Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước lưu vực sông lô

29 CHƯƠNG III: CÁC MÔ HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ .... Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu IPCC, 2007, vào g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN HOÀNG MINH

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN

NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN HOÀNG MINH

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN

NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 60440224

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Thái

Hà Nội, 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH CÁC HÌNH 3

DANH SÁCH CÁC BẢNG 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

A MỞ ĐẦU 7

1 TÍNH CẤP THIẾT 7

2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 7

3 CÁCH TIẾP CẬN 8

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

5 PHẠM VI THỰC HIỆN 9

B NỘI DUNG LUẬN VĂN 10

CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG LÔ 10 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 10

1.1.1 Vị trí địa lý 10

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 10

1.1.3 Đặc điểm địa chất 12

1.1.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật 13

1.1.5 Đặc điểm khí hậu 14

1.1.6 Đặc điểm thủy văn, chế độ thủy văn 18

1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 21

1.2.1 Đặc điểm dân cư – lao động 21

1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội các tỉnh trong lưu vực sông Lô 22

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHO LƯU VỰC SÔNG LÔ 24

2.1 Tổng quan về BĐKH trên thế giới và ở Việt Nam 24

2.1.1 Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên thế giới 24

2.1.2 Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở Việt Nam 26

2.1.3 Kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam 26

2.2 Biểu hiện của biến đổi khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Lô 27

2.2.1 Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở lưu vực sông Lô 27

2.2.2 Kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Lô 29

CHƯƠNG III: CÁC MÔ HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ 39

3.1 Mô hình thủy văn 39

3.1.1 Khái quát về mô hình NAM 39

3.1.2 Các thông số cơ bản của mô hình NAM 40

3.1.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến kết quả mô hình 40

3.1.4 Dữ liệu đầu vào 42

3.1.5 Dữ liệu đầu ra của mô hình 43

3.1.6 Phân chia lưu vực 43

3.1.7 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 43

3.2 Mô hình thủy lực 48

3.2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 48

3.2.2 Yêu cầu số liệu đầu vào 51

3.2.3 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy lực 53

3.2.4 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy lực cho mùa lũ 53

3.3 Mô hình cân bằng nước 55

3.3.1 Giới thiệu mô hình MIKE BASIN 55

3.3.2 Phân khu sử dụng nước 56

3.3.3 Số liệu đầu vào mô hình 56

3.3.4 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 57

CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ 61

4.1 Tác động của BĐKH đến chế độ dòng chảy 61

4.1.1 Dòng chảy năm 61

4.1.2 Dòng chảy mùa 62

4.2 Tác động của BĐKH đến cân bằng nước hệ thống 64

4.2.1 Sự thay đổi nhu cầu sử dụng nước 64

4.2.2 Cân bằng nước hệ thống 65

4.3 Tác động của BĐKH đến dòng chảy lũ 69

4.3.1 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế 69

4.3.2 Sự thay đổi của mực nước đỉnh lũ 71

4.4 Tác động của BĐKH đến hạn hán 72

4.4.1 Phương pháp tính toán hạn hán 73

4.4.2 Tính toán hệ số K hạn cho giai đoạn 1980 – 1999 74

4.4.3 Tính toán hệ số K hạn cho lưu vực sông Lô theo các kịch bản BĐKH 77

C KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1: Bản đồ lưu vực sông Lô 10

Hình 2: Bản đồ địa hình lưu vực sông Lô 12

Hình 3: Bản đồ địa chất lưu vực sông Lô 13

Hình 4: Bản đồ mạng lưới trạm KTTV lưu vực sông Lô 21

Hình 5: Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu 24

Hình 6: Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng khác nhau trên thế giới 25

Hình 7: Xu thế biến động mực nước biển tại các trạm trên toàn cầu 25

Hình 8: Sự thay đổi của yếu tố nhiệt độ tại một số trạm trên lưu vực sông Lô 28

Hình 9: Sự thay đổi của yếu tố lượng mưa tại một số trạm trên lưu vực sông Lô 29

Hình 10: Giao diện phần mềm SDSM 30

Hình 11: Giao diện phần mềm SIMCLIM 31

Hình 12: Hệ thống Earth Simulator và mô tả kịch bản BĐKH của mô hình AGCM/MRI 33

Hình 13: Mô tả vị trí của mô hình PRECIS và giao diện mô hình 33

Hình 14: Sự thay đổi của nhiệt độ theo các kịch bản BĐKH A2, B2, B1 tại các trạm 36

Hình 15: Sự thay đổi của lượng mưa theo các kịch bản BĐKH A2, B2, B1 tại các trạm 37

Hình 16: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Bảo Yên 44

Hình 17: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Chiêm Hóa 44

Hình 18: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Đạo Đức 45

Hình 19: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Hàm Yên 45

Hình 20: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Ghềnh Gà 45

Hình 21: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Vụ Quang 46

Hình 22: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Bảo Yên 46

Hình 23: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Chiêm Hóa 46

Hình 24: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Đạo Đức 47

Hình 25: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Hàm Yên 47

Hình 26: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Ghềnh Gà 47

Hình 27: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Vụ Quang 48

Hình 28: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott 49

Hình 29: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phằng x~t 49

Hình 30: Nhánh sông và các điểm lưới xen kẽ 50

Hình 31: Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu 50

Hình 32: Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng 50

Hình 33: Mạng lưới sông trên mô hình MIKE 11 52

Hình 34: Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình 53

Hình 35: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại trạm Vụ Quang – VII/1996 54

Hình 36: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại trạm Vụ Quang – VIII/2002 54

Hình 37: Sơ đồ mô hình MIKE BASIN 56

Hình 38: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Hàm Yên 58

Hình 39: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Chiêm Hóa 58

Hình 40: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Ghềnh Gà 58

Hình 41: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Vụ Quang 59

Hình 42: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Hàm Yên 59

Hình 43: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Chiêm Hóa 59

Hình 44: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Ghềnh Gà 60

Hình 45: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Vụ Quang 60

Hình 46: Xu thế lưu lượng trung bình năm các trạm chính trên sông Lô theo các kịch bản 62

Hình 47: Xu thế lưu lượng mùa lũ tại các trạm chính trên sông Lô theo các kịch bản 63

Hình 48: Xu thế lưu lượng mùa kiệt tại các trạm chính trên sông Lô theo các kịch bản 64

Hình 49: Sự thay đổi của nhu cầu nước trên lưu vực sông Lô qua các thời kỳ theo các KB

BĐKH 65

Hình 50: Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Lô qua các giai đoạn – kịch bản A2 66

Hình 51: Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Lô qua các giai đoạn – kịch bản B2 67

Hình 52: Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Lô qua các giai đoạn – kịch bản B1 69

Hình 53: Bản đồ phân vùng hạn hán lưu vực sông Lô 76

Hình 54: Bản đồ hạn hán lưu vực sông Lô – Tháng 11/1992 77

Hình 55: Bản đồ hạn hán lưu vực sông Lô – Tháng 3/1993 77

Hình 56: Bản đồ hạn hán lưu vực sông Lô – Tháng 11/2052 78

Hình 57: Bản đồ hạn hán lưu vực sông Lô – Tháng 3/2053 78

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1: Lượng mưa trung bình tháng và năm các trạm trên lưu vực sông Lô 15

Bảng 2: Lượng bốc hơi trung bình tháng và năm các trạm trên lưu vực sông Lô 16

Bảng 3: Sự thay đổi của nhiệt độ trung bình năm so với thời kỳ nền tại các trạm 35

Bảng 4: Sự thay đổi của lượng mưa năm tại các trạm trên sông Lô so với thời kỳ nền 36

Bảng 5: Các thông số của mô hình NAM 40

Bảng 6: Danh sách các trạm khí tượng sử dụng trong mô hình NAM 43

Bảng 7: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình NAM tại các trạm chính trên sông Lô 44

Bảng 8: Phân chia khu sử dụng nước trên lưu vực sông Lô 57

Bảng 9: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thông qua chỉ số NASH 60

Bảng 10: Nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Lô theo các kịch bản BĐKH 64

Bảng 11: Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Lô theo kịch bản A2 65

Bảng 12: Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Lô theo kịch bản B2 67

Bảng 13: Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Lô theo kịch bản B1 68

Bảng 14: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kết 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm thủy văn chính trên lưu vực sông Lô – KB A2 69

Bảng 15: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kết 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm thủy văn chính trên lưu vực sông Lô – KB B2 70

Bảng 16: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kết 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm thủy văn chính trên lưu vực sông Lô – KB B1 70

Bảng 17: Sự thay đổi của mực nước lớn nhất tại trạm Vụ Quang theo các KB BĐKH 72

Bảng 18: Chỉ tiêu phân cấp mức độ hạn 74

Bảng 19: Danh sách các trạm khí tượng sử dụng trên sông Lô 75

Bảng 20: Kết quả tính hệ số hạn cho lưu vực sông Lô mùa khô năm 1992/1993 76

Bảng 21: Kết quả tính hệ số hạn cho lưu vực sông Lô mùa khô năm 1952/1953 – KB A2 77

Bảng 22: Kết quả tính hệ số hạn cho lưu vực sông Lô mùa khô năm 1952/1953 – KB B2 77

Bảng 23: Kết quả tính hệ số hạn cho lưu vực sông Lô mùa khô năm 1952/1953 – KB B1 78

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

A MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT

Biến đổi khí hậu (BĐKH) mà biểu hiện chính là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng, là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21 Thiên tai và các hiện tượng khí hậu cực đoan khác đang gia tăng ở hầu hết các nơi trên thế giới, nhiệt độ và mực nước biển trung bình toàn cầu tiếp tục tăng và đang là mối lo ngại của các quốc gia trên thế giới Theo tính toán của Bộ Tài nguyên và Môi trường (MONRE, 2012), ở Việt Nam, trong khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm đã tăng khoảng 0,5 đến 0,7°C, mực nước biển đã dâng khoảng 20cm Hiện tượng El-Nino, La-Nina ngày càng tác động mạnh mẽ đến Việt Nam Biến đổi khí hậu thực sự đã làm cho thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng nghiêm trọng Nhiệt độ trung bình ở Việt Nam có thể tăng lên 3°C và mực nước biển có thể dâng 1m vào năm 2100

Từ số liệu quan trắc cho thấy, các thành phần của chu trình thủy văn đã có sự biến đổi trong vài thập niên qua, như gia tăng hàm lượng hơi nước trong khí quyển; mưa thay đổi cả về lượng mưa, dạng mưa, cường độ và cực trị mưa; độ ẩm đất và dòng chảy thay đổi

Tài nguyên nước bị tổn thương và bị tác động mạnh bởi biến đổi khí hậu và do

đó gây nên những hậu quả bất lợi đối với loài người và các hệ sinh thái Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC, 2007), vào giữa thế kỷ 21, do biến đổi khí hậu nên dòng chảy năm trung bình của sông suối sẽ tăng lên ở các khu vực vĩ độ cao và một vài khu vực nhiệt đới ẩm, nhưng giảm ở một số khu vực nằm ở vĩ độ vừa và khu vực nhiệt đới khô

Lưu vực sông Lô là lưu vực có nguồn tài nguyên nước dồi dào đã, đang và có thể phải hứng chịu những tác động của biến đổi khí hậu, điều này có thể ảnh hưởng lớn đến kinh tế xã hội và đa dạng sinh học trên lưu vực Do đó, cần phải có những nghiên cứu, đánh giá định lượng, từ đó đưa ra các giải pháp ứng phó kịp thời Nội dung của luận văn

sẽ đề cập đến vấn đề: “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước lưu vực sông Lô”

2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

- Đánh giá xu thế thay đổi của tài nguyên nước mặt theo các kịch bản BĐKH

3 CÁCH TIẾP CẬN

Luận văn áp dụng các cách tiếp cận sau:

- Tiếp cận theo không gian và thời gian: BĐKH gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan, tăng tần suất thiên tai và mực nước biển dâng, xâm nhập mặn Các ảnh hưởng của

sự thay đổi này thường diễn ra trên diện rộng, mức độ và phạm vi ảnh hưởng thay đổi theo không gian và thời gian Do đó để nhận định quy mô ảnh hưởng của BĐKH đến tài nguyên nước cần tiếp cận theo không gian và thời gian

- Tiếp cận hệ thống:

+ Chúng ta xem xét tác động của BĐKH, các đối tượng chịu tác động và sự điều chỉnh các chính sách, các quy hoạch là một hệ thống nhất tự nhiên - kinh tế - xã hội (khí hậu - hệ thống tài nguyên - môi trường - sinh thái – kinh tế - xã hội), trong đó mọi thành phần của hệ thống này có quan hệ chặt chẽ với nhau, mọi biến động của từng thành phần trong hệ thống đều có tác động đến các thành phần khác Hiện trạng tài nguyên môi trường, phát triển kinh tế - xã hội liên quan rất chặt chẽ với nhau và phụ thuộc mạnh mẽ vào các điều kiện tự nhiên nói chung, khí tượng-khí hậu nói riêng Do đó, xu thế BĐKH gây nên những tác động có tính chất quyết định tới các cấu phần còn lại của hệ thống + Theo cách tiếp cận này, việc nghiên cứu, điều tra đánh giá ảnh hưởng của BĐKH tới các chính sách, quy hoạch phát triển tổng thể và phát triển ngành phải được tiến hành đồng bộ, hệ thống, toàn diện Việc xây dựng, chỉnh sửa các chính sách, quy hoạch tài nguyên nước trong khu vực nghiên cứu cần được thực hiện trong mối quan hệ không chỉ của đơn lẻ từng yếu tố, hoặc chỉ tính đến các yếu tố nội địa, mà phải xem xét trong mối quan hệ, tác động tổng hợp của các cấu thành thuộc hệ thống nội tại và các yếu tố ảnh hưởng từ bên ngoài

- Tiếp cận tích hợp, liên ngành: Việc nghiên cứu, xây dựng các chính sách, quy hoạch tài nguyên nước trên lưu vực cần được xem xét trong mối quan hệ tổng thể về điều kiện tự nhiên (khí hậu, địa chất, địa hình, địa mạo), điều kiện kinh tế - xã hội

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu:

+ Phương pháp này được thực hiện trên cơ sở kế thừa, phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu, tư liệu, số liệu thông tin có liên quan một cách có chọn lọc, từ đó, đánh giá chúng theo yêu cầu và mục đích nghiên cứu

+ Thống kê là phương pháp xử lý số liệu một cách định lượng Ở giai đoạn đầu, tiến hành thống kê, thu thập các số liệu, các kết quả nghiên cứu của các chương trình, dự án

đã được thực hiện có liên quan Đồng thời, thống kê, thu thập các số liệu đo đạc, khảo sát ngoài thực địa, tính toán trên bản đồ

+ Các tài liệu cần thu thập:

 Số liệu nhiệt độ, lượng mưa, bốc hơi, lưu lượng, mực nước tại các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Lô

 Kịch bản biến đổi khí hậu đối với nhiệt độ, lượng mưa cho lưu vực sông Lô

 Tài liệu niên giám thống kê năm 2011, tài liệu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020, tài liệu quy hoạch thủy lợi của các tỉnh có diện tích tự nhiên nằm trong lưu vực sông Lô

 Các đặc trưng của 2 hồ chứa Thác Bà và Tuyên Quang

- Phương pháp mô hình toán: Các mô hình được sử dụng trong luận văn: Mô hình NAM, mô hình MIKE 11, mô hình MIKE BASIN

- Phương pháp bản đồ và GIS: Phương pháp bản đồ và GIS được sử dụng phục vụ việc đánh giá phạm vi, đối tượng bị ảnh hưởng bởi các tác động của biến đổi khí hậu

5 PHẠM VI THỰC HIỆN

Luận văn không nghiên cứu xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu Luận văn chỉ thu thập, tổng quan các kịch bản dựa trên các nghiên cứu đã và đang được tiến hành Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các tác động của biến đổi khí hậu đến các đối tượng của tài nguyên nước theo quy mô không gian và thời gian

B NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC

SÔNG LÔ 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Lô là phần lãnh thổ thuộc hai quốc gia: Việt Nam và Trung Quốc Hệ thống sông Lô được hình thành từ 4 con sông chính đó là dòng chính sông Lô, sông Chảy, sông Gâm và sông Phó Đáy với tổng diện tích lưu vực là 37.878 km2, trong đó diện tích nằm trong địa phận Trung Quốc là 15.249 km2 chiếm 40,26% diện tích của toàn lưu vực Bản đồ lưu vực sông Lô được thể hiện trong Hình 1

Hình 1: Bản đồ lưu vực sông Lô

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Địa hình phân bố trên lưu vực sông Lô có thể kể: cao nguyên Bắc Hà với đỉnh cao nhất là 2267m, khối tinh thạch cổ thượng nguồn sông Chảy có đỉnh Tây Côn Lĩnh cao 2431m, về phía Đông Nam là cao nguyên đá vôi và diệp thạch: Quảng Bạ, Pu Tha Ca và

Đồng Văn.Vùng núi cánh cung khu trung tâm phía Đông Bắc, cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm với các đỉnh cao nhất: Pia Ya 1980m, Pia uac 1930m, Pia Bioc 1587m Khối núi Tam Đảo ở Đông Nam có đỉnh cao nhất tới 1591m Đồi núi thấp là dạng địa hình chủ yếu trong lưu vực sông Lô.Trong lưu vực sông Lô các dãy núi lớn đều quy tụ về phía Nam và mở rộng vệ phía Bắc Vì vậy nan quạt có thể đặc trưng cho hình dạng của lưu vực sông Lô Các đơn vị địa mạo trên đây phản ánh khá rõ sự phân bố của nham thạch trên lưu vực

Đoạn từ nguồn tới Hà Giang chảy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam, thung lũng sông Lô ở đây rất hẹp có nơi chỉ khoảng 4- 5m các bờ núi xung quanh cao từ 1000- 1500m, từ Hà Giang tới Bắc Quang sông đổi hướng thành gần Bắc Nam, lòng sông rất nhiều thác ghềnh: chỉ kể từ biên giới về tới Vĩnh Tuy đã có tới 60 ghềnh, thác và bãi nổi Tới Hà Giang sông Miện ra nhập vào sông Lô ở bờ phải

Độ sâu trung bình về mùa cạn của sông Lô thuộc thượng lưu phía Việt Nam khoảng 0,6- 1,5m và sông rộng trung bình 40- 50 m( thượng lưu sông Lô ở phái Trung Quốc có tên là Bàn Long)

Trung lưu sông Lô có thể kể từ Bắc Quang tới Tuyên Quang dài 180km Độ dốc đáy sông giảm xuống còn 0.25m/km và thung lũng sông đã mở rộng

Sông rộng trung bình là 140m, hẹp nhất là 26m, sâu trung bình từ 1- 1.5m trong mùa cạn có khoảng 30 bãi, thác và ghềnh, trong đó có thác Cái ở dưới Vĩnh Tuy là khá nguy hiểm Tại Vĩnh Tuy sông Lô gặp sông con chảy từ vùng núi thượng nguồn sông Chảy xuống, cũng từ Vĩnh Tuy sông Lô bắt đàu chảy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam cho tới Tuyên Quang, taị đây sông Lô chảy qua một vùng đồng bằng đệ tam khá rộng Phía trên Tuyên Quang, tại khe Lau sông Lô nhận sông Gâm là phụ lưu lớn nhất lưu vực

Hạ lưu sông Lô có thể kể từ Tuyên Quang tới Việt Trì, thung lũng sông mở rộng, lòng sông rộng, ngay trong mùa cạn lòng sông cũng rộng tới 200m và sâu tới 1,5- 3m Tới Đoan Hùng có sông Chảy ra nhập vào bờ phải sông Lô và trước khi đổ vào sông Hồng ở Việt Trì, sông Lô còn nhập thêm một phụ lưu lớn nũa là sông Phó Đáy, chảy từ phía Chự Đồn xuống

Trên đoạn hạ lưu tàu thuyền đi lại thuận lợi, thác ghềnh không còn chỉ có những bãi nổi Tất cả có tới 12 bãi nổi trên đoạn này Tới Phan Lương, sông Lô lại cắt qua một cánh đồng bằng đệ tam nữa, lòng sông mở rộng, độ dốc nhỏ

Phần thuộc nước ta độ dốc trung bình của đáy sông là 0,26‰ Riêng các phụ lưu thì dốc hơi nhiều, độ dốc trung bình của sông con tới 6,18‰ Sự dao động về độ cao tương đối đã tạo ra những thung lũng sâu và hẹp, độ dốc sườn lớn 38- 400 Địa hình núi đồi chiếm 80% diện tích lưu vực Trên một số phụ lưu diện tích có độ cao từ 600m trở nên chiếm tỷ lệ lớn Độ cao lớn hơn 600m chiếm tới 90% diện tích của hồ Thanh Thủy Tại Nậm Ma chiếm trên 70%

Do điều kiện khí hậu và địa hình lên phần lớn diện tích lưu vực sông Lô phân bố cấp mật độ lưới sông tượng đối dầy đến rất dầy 0.5 đến 1.94km/ km2 Vùng có lượng

mưa nhiều địa hình đồi núi và nền là diệp thạch phân phiến và diệp thạch silic, xâm thực chia cắt diễn ra mạnh mẽ, mật độ sông suối dầy đặc 1.5 đến 1.94km/ km2, đó là các vùng sông Con, Ngoi Xảo, Nậm Ma…

Bản đồ địa hình lưu vực sông Lô được thể hiện trong Hình 2

Hình 2: Bản đồ địa hình lưu vực sông Lô

1.1.3 Đặc điểm địa chất

Các đới cấu trúc chính trong lưu vực sông Lô:

 Đới cấu trúc Sông Hồng: thể hiện dưới dạng là một phức nếp lồi lớn kéo dài

theo phương tây bắc-đông nam, nằm ở vùng rìa phía tây lưu vực sông Chảy và ngăn cách với đới cấu trúc sông Lô bằng đứt gãy sâu Sông Chảy Trong đới này là các thành tạo biến chất cao Protezozoi hệ tầng Sông Hồng được nâng lên mạnh mẽ dạng địa luỹ

 Đới cấu trúc Sông Lô: về phía bắc nối tiếp với vùng trồi Mã Quan (Trung

Quốc), ranh giới phía tây là đứt gãy Sông Chảy, ranh giới phía đông là đứt gãy Sông Phó Đáy Đới có dạng đẳng thước và là vùng nâng uốn nếp từ Protezozoi muộn Thành phần trầm tích trong đới được đặc trưng bởi nhóm thành hệ nguồn lục nguyên-cacbonat Cambri, Silua, Devon

 Đới cấu trúc Sông Gâm: Phân bố ở lưu vực sông Gâm, nằm liền kề với đới

Sông Lô Ranh giới phía tây là đứt gãy Sông Phó Đáy, ranh giới phía đông là đứt gãy

Yên Minh-Phú Lương Đới Sông Gâm là vùng chìm tương đối so với đới Sông Lô Đới được nâng lên hoàn toàn vào cuối hexin Thành phần trầm tích trong đới được đặc trưng bởi nhóm thành hệ nguồn lục nguyên-cacbonat Cambri, Ocdovic, Silua, Devon

Hoạt động magma trong đới cấu trúc này không nhiều, chủ yếu tạo thành những thể nhỏ, xuyên cắt các trầm tích trên Về địa hình đới cấu trúc Sông Gâm được đặc trưng bởi các khối núi cao, phân cắt mạnh và thấp dần về phía Đông nam

 Đới cấu trúc Mezozoi Sông Hiến: thể hiện dưới dạng kéo dài theo phương tây

bắc - đông nam trên 200 km, hơi cong về phía đông Ranh giới phía tây là đứt gãy Yên Minh - Phú Lương, ranh giới phía đông là đứt gãy Cao Bằng - Tiên Yên (ở lưu vực sông

Lô, sông Chảy là rìa đông vùng nghiên cứu) Đới này được nâng vào cuối hexin Trong kiến trúc hiện đại đới Sông Hiến ứng với một miền phức nếp lõm

Bản đồ địa chất lưu vực sông Lô được thể hiện trong Hình 3

Hình 3: Bản đồ địa chất lưu vực sông Lô

1.1.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật

Thảm phủ thực vật trên lưu vực sông Lô có các kiểu thảm phủ thực vật sau:

 Rừng kín cây lá rộng thường xanh nhiệt đới ẩm: Có cấu trúc nhiều tầng ưu thế cây lá rộng có độ che phủ kín phân bố hạn chế ở độ cao dưới 600 m ở các khu vực Bắc Kạn, Na Hang, Bắc Mê, Quảng Ngần, Xín Mần

 Rừng tre nứa thứ sinh nhiệt đới ẩm: Phân bố rộng khắp ở độ cao dưới 600 m

 Trảng cây bụi cỏ thứ sinh nhiệt đới ẩm : Phân bố đan xen với rừng tre nứa thứ sinh và phát triển rộng khắp

 Rừng kín cây lá rộng thường xanh nhiệt đới ẩm trên đá vôi : Khá thưa, cây lá rộng, diện phân bố còn ít

 Trảng cây bụi cỏ thứ sinh nhiệt đới ẩm trên đá vôi: Phổ biến trên đá vôi ở độ cao dưới 600 m

 Rừng kín cây lá rộng (có thể xen lẫn cây lá kim ở các đỉnh núi) thường xanh á nhiệt đới: Phân bố rải rác ở độ cao từ 600 - 1600 m như Tây Côn Lĩnh, bắc Hoàng Xu Phì, Xín Mần, Phia Oắc, có cấu trúc ít tầng (2 tầng), che phủ kín

 Rừng tre nứa thứ sinh á nhiệt đới: Phân bố ở độ cao 600 - 1600 m, không phổ biến, độ phủ kín, cấu trúc 1 tầng

 Trảng cây bụi cỏ thứ sinh á nhiệt đới: Phân bố trên vùng núi, có cấu trúc thưa, thấp

 Rừng hỗn giao cây lá rộng, lá kim á nhiệt đới: Có diện tích không lớn, phân bố trên đá vôi, xen giữa cây lá rộng và lá kim

 Trảng cây bụi cỏ thứ sinh á nhiệt đới trên đá vôi: Cây thấp, thưa, xen với đá lộ

 Rừng kín cây lá rộng thường xanh hoặc hỗn giao cây lá kim ôn đới ẩm: Phân bố hạn chế ở độ cao trên 1600 m, độ che phủ tốt

 Trảng cây bụi cỏ thứ sinh ôn đới ẩm: Phân bố hạn chế ở độ cao trên 1600 m, độ che phủ thưa, cấu trúc 1 tầng

1.1.5 Đặc điểm khí hậu

a Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình năm trên lưu vực sông Lô - Chảy, kể cả những vùng núi cao Tây Côn Lĩnh chưa có số liệu quan trắc, vào khoảng 12 – 23,3ºC, chênh lệch giữa nơi nóng nhất và nơi lạnh nhất lên tới 12,5ºC Nhiệt độ quan trắc được ở Việt Trì là 23,3ºC nhiệt độ ước lượng cho độ cao 2419 m của Tây Côn Lĩnh là 12ºC dựa trên quy luật nhiệt

độ giảm dần theo độ với gradien 0,5ºC/100 m

Do sự giảm dần nhiệt độ theo độ cao trên lưu vực sông Lô - Chảy nhiệt độ ở phía Bắc thấp hơn hẳn nhiệt độ ở phía Nam

Tổng nhiệt độ năm trên lưu vực, tính cho cả những vùng núi chưa quan trắc nhiệt

độ, vào khoảng 4400 – 8450ºC Chênh lệch giữa nơi có tài nguyên nhiệt độ phong phú nhất và nơi có ít tài nguyên nhiệt độ nhất vượt 4000ºC

b Chế độ mưa

Theo số liệu quan trắc được trên lưới trạm khí tượng và đo mưa, lượng mưa trung bình năm của lưu vực phổ biến là 1600 - 2400 mm Lượng mưa trung bình tính cho 14 trạm quan trắc là 1993 mm (Bảng 1)

Bảng 1: Lượng mưa trung bình tháng và năm các trạm trên lưu vực sông Lô

Trên lưu vực sông Lô - Chảy lượng mưa ngày lớn nhất tương đối lớn ở Bắc Quang

và một số trạm phía Nam, tương đối bé ở các núi vừa, núi cao và trung tâm mưa ít Bảo Lạc - Chợ Rã

Trên cùng địa điểm lượng mưa ngày lớn nhất phụ thuộc vào biến trình mưa Nhìn chung, trị số của đặc trưng này tương đối lớn vào mùa mưa (lớn nhất vào các tháng cao điểm VI, VII, VIII), tương đối bé vào các tháng mùa khô, bé nhất vào các tháng ít mưa nhất (XII - I)

Từ tháng XII đến tháng III hầu như không có ngày mưa trên 100mm Duy nhất ở Bắc Quang có lượng mưa 102.5mm vào ngày 16/II/1993 Từ tháng V đến tháng XI, trị số của đặc trưng này phổ biến là 100 - 300mm Kỷ lục về lượng mưa ngày ở nhiều nơi chỉ trên dưới 150mm Đặc biệt ở Phú Hộ quan trắc được lượng mưa 701.2mm vào ngày 24/VII/1980 Ngoài ra, ở Bắc Quang đã nhiều lần có lượng mưa ngày trên 400mm, lớn nhất là 427mm, xẩy ra vào ngày 29/VI/1999

c Bốc hơi

Lượng bốc hơi trung bình năm trên lưu vực sông Lô - Chảy, kể các vùng núi chưa

có quan trắc khí tượng, vào khoảng 500 - 1000mm, trung bình lưu vực là 765 mm Ở phía Bắc, Bắc Hà có lượng bốc hơi chỉ 578mm trở thành tâm bốc hơi bé nhất của khu vực Bên cạnh đó vùng núi vừa phía trước Tây Côn Lĩnh - Hoàng Xu Phì lại có lượng bốc hơi 956mm Ở phía Nam, các huyện phía Nam tỉnh Tuyên Quang có lượng bốc hơi 543mm trong khi lượng bốc hơi ở Phú Thọ lên tới 977mm

Trên lưu vực này, chỉ vào thời kỳ từ tháng V đến tháng VII mới có tháng có lượng bốc hơi trung bình trên 100mm Chi tiết về lượng bốc hơi các trạm trên lưu vực sông Lô được thể hiện trong Bảng 2

Bảng 2: Lượng bốc hơi trung bình tháng và năm các trạm trên lưu vực sông Lô

Đơn vị: mm

Phó Bảng 48,1 52,6 71,3 78,6 79,0 61,5 55,6 58,2 60,9 62,3 50,6 50,4 729,1 Bảo Lạc 53,2 63,2 92,6 103,3 106,8 78,7 74,8 65,9 66,0 60,7 51,9 50,9 868,0

Hà Giang 49,1 54,3 74,4 86,4 102,9 80,8 74,7 72,1 77,7 77,5 62,5 54,6 867,0

Hoàng Su Phì 61,1 68,5 97,7 106,0 111,7 86,6 81,2 71,8 72,8 73,0 64,0 61,8 956,2 Bắc Mê 48,5 56,8 73,5 82,8 88,3 68,3 65,3 62,7 63,2 60,4 50,7 51,0 771,5 Bắc Hà 31,2 32,9 47,7 56,7 70,4 58,3 56,4 49,2 49,3 50,0 39,3 36,3 577,7 Bắc Quang 33,8 37,9 49,3 55,7 70,7 60,5 61,6 59,4 59,0 54,8 44,5 39,6 626,8 Chợ Rã 51,1 57,3 71,4 76,5 86,0 69,3 66,1 59,6 62,2 57,8 50,5 50,7 758,5 Chiêm Hoá 41,9 43,1 53,0 62,6 83,2 70,2 66,1 55,9 58,9 57,0 48,0 46,4 686,3 Lục Yên 38,0 40,2 49,7 58,6 81,9 72,5 73,1 66,4 63,3 61,3 51,0 44,2 700,2 Hàm Yên 32,2 32,0 37,6 43,6 62,5 55,8 55,9 49,1 49,5 47,5 40,1 37,6 543,4

Tuyên Quang 48,8 47,2 55,2 66,4 90,7 76,1 78,6 62,9 62,5 62,0 55,0 54,9 760,3 Phú Hộ 55,2 49,9 54,7 70,7 101,2 95,4 94,2 74,3 75,3 81,3 71,7 64,6 888,5 Việt Trì 63,9 55,9 65,7 75,1 110,2 100,6 101,0 80,7 82,7 88,1 78,3 75,1 977,3

d Độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối trung bình năm trên lưu vực sông Lô - Chảy xê dịch trong khoảng

80 - 87%, tương đối thấp ở các núi cao thượng nguồn sông Chảy, trung tâm mưa nhiều Bắc Quang và các vùng phụ cận phía Nam của tâm mưa này, tương đối thấp ở Bảo Lạc phía Đông Bắc, Việt Trì ở phía Nam Ngoài ra, vùng núi vừa Hoàng Su Phì cũng có độ

ẩm tương đối thấp

Độ ẩm tương đối biến đổi với biên độ năm khoảng 4 - 8%, rất bé so với các lưu vực khác và do đó sự khác nhau về độ ẩm giữa các mùa và các tháng không đáng kể

Không ít trường hợp độ ẩm tương đối đạt mức 100% Ngược lại, độ ẩm tương đối

có thể xuống dưới 20%, thậm chí dưới 10%, nhất là trong mùa đông

Lưu vực nghiên cứu có tốc độ gió trung bình vào loại bé nhất so với các khu vực khác trên cả nước Tốc độ gió trung bình năm phổ biến khoảng 1,0 - 1,5 m/s, có nơi chỉ 0,9 m/s và có nơi lên đến 1,8 m/s Thông thường gió trong tháng III, tháng IV mạnh hơn các tháng khác

Tốc độ gió mạnh nhất ở nhiều nơi lên đến 34 - 35 m/s, có nơi trên 35 m/s như ở Bắc

Mê Tốc độ gió mạnh nhất ước lượng cho chu kỳ 50 năm ở nhiều nơi đến

34 - 35 m/s, thậm chí trên 50 m/s Rõ ràng là, gió mạnh nhất ở lưu vực sông Lô - Chảy không thua kém mấy so với Tây bắc và khu vực đồng bằng Bắc Bộ

f Bức xạ mặt trời

Lưu vực sông Lô - Chảy có chế độ bức xạ của một vùng núi nằm sát chí tuyến Bắc Hàng năm, hai lần mặt trời qua thiên đỉnh: lần thứ nhất vào hạ tuần tháng V - trung tuần tháng VI (29 - V ở điểm cực Nam và 17 - VI ở điểm cực Bắc) và lần thứ hai vào hạ tuần tháng VI - trung tuần tháng VII (27 - VI ở điểm cực Bắc và 16 - VII ở điểm cực Nam), do

ở sát chí tuyến Bắc, hai lần mặt trời qua thiên đỉnh chỉ cách nhau 10 ngày ở điểm cực Bắc

và 48 ngày ở điểm cực Nam

Độ cao mặt trời giữa trưa lên đến 800 hoặc hơn nữa trong các tháng lân cận hạ chí (V, VI, VII, VIII) và dưới 600 trong các tháng lân cận Đông chí (XI, XII, I, II) Vào Đông chí, độ cao mặt trời giữa trưa ở điểm cực Bắc chỉ còn 43011 và ở điểm cực Nam là

45013 Thời gian chiếu sáng ngày 15 hàng tháng lên đến 12,4 - 13,2 giờ trong các tháng lân cận hạ chí và 10,3 - 11,2 trong các tháng lân cận đông chí Giữa mùa Đông và mùa

Hè có sự khác nhau đáng kể về độ cao mặt trời cũng như thời gian chiếu sáng

Lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm ở Phú Hộ là 118,9 kcal/cm2

g Số giờ nắng

Số giờ nắng trung bình năm trên lưu vực sông Lô - Chảy phổ biến là

1500 - 1600 Có số giờ nắng dưới 1500 là phần lớn cao nguyên Đồng Văn - Quản

Bạ, các núi thượng nguồn sông Chảy, hầu hết vùng thấp thuộc tỉnh Hà Giang và phần

phía Đông của Yên Bái Có số giờ nắng trên 1600 là Hoàng Su Phì cùng với vùng núi kế cận ở phía Tây bắc của Hà Giang Ngoài ra các huyện Tam Dương, thành phố Việt Trì của Phú Thọ ở phía Nam cũng có trên 1500 giờ nắng hàng năm

1.1.6 Đặc điểm thủy văn, chế độ thủy văn

 Mạng lưới sông suối: Mật độ sông suối lưu vực sông Lô không đồng nhất giữa các vùng từ cấp mật độ rất thưa đến dày ( 0,46- 1,94 km/km2) Phía tây và Tây Bắc lưu vực phân bố cấp mật độ dày đến rất dày là vùng núi cao và mưa nhiều nhất lưu vực Phía Đông và Đông Bắc lưu vực với sa diệp thạch là chủ yếu, lượng mưa ít lên sông suối thưa thớt Có 162 sông với diện tích lưu vực dưới 100 km2 và 44 sông có diện tích 100 – 500

km2, chỉ có 10 sông có diện tích trên 500 km2

 Các phụ lưu chính:

 Sông Gâm:

Sông Gâm( L= 297km, F= 17.200km2 ) Là phụ lưu lớn cấp 1 của sông Lô, chiếm khoảng 44,1% diện tích của toàn bộ lưu vực sông Lô, các phụ lưu của sông Gâm phân bố tương đối đều dọc theon hai bên dọc sông

Giới hạn về phía Đông Và Đông Nam lưu vực sông Gâm là cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm, là đường phân nước lớn nhất trong khu vục Đông Bắc, đường giới hạn nay cao trung bình 500- 1000m, riêng các đỉnh cao trên 1000m,cao nhất là đỉnh Pia Uao 1930m

Mật độ sông suối trung bình trên lưu vực sông Gâm từ dưới 0,5 đến 1,5 km/km2

Phía thượng lưu sông Gâm mật độ sông suối ít hơn cả, từ dưới 0,5 đến 1 km/km2, tại đây mưa ít và đá vôi nhiều nhất so với các vùng khác trong lưu vực

Độ dốc bình quân sông Chảy tới 24%, độ cao bình quân cũng lớn khoảng 858m Diện tích có độ cao từ 400m trở xuống chiếm 40% diện tích toàn lưu vực mạng lưới sông suối phát triển rất mạnh trên 1,5 km/ km2

Vùng có mật độ sông suối tương đối dầy

từ 0.7km/ km2

đến 1 km/ km2 , phân bố ở thượng lưu nơi có lượng mưa ít và địa hình thấp

Dòng chính sông Chảy uốn khúc quanh co, hệ số uốn khúc lớn 2.32, độ rộng bình quân lưu vực nhỏ 26 km, hệ số không cân bằng của lưới sông nhỏ hơn 1, các phụ lưu nhập vào sông chính tương đối đều theo hai bên bờ sông chính

 Sông Phó Đáy:

Sông Phó Đáy cũng là một sông nhánh tương đối lớn của sông Lô Bắt nguồn từ vùng núi Tam Tao, cao trên 1100m, ở tỉnh Bắc Kạn, sườn phía Đông nam cánh cung Ngân Sơn, chảy theo hướng Đông bắc - Tây nam vào địa phận tỉnh Tuyên Quang (huyện Yên Sơn, Sơn Dương), qua thị trấn Sơn Dương đổi hướng Tây bắc - Đông nam chảy vào địa phận tỉnh Vĩnh Phúc (các huyện Lập Thạch, Tam Dương) rồi đổ vào sông Lô tại xã Viết Xuân, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc cách cửa sông Lô 2km về phía thượng lưu Sông Phó Đáy dài 170 km, diện tích lưu vực 1610 km2 có một số sông nhánh tương đối lớn như sông Lương Quang (F =138 km2), Ngòi Le (F =106 km2)

 Sông Miện

Sông miện có( L= 124km, F= 1935 km2), bắt nguồn từ vùng Trờ Pâng Trung Quốc chảy vào theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, tới Việt Nam sông chuyển hướng theo hướng gần Bắc- Nam, sông Miện xả qua cao nguyên đá vôi diệp thạch Quân Ba và đổ vào sông Lô ở bờ trái tại thị xã Hà Giang cách cửa sông Lô 258km

Nằm trong vùng đồi núi cao nguyên trên 1000m, do đó độ dốc bình quân lưu vực lớn 976m và độ dốc lưu vực thuộc loại trung bình 24,5% và hệ số uốn khúc lớn 1,98 Tổng lượng nước của sông Miện là 1,62km3 ứng với lượng bình quân năm 51,4

m3/s và mô đun dòng chảy năm 26,6 l/skm2 thuộc loại tương đối ít nước trên lưu vực sông Lô

 Sông Con

Sông Con có ( L= 76km, F= 1368 km2), bắt nguồn từ phía Đông Nam của khối núi cao thượng nguồn sông Chảy Sông Con chảy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam và nhập vào sông Lô ở Vĩnh Tuy thuộc bờ phải, cách cửa sông Lô 176km Độ cao bình quân lưu vực đạt 430m, độ dốc trung bình lưu vực cũng đạt tới 23,6%, độ dốc đáy sông tới 6,18‰ Mật độ sông suối tại đây phát triển nhất trongn lưu vực sông Lô, phù hợp với vùng núi cao, dốc nhiều, nham thạch mềm và lượng mưa nhiều Do đó dòng chảy của lưu vực sông Con cũng phong phú nhất trong lưu vực sông Lô Tổng lượng nước bình quân nhiều năm là 2.06km3 ứng với lượng mưa bình quan năm 65,3 m3/s và mô đun dòng chảy năm

nhất là đối với các sông nhỏ nên mặc dù các sông cắt xẻ không sâu nhưng các sông không bị khô cạn vào mùa khô

Môđun dòng chảy trung bình năm của vùng từ 20 - 30 l/s/km2 Nơi có môđun dòng chảy lớn nhất là thượng lưu sông Lô 40 - 50 l/s/km2 Phù hợp với khí hậu, chế độ thuỷ văn chia làm hai mùa rõ rệt: mùa lũ và mùa cạn

Mùa lũ ở lưu vực sông Lô - Chảy tới sớm hơn vùng Tây Bắc một tháng, nghĩa là từ tháng V đến tháng X, có những năm lũ bắt đầu ngay từ tháng IV và chấm dứt vào tháng

XI Số trận lũ xảy ra liên tiếp nhiều nhất vào các tháng VI, VII, VIII, IX nhất là các tháng

VI, VII, VIII Lũ lớn nhất thường xảy ra vào các tháng VII, VIII Ở phía Bắc của vùng, trên các sông nhỏ lũ lớn nhất tập trung vào tháng VI, liên quan tới thời tiết mưa dông do đối lưu nhiệt, hội tụ kinh tuyến, front lạnh trên các sông lớn chậm đi 1 tháng do khả năng tích nước của lòng sông

Dòng chảy mùa lũ của vùng lớn, nhưng dòng chảy cực đại nhỏ chứng tỏ phân phối dòng chảy mùa lũ khá điều hoà ảnh hưởng của bão yếu và nhân tố gây mưa lũ phong phú Bắt đầu từ tháng XI các sông bước vào mùa kiệt Giai đoạn đầu lưu lượng kiệt còn khá lớn do ảnh hưởng của mưa cuối mùa nóng và nhất là lượng nước kiệt giảm đi liên tục

và đạt tới trị số cực tiểu tháng, lúc này nguồn cung cấp của sông hoàn toàn là nước ngầm Thời kỳ thứ ba lưu lượng kiệt bắt đầu lên liên quan với mưa cuối mùa lạnh Tháng kiệt nhất tới sớm trên thượng nguồn sông Chảy và sông Lô vào tháng III Ở phần còn lại tháng kiệt nhất là tháng IV

Trị số dòng chảy kiệt tháng dao động từ 2 - 20 l/s/km2, trị số dòng chảy kiệt ngày từ

Mùa lũ trên toàn bộ lưu vực kéo dài trong 4 tháng (VI - IX), chiếm từ 62 - 73% lượng dòng chảy năm So với mưa dòng chảy ít tập trung hơn do khả năng điều tiết của lưu vực, nổi rõ nhất là tác dụng của đá vôi và rừng Tuy nhiên, do mật độ sông suối thưa thớt và dòng chảy thất thoát xuống các hang động đá vôi nên cây trồng và đất canh tác thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô trên khu vực thượng lưu sông Gâm

Sông Chảy cũng là sông có nhiều nước Lưu vực sông Chảy có môđun dòng chảy năm 31,52 l/s/km2 Mùa lũ kéo dài 4 tháng (VI - IX), chiếm 72,6% lượng dòng chảy năm Các sông Phó Đáy có lưu vực nằm trong vùng mưa ít nên môđun dòng chảy năm chỉ đạt 22 - 23,2 l/s/km2 Suối Nậm Mu có lưu vực nằm ở trung tâm mưa Hoàng Liên Sơn

nên có mođun dòng chảy lớn, trung bình 36,22 l/s/km2, vùng đầu nguồn có thể lên tới 50

- 70,2 l/s/km2

Do lưu vực của các sông trong vùng lưu vực sông Lô - Chảy có độ dốc cao, lượng mưa lớn, mùa mưa lũ dài và cường độ lũ lớn trong điều kiện lớp vỏ phong hoá dày, hoạt động xâm thực của các sông khá mạnh mẽ Hệ số xâm thực của lưu vực sông Hồng ở trạm Yên Bái là 722 tấn/km2/năm, lưu vực sông Lô ở Hà Giang 600 tấn/km2/năm, lưu vực sông Gâm ở Chiêm Hoá 145,8 tấn/km2/năm, sông Chảy ở Thác Bà 433 tấn/km2/năm

Hình 4: Bản đồ mạng lưới trạm KTTV lưu vực sông Lô

1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội

1.2.1 Đặc điểm dân cư – lao động

Lưu vực sông Lô - Chảy (phần Việt Nam) có tổng diện tích tự nhiên là 22.629 km2

, chiếm 6,84% diện tích cả nước, là địa bàn cư trú của nhiều dân tộc với dân số 2.346.937 người (chiếm gần 2.86% dân số cả nước) Do đặc điểm cấu tạo địa hình, sự phân nhánh của hệ thống sông nên lưu vực sông nghiên cứu không theo địa giới hành chính theo tỉnh, huyện, xã

Do vậy lưu vực sông Lô - Chảy bao gồm địa giới hành chính của 8 tỉnh: trong đó toàn bộ hai tỉnh: Hà Giang, Tuyên Quang, một phần diện tích các tỉnh Lào Cai, Cao Bằng, Yên Bái, Bắc Kạn, Phú Thọ, Vĩnh Phúc

Mật độ dân số của lãnh thổ nghiên cứu hiện nay là 104 người/km2, vào loại thấp so với mật độ dân số chung của cả nước (249người/km2) và các vùng khác (thấp nhất là Tây Bắc: 68người/km2, Đông Bắc: 145người/km2

)

Kết cấu dân số: Tỷ lệ dân số phân theo giới tính không có sự chênh lệch nhiều (49,5% nam và 50,5% nữ) Sự chênh lệch về phân bố dân cư thể hiện rõ nét ở sự phân bố dân cư thành thị (11,8%) và nông thôn (88,2%)

Nguồn lao động: Theo số liệu của Tổng cục thống kê, trong giai đoạn 2000 - 2003 dân số trong độ tuổi lao động các tỉnh lưu vực sông Lô, sông Chảy đã tăng từ 1,3 lên 1,50 triệu người, chiếm khoảng 3,1% lao động cả nước

Đến cuối năm 2003, lao động nông nghiệp các tỉnh lưu vực sông Lô, sông Chảy chiếm 78,5% tổng số lao động Khu vực công nghiệp chỉ chiếm 8,2% và lao động dịch vụ chiếm 13,3% Cũng như các tỉnh miền núi khác của nước ta, chất lượng của lực lượng lao động lưu vực sông Lô - Chảy còn có những hạn chế nhất định so với các vùng đồng bằng, thành thị

Đây là một trong những nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng tới quá trình phát triển kinh tế - xã hội của lưu vực

1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội các tỉnh trong lưu vực sông Lô

Mặc dù GDP hàng năm đều tăng nhưng mức tăng trưởng GDP của các tỉnh trong lưu vực đạt thấp hơn mức tăng của toàn quốc Trong 3 khu vực I, II, III theo phân vùng kinh tế ở các tỉnh miền núi, vùng cao, vùng dân tộc thiểu số thì chỉ có khu vực I có mức GDP bình quân đầu người cao hơn mức bình quân chung của cả nước

Khu vực II, gồm các vùng đệm giữa các khu vực đô thị và vùng sâu, vùng xa, vùng cao, GDP bình quân đầu người đạt 70% mức bình quân cả nước

Khu vực III, là khu vực khó khăn nhất, hiện chiếm 85% diện tích tự nhiên và 60% dân số của các tỉnh và huyện miền núi, gồm khu vực vùng cao, vùng sâu, GDP bình quân đầu người chỉ đạt bằng 31% mức trung bình cả nước

Nhìn chung, cơ cấu kinh tế chuyển dịch chậm, hiệu quả thấp, chỉ đạt 8 - 9 triệu đồng/ha/năm, thiếu vững chắc Diện tích đất trồng lúa nước hai vụ chỉ chiếm gần 50% diện tích canh tác Cây công nghiệp chủ yếu dựa vào thiên nhiên, thâm canh thấp, phương hướng phát triển sản xuất hàng hoá tập trung có quy mô lớn còn nhiều lúng túng Kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội yếu kém so với các lưu vực khác, chưa đủ sức tạo điều kiện cho kinh tế lưu vực phát triển nhanh, hiệu quả

Nạn di cư tự do chưa được giải quyết triệt để, còn nhiều người chưa ổn định định canh, định cư Các tệ nạn xã hội như nghiện hút tồn tại ở nhiều tộc người Hiện tượng vượt biên, buôn bán trái phép, mê tín dị đoan và hủ tục còn tồn tại

Hiện nay, tình trạng kinh tế tự nhiên tự cung tự cấp còn tồn tại nhiều ở các địa bàn vùng sâu, vùng xa, kinh tế hàng hoá chậm phát triển, trình độ ứng dụng khoa học kỹ thuật

vào sản xuất (trồng trọt, chăn nuôi, nghề cá, ) còn thấp do đặc điểm kinh tế - xã hội truyền thống còn tác động ở nhiều vùng dân tộc thiểu số trên lưu vực

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ CÁC KỊCH BẢN BIẾN

ĐỔI KHÍ HẬU CHO LƯU VỰC SÔNG LÔ 2.1 Tổng quan về BĐKH trên thế giới và ở Việt Nam

2.1.1 Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên thế giới

Sự nóng lên của hệ thống khí hậu toàn cầu rất rõ ràng với biểu hiện là sự tăng nhiệt

độ không khí và đại dương, sự tan băng diện rộng, dẫn đến sự tăng mực nước biển trung bình toàn cầu

Các quan trắc cho thấy rằng nhiệt độ tăng trên toàn cầu và tăng nhiều hơn ở các vĩ

độ cực Bắc Trong 100 năm qua (1906 – 2005), nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 0,74°C, tốc độ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gần gấp đôi so với 50 năm trước đó Diễn biến chuẩn sai của nhiệt độ trung bình toàn cầu được thể hiện trong Hình

2005 Ở đới vĩ độ trung bình và vĩ độ cao, lượng mưa tăng lên rõ rệt ở miền Trung Bắc

Mỹ, Đông Bắc Mỹ, Bắc Âu, Bắc Á và Trung Á (Hình 6) Tần số mưa lớn tăng lên trên nhiều khu vực, kể cả những nơi lượng mưa có xu thế giảm đi (IPCC, 2007)

Sự nóng lên của hệ thống khí hậu được minh chứng bởi số liệu quan trắc ghi nhận

sự tăng lên của nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước biển trung bình toàn cầu, sự tan chảy nhanh của lớp tuyết phủ và băng, làm tăng mực nước biển trung bình toàn cầu (IPCC, 2007)

Theo các nhà khoa học về biến đổi khí hậu toàn cầu và nước biển dâng, đại dương

đã nóng lên đáng kể từ cuối thập kỷ 1950 Các nghiên cứu từ số liệu quan trắc toàn cầu cho thấy, mực nước biển trung bình toàn cầu trong thời kỳ 1961 - 2003 đã dâng với tốc

độ 1,8 ÷ 0,5 mm/năm, trong đó, đóng góp do giãn nở nhiệt khoảng 0,42 ÷ 0,12 mm/năm

và tan băng khoảng 0,70 ÷ 0,50 (IPCC, 2007) Nghiên cứu cập nhật năm 2009 cho rằng tốc độ dâng của mực nước biển trung bình toàn cầu khoảng 1,8 mm/năm (Hình 7)

Hình 6: Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng khác nhau trên thế giới

Nguồn: IPCC/2007

Hình 7: Xu thế biến động mực nước biển tại các trạm trên toàn cầu

Nguồn: IPCC/2007

2.1.2 Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, xu thế biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa rất khác nhau trên các vùng trong 50 năm qua Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5°C trên phạm vi cả nước và lượng mưa năm có xu hướng giảm ở nửa phần phía Bắc, tăng ở phía Nam lãnh thổ

Nhiệt độ tháng I (tháng đặc trưng cho mùa đông), nhiệt độ tháng VII (tháng đặc trưng cho mùa hè) và nhiệt độ trung bình năm tăng trên phạm vi cả nước trong 50 năm qua Nhiệt độ vào mùa đông tăng nhanh hơn so với vào mùa hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh hơn nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo Vào mùa đông, nhiệt độ tăng nhanh hơn cả là Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ (khoảng 1,3 – 1,5°C/50 năm) Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ có nhiệt độ tháng

I tăng chậm hơn so với các vùng khí hậu phía Bắc (khoảng 0,6-0,9°C/50 năm) Tính trung bình cho cả nước, nhiệt độ mùa đông ở nước ta đã tăng lên 1,2°C trong 50 năm qua Nhiệt độ tháng VII tăng khoảng 0,3-0,5°C/50 năm trên tất cả các vùng khí hậu của nước

ta Nhiệt độ trung bình năm tăng 0,5 – 0,6°C/50 năm ở Tây Bắc, Đông Bắc Bộ, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ, mức tăng nhiệt độ trung bình năm

ở Nam Trung Bộ thấp hơn, chỉ vào khoảng 0,3°C/50 năm

Lượng mưa mùa khô (tháng XI-IV) tăng lên chút ít hoặc không thay đổi đáng kể ở các vùng khí hậu phía Bắc và tăng mạnh mẽ ở các vùng khí hậu phía Nam trong 50 năm qua Lượng mưa mùa mưa (tháng V-X) giảm từ 5 đến trên 10% trên đa phần diện tích phía Bắc nước ta và tăng khoảng 5 đến 20% ở các vùng khí hậu phía Nam trong 50 năm qua Xu thế diễn biến của lượng mưa năm hoàn toàn tương tự như lượng mưa mùa mưa, tăng ở các vùng khí hậu phía Nam và giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc Khu vực Nam Trung Bộ có lượng mưa mùa khô, mùa mưa và lượng mưa năm tăng mạnh nhất so với các vùng khác ở nước ta, nhiều nơi đến 20% trong 50 năm qua

Số liệu mực nước quan trắc cho thấy xu thế biến đổi mực nước biển trung bình năm không giống nhau tại các trạm hải văn ven biển Việt Nam Trên dải ven biển Việt Nam, mặc dù ở hầu hết các trạm mực nước trung bình năm có xu hướng tăng, tuy nhiên, ở một

số trạm lại có xu hướng mực nước giảm Mức biến đổi trung bình của mực nước biển dọc

bờ biển Việt Nam khoảng 2.8 mm/năm

Số liệu mực nước đo đạc từ vệ tinh từ năm 1993 đến 2010 cho thấy, xu thế tăng mực nước biển trên toàn biển Đông là 4,7mm/năm, phía Đông của biển Đông có xu thế tăng nhanh hơn phía Tây Chỉ tính cho dải ven bờ Việt Nam, khu vực ven biển Trung Trung Bộ và Tây Nam Bộ có xu hướng tăng mạnh hơn, trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam tăng khoảng 2,9mm/năm

2.1.3 Kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam

Kịch bản BĐKH tại Việt Nam được xây dựng dựa trên cơ sở các kịch bản phát thải khí nhà kính của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), bao gồm kịch bản phát

thải cao (A2), kịch bản phát thải thấp (B1) và kịch bản phát thải trung bình (B2) Sự biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa được tính toán cho bảy vùng khí hậu của Việt Nam là Tây Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam

Bộ Thời kỳ cơ sở để so sánh là 1980 - 1999

Theo các kịch bản, đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm có thể tăng từ 1.2 đến lớn hơn 3,7°C trên phần lớn diện tích nước ta Lượng mưa có thể tăng từ 1-10%

2.2 Biểu hiện của biến đổi khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Lô

2.2.1 Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở lưu vực sông Lô

Để đánh giá xu thế diễn biến khí hậu trong những năm qua của lưu vực sông Lô, luận văn đã sử dụng chuỗi số liệu lượng mưa và nhiệt độ của các trạm khí tượng trên lưu vực

a Nhiệt độ

Trong 40 năm qua (1970-2010), nhiệt độ trung bình năm của các trạm trên lưu vực sông Lô có xu hướng tăng lên, khoảng 0,95ºC Nhiệt độ tại các trạm tăng không đồng đều vào các mùa trong năm mà có xu hướng tăng nhanh vào mùa khô và tăng chậm hơn vào mùa mưa Xu thế tăng của nhiệt độ tại các trạm được trình bày trong Hình 8

22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Hình 9: Sự thay đổi của yếu tố lượng mưa tại một số trạm trên lưu vực sông Lô

2.2.2 Kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Lô

a Các kịch bản phát thải khí nhà kính

Như đã biết, nguyên nhân gây ra BĐKH mà 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 rừng,…do sự tăng dân số thế giới, tốc độ phát triển kinh tế, hiệu suất sử dụng và nguồn năng lượng toàn cầu cũng như tình trạng triệt phá rừng Tình hình trên do con người tạo ra nên tất yếu sẽ phụ thuộc cả vào chính sách chung của loài người Đứng ở góc độ của bài toán dự báo thì những đặc trưng trên chính là thông số đầu vào đóng vai trò của nhân tố dự báo mà đối tượng dự báo là mức độ biến đổi khí hậu, tiêu biểu là trường chuẩn sai nhiệt độ và lượng mưa cho các thời kỳ dự báo khác nhau Đó chính là các kịch bản BĐKH ta cần xây dựng Từ lần đánh giá lần thứ nhất (FAR) người ta đã đưa ra nhiều phương án khác nhau, trong đó có phương án cực đoan là giả thiết không có sự can thiệp của con người nhằm giảm bớt tốc

độ phát thải khí nhà kính Ở lần đánh giá lần thứ hai (SAR), các phương án đã được bổ sung và hệ thống lại phong phú và đầy đủ hơn

Trong báo cáo đánh giá lần thứ 3 của IPCC, các kịch bản về phát thải khí nhà kính được phát triển khá đa dạng, được trình bày chi tiết trong tài liệu “Thông báo đặc biệt về các kịch bản phát thải khí nhà kính” thuộc công trình “Thông báo đặc biệt của IPCC về BĐKH” Các kịch bản lấy k ý hiệu chung là SRES (Special Report on Emission Scenarios) Trong đó đã đưa ra tập hợp tới 40 kịch bản, phản ánh khá đa dạng khả năng phát thải khí nhà kính có thể xảy ra trong thế kỷ 21, được tổ hợp lại thành 4 kịch bản gốc (storyline scenarios) là A1, A2, B1, B2 Ứng với mỗi kịch bản gốc lại là một họ các kịch bản tương ứng Ở đây chỉ đề cập đến 3 kịch bản A2, B1, B2 là 3 kịch bản có khả năng xẩy ra nhất

- Kịch bản gốc A2 và họ của nó mô phỏng một thế giới rất không đồng nhất Chủ

đề chính là mối liên hệ và sự bảo toàn tính đồng nhất theo vùng Mô hình phát triển giữa các vùng hội tụ chậm, kết quả là tốc độ tăng dân số cao Phát triển kinh tế theo vùng, tốc

độ tăng trưởng kinh tế tính theo đầu người và sự thay đổi kỹ thuật chậm và phân tán hơn các kịch bản gốc khác

- Kịch bản gốc B1 và họ của nó mô phỏng một thế giới hội tụ với tốc độ tăng dân số thấp như kịch bản gốc A1 nhưng cấu trúc kinh tế thay đổi nhanh tiến tới một nền kinh tế thông tin và phục vụ với cường độ tiêu hao vật tư giảm; nền kỹ thuật sạch và khai thác hiệu quả tài nguyên được thiết lập Vấn đề quan trọng là tính bền vững đối với các giải pháp kinh tế, xã hội và môi trường, bảo đảm sự cân bằng nhưng không làm thay đổi khí hậu

- Kịch bản gốc B2 và họ của nó mô phỏng một thế giới trong đó nhấn mạnh các giải pháp kinh tế, xã hội và môi trường bảo đảm tính bền vững Đó là một thế giới có sự tăng dân số vừa phải, mức độ phát triển kinh tế trung bình và một sự thay đổi kỹ thuật không nhanh bằng và đa dạng hơn so với B1 và A1 Trong đó kịch bản cũng hướng tới sự bảo

vệ môi trường và công bằng xã hội nhưng là ở mức vùng và địa phương

b Phương pháp xây dựng kịch bản BĐKH

Hàng loạt phương pháp đã được sử dụng nhằm xây dựng kịch bản BĐKH cho cho quy mô nhỏ như ứng dụng các phần mềm SDSM, SIMCLIM, ứng dụng phương pháp chi tiết hoá thống kê, khai thác sản phẩm của các mô hình động lực toàn cầu, khu vực,… Sau đây sẽ giới thiệu sơ lược về các phưong pháp cũng như sản phẩm mang tính minh hoạ

SDSM là một công cụ hỗ trợ, đánh giá sự thay đổi khí hậu ở quy mô địa phương bằng cách sử dụng kỹ thuật downscaling thống kê

Cấu trúc hoạt động của SDSM như sau:

- Kiểm soát chất lượng và chuyển đổi dữ liệu thống kê;

- Kiểm tra các nhân tố dự báo;

- Hiệu chỉnh mô hình;

- Tổ hợp các dữ liệu hiện tại bằng các nhân tố trong quan trắc;

- Đưa đầu ra của mô hình lên công cụ đồ họa;

- Tổ hợp các dự tính khí hậu tương lai (kịch bản BĐKH)

Hình 10: Giao diện phần mềm SDSM

SIMCLIM có 2 chức năng chính đó là chức năng tạo các kịch bản (Scenarios Generation) và chức năng đánh giá tác động (Impact model)

Chức năng tạo kịch bản: dựa trên sản phẩm của các mô hình toàn cầu (GCM) theo từng kịch bản và chuỗi số liệu của các yếu tố khí hậu, mực nước biển dâng ở các địa phương, phần mềm SIMCLIM có thể tạo các kịch bản về các yếu tố khí hậu và mực nước biển dâng cho các địa phương đó Phương pháp chính được sử dụng là thống kê kết hợp với các công cụ đồ họa Các yếu tố khí hậu bao gồm: lượng mưa, nhiệt độ (trung bình, cực trị) và các yếu tố khác như độ ẩm, gió,…

Hình 11: Giao diện phần mềm SIMCLIM

Sản phẩm của 21 mô hình hoàn lưu chung khí quyển được tích hợp trong mô hình SIMCLIM và có sẵn trong cơ sở dữ liệu của tổ chức PCMDI (http://www-pcmdi.llnl.gov/)

Chức năng đánh giá tác động bao gồm:

 Đánh giá tác động lên môi trường nước: được thể hiện thông qua các tính toán cân bằng nước Mô hình tính toán sự khác nhau giữa lượng mưa và bốc hơi tiềm năng Đầu vào của mô hình là nhiệt độ trung bình, lượng mưa và bức xạ mặt trời,… và đầu ra là giá trị cân bằng nước

 Đánh giá tác động lên nông nghiệp: sử dụng các tính toán nhiệt – ngày (degree - day) để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên nông nghiệp

 Đánh giá tác động xói lở bờ và tổng lượng nước

 Phương pháp chi tiết hóa thống kê

Downscaling là một phương pháp để thu thập những thông tin khí hậu hoặc BĐKH phân giải cao từ mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) có độ phân giải tương đối thô Mặc dù GCM ngày càng được hoàn thiện trên phạm vi không gian và thời gian, tuy nhiên vẫn chưa đảm bảo để đánh giá tác động của BĐKH cho một khu vực nhỏ, có sự khác nhau quan trọng giữa thực tế với mô phỏng của các mô hình GCM như điều kiện quy mô nhỏ như địa hình, mặt đệm có ảnh hưởng lớn đến khí hậu địa phương nhưng ít được thể hiện trong GCM

Chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling) là công cụ phát triển mối quan hệ định lượng giữa các biến khí quyển quy mô lớn, đóng vai trò là các nhân tố dự báo (NTDB) và các biến lớp bề mặt của địa phương - đối tượng dự báo (ĐTDB) Cho đến nay chi tiết hóa thống kê đã phát triển khá mạnh trong dự báo nói chung, dự báo hạn dài (DBHD) nói riêng Ứng dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê vào xây dựng các kịch bản về BĐKH được coi như một trường hợp đặc biệt trong dự báo hạn dài Phát triển phương pháp chi tiết hóa thống kê trong lĩnh vực xây dựng các kịch bản BĐKH đang được sự quan tâm ở nhiều nước trong những năm gần đây Có 3 phương pháp được nêu

ra trong phương pháp chi tiết hóa thống kê:

 Các mô hình hồi quy (Regression models);

 Các sơ đồ phân loại thời tiết (Weather Classification schemes hoặc Weather Typing);

 Các "máy" tạo thời tiết (Weather Generators);

Trong các nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo nói chung, xây dựng các kịch bản BĐKH nói riêng, có 2 phương pháp tiếp cận được sử dụng:

 Phương pháp "Thống kê từ đầu ra của mô hình" (Model Output Statistics - MOS) Phương pháp này sử dụng đầu ra của mô hình trong quá khứ kết hợp với số liệu quan trắc tương ứng của các trạm để xây dựng mô hình hồi quy, chuyển các kịch bản có được từ các mô hình này cho tương lai về các khu vực nghiên cứu

 Phương pháp Perfect Prognosis Phương pháp này sử dụng số liệu "Phân tích lại" kết hợp với nguồn số liệu quan trắc tương ứng để thiết lập mô hình Do nguồn số liệu tái phân tích được coi là nguồn số liệu gần thực tế tương tự như số liệu quan trắc nên mối quan hệ tạo ra giữa chúng gần với quan hệ thực Dùng mối liên hệ này để chuyển tải các kết quả dự báo trong tương lai là không thật tương thích Vì thế phải giả thiết rằng kết quả được dự báo sau này là hoàn hảo (perfect) tương tự như số liệu "Tái phân tích" Đó là

lý do gọi phương pháp này là "Dự báo hoàn hảo" Trong thực tế, khi chỉ có số liệu dự báo hay ở đây là các kịch bản BĐKH cho tương lai, mà không có được các kết quả đã tích luỹ hay mô phỏng cho quá khứ thì PP là phương pháp tất yếu phải dùng

Khi xây dựng và lựa chọn hàm chuyển cần đánh giá mức độ tin cậy và tiêu chí để lựa chọn Tùy theo độ dài và đặc điểm của các chuỗi số liệu tham gia vào quá trình phát triển mô hình để chọn phương pháp tạo và kiểm chứng mô hình thích hợp

Mô hình AGCM/MRI được Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản và Cục Khí tượng Nhật Bản (JMA) phát triển Mô hình này là sự kết hợp giữa mô hình dự báo thời tiết thời đoạn ngắn với mô hình khí hậu thế hệ mới mô phỏng khí hậu thời gian dài tại MRI

Mô hình độ phân giải 20km và 60km được chạy bằng hệ thống mô phỏng trái đất (Earth Simulator) tại Cục Công nghệ và khoa học Trái đất - Đại dương, Nhật Bản (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)) Earth Simulator là siêu máy tính tốc độ nhanh nhất trên thế giới từ năm 2002-2004 với dung lượng 35,86

Hình 12: Hệ thống Earth Simulator và mô tả kịch bản BĐKH của mô hình AGCM/MRI

Mô hình AGCM/MRI dùng số liệu 25 năm từ năm 1979 - 2003 để mô phỏng khí hậu quá khứ nhằm tính toán các đặc trưng khí hậu cho thời kỳ cơ sở Tương lai gần được

mô tả từ 2015 đến 2039 (25 năm) và tương lai xa được mô phỏng từ 2075 đến 2099 (25 năm) Sản phẩm của mô hình gồm khoảng 70 yếu tố khí hậu theo kịch bản phát thải trung bình A1B

PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) là mô hình động lực khí hậu khu vực, được xây dựng bởi Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu Toàn cầu Hadley và

có thể chạy trên máy tính cá nhân (PC) nhằm phục vụ việc xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nhỏ Tiền thân của mô hình PRECIS là mô hình HadRM3P xây dựng từ năm 1991 và được phát triển, cải tiến để dự tính biến đổi khí hậu Vị trí của mô hình PRECIS trong bài toán chi tiết hóa động lực được mô tả ở hình dưới

Hình 13: Mô tả vị trí của mô hình PRECIS và giao diện mô hình

Mô hình sử dụng hệ tọa độ Lai (Hybrid, η) gồm 19 mực thẳng đứng với mỗi mực η,

k (k = 1, , 19) xác định bởi sự kết hợp tuyến tính giữa độ cao địa hình và các mực khí

áp Lưới ngang của mô hình là lưới xen kẽ, các biến vô hướng như nhiệt độ, khí áp, độ

ẩm được xác định tại tâm ô lưới còn các thành phần gió được xác định tại các điểm nút lưới PRECIS sử dụng phép chiếu cực quay, đảm bảo cho sự ổn định mô hình mà không cần tới phép lọc phi vật lí

Hệ phương trình trong mô hình được giải bằng phương pháp số 3 chiều Mô hình

mô phỏng các biến riêng biệt, khoảng cách giữa các lưới và thời gian là như nhau Sự thay đổi của áp suất, gió, nhiệt độ, độ ẩm và các yếu tố khác tuân theo 3 định luật bảo toàn chính: định luật bảo toàn mô men động lượng, bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn năng lượng Chuyển động thẳng đứng còn chịu ảnh hưởng của lực gradient khí áp và lực trọng trường Tuy nhiên trong mô phỏng của PRECIS vận tốc và gia tốc thẳng đứng của các yếu tố là rất nhỏ, do đó được bỏ qua

Các sơ đồ tham số hóa vật lí trong mô hình bao gồm: sơ đồ mây và giáng thủy; Sơ

đồ bức xạ; Sơ đồ sol khí; Sơ đồ lớp biên; Sơ đồ bề mặt đất; Sơ đồ sóng trọng trường Điều kiện biên xung quanh được lấy từ mô hình toàn cầu hoặc dữ liệu phân tích, bao gồm gió, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất bề mặt,… Có khoảng hơn 100 biến khí tượng có thể khai thác từ sản phẩm của mô hình, trong đó nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp nhất

bề mặt và lượng mưa theo ngày, tháng, năm được đặc biệt quan tâm nhằm xây dựng các kịch bản BĐKH

Miền tính cho Việt Nam được xây dựng với phạm vi không gian trong khoảng: 4N- 36ºN, 93-120ºE, độ phân giải ngang 25x25km Kích thước lưới tính: 140x160 nút lưới

Mô hình được thiết kế chạy cho 2 thời kỳ: 1) Thời kỳ cơ sở (baseline), được lựa chọn theo 2 phương án là 1961-1990 và 1980-1999, và 2) Thời kỳ tương lai, được lựa chọn là thời kỳ 2000-2100 đối với các kịch bản phát thải trung bình và cao Các mốc thời gian trong tương lai được xác định theo khoảng 20 năm một: 2000-2019, 2020-2039, 2040-2059, 2060-2079 và 2080-2100 Ở đây, các tính toán được thực hiện trung bình cho các thời kỳ này và so sánh với kết quả mô phỏng trong thời kỳ cơ sở của mô hình để thu được các mức thay đổi của các yếu tố khí hậu trong tương lai

Như đã nêu ở trên, trong phương pháp chi tiết hóa thống kê sự phù hợp của các hàm chuyển được nhận định thông qua độ lớn của hệ số tương quan tuyến tính giữa nhiệt

độ, lượng mưa mô phỏng, phân tích bằng mô hình toàn cầu và quan trắc ở Việt Nam Kết quả khảo sát cho thấy mối quan hệ của nhiệt độ trung bình tháng giữa số liệu quan trắc và

số liệu tái phân tích tại cùng một trạm khá chặt chẽ Hầu hết các tháng có hệ số tương quan > 0,6 Với mối quan hệ này ta có thể sử dụng một cách đơn giản hàm hồi quy tuyến tính 1 biến làm hàm chuyển Tuy nhiên, đối với lượng mưa thì phương trình hàm chuyển không đủ tin cậy, do vậy, biến đổi lượng mưa của mô hình toàn cầu được sử dụng trực tiếp không thông qua hàm chuyển

c Kịch bản BĐKH đối với nhiệt độ trung bình

Nhiệt độ ở tất cả các trạm trên lưu vực sông Lô đều có xu hướng tăng lên ở cả 3 kịch bản biến đổi khí hậu

Theo kịch bản A2, trong giai đoạn từ 2020 đến 2099 nhiệt độ trung bình năm tăng

so với thời kỳ nền trung bình 2,8ºC, nhiệt độ trung bình mùa mưa tăng 3,0ºC trong khi nhiệt độ trung bình mùa khô tăng 2,5ºC

Theo kịch bản B1, nhiệt độ trung bình năm ở thời kỳ 2080-2099 tăng trung bình 1,7ºC so với thời kỳ nền; mùa mưa tăng khoảng 1,8ºC; mùa khô tăng trung bình 1,5ºC Theo kịch bản B2, xu thế của nhiệt độ cũng tương tự như kịch bản A2 và B1, tuy nhiên không tăng mạnh như kịch bản A2 nhưng tăng nhiều hơn kịch bản B1 So giai đoạn 2080-2099 với thời kỳ nền ở nhiệt độ trung bình năm, trung bình mùa mưa và trung bình mùa khô cho thấy mức tăng lần lượt như sau: 2,3ºC, 2,5ºC và 2,1ºC Chi tiết về sự thay đổi của nhiệt độ trung bình năm tại các trạm trên sông Lô được trình bày trong Bảng 3

Bảng 3: Sự thay đổi của nhiệt độ trung bình năm so với thời kỳ nền tại các trạm

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Hình 14: Sự thay đổi của nhiệt độ theo các kịch bản BĐKH A2, B2, B1 tại các trạm

d Kịch bản BĐKH đối với lượng mưa

Lượng mưa năm tại tất cả các trạm đều có xu hướng tăng lên ở cả 3 kịch bản A2, B1, B2 Tuy nhiên, lượng mưa không tăng đều ở tất cả các tháng mà có xu hướng tăng lên rất mạnh vào mùa mưa và giảm vào mùa khô

Về lượng mưa mùa khô, lượng mưa giảm mạnh vào các tháng I (giảm so với thời

kỳ nền trung bình 18,7% ở kịch bản A2, 17,5% ở kịch bản B2 và 15,8% ở kịch bản B1), tháng III (giảm trung bình so với thời kỳ nền 8,8% ở kịch bản A2, 8,0% ở kịch bản B2 và 4,9% ở kịch bản B1), giảm nhẹ vào tháng IV (so với thời kỳ nền lượng mưa giảm trung bình theo các kịch bản A2, B2, B1 lần lượt vào khoảng 3,3%, 3,1% và 2,9%) Tuy nhiên, vào các tháng đầu và cuối mùa khô (V,XI,XII) lại có xu hướng tăng lên, vào tháng XI tăng trung bình 6,7%, 6,3% và 6,2% so với thời kỳ nền ở các kịch bản A2, B2 và B1; tháng XII tăng khá mạnh vào khoảng trung bình 20,8%, 19,3% và 15,9% ở các kịch bản A2, B2, B1; tương tự như vậy, tháng V có lượng mưa tăng nhẹ ở các kịch bản A2, B2, B1 vào khoảng 1,3%, 1,2% và 1,1%

Về mùa mưa, lượng mưa có xu hướng tăng ở hầu hết các tháng mùa mưa, đặc biệt tăng mạnh vào tháng VII, VIII, nhưng giảm đi vào giai đoạn cuối của mùa mưa (tháng X) Chi tiết về sự thay đổi của lượng mưa tại các trạm trên lưu vực sông Lô được trình bày trong Bảng 4

Bảng 4: Sự thay đổi của lượng mưa năm tại các trạm trên sông Lô so với thời kỳ nền

Đơn vị: %

Kịch bản Giai đoạn Chiêm Hóa Hàm Yên Tuyên Quang Phú Hộ Việt Trì Hà Giang

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

Hình 15: Sự thay đổi của lượng mưa theo các kịch bản BĐKH A2, B2, B1 tại các trạm

Xét lượng mưa trung bình năm từng thời kỳ, so với giai đoạn nền, lượng mưa trung bình năm các giai đoạn trong tương lai có xu hướng tăng lên rõ rệt, giai đoạn sau tăng nhanh hơn giai đoạn trước Trong giai đoạn 2020-2059, sự khác biệt giữa các kịch bản là không nhiều, kịch bản A2 tăng so với giai đoạn nền là 2,4%, kịch bản B2 là 2,3% và B1

là 2,3%; đến giai đoạn 2060-2099, kịch bản A2 có sự gia tăng mạnh mẽ hơn so với kịch bản B1 và B2 với lượng tăng trung bình là 4,9%, trong khi kịch bản B2 và B1 tương ứng

là 4,1% và 2,9%