tính toán của mô hình trong luận án này.

THESIS INFORMATION

Thesis title: IMPACTS OF CLIMATE CHANGE, LAND-USE CHANGE, AND HYDROPOWER DEVELOPMENT ON WATER RESOURCES OF THE SEREPOK RIVER BASIN

Speciality: Environmental and Resource Management

Code: 9850101

Name of PhD Student: PHAM THI THAO NHI

Academic year: 12/2019 — 12/2023

Supervisor: Assoc Prof Dao Nguyen Khoi

At: VNUHCM - University of Science

1 SUMMARY:

In the context of climate change, land-use change and hydropower development have been happening faster and stronger, it is urgent to investigate the effects of these impacts on water resources, particularly in planning and management Serepok river basin, one of the

river basins in Vietnam, the hydrological components have been changing due to regional

characteristics such as climate change, land-use change, and hydropower development.

The objective of this study was to develop an approach to assess these separated and

combined impacts on water resources To accomplish this goal, SWAT model was used to simulate streamflow and sediment with reliable results before applying various scenarios, including future climate change, land-use change, and hydropower development In this

study, climate change scenarios were built by delta change method based on global climate

simulation results from CMIP6 Land-use scenarios were developed using the CLUE-s

model based on past trends in land use, along with population growth scenarios Besides,

the hydropower development scenario was based on the hydropower development

planning of the Serepok Results show that temperature and precipitation were predicted to

increase in the future, which leads to an increase of 37% and 75% in runoff and sediment

respectively In addition, the future land-use scenario showed a trend toward increasing

urban and agricultural land while decreasing forest and shrubland, which causes an

increase in runoff and sediment by 3.4% and 5.0% respectively Under the impact of the

hydropower development, the flow in the flood season tended to decrease (10%), and the

flow in the dry season tended to increase (30%) Under the impacts of meteorological

characteristics and human beings, the results showed that annual runoff and sediment

increase by 41% and 45%, respectively Overall, the study results indicate that climate

change has the greatest impact on increases in runoff and sediment, compared to the

impacts from land-use change and hydropower development Therefore, in the future,

necessary to focus on solutions for managing water resources to adapt to climate change.

The results of this study could contribute scientific information for sustainable

management and planning of water resources in river basins in the context of

environmental change.

2 NOVELTY OF THESIS:

- Considering the separated impacts of three factors: climate change, land-use

change, and hydropower development on water resources, among the three

factors considered, climate change causes the largest change in flow and sediment, with an annual increase of 37% for flow and 75% for sediment.

- Under the combined effects, the flow will change significantly in the future,

and the change in sediment is proportional to the change in the flow, the results show that the annual flow and sediment will increase by 41% and 45%, respectively.

3 APPLICATIONS/ APPLICABILITY/ PERSPECTIVE

- Besides assessing the impact on surface water, it is necessary to consider

impacts on groundwater in terms of quantity and quality.

- The quality of observation data needs to be improved; overcoming this can help

improve the simulation and calculation efficiency of the model.

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng đếnquý Thay, Cô Khoa Môi trường — Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh,

những người đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích, đó chính là

những nền tảng cơ bản, là những hành trang vô cùng quý giá, trong con đườngnghiên cứu khoa học và thực hiện đề tài luận án của nghiên cứu sinh Lời cảm ơn

đặc biệt đối với người Thầy và cũng là giáo viên hướng dẫn PGS.TS Đào Nguyên

Khôi, người đã tận tình, quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn trên con đường học thuật,

Và trong suốt thời gian thực hiện đề tài luận án Tiến sĩ Nghiên cứu sinh xin cảm ơn

Ban lãnh đạo, và đồng nghiệp tại Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán đã tạođiều kiện và giúp đỡ nghiên cứu sinh trong thời gian học Tiến sĩ ở trường đại họcKhoa học Tự nhiên Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn tới bố mẹ, anh chị em và

bạn bè, những người đã động viên giúp đỡ nghiên cứu sinh rất nhiều trong suốt thời

gian hoàn thành đề tài Xin cảm ơn mọi người rất nhiều kính chúc mọi người luôn

hạnh phúc, dồi dào sức khỏe và thành công trong công việc Em xin chân thành cảm

on!

TÓM TẮT

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất và phát triển thủy điệndiễn ra nhanh hơn và mạnh hơn nên việc nhận dạng tác động của các yếu tố này đếntài nguyên nước là cần thiết, nhằm quy hoạch và quản lý hiệu quả nguồn nước Lưu

vực sông Sêrêpôk là một trong những, sông lớn của Việt Nam và là nguồn cung cấp nước quan trọng phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội khu vực Tây Nguyên Mục

tiêu của luận án này nhằm đánh giá tác động riêng lẻ và tong hợp do những thay đổi

về khí hậu, thay đồi sử dụng đất, và phát triển thủy điện đối với dòng chảy và lượng

phù sa lưu vực sông Sêrêpôk Nghiên cứu được tiến hành bằng cách sử dụng mô hình

thủy văn SWAT nhằm dé mô phỏng sự thay đổi dòng chảy và phù sa theo các kịch

bản tương lai về biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất, và phát triển thủy điện Các

kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng bằng phương pháp thay đổi hệ số delta dựavào kết quả mô phỏng khí hậu toàn cầu từ CMIP6 Các kịch bản sử dụng đất tươnglai được xây dựng bằng cách sử dụng mô hình chuyên đổi mục đích sử dụng đấtCLUE-s Kịch bản phát triển thủy điện được đưa ra dựa trên quy hoạch phát triểnthủy điện của lưu vực Kết quả nghiên cứu cho thấy dưới tác động của biến đổi khíhậu, nhiệt độ và lượng mưa được dự báo tăng trong tương lai, điều này dẫn đến mứctăng của dòng chảy năm và phù sa có thé lên đến 37% và 75% Bên cạnh đó, kịch bảnthay đổi sử dụng đất trong tương lai cho thấy xu hướng tăng diện tích đất đô thị vàđất nông nghiệp, và giảm diện tích đất rừng và cây bụi, điều này gây ra sự tăng dòngchảy và phù sa trên lưu vực lần lượt là 3,4% và 5,0% Dưới tác động của kịch bảnphát triển thủy điện, dòng chảy mùa lũ có xu hướng giảm (10%) và dong chảy mùakiệt có xu hướng tăng (30%) Dưới tác động tổng hợp của biến đổi khí hậu, thay đổi

sử dụng đất và phát triển thủy điện, lưu lượng dòng chảy và lượng trầm tích hàngnăm có xu hướng tăng, lần lượt là 41% và 45% Nhìn chung, kết quả nghiên cứu chỉ

ra răng biến đồi khí hậu có tác động lớn nhất đối với sự gia tăng dòng chảy và phù sa

so với tác động của thay đôi sử dụng đất và phát triển thủy điện Do đó, trong tươnglai cần chú trọng đến các giải pháp quản lý nguồn nước thích ứng với biến đôi khí

hậu Kết quả của nghiên cứu này đóng góp cơ sở khoa học cho công tác quản lý và

quy hoạch bền vững tài nguyên nước lưu vực sông trong bối cảnh thay đổi môi

trường.

Từ khóa: Biên đối khí hậu; CLUE-s; CMIP6; thay đôi sử dụng đất; thủy điện; thủy

văn; Sêrêpôk; SWATT.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MO DAU -° 5° 5£ 5£ 2£ s42 ES£EsEsEsESsESsEssEsstsersersersesse 1

1.1 ĐẶT VAN ĐỀ 5c s2 x221211211211211211011211211211011121211 01111 11.2 MỤC TIỂU ĐỀ TAL ooo ecccccceccsscessessessesssessessessusssessecsecsusssessessessnsssessesscsnsanesseeses 3

1.3 GIGI HAN VA PHAM VI NGHIÊN CỨU - 2 2 2+s£++++£x+£+rszxeez 31.4 CÂU HOI NGHIÊN CÍỨU 2-2 2 £+ESE£SE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkrreee 31.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIEN 2-2 2+ £+e£keEkeEEererxrreee 41.6 TINH MOI CUA LUẬN ÁN -¿- 2-52 2E E 2112112112111 1111111 1e 4CHƯƠNG 2 TONG QUAN 5° 5< 5£ 2 s42 E22 EsEsEsESsEssEsstsstsersersersesse 6

2.1 TONG QUAN VAN DE NGHIÊN CỨU 2: 52252+5£+£E+£E2Ez+Eerxersez 6

2.1.1 Tài nguyên nước và các yếu tố ảnh hưởng -¿- + zs++c+¿ 62.1.2 Biến đồi khí hậu 2-© 2+22+EE+EE£EEE2EESEEEEEEEEEEEEEEEEEE 21.2111 EErree 112.1.3 Thay đổi sử dụng Gat occ csscsscsesesscsessessessessesscsesesseesessesneaee 222.1.4 Phat triển thủy điện ¿- + tt EEEEEEEEEEEE12112112111 11111 xe 242.2 NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC -2- 2 2+5z+xecxererxsrs 25

2.2.1 Nghiên cứu tác động của biến đôi khí hậu đến tài nguyên nước 252.2.2 Nghiên cứu tác động của thay đôi sử dụng đất đến tài nguyên nước 292.2.3 Nghiên cứu tác động của thủy điện đến tài nguyên nước - 312.2.4 Nghiên cứu tác động tông hợp -¿- - + + s+£z+E+EzEerkerxerxerxeree 32

2.3 TONG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU -2- 25s t+E‡+EeEEeEEererxsrs 35

2.3.1 Điều kiện tự nhiên - ¿22-52 ©E2E2EE+EEEEEEEEEEEE2E171 21.211 1 cEEcrkee 362.3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 2-©22©52+SE+EEtEEE2EEEEEEEEEEEEEExrrkerkerree 38

2.3.3 Hiện trạng tài nguyên nước mặt lưu vực sông Sêrêpôk 39

2.3.4 Hiện trạng sử dụng đất lưu vực sông Sêrêpôk 2-55 5¿ 392.3.5 Hiện trạng các hồ chứa thuỷ điện và vận hành hồ chứa trên lưu vực 41

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨCU 44

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2-2 5£+S£+EE+EE£EE£EEE2EESEEEEEEEEEEEErrxerkerree 44

3.2 PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CỨU - 2 2© E+SE+EE+EE£EE+E+E£EerEerkerxerxee 44

3.2.1 Mô hình thủy văn SWATT - 2- 5c StEềEE 2 EEEE2112111 1111111, 46

3.2.2 Mô hình dự báo thay đổi sử dung đất CLUE-s -. -: 5:- 533.2.3 Phương pháp thay đổi hệ số delta : 2 5¿2cx2z++cx+erxesrxee 56

3.2.4 Xây dựng các kịch bản tac động - + + ssssireeresrrssrrres 59

CHƯƠNG 4 KET QUÁ - THẢO LUẬN - 5° 5° se sessessessessesesses 654.1 HIỆU QUA MO PHONG DONG CHẢY BANG MÔ HÌNH SWAT 65

4.1.1 Thiết lập mô hình SWATT ¿- 2 ¿+ +E£EESEEEEEEEE2E2EEEEEEEkerkrrkee 654.1.2 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWATT -: 674.2 KỊCH BAN BIEN DOI KHÍ HẬU ¿5-52 SESE2EEE£2E£E£EeEEerkerxsrs 754.3 KICH BẢN THAY DOI SỬ DUNG ĐẤTT -¿- 2 s+£x+tEzEzrxerxerrezes 71

4.3.1 Hiệu quả mô phỏng thay đổi sử dụng đất của mô hình CLUE-s 774.3.2 Kịch bản thay đổi sử dụng đất - ¿55c c2+ccExeEkerErrrkerkerkerreee 844.4 TAC DONG RIENG LE VA TONG HOP CUA BIEN DOI KHÍ HẬU, THAY

DOI SU DUNG DAT, VÀ PHÁT TRIEN THUY ĐIỆN -5- 5555: 85

4.4.1 Tac động riêng lẻ của biến đổi khí hậu - 2:2 5+5: 854.4.2 Tác động riêng lẻ của thay đổi sử dung đất -¿ -:©csce: 954.4.3 Tác động riêng lẻ của phát triển thủy điện - 2525: 1004.4.4 Tác động tong hợp của biến đổi khí hau, sử dung đất và phát triển thủy

điện 104

4.5 THẢO LUẬN - 22-52 2+2 2222122122121121121171121121121111121111 1111k 111

4.5.1 So sánh kết quả với các nghiên cứu trước đây -: 111

4.5.2 Han chế của kết quả nghiên cứu - 2-2 + 2+ ++z++£x+zxzxszrxeex 1144.5.3 Xây dựng khung đánh giá tổng quát -2¿ 2 s+x+xzzezrxeei 1154.5.4 Giải pháp dé xuất - 5c St2 2E EE121121121111211 21111111 re 117

4.5.5 Thảo luận -2-©2-S+2SE‡2EESEEEE12212112711211211711271 2111111 120

CHUONG 5 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, -s- 5° ss©ssessecsses 123

5.1 KẾT LUẬN ¿- ¿5+ 55c2E<2EE2EEE21211221271212112112111121121111 011 1e 1235.2 KIÊN NGHỊ , ¿- 2-52 ©5£2S<2EE2EEE2E211221271217112112111171121111 111.1 124DANH MỤC TÀI LIEU THAM KHẢO 2- 22s se ©ssessesseessss 126

PHU LỤC _ -. ecc-sccesccseccsEeseresersetrserssereserssrrsersssre 137

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIET TAT

Dự án đối chứng các mô hình khí hậu lần 6 (Coupled Model

Intercomparison ProJect Phase 6)

Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model)

Cơ quan vũ trụ châu Âu (European Space Agency)Lượng bốc thoát hơi nước thực tế

Mô hình khí hậu toàn cầu (Global Climate Model)

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)Tổng sản phẩm trên địa bàn (Gross Regional Domestic Product)Lượng nước ngầm

Uỷ ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on

Climate Change)

Kinh tế - Xã hội

Ủy hội sông Mê Công (Mekong River Commission)Kịch bản sử dụng đất cho giai đoạn 2021-2045 (2030s)

Kịch bản sử dụng đất cho giai đoạn 2046-2070 (2050s)

Kịch bản sử dụng đất cho giai đoạn 2071-2095 (2080s)Lượng nước thắm

Lượng nước trong đất

Nhiệt độ lớn nhất Nhiệt độ nhỏ nhất

Tai nguyên nước

Tài nguyên Môi trường

Chương trình Nghiên cứu Khí hậu Thế giới (World Climate Research

Programme)

Trữ lượng nước

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bang 2.1 Đặc trưng các kịch ban, mức tăng nhiệt độ so với thời kỳ tiền công nghiệp

14

Bang 2.2 Đặc trưng của các kịch bản phát thải SSP - 525 Scss<cssersses 15

Bang 2.3 So sánh chỉ tiết hóa thống kê và chi tiết động lực - 5: 5+ 20

Bảng 2.4 Đặc trưng các sông chính - - c + 12111191119 1119 111811811 1 ng rry 38

Bảng 2.5 Diện tích các loại sử dụng đất lưu vực Sêrêpôk giai đoạn 1988-2019 40Bảng 2.6 Bảng thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa - -: -5- 41

Bang 3.1 Dữ liệu đầu vào của luận An oe eeceeseessessessecssessessessesssessessessessesseeseeseees 46

Bang 3.2 Dữ liệu đầu vào mô hình SWATT ¿-:-©+2E+EkcEE+EEEEEerkerkerkerkrree 52Bang 3.3 Phân cap mức độ phù hợp của kết quả mô phỏng 5-52 53

Bảng 3.4 Dữ liệu thu thập phục vụ nghiên CỨU - 5 5552255 * 3+ £+evexeeerseeeres 55

Bảng 3.5 Các mức đánh giá theo giá trị hệ số Kappa - -2-c5¿©csc©csze: 56

Bảng 3.6 Dữ liệu mưa và nhiệt độ su dụng trong nghiên cứu -.-‹- «<-s+ 58

Bảng 3.7 Ba mô hình GCM từ CMIP6 sử dụng trong nghiên cứu - 59

Bang 3.8 Bang thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa - 5-52 s2 61Bang 3.9 Các kịch bản đánh giá tác động riêng lẻ và tong hợp trong luận án 63Bang 4.1 Bộ thông số hiệu chỉnh dòng chảyy - 2-2 S52 £+E£+E££Ee£Eerxerszxez 66Bảng 4.2 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT lưu vực sông Sêrêpôk 67Bảng 4.3 Bộ thông số hiệu chỉnh phù sa 2-2-2 ©522E£2EE£EE+£EzEEzEEzrxerxerez 70Bảng 4.4 Kết quả hiệu chỉnh, kiếm định lượng phù sa tại tram Bản Đôn 71

Bang 4.5 Ma trận sử dụng đất - 2s St E2 22E12712121121121111211 21111 re 79

Bang 4.6 Giá trị giao động của hệ số chuyên đổi sử dung đắt - S1Bang 4.7 Kết quả phân tích hồi quy logistic giữa loại hình sử dụng đất và các nhânIV): 00 VNợậÿ 81

Bang 4.8 Nhu cầu sử dung đất va các kịch bản tương lai - 2-2 s52 82

Bang 4.9 Ma trận chéo giữa ban đồ sử dụng dat thực tế và mô phỏng năm 2015 83

Bảng 4.10 Gia trị trơng quan giữa lượng mưa, nhiệt độ lớn nhất và nhiệt độ nhỏ nhất

so với dòng chảy và trầm tích theo mùa và theo năm giai đoạn 2021-2045 93

Bang 4.11 Giá tri trơng quan giữa lượng mưa, nhiệt độ lớn nhất và nhiệt độ nhỏ nhất

so với dòng chảy và trầm tích theo mùa va theo năm giai đoạn 2046-2070 94

Bảng 4.12 Giá trị tương quan giữa lượng mưa, nhiệt độ lớn nhất và nhiệt độ nhỏ nhất

so với dòng chảy và trầm tích theo mùa và theo năm giai đoạn 2071-2095 95Bảng 4.13 Thống kê giá trị tương quan giữa các loại sử dụng đất giai đoạn 2030 vớidòng chảy và trầm tích so với hiện trạng năm 2005 2- 2: 522522 s+cx+zxzsz 98

Bảng 4.14 Thống kê giá trị tương quan giữa các loại sử dụng đất giai đoạn 2050 với

dòng chảy và trầm tích so với hiện trạng năm 2005 2-©5¿©5¿25++cx+cxe>sz 99Bảng 4.15 Thống kê giá trị trong quan giữa các loại sử dụng đất giai đoạn 2080 vớidòng chảy và trầm tích so với hiện trạng năm 2005 -2- 52 2 2+£2+xz>se£ 100Bảng 4.16 Sự thay đổi lưu lượng dong chảy theo mùa dưới tác động của hồ chứa (%)

Bảng 4.17 Sự thay đổi lượng trầm tích theo mùa dưới tác động của hồ chứa (%).102Bang 4.18 Số liệu so sánh với các nghiên cứu trước về ảnh hưởng của BĐKH lên

dòng chảy lưu vực sông SêrêpôkK -.- sàn 111

Bang 4.19 Số liệu so sánh với các nghiên cứu trước về ảnh hưởng của sử dung dat

lên dòng chảy lưu vực sông SêrêpôkK «6 xnxx ngư 112

Bang 4.20 Số liệu so sánh với các nghiên cứu trước về ảnh hưởng của thuỷ điện lên

dòng chảy lưu vực sông SêrêpôK -.- c1 11 32 1111111111111 1k rrrrey 113

DANH MỤC CÁC HÌNH VẾ, ĐỎ THỊ

Hình 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước : s:2s+-+++s+¿ 7Hình 2.2 Sự biến đổi của nồng độ các chất khí CO2, CH¡, N2O trong khí quyên từ20.000 năm trước đến 2005 -2+++22+++t2EEktEEEkttEEttrtrrrtrirrrrrrrrrriee 13Hình 2.3 Quá trình nóng lên toàn cầu từ 1960-2020 và các dự tính đến năm 2100 13

Hình 2.4 Các kịch ban SSP trong CMIP6 - - - G1 S111 v1 1 1 9x re 16

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa các thành phần của mô hình khí hậu toàn cầu 17Hình 2.6 Sơ đồ minh hoa cách tiếp cận chung của chi tiết hóa . - 19

Hình 2.7 Lưu vực sông SêrÊpôk G2 3S 112 11 1111111111 1n ng rệt 36

Hình 2.8 Biểu đồ diện tích các loại hình sử dụng đất qua CAC năm - 40

Hình 3.1 Khung phương pháp thực hiện - c5 +22 * 32 E*EEsEEserreerssrrsssrres 45

Hình 3.2 Cơ chế vòng tuần hoàn nước - 2-2 + +k+EE+EE£EE+EE+E+Eerkerkerxerxxee 47Hình 3.3 Các quá trình diễn ra trong dòng chảy 2 2- 2 +©5+>xezxezxezxes+2 48Hình 3.4 Sơ đồ khối mô hình SWAT và SWAAT-CUP -cc:c+ccscccccxccee 50Hình 3.5 Tổng quan mô hình CLLUE-s - 22 2 2£ E+E£2E£2EE+EE+£E£E£+EE+Exerxezez 54Hình 3.6 Sơ đồ khối mô hình CLUECS essecsssesecssseecssseesssneeessneecssnseessnneeessneessnees 55

Hình 3.7 Khung phương pháp xây dựng kịch bản BĐKH + 5-55: 57

Hình 3.8 Phương pháp thay đổi hệ số delta - 2- 2 2 2 ++E£+Ee£Ee£kerxerszxee 58

Hình 3.9 Cac công trình thủy điện chính - - - 5 + 2x knHngngggkp 61

Hình 4.1 Bản đồ các tiểu lưu VựC - -¿ ccccccccrkttrrtrrttrrrrrtrirrrrtrirrrrrirrrrik 65

Hình 4.3 Kết quả hiệu chỉnh (1982-1992) và kiểm định (1993-2018) dòng chảy tại

trạm Bản Đôn - - - - ĂĂ 11111211 1111110231 101 1111190 1111k ng vế 67

Hình 4.4 Kết quả hiệu chỉnh (1982-1992) và kiểm định (1993-2018) dòng chảy tại

trạm Krong BUĂ óc 1 131921111911 911 9111111 TH ng kg tre 68

Hình 4.5 Kết quả hiệu chỉnh (1982-1992) và kiểm định (1993-2018) dòng chảy tại

"0000 1 68

Hình 4.6 Kết quả hiệu chỉnh (1982-1992) và kiểm định (1993-2018) dòng chảy tại

tram Giang 01 68

Hình 4.7 Kết quả hiệu chỉnh (1982-1992) và kiểm định (1993-2018) dòng chảy tại

trạm ĐỨC XUYÊN <1 1 1119 HH TH nh 69

Hình 4.8 Kết quả mô phỏng và quan trắc lưu lượng phù sa tại trạm Bản Đôn giai đoạnhiệu chỉnh và kiểm định -. -+ ++++tE tt HH HH re 71Hình 4.9 Bản đồ phân bồ lượng bốc hơi tiềm năng (PET) (a) và bốc hơi thực tế (ET)

(b) trong giai đoạn 1982-2018 trên lưu vực sông Sêrêpôk -«<- 72

Hình 4.10 Bản đồ phân bồ tông lượng mưa (PRECIP) (a) và trữ lượng nước (WYLD)

(b) trong giai đoạn 1982-2018 trên lưu vực sông Sêrêpôk - -++ 72

Hình 4.11 Bản đồ phân bố lượng nước thấm trong đất (PERC) (a) và lượng nước

ngầm (GW_Q) (b) trong giai đoạn 1982-2018 trên lưu vực sông Sêrêpôk 73Hình 4.12 Ban đồ phân bố lượng nước tang sát mặt (LAT_Q) (a) và lượng nước mặt

(SURQ) (b) trong giai đoạn 1982-2018 trên lưu vực sông Sêrêpôk 74

Hình 4.13 Ban đồ phân bố độ am dat (SW) trong giai đoạn 1982-2018 trên lưu vực

sông SêrÊpÔk - HH HT TH HH Họ TH 74

Hình 4.14 Sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ trên lưu vực trong tương lai so với giai

hi IBH2 0109200 00008 76Hinh 4.15 Ban d6 dia hin 8n 78

Hình 4.16 Bản đồ độ d6c eecseecsssessssssssssesssseessnecsssecessscessscessseessnecessecesneessneeesneeesneeeats 78

Hình 4.17 Bản đồ mật độ dân sỐ : 2: 2¿2++2++t2EE2EEEtEEErErxrerkrrrrrrrrrree 78Hình 4.18 Ban đồ khoảng cách đến đường giao thông 2 2 2 szxe>sz 78Hình 4.19 Khu vực hạn chế trong mô hình thay đồi sử dụng đắt - 80Hình 4.20 Ban đồ sử dụng đất thực tế năm 2015; b) Bản đồ mô phỏng sử dụng đấtnăm 2015 bằng mô hình CLLUE-s - 2-2 2 2 £+E£EE£EE£EE£EE£EE2EE£EeEEeEEerkrrkzxee 83Hình 4.21 Bản đồ sử dung đất (a) Năm 2005, (b) Năm 2030, (c) Năm 2050, và (d)

020011177 84

Hình 4.22 Sự thay đổi dòng chảy của lưu vực sông theo kịch ban BĐKH giai đoạntương lai so VỚI giai đoạn nền 1986-2010 ((96) ¿-¿- + sSk+k+EvEEE+EEEEEeEeEerkskrrrrree S6Hình 4.23 Sự thay đổi phù sa của lưu vực sông theo kịch bản BDKH giai đoạn tươnglai so với giai đoạn nền 1986-2010 (6) cceccsssessessesssessessesssessessecsesssssessessessessseeseeseees 88

Hình 4.24 Sự thay đổi các thành phần cân bằng nước theo kịch bản SSP1-1.9 theo 3giai đoạn thời gian tương lai so với giai đoạn nền 1986-2010 (%) 90Hình 4.25 Sự thay đổi các thành phan cân băng nước theo kịch bản SSP1-2.6 theo 3giai đoạn thời gian tương lai so với giai đoạn nền 1986-2010 (%) - 91Hình 4.26 Sự thay đổi các thành phan cân băng nước theo kịch ban SSP2-4.5 theo 3giai đoạn thời gian tương lai so với giai đoạn nền 1986-2010 (%) -.- 92Hình 4.27 Sự thay đổi dòng chảy trên lưu vực sông dưới tác động của sự thay đôiSDD giai đoạn tương lai so với giai đoạn nền 1986-2010 (%) scscxccszecrs 96Hình 4.28 Sự thay đổi phù sa trên lưu vực sông dưới tác động của sự thay đôi SDDgiai đoạn tương lai so với giai đoạn nền 1986-2010 (%6) ¿-s+cx+xerxexerxererxee 97Hình 4.29 Sự thay đôi dòng chảy dưới tác động của hồ chứa tại Bản Đôn, Cầu 14 và

Hình 4.38 Sự thay đổi trầm tích theo mùa của lưu vực sông theo kịch bản tác động

tong hợp (KBI, KB2, và KB3) giai đoạn 2021-2045 (%) - 252cc: 109

Hình 4.39 Sự thay đổi trầm tích theo tháng của lưu vực sông theo kịch ban tác động

tong hợp (KB4, KB5, và KB6) giai đoạn 2046-2070 (%) 2- 252cc: 109

Hình 4.40 Sự thay đổi tram tích theo tháng của lưu vực sông theo kịch ban tác độngtổng hợp (KB4, KBS, và KB6) giai đoạn 2046-2070 (%) -cc Sex 109Hình 4.41 Sự thay đổi trầm tích theo tháng của lưu vực sông theo kịch bản tác động

tổng hợp (KB7, KB8, và KB9) giai đoạn 2071-2095 (%) - c 52c S+c se 110 Hình 4.42 Sự thay đổi tram tích theo mùa của lưu vực sông theo kịch bản tác động

tổng hợp (KB7, KBS, và KB9) giai đoạn 2071-2095 (%) (+ Sex 110Hình 4.43 Khung đánh giá các tác động riêng lẻ và tổng hợp . - 116

CHUONG1 MODAU

1.1 ĐẶT VAN DE

Tài nguyên nước là một tài nguyên quan trong cho hoạt động phát triển kinh

tế - xã hội đối với mọi quốc gia Tuy nhiên, nguồn tài nguyên nước ngày càng khan

hiếm và cạn kiệt do anh hưởng của biến đổi khí hậu, sự thay đôi sử dụng đất, tăng

dân số và phát triển kinh tế - xã hội [1] Sự thay đổi dòng chảy và phù sa có ảnhhưởng lớn đến phát triển kinh tế - xã hội và hệ sinh thái trên các lưu vực sông; do đó,nhận dạng những thay đôi của dòng chảy và phù sa dưới ảnh hưởng của các tác động

này là một nhiệm vụ quan trọng Đánh giá tài nguyên nước mặt là một nhiệm vụ khó

khăn vì phải xem xét đến nhiều yếu tố, trong đó biến đổi khí hậu (BDKH), thay đổi

sử dụng đất, và phát triển thủy điện được xem là các yếu tố chính [2]

Theo Báo cáo Rủi ro toàn cầu, BDKH được xác định là một trong những thách

thức lớn nhất và được xếp hạng mức độ rủi ro cao thứ hai về khả năng xảy ra và tácđộng [3] BĐKH làm thay đôi lượng mưa và nhiệt độ, ảnh hưởng đến chu trình thủyvăn và từ đó làm thay đổi dòng chảy cũng như làm biến đổi quá trình chuyền tải vàthành phần các chất ô nhiễm, cũng như hệ sinh thái nói chung Sự nóng lên toàn cầu

làm gia tăng ảnh hưởng của BĐKH và các rủi ro liên quan trên toàn thé giới, nhiệt độ

trung bình toàn cầu tăng khoảng 1,0°C so với thời kỳ tiền công nghiệp, trong đó giaiđoạn 2015-2019 được ghi nhận là giai đoạn nóng nhất [4] Khí hậu 4m lên có thé dẫnđến những thay đổi đáng ké về tần suất, thời gian, cường độ và phạm vi không gian

của các sự kiện khí hậu cực đoan [5], BDKH và tác động của BDKH đưa ra một thách

thức đáng ké đối với quản lý bền vững tài nguyên nước (TNN) trên toàn cau [6]

Bên cạnh đó, sự thay đổi sử dụng đất (SDD) có tác động đáng kể đến sự thoáthơi nước, thắm và dong chảy bề mặt, và những thành phan chính của chu trình thủyvăn, những quá trình thay đổi sử dụng đất như phá rừng, mở rộng đất nông nghiệp,

đô thị hóa làm thay đổi các thành phần thủy văn trong lưu vực như thành phần bốc

hơi, dòng chảy bề mặt, và nước ngầm Sự gia tăng dòng chảy trong những năm gầnđây không chỉ do ảnh hưởng của BĐKH, mà ảnh hưởng của thay đổi SDD cũng không

kém phần quan trọng [7][8], các lưu vực sông trên thế giới đã trải qua những thay đổiđáng kể về lưu lượng và lượng phù sa do thay đổi SDD và BDKH [9]

Phát triển thủy điện sẽ làm thay đổi chế độ thủy văn và làm giảm lượng phù

sa xuống hạ lưu thông qua quá trình điều tiết, và vận hành hồ chứa Quá trình điều

tiết dòng chảy tùy theo quy mô hé chứa có thé gây ra hiện tượng phân phối lại dòngchảy trong cả năm hoặc trong nhiều năm [10][11] Sự điều tiết dòng chảy hay nóicách khác là sự xuất hiện hệ thống hồ chứa có ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy sau

hồ nhất là dòng chảy lũ Trong mùa lũ, một phần lượng dòng chảy được giữ lại hồ

chứa làm giảm lưu lượng dòng chảy mùa lũ, và làm tăng lưu lượng dòng chảy về mùakiệt Vì vậy, việc đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy có vai trò quantrọng trong nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế - xã hội vùng ha du sông Dé đánh giáảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy trên lưu vực sông, ta đánh giá dòng chảy khikhông có công trình, và so sánh với các trường hợp có các công trình hồ chứa

Đối mặt với BĐKH, thay đối SDD, và phát triển thủy điện đang diễn ra ngày

càng nhanh, các nghiên cứu về ảnh hưởng của BDKH, thay đổi SDD, và phát triển

thủy điện lên tài nguyên nước là rất cần thiết trong quy hoạch và quản lý bền vững

tài nguyên nước.

Lưu vực sông Sêrêpôk năm ở khu vực Tây Nguyên, và đóng vai trò quan trọng

trong phát triển nông nghiệp của khu vực, đặc biệt là các sản phẩm cây công nghiệp

như cà phê, tiêu, điều, và cao su Trong những năm gần đây, tác động của BĐKH đã

tạo ra nhiều thách thức đối với sản xuất nông nghiệp của lưu vực Theo kịch bản

BDKH của Bộ Tài nguyên và Môi trường [12], nhiệt độ của lưu vực sông Sêrêpôk đã

tăng khoảng 0,62°C và lượng mưa tăng khoảng 8,6% trong giai đoạn 1958-2014 Bên

cạnh đó, BĐKH làm tăng cường độ và tần suất xuất hiện của các yếu tố cực đoan(hạn hán và lũ lụt), và đã có tác động lớn đến hệ thống nông nghiệp của khu vực Một

số nghiên cứu xây dựng kịch bản BĐKH đã thực hiện cho lưu vực sông Sêrêpôk dựa

trên các kết quả từ các mô hình CMIP3, và CMIP5 bang các công cụ chỉ tiết hóa như

LARS-WG, thay đổi hệ số delta, và mô hình khí hậu PRECIS [13][14][15][16] Tuynhiên, hiện nay chưa có nghiên cứu nào thực hiện đối với kịch bản CMIP6 ở ViệtNam nói chung và lưu vực Sêrêpôk nói riêng Theo báo cáo của Tổ chức Lương thực

và nông nghiệp (FAO), tỉnh Đắk Lắk có hơn 109 ngàn ha diện tích cây trồng bị ảnhhưởng và thiệt hại gần 3,3 ngàn tỷ đồng do đợt hạn năm 2016 gây ra [17] Do đó, cácthông tin dự báo sự thay đổi khí hậu trong tương lai là rất cần thiết nhằm phục vụphát triển kinh tế - xã hội, và sản xuất nông nghiệp của địa phương Trên lưu vựcsông Sêrêpôk, các nhà máy thủy điện được xây dựng dày đặc đã làm thay đổi lưulượng dòng chảy, và gây ra sự cố về thủy điện, chang hạn như việc vỡ bờ kênh thủyđiện Sêrêpôk 4A vào năm 2013 tại huyện Buôn Đôn, gây thiệt hại nhiều diện tích hoa

mau va tài sản của người dân.

Tổng hợp 03 yếu tố trên cho thấy anh hưởng ngày càng phức tạp của BDKH,

thay đổi SDD và phát triển thủy điện là những van đề cấp bách cần được quan tâm

hiện nay trên lưu vực sông Sêrêpôk.

Do đó, việc hiểu và nhận dạng các thay đổi của lưu lượng đòng chảy và lượngphù sa dưới ảnh hưởng của BĐKH, thay đổi SDĐ, và phát triển thuỷ điện với vai trò

là động lực thúc đây quản lý và quy hoạch tài nguyên nước là rất cần thiết Đứng

càng tăng trong tương lai thì diễn biến tài nguyên nước sẽ như thé nào dưới ảnh hưởng

của các thay đổi trên, các sự thay đổi này sẽ diễn ra theo hướng tích cực hay tiêu cực

trong tương lai Bên cạnh đó, một vấn đề không kém phần quan trọng là xác định tácđộng riêng lẻ của từng yếu tố (BĐKH, thay đổi SDD, và phát triển thủy điện) để nhậndạng yếu tố nào có tác động đáng ké đến tài nguyên nước hơn Do đó, đề tài “Nghiêncứu tác động của biến đổi khí hậu, thay đổi sử dụng đất và phát triển thủy điện đến

tài nguyên nước lưu vực sông Sêrêpôk” có tính cấp thiết và thực tiễn cao cần đượctập trung vào giải quyết

1.2 MỤC TIÊU ĐÈ TÀI

Mục tiêu chung của đề tài là xây dựng một khung tiếp cận trong đánh giá tácđộng của BDKH, thay đổi sử dụng đất và phát triển thủy điện đến tài nguyên nước

mặt lưu vực sông — Trường hợp nghiên cứu cho lưu vực sông Sêrêpôk, thuộc Tay

nguyên, Việt Nam.

Mục tiêu chỉ tiết của đề tài gồm 2 mục tiêu sau:

— Đánh giá và dự báo tác động riêng lẻ của BĐKH, thay đổi sử dụng đất, và

phát triển thuỷ điện đến tài nguyên nước mặt;

— Đánh giá và dự báo tác động tông hợp của BĐKH, thay đôi sử dụng đất va

phát triển thủy điện đến tài nguyên nước mặt

1.43 GIỚI HẠN VA PHAM VINGHIEN CỨU

Phạm vi của nghiên cứu này được giới hạn trong lưu vực sông Sêrêpôk, thuộc

khu vực Tây nguyên và xem xét đến ảnh hưởng của BDKH, thay đổi SDD, và pháttriển thủy điện lên tài nguyên nước mặt (dòng chảy mặt và phù sa) Luận án nàykhông xem xét đến tác động đến tài nguyên nước ngầm của khu vực nghiên cứu, vàchỉ xét đến các thủy điện bậc thang trên dòng chính

1.4 CÂU HỎI NGHIÊN CỨU

Thông qua việc nhận dạng các vấn đề, thách thức của khu vực nghiên cứu, có

thé làm căn cứ dé đề xuất các câu hỏi nghiên cứu trong luận án Trong những năm

gần đây, lưu vực sông Sêrêpôk đang đối mặt với các vấn đề chính ảnh hưởng đến tài

nguyên nước mặt như sau:

— Tác động của BDKH đã tạo ra nhiều thách thức đối với sản xuất nông

nghiệp của lưu vực, làm tăng cường độ và tần suất xuất hiện của các sự

kiện cực đoan như hạn hán và lũ lụt.

— Sự thay đôi các loại hình SDĐ trên lưu vực Sêrêpôk đang diễn ra mạnh mẽ

Tốc độ đô thị hóa, tăng dân số và phát triển kinh tế đã làm tăng diện tíchđất xây dựng, đất nông nghiệp, giảm diện tích rừng và đất cây bụi

— Các nha máy thủy điện được xây dựng dày đặc trên lưu vực sông Sêrêpôk,

điều này đã làm thay đôi lưu lượng dòng chảy, và nguy cư xảy ra sự cô về

thủy điện, gây thiệt hại nhiều điện tích hoa màu và tài sản của người dân.Tổng hợp 3 yếu tố trên cho thấy, lưu vực sông Sêrêpôk đang đối mặt với tácđộng ngày càng phức tạp của BDKH, thay đổi SDD, và phát triển thủy điện, đây lànhững vấn đề cấp bách cần được quan tâm hiện nay Luận án được thực hiện nhằmtrả lời những câu hỏi nghiên cứu được đặt ra ban đầu như sau:

1 BĐKH ảnh hưởng như thế nào lên TNN mặt ở khu vực nghiên cứu?

2 Thay đổi SDD ảnh hưởng như thé nào lên TNN mặt ở khu vực nghiên cứu?

3 Phát triển thủy điện ảnh hưởng như thé nào lên TNN mặt ở khu vực nghiên

cứu?

4 Tác động tổng hợp của các yếu tố BĐKH, thay đổi SDD, và phát triển thủy

điện lên TNN mặt như thế nào ở khu vực nghiên cứu?

Gia thuyét khoa hoc được đặt ra trong luận an đó là các yếu tố BĐKH, thay

đổi SDD, và phát triển thủy điện sẽ làm gia tăng tác động tổng hợp đến tài nguyên

nước mặt lưu vực sông Sêrêpôk.

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIEN

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu này cũng góp phần nâng cao hiểu biết về sự thay đổi của dòngchảy mặt và phủ sa đưới ảnh hưởng riêng lẻ và kết hợp của BDKH, thay đổi SDD, vàphát triển thủy điện nhăm phục vụ cho công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

mặt Sự hiểu biết này dat được thông qua việc phân tích các kịch bản tác động

Các tác động của BĐKH, thay đổi sử dụng đắt, và phát triển thủy điện là không

giống nhau theo phạm vi không gian, nó thay đồi từ vùng nay sang vùng khác Do

đó, cần có những đánh giá các tác động này cho các khu vực riêng lẻ, trong trường

hợp này là lưu vực sông Sêrêpôk.

1.6 TÍNH MỚI CỦA LUẬN AN

Luận án này được thực hiện với những tính mới như sau:

— Phát triển được một khung đánh giá tổng quát trong việc đánh giá các tác

động của biến đôi khí hậu, thay đổi sử dụng dat, và phát triển thủy điện lên

tai nguyên nước ở lưu vực sông Sêrêpôk.

— Đưa ra được bức tranh mô phỏng va dự báo sự biến thiên dòng chảy trong

lưu vực, và phù sa xói mòn lưu vực sông Sêrêpôk dưới tác động của các

yếu tố: biến đồi khí hậu, thay đôi sử dụng đất, và phát triển thuỷ điện

CHUONG 2 TONG QUAN

2.1 TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU

Trong nghiên cứu này tai nguyên nước mặt là đối tượng đang được xem xét

Đề lựa chọn các yếu tố tác động đến tài TNN mặt lưu vực sông Sêrêpôk, những căn

cứ lựa chọn dựa trên điều kiện tự nhiên va tình hình phát triển kinh tế - xã hội của địaphương Từ đó, rút ra được những tác động do thay đổi khí hậu, thay đổi loại hình sửdụng đất, và các hồ chứa thuỷ điện là những tác động nổi bật ở khu vực này

2.1.1 Tài nguyên nước và các yếu tố ảnh hưởng

2.1.1.1 Chu trình thiy văn và tài nguyén nước

Thủy văn là trạng thái, quá trình diễn biến và sự vận động của nước sông, suối,kênh, rạch, hỗ, là mối quan hệ tương tác về vật lý và hoá học của nước với phần cònlại của Trái đất và mối liên quan của nó với sự sống của Trái đất, bao gồm cả chutrình thuỷ văn và tài nguyên nước Thủy văn là trạng thái, quá trình dién biến và sự

vận động của nước sông, suối, kênh, rạch, hỗ [18]

Chu trình thủy văn là quá trình nước bốc hơi từ bề mặt trái đất, tạo thành nhữngđám mây và sau đó rơi trở lại mặt đất thông qua mưa [19] Chu kỳ xảy ra liên tục,

không có sự bắt đầu cũng như kết thúc Tuy nhiên, có 05 quá trình cơ bản tạo nên chu

trình thủy văn: (1) Sự ngưng tụ, (2) mưa, (3) sự thấm thấu (sự thấm, xâm nhập), (4)

sự thoát nước và (5) sự bốc hơi nước Hơi nước ngưng tụ tạo thành những đám mây,

kết quả là dẫn tới mưa khi có đủ các điều kiện phù hợp Mưa rơi xuống bề mặt vàthâm nhập vào đất hoặc chảy vào đại dương như dòng chảy Nước bề mặt bốc hơi,quay lại và tạo ra độ âm cho không khí, đồng thời cây cối giải phóng nước trở lại bầukhí quyền bang sự bốc hơi nước BDKH có thé tác động đến các hồ chứa va dòngchảy về quy mô hồ chứa, tốc độ dòng chảy và thời gian lưu lại, và điều này ảnh hưởngđến sự sẵn có về không gian và thời gian của tài nguyên nước [19]

Tài nguyên nước bao gồm nguồn nước mặt, nước dưới đất, nước mưa và nướcbiển, là nguồn nước là các dạng tích tụ nước tự nhiên hoặc nhân tạo có thể khai thác,

sử dụng bao gồm sông, suối, kênh, rạch, hồ, ao, đầm, phá, biển, các tầng chứa nướcdưới đất; mưa, băng, tuyết và các dạng tích tụ nước khác

2.1.1.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến tài nguyên nước

Các yếu tô chính ảnh hưởng đến chu trình thủy văn và tài nguyên nước đó là:BĐKH, thay đổi sử dụng đất, nước biên dâng, gia tăng dân số và phát triển kinh tế -

xã hội (Hình 2.1) Trong khuôn khô luận án này xem xét đến 3 yêu tố: BĐKH, thayđổi sử dung đất, phát triển kinh tế - xã hội (cụ thé là phát triển thủy điện)

Phát triển

KT-XH

Biến đổi

khí hậu

Nước biển dâng

Hình 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nướcCác đặc trưng khí hậu có ảnh hưởng đến dòng chảy được xem xét ở nghiêncứu này là lượng mưa và nhiệt độ (1) Mưa là nhân tố sản sinh dòng chảy, mưa không

chỉ chi phối sâu sắc đối với lượng dòng chảy sông ngòi mà quan trọng hon là sự chỉ

phối đối với chế độ dòng chảy mùa trong năm và nhiều năm (2) Nhiệt độ tăng lên sẽlàm tan băng tuyết ở vùng núi cao, dẫn đến tăng dòng chảy ở các sông và gia tăng lũlụt Sau một thời gian khi băng trên núi tan hết, nguồn cung cấp nước sẽ cạn, lũ lụt sẽ

HỆ THÓNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

giảm và giảm dòng chảy sông.

Nước là tác nhân liên quan đến nhiều ngành như năng lượng, nông nghiệp vàgiao thông Mặc dù nước di chuyền theo chu trình thủy văn, nhưng nó là một nguồntài nguyên có thé thay đổi cục bộ và có nguy cơ dễ bị tôn thương Các động lực phikhí hậu như gia tăng dân sé, phát triển kinh tế, đô thị hóa và sử dụng đất hoặc thay

đổi địa mạo tự nhiên cũng thách thức tính bền vững của các nguồn tài nguyên

Các yếu tô ảnh hưởng đến tài nguyên nước được phân làm 2 loại chính là yếu

tố khí hậu va yếu tố phi khí hậu, cụ thể:

1 Yếu tố khí hậu

Lượng mưa và khả năng bốc hơi là những động lực khí hậu chính kiểm soát

các nguồn nước ngọt Lượng mưa liên quan chặt chẽ đến lượng hơi nước trong khí

quyền, vì độ âm bão hòa phụ thuộc vao nhiệt độ: không khí ấm hơn có thé chứa nhiều

hơi nước hơn Nhiệt độ đã tăng lên trong những thập kỷ gần đây, trong khi độ ẩmtương đối bề mặt và tang đối lưu ít thay đổi Trong số các tác nhân khí hậu khác thìCO> trong khí quyền ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của thực vật, lang đọng cacbon

và bụi, ngay cả với nồng độ rất nhỏ, tăng cường sự tan chảy của tuyết và băng bằng

cách giảm albedo bề mặt

Các kết quả mô phỏng vòng tuần hoàn nước trong thế kỷ 21 từ Dự án đối

chứng các mô hình khí hậu lần 5 (CMIP5) có thể được tóm tắt như sau: Nhiệt độ bềmặt, ảnh hưởng đến khả năng mang hơi nước của khí quyên và tỷ lệ tuyết rơi Sự ấmlên là lớn nhất ở Bắc cực, các vùng và mùa 4m ướt trở nên 4m ướt hơn và các vùng

và mùa khô hạn trở nên khô hơn Lượng mưa trung bình và nhiệt độ toàn cầu tănglên, nhưng với sự khác biệt đáng kể Lượng mưa có xu hướng giảm ở các vĩ độ cận

nhiệt đới, đặc biệt là ở Địa Trung Hải, Mexico và Trung Mỹ, và một phần của Úc, và

tăng lên ở những nơi khác, đặc biệt là ở các vĩ độ cao phía bắc và ở Ấn Độ và các khu

vực Trung Á Dự kiến trong tương lai, nhiều hiện tượng cực đoan như hạn hán sẽ xảy

ra nghiêm trọng hơn, các khu vực mà hạn hán được dự báo sẽ kéo dài và thường

xuyên hơn bao gồm Địa Trung Hải, trung tâm Châu Âu, trung tâm Bắc Mỹ và nam

châu Phi.

2 Yếu to phi khí hậu

Ngoài tác động của BDKH, các hệ thống nước ngọt sẽ bị tác động mạnh bởi

những thay đôi về nhân khẩu học, kinh tế - xã hội và công nghệ, bao gồm cả thay đôi

lối sống của con người Những thay đối thủy văn dự kiến có thé xảy ra khi những yếu

tố về con người, xã hội, kinh tế và sinh thái thay đôi trong tương lai [20] Thay đôi

sử dụng đất dự kiến sẽ ảnh hưởng mạnh đến hệ thống nước ngọt trong tương lai, ví

dụ, tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng có thể làm tăng nguy cơ lũ lụt và giảm lượng

nước ngầm Sử dụng đất nông nghiệp, đặc biệt là hoạt động tưới tiêu có tầm quan

trọng đặc biệt đối với hệ thống nước ngọt, chiếm khoảng 90% lượng nước tiêu thụtoàn cầu và ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước ngọt cung cấp cho con người

nước mặt và nước ngầm dé tưới tiêu cũng làm thay đổi sự phân bồ tự nhiên của nước

và tác động đến các hệ sinh thái phụ thuộc vào nó [22]

Sự thiếu hụt tài nguyên nước trong một khoảng thời gian trong năm do lượngmưa ít hơn bình thường hoặc khai thác quá mức dẫn đến tình trạng thiếu nước cũngảnh hưởng trực tiếp đến sử dụng đất Sự biểu hiện ban đầu của thiếu nước thường lànhững thay đôi về cảnh quan khu vực sau đó dẫn đến những chuyên đổi trong nôngnghiệp và các van đề môi trường, và xã hội khác Lượng mưa giảm dẫn đến nước dự

mặt đất (ao, hồ) và nguồn nước ngầm chịu tác động Thời gian đề phục hồi trở lại tìnhtrạng ban đầu dài hay ngắn tuỳ thuộc vào mức độ, thời gian hạn hán và lượng nước

mưa nhận được Do mục đích quy hoạch trồng hoa màu, cây công nghiệp và nhiều

dự án nông, lâm nghiệp khác gây nên sự thay déi nhanh chóng của lớp phủ bề mặt

cộng với việc lượng mưa hàng năm có xu hướng giảm do mùa khô kéo dài đã làm

cho mực nước ngầm sụt giảm Từ đó cho thấy tài nguyên nước và sử dụng đất là

những yếu tô có tác động qua lai với nhau

2.1.1.3 Mô hình thủy văn

Hệ thống thủy văn là một hệ thống hoạt động của các quá trình sinh học, vật lý,hóa học dựa trên các biến đầu vào dé tạo ra kết quả đầu ra Một số biến số là lượngmưa, bốc hơi, độ âm của đất và dòng chảy Mô hình thủy văn mô tả chu kỳ thủy văn

và đơn giản hóa việc biểu diễn các hệ thống thực tế phức tạp, với một sé gia dinh dé

đánh giá các hiện tượng thủy văn trong lưu vực theo quy luật năng lượng, động lượng

và phương trình liên tục [23] Một số chức năng cụ thé bao gồm dự báo dòng chảy hỗtrợ các nghiên cứu vận hành hồ chứa, lũ lụt và hạn hán

Độ chính xác của các mô phỏng dòng chảy bị hạn chế bởi các phép tính gầnđúng của mô hình thủy văn, sự sẵn có của dữ liệu về lưu vực và chất lượng của các

phép đo Đòi hỏi kiến thức về vai trò của các thành phần riêng lẻ trong mỗi mô hình

thủy văn dé đánh giá tốt hơn khả năng ứng dụng của chúng và cũng dé biết sự khác

biệt giữa các mô phỏng của các mô hình thủy văn khác nhau [24].

Mục tiêu của phương pháp mô hình hóa là triển khai mô hình đơn giản nhất có

thé được sử dụng để giải quyết van đề một cách hiệu quả Điều này giúp cho việc

phát triển mô hình tốn ít thời gian hơn, việc giải thích kết quả đơn giản hơn và thời

gian tính toán được giảm thiêu Đối với bat kỳ vấn đề thủy văn cụ thể nào, việc lựa

chọn mô hình thủy văn phụ thuộc vào sự sẵn có của cơ sở đữ liệu thủy văn Các môhình thủy văn cần có dit liệu khí tượng và dữ liệu dòng chảy của sông, dé hiệu chỉnhhoặc kiểm định kết quả của mô hình Mật độ không gian của mạng lưới trạm quantrắc, và độ phân giải theo thời gian của đữ liệu có ý nghĩa rất quan trọng trong mô

phỏng của mô hình thủy văn.

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều mô hình được xây dựng để đánh giá tácđộng của điều kiện tự nhiên, con người lên tài nguyên nước, tính toán lũ cho các lưuvực như MIKE-SHE, NASIM, MIKE-NAM, HEC-HMS, SWAT , cụ thé:

1 MIKE- SHE

Mô hình mưa — dòng chảy MIKE-SHE của Viện Thủy lực Đan Mạch thuộc

nhóm mô hình bán phân bố hoặc phân bố Mô hình bao gồm vài thành phần tính lưu

lượng và phân phối nước theo các pha riêng của quá trình dòng chảy, mô hình có thể

được hiệu chỉnh tự động hoặc hiệu chỉnh bang tay bởi người dùng

2 NAM

NAM là mô hình mưa - dòng chảy được phát triển bởi Viện Thủy lực ĐanMạch (DHI), là một phần trong mô hình MIKE 11 Nó được xem như là mô hìnhdòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ước lượng mưa - dòng chảy dựa theo cầutrúc bán kinh nghiệm Mô hình NAM có thé sử dụng dé mô phỏng mưa trong nhiềunăm, hoặc cũng có thé thay đôi bước thời gian dé mô phỏng trận mưa và các cơn bãonhất định

3 HEC-HMS

Mô hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling

System) là phan mềm do Trung tâm Thủy văn Công trình (Cục Kỹ thuật Quân độiHoa Kỳ) thực hiện Day là mô hình mưa rào - dòng chảy dang tat định, có thông số

phân bó Một lưu vực sông chia thành các lưu vực nhỏ, nhiều hồ chứa, nhiều nhánhsông và các công trình như cầu cống, trạm bơm, đập dâng, kênh chuyền nước từ vùngnày sang vùng khác Câu trúc của mô hình bao gồm [25]:

— Basin Model (mô hình lưu vực): Chứa các yêu tố của lưu vực, liên kết và

các thông số của dòng chảy;

— Meteorologic Model (mô hình khí tượng): Chứa các dit liệu về mưa và bốc

hơi;

— Control Specifications (Các chỉ tiêu điều khiển): Bao gồm thời đoạn tính

toán, thời gian bắt đầu và kết thúc tính

4 SWAT

SWAT - Soil and Water Assessment Tool là mô hình thủy văn phân bố được

xây dựng bởi Trung tâm phục vụ nghiên cứu nông nghiệp (Agricultural Research

Service) Hoa Kỳ vào đầu những năm 1990 với mục đích dự báo những ảnh hưởng

của quản lý sử dụng đất đến nước, sự bồi lắng và lượng hóa chat sinh ra từ hoạt động

nông nghiệp trên những lưu vực rộng lớn va phức tạp trong khoảng thời gian dai [26] Một trong những mô-đun chính của mô hình này là mô phỏng dòng chảy từ mưa và

các đặc trưng vật lý trên lưu vực.

Mô hình SWAT được xây dựng dé đánh giá tác động của việc sử dụng đất,

của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vựcsông Mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở về mặt vật lý, bên cạnh đó kết hợp cácphương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa những biến đầu vào và đầu ra, mô hình

yêu cầu thông tin về thời tiết, thuộc tính của đất, tài liệu địa hình, thảm phủ, và việc

sử dụng đất trên lưu vực Những quá trình vật lý liên quan đến sự chuyên động nước,pha sa, quá trình canh tác, chu trình chất dinh dưỡng, đều được mô tả trực tiếptrong mô hình SWAT qua việc sử dung dit liệu đầu vào này Mô hình chia lưu vực ra

làm các vùng hay các lưu vực nhỏ Phương pháp sử dụng các lưu vực nhỏ trong mô

hình khi mô phỏng dòng chảy là rất tiện lợi khi mà các lưu vực này có đủ số liệu về

sử dụng đất cũng như đặc tính của dat

Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình phân bó Mô hình nàychia dòng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt, ngầm) và phatrong sông Việc mô tả các quá trình thuỷ văn được chia làm hai phần chính: phầnthứ nhất là pha lưu vực với chu trình thuỷ văn kiểm soát khối lượng nước, phù sa,

chất hữu cơ và được chuyên tải tới các kênh chính của mỗi lưu vực Phan thứ hai làdiễn toán dòng chảy, phù sa, hàm lượng các chất hữu cơ tới hệ thống kênh và tới mặt

cắt cửa ra của lưu vực

Trong luận án này, mô hình SWAT được lựa chọn sử dụng để đánh giá tácđộng của BDKH lên tài nguyên nước lưu vực sông Sêrêpôk vì mô hình này có thêxem xét nhiều mối quan hệ, nhiều biến trong thời gian dài trên khu vực rộng lớn và

phức tạp Ý nghĩa của mô hình SWAT là một lưu vực lớn có thé được chia thànhnhiều tiểu lưu vực, mô hình hóa theo tiểu lưu vực mang lại lợi ích khi những vùng

này tương đồng về đặc điểm sử dụng đất và tính chất đất Sự phân chia này giúp người

sử dụng có thé áp dụng kết quả nghiên cứu của một vùng này vào một vùng khác khichúng có sự tương đồng nhất định Bên cạnh đó SWAT là một công cụ mô phỏng

hiệu quả trong các nghiên cứu đánh giá tác động và được áp dụng thành công trên

nhiều lưu vực sông trên thế giới và ở Việt Nam, chỉ tiết về mô hình được trình bàychỉ tiết tại Chương 2 của luận án này

2.1.2 Biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu là sự biến đổi về trang thái của hệ thống khí hậu, có thé nhậnbiết qua sự biến đổi về trung bình và sự biến động của các thuộc tính của nó, đượcduy trì trong một thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỷ hoặc dai hơn [1] Tácđộng của BDKH liên quan đến tài nguyên nước là tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa,

tuyết, và có khả năng tăng tần suất lũ lụt và hạn hán, tùy thuộc vào khu vực, BĐKH

sẽ có những ảnh hưởng khác nhau Nhiệt độ tăng nhìn chung sẽ tăng cường chu trình

thủy văn toàn cầu, có thê thay đổi đáng ké sự thay đổi theo mùa trong dòng chảy của

sông, và có xu hướng làm tăng tần suất và cường độ mưa, có thê có sự gia tăng lũ lụt

do các trận mưa lớn.

2.1.2.1 Nguyên nhân gây biến đổi khí hậu

BĐKH có thể do các quá trình tự nhiên bên trong hệ thong khí hậu, hoặc do

những tác động từ bên ngoàải, hoặc do tác động thường xuyên của con người làm thay

đối thành phan cấu tạo của khí quyền hoặc sử dụng đất Trong báo cáo lần thứ nhấtcủa IPCC năm 1990 chỉ nêu được rất ít bằng chứng về ảnh hưởng của con người đếnkhí hậu Báo cáo lần thứ hai năm 1995 đã đưa ra được những minh chứng cụ thé về

vai trò của con người đối với khí hậu trong thế kỷ 20 Báo cáo lần thứ ba năm 2001

đã kết luận rằng, sự ấm lên toàn cầu quan trắc được trong 50 năm cuối của thế kỷ 20

chủ yếu do sự tăng nông độ khí nhà kính trong khí quyền Những tiến bộ đạt được vềquan trắc số liệu hiện trạng cũng như các mô hình | gần đây càng cung cấp thêm những

hiểu biết, cho phép kết luận rằng BĐKH có nguồn gốc từ hai nguyên nhân: nguyén nhân tự nhiên và nguyên nhân con người (báo cáo lần thứ tư — AR4) [27].

1 Nguyên nhân tự nhiên

Theo Kịch bản BĐKH và nước biển dâng của Bộ TNMT năm 2016, những

nguyên nhân tự nhiên gây nên sự thay đổi của khí hậu Trái đất có thể là từ bên ngoài,

hoặc do sự thay đổi bên trong và tương tác giữa các thành phần của hệ thống khí hậutrái đất, bao gồm [10]:

— Thay đổi của các tham số quỹ đạo trái đất

— Biến đối trong phân bố luc địa - biển của bề mặt trái đất

— Sự biến đổi về phát xạ của mặt trời và hấp thụ bức xạ của trái đất

— Hoạt động của núi lửa

Có thé thấy rằng nguyên nhân gây ra BĐKH do các yếu tổ tự nhiên là biến đổi

từ từ, có chu kỳ rất dai, vì thế, nếu có, thì chỉ đóng góp một phan rất nhỏ vào BĐKH

trong giai đoạn hiện nay [4].

2 Nguyên nhân do con người

BĐKH trong giai đoạn hiện tại chủ yếu là do các hoạt động của con người làmphát thải quá mức các khí nhà kính vào bầu khí quyên Những hoạt động của con

người đã tác động lớn đến hệ thống khí hậu, đặc biệt ké từ thời kỳ tiền công nghiệp(khoảng từ năm 1750) Theo IPCC, sự gia tăng khí nhà kính kể từ những năm 1950

chủ yếu có nguồn gốc từ các hoạt động của con người Hay nói cách khác, nguyênnhân chính của sự nóng lên toàn cau trong giai đoạn hiện nay bắt nguồn từ sự gia tăngkhí nhà kính có nguồn gốc từ hoạt động của con người (Hình 2.2) [28]

Kể từ thời kỳ tiền công nghiệp, con người đã sử dụng ngày càng nhiều nănglượng, chủ yếu từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí đốt), qua đó đã phátthải vào khí quyên các khí gây hiệu ứng nhà kính, dẫn đến làm gia tăng nhiệt độ củatrái đất (Hình 2.2) [10]

Sự gia tăng nồng độ các khí nhà kính làm giảm bức xạ hồng ngoại thoát từ mặtđất ra ngoài vũ trụ, làm tăng nhiệt lượng tích lũy của trái đất và dẫn đến sự ấm lêncủa hệ thống khí hậu Sự gia tăng của nhiệt độ bề mặt trái đất kéo theo nhiều thay đôi

khác, như làm giảm lượng băng và diện tích được phủ băng và tuyết, làm thay đôi độ

che phủ bề mặt Do nước biển và đất có hệ số phản xạ thấp hơn so với băng và tuyết,

nên khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời của trái đất sẽ tăng lên

Thời gian (trước 2005)

Hình 2.2 Sự biến đổi của nồng độ các chất khí CO2, CH4, NaO trong khí quyên từ

20.000 năm trước đến 2005

(Nguồn: Ngo, 2018)

Các đại dương và bề mặt đất hấp thụ nhiều nhiệt sẽ tiếp tục làm giảm lượngbăng và diện tích phủ băng và tuyết Các khí nhà kính được khống chế trong Công

ước khí hậu bao gồm: các-bon điôxit (CO2), Mê tan (CHa), Nitơ ôxit (NzO), Hydro

fluorocarbons (HFCs), Perfluorocarbons (PFCs), Sulfur hexafluoride [10].

Theo báo cáo lần thứ 5 của IPCC, nồng độ các khí nhà kính như CO;, CHa, vaN2O trong bầu khí quyền đã tăng với một tốc độ chưa từng có trong nhiều năm trở lại

đây Nồng độ của CO: đã tăng khoảng 40% so với thời kỳ tiền công nghiệp, chủ yêu

là do sự phát thải từ đốt các nhiên liệu hóa thạch và thay đổi của bề mặt đệm Đại

dương đã hap thụ khoảng 30% lượng CO¿ do con người thải ra, gây ra sự axit hóa dai

dương [28].

Nóng lên toàn cầu so với giai đoạn 1850-1900 (°C)

Nhiệt độ bè mặt trung bình toàn cầu

quan sát được

Nóng lên do e LH trộc tín

tới hiện tại và khoản:

Khoảng có kha năng về các ứng phó theo mô hình cho các lộ trình dé rả

Wi Phá: thai CO, toàn cau đạt được mức rong bằng 0 vào năm 2055, và

cưỡng bức bức xạ phi CO, giảm sau năm 2030 (mau xám ở b, c & d)

—¬: Giảm CO, nhanh hyn (xanh da tời ở b & c) dẫn tới tăng khi

năng hạn chế nóng lên thêm 1 5°C

‘+ Ml Không giảm cưỡng bức bức xạ phi CO, (tím ở d) dẫn tới

khả năng thắp hơn về hạn chế sự nóng lênở 1,5°C

Hình 2.3 Quá trình nóng lên toàn cầu từ 1960-2020 và các dự tính đến năm 2100

(Nguôn: IPCC, 2013)

960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

x

Tác động bức xạ (W/m2)

Năm 2018, IPCC đã công bố báo cáo về sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5°C, báo cáo

đã chỉ ra đến năm 2017 nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 1°C so với thời

kì tiền công nghiệp và nếu tiếp tục giữ nguyên xu thế ở hiện nay thì nhiệt độ trungbình toàn cầu sẽ tăng lên khoảng 1,5°C vào giai đoạn 2030-2052 (Hình 2.3) [28]

2.1.2.2 Kịch bản biến đổi khí hậu

Thay đôi nồng độ khí nhà kính trong khí quyền là yếu tô quan trọng trong dựtính BĐKH Kịch ban BĐKH được xây dựng từ các giả định về sự thay đổi trongtương lai và quan hệ giữa phát thải khí nhà kính và các hoạt động kinh tế - xã hội,tong thu nhập quốc dân, sử dụng dat

Năm 1990, IPCC lần đầu tiên công bố kịch bản BĐKH trong báo cáo lần thứnhất (AR1) và bổ sung vào năm 1992 Đến năm 2000, IPCC đưa ra bộ kịch bản thế

hệ thứ 2 (A1, A2, BI ) trong báo cáo lần 2 (AR2) Họ kịch bản này tiếp tục đượcdùng trong báo cáo lần thứ 3 (AR3) năm 2001 và báo cáo lần thứ 4 (AR4) năm 2007

Năm 2013, IPCC công bố kịch bản cập nhật trong báo cáo lần thứ 5 (AR5),

đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative Concentration

Pathways - RCP) được sử dụng dé thay thé cho các kịch bản SRES Kịch bản RCPchú trọng đến nồng độ khí nhà kính thay vì các quá trình phát thải trên cơ sở các giảđịnh về phát triển của kinh tế- xã hội, công nghệ, dân số Các đặc trưng của kịch

bản RCP và so sánh giữa các kịch bản RCP và các kịch bản SRES được trình bày

2.1.2.3 Kịch bản CMIP6

Dự án Đối chứng các Mô hình Khí hậu (Couple Model Intercomparison

Project - CMIP) được triển khai nhằm nghiên cứu thử nghiệm đầu ra của các mô hình

khí hậu Kết quả của CMIP bao gồm các kết quả được báo cáo, công bồ và bình duyệtbởi các nhà khoa học, góp phần vào các đánh giá và báo cáo do Hội đồng liên chínhphủ về BĐKH — Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ban hành Báocáo AR6 của IPCC tập hợp kết quả từ mô hình khí hậu toàn cầu thế hệ mới nhấtCMIP6 cùng với 5 kịch bản chia sẻ kinh tế - xã hội (SSP), Bảng 2.2 cung cấp thôngtin tổng quan ngắn gọn về từng kịch ban SSP [29][30]

Bang 2.2 Dac trung cua cac kich ban phat thai SSP

: , Nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt độ

Loại Bức xạ eee wae ee

: v.v Đặc điểm phát tăng giai tăng giai tăng giai

mà Ae done thai doan 2021- doan2041-

đoạn2081-a đoạn2081-a 2040 2060 2100

SSPI- Giảm phát thải

19 1,9 W/m? CO» về 0 vào năm 1,5°C 1,6°C 1,4°C

, 2050

SSP1- Giam phat thai

2,6 W/m? CO; về 0 vào năm 1,5°C 1,7°C 1,8°C

SSP3- Tang gap hai lan

7,0 W/m? mức phat thải CO2 1,5°C 2,1°C 3,6°C

Những kết hop giữa các kịch ban SSP va RCP tương ứng được hiển thi trong

Hình 2.4 [31] Các kịch bản SSP là kịch bản phức tạp nhất được phát triển cho đến

nay và kéo dài một phạm vi từ giảm thiểu tối ưu nhất đến phát thải tăng liên tục Cáckịch bản SSP có một số đặc điểm chính sau:

— SSP kết hợp các yếu tô từ hai kịch bản trước đó: Báo cáo đặc biệt về các

kịch bản phát thải (SRES) và Lộ trình tập trung đại diện (RCP).

— SSP được tạo ra với các giả định khác nhau về sự phát triển cua con người

bao gồm: dân số, giáo duc, đô thị hóa, tổng sản phẩm quốc nội, tăng trưởng

kinh tế, tốc độ phát triển công nghệ, khí nhà kính, cung và cầu năng lượng,

sử dụng đắt,

— Các SSP được thiết kế dé hoạt động kết hợp với phiên ban cập nhật của

kịch bản RCP [29] Các kịch bản RCP mới chỉ xác định các lực bức xạ vào

cuối thế kỷ, trong khi các SSP xác định sự phát triển toàn cầu và tình trạngcủa thế giới, phản ánh khó khăn và thành công hoặc thách thức liên quan

đến việc thực hiện chính sách, hoặc các chiến lược giảm thiểu hoặc thích

ứng.

Các mô hình khí hậu trong Giai đoạn 5 của CMIP (CMIP5) cho thay sự cảithiện trong mô phỏng gió mùa hè châu Á so với các mô hình giai đoạn 3 của CMIP(CMIP3) [32] Khả năng của các mô hình tái tạo sự phân bó địa lý của lượng mưa ở

Đông Á cũng được cải thiện từ CMIP3 đến CMIPS [33] Theo CMIP5, các tinh huống

này được chỉ định là Con đường tập trung đại diện: cách "cưỡng bức bức xạ" sẽ thay

đôi theo thời gian, các kịch bản như RCP 8.5 tạo ra thêm 8,5 Watts trên mỗi mét

vuông lực bức xạ vào cuối thế kỷ này Đặc điểm chính của các mô hình CMIP6 làbao gồm các kịch bản Kinh tế Xã hội Chia sẻ (SSP) Trong CMIP6, có thé thấy các

điều kiện kinh tế xã hội nhất định có thé được liên kết như thé nào với lượng bức xa,

và cách mà các tác động đó khiến khí hậu thay đổi Trong CMIP5, quỹ đạo cưỡngbức bức xạ được coi như một giá trị nhất định, và biến số duy nhất là mức độ khí hậuthay đôi Điều này đã giúp các mô hình CMIP6 linh hoạt hơn nhiều dé khám phá cáchcon người có thể ảnh hưởng đến khí hậu

Hinh 2.4 Cac kich ban SSP trong CMIP6

Trong báo cáo đầu tiên của AR6 đã so sánh chi tiết về kết quả CMIPS và

CMIP6 [28][30][34], một điểm khác biệt dang chú ý giữa các mô hình CMIPS vaCMIP6 là “độ nhạy khí hậu” — đây là thước đo mức độ thay đổi nhiệt độ trung bìnhtoàn cầu dé đáp ứng với sự thay đổi cụ thể về nồng độ CO2 So sánh cho thay giá tri

trung bình da mô hình của độ nhạy khí hậu trong các mô hình CMIP6 cao hơn so với

các mô hình CMIP5, mặc dù trong CMIP6 có phạm vi rộng hơn [35] Điều này ý

nghĩa rằng đối với mức tăng CO2 nhất định, các mô hình CMIP6 sẽ mô phỏng BĐKH

lớn hơn một chút so với các mô hình CMIPS.

2.1.2.4 Xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu

1 Mô hình khí hậu toàn cầu - GCMs

Mô hình hóa khí hậu là sự biéu diễn hệ thống khí hậu bằng các phương trìnhtoán học mô tả các quá trình vật lý, hóa học, sinh học, xảy ra trong hệ thống khíhậu (Hình 2.5) [10][36] Mô hình khí hậu toàn cầu (Global Climate Model - GCM)

mô tả các đặc trưng khí quyên và đại dương với lưới 3 chiều, độ phân giải khoảng200km [36] Mô hình GCM được xây dựng với mục đích mô tả đầy đủ đặc tính bachiều của hệ thống khí hậu, gồm ít nhất hai thành phan quan trong là khí quyên vàđại đương Vào những năm 1980, cùng với sự ra đời của Nhóm nghiên cứu về BĐKHcủa IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change - Ủy ban Liên chính phủ về

BĐKH), mô hình GCM được áp dụng trong nghiên cứu tác động dai hạn của sự tích

lũy khí nhà kính trong khí quyên do các hoạt động sản xuất công nghiệp và đốt nhiên

liệu hóa thạch [10].

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa các thành phần của mô hình khí hậu toàn cầu

Mặc dù đã đạt được nhiều tiến bộ về mô phỏng khí hậu trong quá khứ và dự

tính khí hậu trong tương lai, tuy nhiên, hầu hết các GCM đều có độ phân giải thấp(thường khoảng từ 2,5°-3,7° kinh vĩ) nên không thể mô tả tốt các đặc trưng khu vực

như khí hậu gió mùa, địa hình, hệ sinh thái phức tạp và hơn nữa là tác động của con

người Vì vậy, các mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model - RCM) được

xây dựng nhằm nghiên cứu chỉ tiết hơn khí hậu khu vực Phương pháp lồng ghép giữa

GCM và RCM được gọi là chỉ tiết hóa động lực (Dynamical Downscaling)

2 Phương pháp chỉ tiết hóa

Mô hình GCM được xây dựng với mục đích mô tả đầy đủ đặc tính ba chiều

của hệ thống khí hậu, gồm ít nhất hai thành phần quan trọng là khí quyền và đại

dương Cac mô hình đã từng bước được hoàn thiện và tăng mức độ phức tạp dé mô

tả đầy đủ hơn quá trình vật lý và hóa học của hệ thống khí hậu Hiện nay, các GCM

đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu mô phỏng khí hậu quá khứ và

hiện tại, dự báo khí hậu hạn mùa và hạn xa hơn (khoảng vài thập kỷ).

Các mô hình khí hậu toàn cầu chia thế giới thành các ô lưới có kích thước từ

100 — 300 km, điều này có nghĩa là mỗi ô lưới có điện tích từ 10.000 — 90.000 km2.Mặc dù, mô hình khí hậu toàn cầu ngày cảng được hoàn thiện trên phạm vi khônggian và thời gian, tuy nhiên các kết quả trực tiếp của mô hình này vẫn chưa đủ chỉ tiết

để đánh giá tác động của BĐKH cho một khu vực nhỏ vì các điều kiện như: địa hình,

mặt đệm có ảnh hưởng lớn đến khí hậu địa phương nhưng chưa được thé hiện trong

mô hình khí hậu toàn cầu Do đó phương pháp chỉ tiết hóa (Hình 2.6) được sử dụng

để giải quyết các vấn đề này [37]

Trong cách tiếp cận chỉ tiết hóa có thé được phân thành 2 loại bao gồm chỉ tiếthóa động lực và chỉ tiết hóa thông kê Chỉ tiết hóa động lực thường đề cập đến việc

sử dụng các mô hình khí hậu khu vực (RCM) để mô phỏng các đặc trưng khí hậuvùng dựa vào kết quả đầu ra của các mô hình GCM Trong khi đó, chỉ tiết hóa thống

kê ước lượng các biến khí hậu vùng (đối tượng dự báo) dựa vào mối quan hệ thống

kê với các biến khí hậu toàn cầu (các yếu tô dự báo) Mỗi phương pháp có những ưuđiểm và nhược điểm riêng (Bảng 2.3), tuy nhiên phương pháp chi tiết hóa thống kê

thường được dùng vì nó đơn giản hơn, tốn ít tài nguyên máy tính và thời gian hơn[38] Các công cụ thường sử dụng trong phương pháp chỉ tiết hóa thống kê bao gồm

SDSM, ASD, LARS-WG, Kịch ban BĐKH thường được xây dựng bằng các công

cụ chỉ tiết hóa (thống kê hoặc động lực) dựa vào các kết quả của mô hình hoàn lưuchung (GCM) và sau đó sử dụng mô hình thủy văn sinh thái để đánh giá ảnh hưởngcủa BĐKH lên dòng chảy va chất lượng nước

Thuật ngữ “chi tiết hoa” đề cập đến các phương pháp mà thông tin về khí hậuđịa phương (10—100 km) được lay từ dit liệu khí quyền có độ phân giải thô (> 100km)

sai lệch phát sinh một cách có hệ thống từ các quá trình khí quyền hoặc các đặc điểm

bề mặt quá nhỏ dé có thé thực hiện bằng các mô hình khí hậu quy mô lớn Các nhà

quản lý cần có các kịch bản có độ phân giải cao để đánh giá và ứng phó với BĐKH,các phương pháp chỉ tiết hóa cũng đã được xem xét trong nhiều nghiên cứu trước đây[36][39] Các thông tin khí hậu cần thiết cho việc đánh giá tác động và tài nguyênthường ở quy mô không gian chỉ tiết hơn nhiều so với mức độ chỉ tiết của các GCM

[40] GCM có độ phân giải hàng trăm km trong khi RCM có thé có độ phân giải tốt

Tuy nhiên, nhiều mô hình đánh giá tác động yêu cầu độ phân giải tương đương

với các quan sát khí hậu điểm và rất nhạy cảm với các BDKH quy mô nhỏ Điều này

đặc biệt đúng đối với các vùng có địa hình phức tạp, các vi trí ven biển hoặc hải đảo

và các vùng có độ che phủ đất không đồng nhất cao Do đó, mục tiêu chính của việcchỉ tiết hóa là để thu hẹp các thang đo không phù hợp giữa kết quả mô hình khí hậu

có thể cung cấp và thông tin mà cộng đồng nghiên cứu về tác động khí hậu yêu cầu

Chi tiết hóa dữ liệu (downscaling) là phương pháp dùng dé tăng độ phân giảicủa dữ liệu GCM đến độ phân giải cao hơn Hai phương pháp chỉ tiết hóa được sửdụng rộng rãi trên thé giới là chi tiết hóa thống kê và chi tiết hóa động lực học:

— Phương pháp chi tiết hóa động lực dựa trên các quá trình vật lý và hóa học

bền vững của khí quyên Trái đất, ôn định về không gian và thời gian Nhìn

chung, các phương pháp chỉ tiết hóa động lực học thường được đánh giá caobởi các nhà nghiên cứu về khí hậu, nhưng nhược điểm của phương pháp này

là cần tài nguyên máy tính và thời gian mô phỏng rất dài Những nhược điểmtrên khiến chỉ tiết hóa động lực học ít được phổ biến Ở Việt Nam, hiện tại

chỉ có hai bộ dữ liệu kịch bản mô phỏng băng phương pháp chỉ tiết hóa động

lực học là dự án CORDEX-SEA và kịch bản BĐKH nước biển dâng của

MONRE (2016).

— Phương pháp chi tiết hóa thống kê dựa trên mỗi quan hệ định lượng giữa các

biển khí quyên ở quy mô lớn và biến khí quyền ở quy mô địa phương Theo

phương pháp này, số liệu mô phỏng độ phân giải thấp sẽ được chỉ tiết hóa về

độ phân giải cao ở quy mô địa phương Chỉ tiết hóa thống kê dựa trên mốiquan hệ giả định bất biến giữa các biến khí hậu Phương pháp thống kê có độchính xác tốt có thê thay thế cho phương pháp động lực khi thỏa mãn một số

điều kiện cần thiết

Bảng 2.3 So sánh chỉ tiết hóa thống kê và chỉ tiết động lực

Chỉ tiết hóa thống kê Chỉ tiết hóa động lực

Chỉ phí thấp

Dựa trên chuyên môn của nhà nghiên cứu

Mô phỏng cơ chế khí hậu chi tiết

Không giả định vê môi liên hệ

giữa khí hậu hiện tại và tương lai

Điểm Có thể sửa các sai lệch trong Sử dụng công nghệ hiện đại và

mạnh GCM không ngừng cải tiễn

Cho phép đánh giá kết quả khí Khuyến khích sự hợp tác giữahậu trên nhiều GCM và kịch lĩnh vực

bản phát thải

Giả sử mối quan hệ giữa khí Chi phí cao và yêu câu về tài

hậu địa phương và quy mô lớn nguyên máy tính

không đổi Kết quả có thể nhạy cảm với cácKhông hiệu quả trong mô tham số không chắc chắn

Điểm phỏng cơ chế khí hậu - ; Những sai lệch trong GCM (điều

yếu Không hiệu quả đê năm bắt kiện biên) có thê ảnh hưởng ở

phương sai hoặc các sự kiện cực đoan

quy mô địa phương

Đầu ra từ các mô hình có thể

không ở định dạng phù hợp với

phân tích - thường phải xử ly dữ

liệu bổ sung

Từ việc xem xét hai phương pháp chỉ tiết hóa, phương pháp chỉ tiết hóa thông

kê được lựa chọn trong luận án này do tính phù hợp về điều kiện tài nguyên máy tính

và chi phí thực hiện.

Phương pháp nội suy là một trong những cách tiếp cập cơ bản của phươngpháp chỉ tiết hoá thống kê Nội suy giữa các điểm lưới GCM được xem là phươngpháp đơn giản dé xây dựng các kịch bản có độ phân giải không gian chi tiết hơn Cácphương pháp: yếu tổ thay đổi", thay đổi hệ số delta' và 'nhiễu loạn - perturbation'[41][42], với 2 quá trình thực hiện chính bao gồm: Đầu tiên, một điều kiện khí hậutham khảo được thiết lập cho địa điểm hoặc khu vực cụ thể, tùy thuộc vào mục đíchnghiên cứu, đây có thể là giá trị trung bình dài hạn đại diện, hoặc một dữ liệu khítượng thực tế chăng hạn như một chuỗi nhiệt độ tối đa hàng ngày Tiếp theo, các thayđổi trong biến tương đương được tinh cho hộp ô lưới GCM gần vi trí mục tiêu nhất.

2.1.2.5 Một số công cụ chỉ tiết hóa thống kê tiêu biểu

I SDSM

Phuong pháp chỉ tiết hóa thống kê (SDSM) tính toán các quan hệ thống kê dựa

trên các kỹ thuật hồi quy bội tuyến tính giữa khí hậu quy mô lớn (nhân tố dự báo) vớikhí hậu địa phương Các mối quan hệ này được xây dựng khi sử dụng số liệu quá khứ

và giả thiết răng mối quan hệ này được duy trì trong tương lai, chúng có thể được sửdụng thu nhận các thông tin địa phương hay nói cách khác là được “chi tiết hóa” chomột số thời đoạn trong tương lai bằng việc điều khiển các mối quan hệ với các nhân

tố nhận được từ GCM hoặc từ số liệu phân tích [37]

2.ASD

Kha năng tuyến tính tự động là nền tang cho sự phát triển của mô hình chi tiếthóa thống kê trong ASD Mô hình này được phát triển dựa trên công cụ chỉ tiết hóa

thống kê SDSM được phát triển trong môi trường Matlab [43] Do được phát triển

chung nên về nguyên tắc mô hình ASD hoạt động giống như SDSM Đầu ra từ các

mô hình GCM áp dụng cho yếu tố lượng mưa sử dụng dạng tuyến tính có điều kiện

Quá trình mô phỏng về sự xuất hiện không điều kiện đối với yếu tổ nhiệt độ

3 LARS-WG

LARS-WG là công cụ tạo ra dữ liệu thời tiết, được sử dụng để mô phỏng dữliệu thời tiết tại một vị trí cụ thé Dữ liệu thời tiết mô phỏng trong LARS-WG baogồm lượng mưa (mm), nhiệt độ nhỏ nhất và lớn nhất (°C) và bức xạ mặt trời (MJm'

?day'') Mô hình LARS-WG sử dung dữ liệu khí tượng đo đạc dé tính toán các tham

số cho hàm phân bồ xác suất của các biến khí tượng, các hàm phân bố này được dùng

để phát sinh chuỗi đữ liệu khí tượng bằng việc lựa chọn ngẫu nhiên các giá trị từ cáchàm phân bố phù hợp