đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới chế độ thủy văn của lưu vực sông đà

Để đáp ứng yêu cầu phát triển ở trên trong thời gian dài hạn đến năm 2020 và đến năm 2050 như cấp nước tiêu thoát nước cho nông nghiệp, đô thị, phòng chống lũ và giảm nhẹ thiên tai, phát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

mẫu gáy bìa luận văn:

PHẠM THỊ HỒNG YẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới sự dạy dỗ tận tình của các Thầy, Cô trong bộ môn Thuỷ văn của Khoa Thuỷ văn học trong 2 năm qua đã đã truyền thụ những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy cô

và các bạn đồng nghiệp và đặc biệt là TS Ngô Lê An, người hướng dẫn khoa học

đã giúp tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

giúp đỡ trong các lĩnh vực khác nhau kể cả trong và ngoài chuyên môn mà ở đây không thể kể ra hết được Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đặc biệt là các bạn học viên khóa CH-18V đã tận tình trao đổi, đóng góp và động viên tôi rất nhiều để giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 3 năm 2013

Tác giả

Phạm Thị Hồng Yến

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết và tầm quan trọng của luận văn

Lưu vực sông Đà trải dài từ giới hạn ở tọa độ từ 20P

Pđộ kinh Đông với chiều dài lưu vực 690 km Sông

Đà là sông rất quan trọng trong việc tưới tiêu và điều hoà nước cho một số tỉnh phía Bắc Lưu vực của con sông này đi qua các tỉnh và thành phố: Điện Biên, Sơn

La, Hòa Bình, Phú Thọ Sông có lưu lượng nước lớn, cung cấp 31% lượng nước cho sông Hồng và là một nguồn tài nguyên0T 0T22Tthủy điện22T0T 0Tlớn cho ngành0T 0T22Tcông nghiệp điện22T0T 0T22TViệt Nam22T Năm0T 0T22T199422T, khánh thành0T 0T22TNhà máy Thủy điện Hoà Bình22T0T 0Tcó công suất 1.920 MW với 8 tổ máy Năm 2005, khởi công công trình0T 0T22Tthủy điện Sơn

La22T0T 0Tvới công suất theo thiết kế là 2.400 MW Dự kiến sắp xây dựng nhà máy0T 0T22Tthủy điện Lai Châu22T0T 0Tở thượng nguồn con sông này

Trong những năm gần đây, tài nguyên nước trên sông Đà thay đổi rất rõ rệt cả về chất và lượng nước, điều này ảnh hưởng xấu đến tình hình kinh tế, xã hội

và môi trường sống trong khu vực mà con sông này đi qua Bên cạnh đó, sông Đà lại có tầm ảnh hưởng rất quan trọng đối với các tỉnh phía Bắc nằm trong lưu vực, đặc biệt các tỉnh ở dưới hạ lưu

Mặt khác, dưới tác động của biến đổi khí hậu, đã được tính toán, trong khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm đã tăng khoảng 0,5 - 0,7P

0

P

C, mực nước biển đã dâng khoảng 20cm Biến đổi khí hậu tác động làm cho các thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng ác liệt Biến đổi khí hậu có thể tác động đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tương lai

Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu đánh giá tác động của BĐKH đến lãnh thổ Việt Nam Song phần lớn vẫn dừng ở những nét khái lược, định tính nhiều hơn, những tiếp cận số trị định lượng còn hạn chế nên nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu như những dự báo hay kịch bản

về BĐKH trong thế kỷ XXI cho các vùng cụ thể để định lượng các yếu tố khí tượng thủy văn:

- Về khí hậu: Nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, nắng, gió, mưa, bão v v

- Về chế độ thủy văn nguồn nước : mực nước, lưu lượng

Do mục tiêu đảm bảo sự phát triển bền vững kinh tế xã hội, sử dụng hiệu quả và bảo vệ tài nguyên nước Để đáp ứng yêu cầu phát triển ở trên trong thời gian dài hạn đến năm 2020 và đến năm 2050 như cấp nước tiêu thoát nước cho nông nghiệp, đô thị, phòng chống lũ và giảm nhẹ thiên tai, phát triển năng lượng

và an ninh quốc phòng trong điều kiện ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu và nước biển dâng, đã có nhiều kịch bản biến đổi khí hậu được định hướng, để các bộ ngành địa phương đánh giá tác động đến nguồn nước trên lưu vực, gây ảnh hưởng tới sự phát triển kinh tế và xã hội, từ đó giúp cho công tác quản lý vĩ mô trong lãnh đạo, chỉ đạo và điều hành lập kế hoạch đầu tư xây dựng công trình thủy lợi theo giai đoạn từ nay tới năm 2020 và giai đoạn đến 2050 nhằm đối phó và thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu

Chính vì vậy, đánh giá tác động của BĐKH tới chế độ thuỷ văn của lưu vực sông là một trong những bài toán đầu tiên cần quan tâm để từ đó phân tích các ảnh hưởng của nó tới các lĩnh vực kinh tế - xã hội khác

Việc tính toán được tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước là

một vấn đề cấp thiết đặt ra cho các nhà quản lý tài nguyên nước Do vậy, “Đánh

giá tác động của biến đổi khí hậu đến tới chế độ thủy văn của lưu vực sông Đà”

là một đề tài có tính khoa học và thực tiễn nhằm góp phần giải quyết bài toán trên đối với các nhà quản lý tài nguyên nước trên địa bàn để đưa ra được những quyết định chiến lược phát triển đúng đắn

2 Phương pháp tiếp cận

Cách tiếp cận của đề tài là đánh giá sự thay đổi của dòng chảy và chế độ thuỷ văn của lưu vực sông Đà theo các kịch bản biến đổi khí hậu trên thế giới và ở Việt Nam như thế nào, từ đó đề xuất các biện pháp giảm thiểu

Phương pháp nghiên cứu:

các tài liệu về thủy văn phục vụ cho các tính toán, phân tích của luận văn

ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS

tích hoạt động của hệ thống và đưa ra các kịch bản tính toán

tham khảo và thừa kế một số tài liệu, kết quả có liên quan đến luận văn được nghiên cứu trước đây của các tác giả, cơ quan và tổ chức khác Những thừa kế này

là hết sức quan trọng trong việc định hướng và hiệu chỉnh các kết quả nghiên cứu, cũng như đưa ra các kết luận khoa học mới có giá trị, tránh trùng lặp hay kết quả nghiên cứu lỗi thời và để tính toán của luận văn phù hợp hơn với thực tiễn của vùng nghiên cứu

Công cụ sử dụng là phần mềm Arcview GIS, mô hình thông số phân bố SWAT

3 Phạm vi của luận văn

Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực tính toán là lưu vực sông Đà tính đến vị trí trạm thuỷ văn Hoà Bình (20P

Luận văn tính toán tác động của BĐKH tới chế độ dòng chảy sông Đà bao gồm đánh giá sự thay đổi về dòng chảy năm, mùa kiệt, mùa lũ, sự thay đổi các giá

trị cực trị dòng chảy tháng so với chuỗi dòng chảy cơ sở

4 Những nội dung chính của luận văn

Cấu trúc, nội dung của luận văn gồm 4 chương, không kể mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục

về các khái niệm cơ bản về BĐKH, phương pháp nghiên cứu và các nghiên cứu có liên quan

các điều kiện tự nhiên trên lưu vực, tình trạng sử dụng nước và đánh giá các xu thế biến động về tài nguyên nước

hình nghiên cứu cho đề tài Phân tích và lựa chọn các kịch bản BĐKH và phương pháp chi tiết hoá Tính toán chi tiết hoá cho các kịch bản BĐKH

đầu vào cho mô hình thuỷ văn để từ đó tính toán mô phỏng dòng chảy theo các kịch bản BĐKH Sau đó phân tích đánh giá sự biến động của chế độ thuỷ văn từ kết quả mô phỏng và đề xuất các biện pháp giảm thiểu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1.Khái niệm về biến đổi khí hậu

Theo Ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), Biến đổi khí hậu là nói đến một sự thay đổi về trạng thái của khí hậu mà nó có thể được nhận dạng (ví

dụ bằng cách sử dụng các kiểm định thống kê) bởi sự thay đổi về trung bình và/hoặc sự biến thiên của các tính chất của nó, và tiếp tục trong một thời gian dài, thường là vài thập kỷ hoặc hơn Nó nói đến bất cứ sự thay đổi nào về khí hậu theo thời gian dù là sự biến thiên tự nhiên hay là do hậu quả của các hoạt động của con người Quan điểm này khác với Hội nghị Khung của Liên Hiệp Quốc về BĐKH (UNFCCC) khi BĐKH được coi là sự thay đổi khí hậu do các hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của con người

Biến đổi khí hậu gần đây được kết luận là do hành vi của con người và quá trình tự nhiên gây nên

1.2 Tác động của biến đổi khí hậu tới tài nguyên nước

1.2.1 Biểu hiện của biến đổi khí hậu nước biển dâng

Theo báo cáo của IPCC về sự biến đổi khí hậu và nguồn nước (năm 2008) phác thảo: hiệu ứng của thay đổi khí hậu thể hiện qua chu trình thuỷ văn Những kết luận chung từ nghiên cứu đã có xem xét tới Việt Nam:

• Sự nóng lên của toàn cầu tương quan với sự biến đổi chu trình thuỷ văn, bao gồm sự gia tăng lượng bốc hơi, làm thay đổi lượng và tần suất mưa

• Giữa thế kỷ 21 sự đóng góp của lượng nước trên toàn cầu có thể bị thay đổi Những vùng khô cằn, nửa khô cằn, và nhiệt đới sẽ ngày càng khô hạn, trong khi dòng chảy lại gia tăng ở những vùng nhiệt đới ẩm ướt

• Nạn lụt và sự khô hạn sẽ xuất hiện nhiều hơn với sự gia tăng tần số của những trận mưa và thay đổi khí hậu cực đoan (bão lớn)

• Nhiệt độ nước gia tăng và sự thay đổi tới lũ lụt/hạn hán sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nước, làm tăng những hiệu ứng từ sự ô nhiễm của: bùn cát, chất dinh

dưỡng, nguồn/mầm bệnh, hóa chất diệt côn trùng (thuốc sát trùng), sự hoà tan cacbon hữu cơ, và muối Sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe và kinh tế, môi trường, quan trọng hơn là liên quan đến các hoạt động con người

• Biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ tác động xấu đến nguồn nước sạch hiện nay

• Sự thay đổi của chu trình thuỷ văn làm gia tăng mức độ nguy hiểm về lũ lụt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến người dân, nhất là những vùng lụt lội ở Châu Á

• Những vùng trũng ở Châu Á được xác định là những vùng có thể bị tổn thương cao, và bị ảnh hưởng rất mạnh bởi những chế độ thuỷ văn thay đổi

Những nhân tố có thể gây ra sự lụt lội ở những dải đất ven biển và những hòn đảo, xâm thực bờ biển, phá hủy hệ sinh thái ở những vùng đầm lầy và cây đước Nhiệt độ tăng thêm, mức biển dâng đó là điều đã xảy ra thông qua sự ấm lên của nước biển và sự tan chảy của những sông băng

Biến đổi khí hậu, với các biểu hiện chính là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng chủ yếu là do các hoạt động kinh tế- xã hội của con người gây phát thải quá mức vào khí quyển các khí gây hiệu ứng nhà kính

Theo báo cáo đánh giá lần thứ tư của Ban liên chính phủ về BĐKH (IPCC) năm 2007, nhiệt độ toàn cầu đã tăng khoảng 0,74P

0

P

C trong thời kỳ 1906-2005 và

tốc độ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gần gấp đôi so với 50 năm trước

đó Nhiệt độ trên lục địa tăng nhanh hơn so với trên đại dương

Trong 100 năm qua, lượng mưa có xu hướng tăng lên, hiện tượng mưa lớn xuất hiện ở nhiều nơi trên thế giới

Mực nước biển toàn cầu đã tăng trong thế kỷ 20 với tốc độ ngày càng cao Hai nguyên nhân chính làm tăng mực nước biển là sự giãn nở nhiệt của đại dương

Số liệu đo đạc từ vệ tinh TOPEX/POSEIDON trong giai đoạn 1993-2003 cho thấy tốc độ tăng của mực nước biển trung bình toàn cầu là 3,1 mm/năm, nhanh hơn đáng kể so với thời kỳ 1961-2003

Ở Việt Nam, kết quản phân tích các số liệu khí hậu cho thấy biến đổi của các yếu tố khí hậu và mực nước biển có những điểm đáng chú ý sau:

kỷ 1991-2000 ở thành phố Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chi Minh đều cao hơn trung bình của thập kỷ 1931-1940 lần lượt là 0,8; 0,4 và 0.6P

c Không khí lạnh:

Số đợt không khí lạnh ảnh hưởng tới Việt Nam giảm đi rõ rệt trong 2 thập

kỷ qua Tuy nhiên, các biểu hiện dị thường lại xuất hiện mà gần đây nhất là đợt không khí lạnh gây rét đậm, rét hại kéo dài 38 ngày trong tháng 1 và tháng 2 năm

2008 ở Bắc Bộ

d Bão:

Những năm gần đây, bão có cường độ mạnh xuất hiện nhiều hơn Quỹ đạo bão có dấu hiệu dịch chuyển dần về phía Nam và bão kết thúc muộn hơn, nhiều cơn bão có cường độ đi di thường hơn

e Mưa phùn:

Số ngày mưa phùn trung bình năm ở Hà Nội giảm dần từ thập kỷ 1981-1990

và chỉ còn gần một nửa 15 ngày/năm trong 10 năm gần đây

f Mực nước biển:

Số liệu quan trắc dọc các trạm hải văn dọc ven biển Việt Nam cho thấy tốc

độ dâng lên của mực nước biển trung bình ở Việt Nam hiện nay khoảng 3 mm/năm (giai đoạn 1993-2008), tương đương với tốc độ tăng trung bình trên thế giới Trong khoảng 50 năm qua, mực nước biển tại trạm thuỷ văn Hòn Dấu dâng lên khoảng 20 cm

1.3 Tổng quan về những nghiên cứu về tác động BĐKH đối với tài nguyên nước trên thế giới và ở Việt Nam

Biến đổi khí hậu hiện nay cũng như trong thế kỷ 21 phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phát thải khí nhà kính, tức là phụ thuộc vào sự phát triển kinh tế- xã hội

Vì vậy, các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng dựa trên các kịch bản phát triển kinh tế- xã hội toàn cầu

Con người đã phát thải quá mức khí nhà kính vào khí quyển từ các hoạt động khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, phá rừng… Do

đó cơ sở để xác định các kịch bản phát thải khí nhà kính là:

- Sự phát triển kinh tế ở quy mô toàn cầu

- Dân số thế giới và mức độ tiêu dùng

- Chuẩn mực cuộc sống và lối sống

- Tiêu thụ năng lượng và tài nguyên năng lượng

- Chuyển giao công nghệ

- Thay đổi sử dụng đất

Hình1-1: Sơ đồ biểu thị các họ kịch bản BĐKH (Theo IPCC-SRES)

Các kịch bản được xây dựng trên thế giới là:

Kịch bản A1: Tăng trưởng kinh tế nhanh, nhưng mức tăng dân số thấp,

khoa học công nghệ đạt hiệu quả cao, tập trung ở những lĩnh vực: Thu nhập theo đầu người, tăng cường năng lực, Văn hoá/xã hội

Kịch bản A2: Điều kiện chung trên toàn cầu không đồng nhất, mang tính

chất cục bộ từng khu vực, phát triễn kinh tế, khoa học chậm trong khi dân số tăng nhanh Thu nhập theo đầu người và công nghệ khoa học phát triển chậm, không cân đối

Kịch bản B1: Điều kiện chung trên toàn cầu đồng nhất, với những thay đổi

nhanh chóng về các dịch vụ và thông tin kinh tế, khoa học công nghệ đạt hiệu quả

cao Các giải pháp toàn cầu về kinh tế, xã hội, môi trường và phát triển bền vững, cân bằng

Kịch bản B2: Phát triển kinh tế, xã hội, môi trường bền vững theo từng

khu vực Dân số và kinh tế tăng trưởng ở mức độ vừa phải, khoa học công nghệ tuy phát triển nhưng không cao, và tương đối đa dạng so với A1, B1

Các nghiên cứu trong và ngoài nước về kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng đã được phân tích và tham khảo để xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam, cụ thể như sau:

Kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng năm 1994 trong báo cáo về biến đổi khí hậu ở Châu Á do Ngân hàng phát triển Châu Á tài trợ

Kịch bản biến đổi khí hậu trong thông báo đầu tiên của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu (Viện KHKTTLMT năm 2003)

Kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng bằng phương pháp tổ hợp (phần mềm MAGICC/SCENGEN) và phương pháp chi tiết hoá (Downscaling) thống kê cho Việt Nam và các vùng nhỏ hơn (Viện KHKTTLMT năm 2006)

Các tiêu chí để lựa chọn phương pháp tính toán xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam bao gồm:

- Mức độ tin cậy của kịch bản biến đổi khí hậu toàn cầu;

- Độ chi tiết của kịch bản biến đổi khí hậu;

Trên cơ sở phân tích các tiêu chí nêu trên, kết quả tính toán bằng phương pháp tổ hợp (MAGICC/SCENGEN) và phương pháp chi tiết hoá thống kê (Downscaling) đã được lựa chọn để xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng trong thế kỷ 21 cho Việt Nam

a Kịch bản biến đổi khí hậu

Các kịch bản biến đổi khí hậu đối với nhiệt độ và lượng mưa được xây dựng cho 7 vùng khí hậu của Việt Nam: Tây Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên và Nam Bộ Thời kỳ dùng làm cơ

sở để so sánh 1980-1999

b Về nhiệt độ

Nhiệt độ mùa đông có thể tăng nhanh hơn so với nhiệt độ mùa hè ở tất cả các vùng khí hậu ở nước ta Nhiệt độ khí hậu ở các vùng khí hậu phía Bắc có thể tăng nhanh hơn so với các vùng khí hậu ở phía Nam

Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở các vùng khí hậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình thời kỳ 1980-1999 khoảng từ 1,6 đến 1,9P

Tây Nguyên 0.3 0.5 0.6 0.8 0.9 1 1 1.1 1.1 Nam Bộ 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.3 1.3 1.4 1.4

Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21 nhiệt độ trung bình năm có thể tăng lên 2,6P

0

P

C ở Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980-1999

Bảng1.2: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (P

Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở các vùng khí hậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình thời kỳ 1980-1999 khoảng tăng lên 3,3P

Bảng1.3: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (P

Vùng Các mốc thời gian của thế kỷ 21

2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Đông Bắc 0.5 0.7 1 1.3 1.6 1.9 2.3 2.7 3.2 Đồng bằng Bắc Bộ 0.5 0.7 1 1.3 1.6 1.9 2.3 2.6 3.1 Bắc Trung Bộ 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.2 2.6 3.1 3.6 Nam Trung Bộ 0.4 0.5 0.8 1 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 Tây Nguyên 0.3 0.5 0.7 0.8 1 1.3 1.5 1.8 2.1 Nam Bộ 0.4 0.6 0.8 1 1.3 1.6 1.9 2.3 2.6

c Về lượng mưa

Lượng mưa mùa khô có thể giảm ở hầu hết các vùng khí hậu của nước ta, đặc biệt là các vùng khí hậu phía Nam Lượng mưa mùa mưa và tổng lượng mưa năm có thể tăng ở tất cả các vùng khí hậu

Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng khoảng 5% ở Tây Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và từ 1-2% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980-

1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa sẽ tăng từ 6 đến 10% ở các vùng khí hậu Bắc và Nam Trung Bộ còn ở Nam Trung Bộ chỉ tăng khoảng 1% so

Tây Nguyên 0.3 0.5 0.6 0.8 0.9 1 1 1.1 1.1 Nam Bộ 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.3 1.3 1.4 1.4 Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng từ 7-8% ở Tây Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ

và từ 2-3% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980-1999

Bảng 1.5: Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1980-1999

theo kịch bản phát thải thấp (B2)

2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Tây Bắc 1.4 2.1 3 3.8 4.6 5.4 6.1 6.7 7.4 Đông Bắc 1.4 2.1 3 3.8 4.7 5.4 6.1 6.8 7.3 Đồng bằng Bắc Bộ 1.6 2.3 3.2 4.1 5 5.9 6.6 7.3 7.9 Bắc Trung Bộ 1.5 2.2 3.1 4 4.9 5.7 6.4 7.1 7.7 Nam Trung Bộ 0.7 1 1.3 1.7 2.1 2.4 2.7 3 3.2 Tây Nguyên 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1 1.2 1.3 1.4 Nam Bộ 0.3 0.4 0.6 0.8 1 1.1 1.2 1.4 1.5 Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng so với trung bình thời kỳ 1980-1999 khoảng từ 9-10% ở Tây Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, 4-5% ở Nam Trung Bộ và khoảng 2% Tây Nguyên và Nam Bộ

Bảng1.6: Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1980-1999 theo

kịch bản phát thải thấp (A2)

2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Tây Bắc 1.6 2.1 2.8 3.7 4.5 5.6 6.8 8 9.3 Đông Bắc 1.7 2.2 2.8 2.8 4.6 5.7 6.8 8 9.3 Đồng bằng Bắc Bộ 1.6 2.3 3 3.8 5 6.1 7.4 8.7 10.1 Bắc Trung Bộ 1.8 2.3 3 3.7 4.8 5.9 7.1 8.4 9.7 Nam Trung Bộ 0.7 1 1.2 1.7 2.1 2.5 3 3.6 4.1 Tây Nguyên 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.8 Nam Bộ 0.3 0.4 0.6 0.7 1 1.2 1.4 1.6 1.9

d Kịch bản nước biển dâng

Báo cáo lần thứ tư của IPCC ước tính mực nước biển dâng khoảng 26-59

cm vào năm 2100, tuy nhiên không loại trừ khả năng tăng cao hơn

Kết quả kính toán theo các kịch bản phát thải thấp, trung bình và cao cho thấy vào giữa thế kỷ 21 mực nước biển có thể dâng thêm 28 đến 33 cm và đến cuối thế kỷ 21 mực nước biển dâng thêm từ 65 đến 100 cm so với thời kỳ 1980-

1999

Bảng 1.7: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999

Các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam trong thế kỷ

21 đã được xây dựng dựa theo kịch bản phát thải thấp, trung bình và cao

Do tính chất phức tạp của biến đổi khí hậu và những hiểu biết chưa thật đầy

đủ về biến đổi khí hậu của Việt Nam cũng như trên thế giới cùng với các yếu tố tâm lý, kinh tế, xã hội, tính chưa chắc chắn về các kịch bản phát thải khí nhà kính, tính chưa chắc chắn của mô hình tính toán xây dựng kịch bản… nên kịch bản hài hoà nhất là kịch bản trung bình được khuyến nghị cho các Bộ ngành địa phương làm định hướng ban đầu để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và xây dựng kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu

Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ ở nước ta có thể tăng 2,3P

0

P

C so với trung bình thời kỳ 1980-1999 Mức tăng nhiệt độ dao động từ 1,6-2,8P

0

P

C ở các vùng khí hậu khác nhau Nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc và Bắc Trung Bộ tăng nhanh hơn

so với nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Nam Tại mỗi vùng thì nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè

Tổng lượng mưa năm và lượng mưa mùa mưa ở tất cả các vùng khí hậu của nước ta đều tăng, trong khi đó lượng mưa mùa khô có xu hướng giảm, đặc biệt là

ở các vùng khí hậu phía Nam Tính chung cho cả nước, lượng mưa năm vào cuối thế kỷ 21 tăng khoảng 5% so với thời kỳ 1980-1999 Ở các vùng khí hậu phía Bắc mức tăng lượng mưa nhiều hơn so với phía Nam

Vào giữa thế kỷ 21 mực nước biển có thể tăng thêm khoảng 30 cm và đến cuối thế kỷ 21 mực nước biển có thể tăng thêm khoảng 75 cm so với thời kỳ 1980-

1999

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU LƯU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VẤN ĐỀ SỬ

DỤNG TÀI NGUYÊN NƯỚC

2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên, khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Đà

2.1.1 Vị trí địa lý và tiềm năng của lưu vực

Sông Đà là chi lưu lớn nhất của sông Hồng bắt nguồn từ dãy Ngụy Sơn thuộc tỉnh Vân Nam Trung Quốc chảy vào Việt Nam theo hướng Tây Bắc – Đông Nam ở độ cao trên 1500m sau đó ngoặt sang hướng đông ở Pa Vinh, khi tới thị xã Hòa Bình thì sông chảy theo hướng Bắc đổ vào sông Hồng ở Trung Hà Sông Hồng có diện tích lưu vực 53.900 kmP

2

P trong đó có 50,6 % thuộc lãnh thổ Việt Nam bao gồm phần trung và hạ lưu sông và chiếm 37% diện tích tập trung ở sông Hồng Sông Đà có chiều dài lòng chính là 980 km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam dài 540 km) Lưu vực sông Đà có dạng hình thuông dài chạy dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, kéo dài từ 20P

Độ kinh Đông với chiều dài lưu vực 690 km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam là 380

km và chiều rộng bình quân lưu vực 76 km (phần trong nước là 80 km) chiều rộng lưu vực lớn nhất là 165 km thuộc tỉnh Lai Châu còn phần hẹp nhất 25 km, thuộc tỉnh Hòa Bình Độ dốc bình quân lòng sông trung bình 0,41‰, trong đó độ dốc lòng sông thuộc lãnh thổ Trung Quốc là 2,54‰

Sông Ðà có tiềm năng lớn về thuỷ điện, chiếm 25,3% tổng tiềm năng thuỷ điện của toàn quốc, hiện nay đã có thuỷ điện Hoà Bình (Nlm=1.920MW) và đang xây dựng thuỷ điện Sơn La (Nlm=2.400MW) Do đó sẽ có nhiều biến đổi tích cực

về giảm lũ lụt cho hạ du, cải thiện mực nước hạ lưu trong mùa cạn Việc xây dựng các đập lớn gây tác động môi trường sinh thái, di dân lòng hồ và ổn định cuộc sống cho nhân dân vùng tái định cư lòng hồ Sơn La đã được nghiên cứu và thực hiện một cách thận trọng

Khả năng nguồn nước đến tất cả các công trình thủy lợi nói chung về mùa

lũ khá phong phú nhưng về mùa kiệt phải tận dụng tối đa nguồn nước mới đủ cho sản xuất Kênh mương dài, địa hình, địa chất chia cắt phức tạp công trình chịu tác

động của mọi điều kiện thời tiết, các công trình đều có thời gian phục vụ đã lâu, cần thiết phải đầu tư sửa chữa, nâng cấp nên các công trình chưa phát huy được năng lực thiết kế

Về cấp nước: Tận dụng triệt để nguồn nước, điều kiện địa hình, địa chất bố trí các công trình thủy lợi vừa và nhỏ tưới cho lúa và cây trồng cạn, cấp nước cho dân sinh, công nghiệp nhỏ tạo điều kiện phát triển kinh tế trong lưu vực Xem xét các biện pháp công trình và phi công trình để giải quyết vấn đề lũ úng trong lưu vực đặc biệt là lũ quét Khi xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La, vấn đề nổi cộm trước mắt là phải giải quyết các cơ sở hạ tầng và việc cấp nước cho nông nghiệp

và sinh hoạt để ổn định cho dân vùng tái định cư lòng hồ Sơn La Xu thế phát triển kinh tế xã hội của lưu vực chuyển dịch theo hướng công nghiệp, du lịch - dịch vụ do vậy, các vấn đề về kiểm soát môi trường, chất lượng nước để đảm bảo cho lưu vực phát triển bền vững cũng được chú ý ngay ở giai đọan quy hoạch

Hình 2-1: Lưu vực sông Đà (phần ở Việt Nam) 2.1.2 Địa hình

Địa hình lưu vựu sông Đà thuộc tỉnh Tây Bắc nước ta từ biến giới Việt – Trung, Việt – Lào tới Lai Châu, Mường Lay chủ yếu là các dãy núi cao ở đọ cao trên 1000m Lưu vực sông Đà nằm giữa các dãy núi cao và trung bình chạy dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Đặc điểm nổi bật nhất của lưu vực sông Đà là địa hình núi cao và cao nguyên đều cao và bị chia cắt theo chiều thẳng đứng rất mạnh Điều nhận thấy rõ rệt là địa hình núi cao và cao nguyên ở đây có sự sắp xếp song song có ảnh hưởng lớn tới khí hậu của vùng Có thể nói lưu vực sông Đà chia làm 3 nhóm điah hình: Nhóm kiểu địa hình núi, nhóm kiểu địa hình cao nguyên, nhóm kiểu địa hinh thung lũng

2.1.3 Điều kiện địa chất

Về cấu trúc địa chất, sông Đà là vùng có cấu trúc địa chất phức tạp và chưa

ổn định Toàn bộ lưu vực phân bố rộng trên nền đá vôi, tạo nên cấu trúc Karst phức tạp, cónhiều đứt gãy ngang Ba đới đứt gãy chính là đứt gãy sông Hồng, đứt gãy Điện Biên – Lai Châu và đứt gãy sông Mã Về các hoạt động địa chấn, do hoạt động núi cao chia cắt nên có nhiều quá trình ngoại hủy hoại, quá trình xói mòn đất, kết hợp với cấu trúc địa chất kém ổn đinh thường diễn ra các hoạt động địa chấn như động đất

Ngoài ra trong vùng còn thường xuyên có động đất kích thích xảy ra như nứt trượt, sạt lở đất đặc biệt các vùng dốc cao, do tổng hợp nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, do tác dụng của trọng lực, do hoạt hóa trở lại các đứt gãy kiến tạo v.v… Các kết quả nghiên cứu trong nhiều năm qua cho thấy cùng với sự tích nước của hồ chứa, các hoạt động địa chấn đã tăng lên, hiện tượng động đất kích thích xảy ra mạnh mẽ nhất ở khu vực xung quang đập thuộc địa phận thị xã Hòa Bình

2.1.3 Điều kiện thổ nhưỡng

Tây Bắc là vùng núi cao, có độ chia cắt mạnh nhất Việt Nam, riêng đối với lưu vực sông Đà thổ nhưỡng có đặc điểm chủ yếu là trên nền đá vôi có đất phong hóa trên nền đá vôi này Tuy nhiên do địa hình chia cắt mạnh và diễn biến khác

biệt về chế độ khí hậu, thủy văn giũa các tiểu vùng sinh thái nên loại hình phân bố thổ nhưỡng của lưu vực sông Đà rất đa dạng và phong phú

2.1.4 Đặc điểm khí hậu

Có thể nói rằng khí hậu vùng lưu vực sông Đà là khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng núi có hai mùa rõ rệt, mùa đông lạnh, suốt mùa đông duy trì trạng thái hanh khô điển hình, có sương muối và ít mưa (mùa khô) trùng với mùa gió mùa đông bắc, kéo dài từ tháng 11 năm trước tới tháng 3 năm sau Mùa hè trùng với gió mùa Tây Nam, nóng có gió khô Tây nóng và nhiều mưa (mùa mưa), kéo dài từ từ tháng

5 tới tháng 9 hàng năm Giữa hai mùa (tháng 4 và tháng 10) là thời kỳ chuyển tiếp nền nhiệt ẩm và có tính ôn hòa

Về cơ bản, mùa mưa gần như trùng với mùa nóng mùa khô trùng với mùa lạnh Mưa đá cũng thường xuyên xảy ra trong thời kỳ quá độ từ mùa lạnh sang mùa nóng

Lượng mưa ở vùng lưu vực sông Đà phân bố không đều không phụ thuộc vào đặc điểm của địa hình, giá tị trung bình năm biến đổi khá mạnh mẽ từ 1300- 3200mm Vùng mưa lớn Hoàng Liên – Sa Pa đạt tới 2000mm, trong khi có vùng mưa ít như Nam Sơn La chỉ đạt 1200- 1600mm

Tương ứng với vùng mưa lớn cũng là vùng có lượng ẩm phong phú quanh năm, đồng thời vùng mưa ít cũng có vùng thiếu ẩm, chủ yếu là trong mùa đông Lưu vực sông Đà có độ ẩm cao và ít thay đổi Độ ẩm tuyệt đối dao động trong phạm vi từ 11-32mb và độ ẩm trong không khí cao trung bình năm toàn vùng lưu vực sông Đà dao động trong khoảng 80 - 85% và không chênh lệch nhiều giữa các vùng (mùa nóng độ ẩm không khí trung bình khoảng 84 – 87%, mùa lạnh

có khí hậu khô lạnh, độ ẩm không khí chỉ có 72 – 75%)

Lượng bốc hơi lớn nhất (đo bằng ống Piche) dao động trong phạm vi rộng từ

666 tới 1052mm/năm Thời kỳ giữa mùa khô tới đầu mùa mưa (II - IV) có lượng

bốc hơi lớn nhất đạt 70 – 150mm/tháng Vào thời kỳ còn lại, lượng bốc hơi dao động trong khoảng 40 – 70mm/tháng

Toàn lưu vực sông Đà chịu tác động của cơ chế gió mùa Đông Nam Á với hai mùa gió: gió mùa đông và gió mùa hạ Gió mùa đông bị chi phối bởi không khí cực đới lục địa và không khí nhiệt đới biển Đông đã biến tính Gió mùa hạ bị chi phối bởi ba khối không khí : không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương(gió Tây Nam), không khí xích đạo(gió Nam), và không khí biển Thái Bình Dương

Cơ chế gió mùa và sự thay đổi điều kiện bức xạ theo chu kỳ năm tạo nên biến đổi tuần hoàn năm của hầu hết các yếu tố khí hậu, nổi bật nhất là sự hình thành và diễn biến của các mùa

2.1.5 Đặc điểm chế độ thủy văn

a Mạng lưới sông ngòi

Sông ngòi trong lưu vực sông Đà có những đặc điểm khác so với những vùng Đông Bắc Dòng chính của sông Đà có hướng trùng với kiến tạo của khu Tây Bắc Sông suối trong lưu vực sông Đà thuộc loại sông trẻ, thung lũng sông hẹp, nhiều đoạn có dạng hẻm vực sâu, chứng tỏ địa hình mới được nâng lên rất mạnh Phần lớn lòng sông cao hơn mặt nước biển từ 100 – 500m Do đó sông đang đào lòng mạnh mẽ, trắc diện hẹp, bồi tụ ít và lắm thác nghềnh

Thượng lưu sông Đà kể từ nguồn tới Pắc Ma, dong sông chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Lòng sông đoạn này hẹp, mùa cạn rộng, trung bình 40 – 60m Độ dốc lớn chỉ tính từ biến giới Việt – Trung tới Lai Châu dài 125km, đạt độ dốc bình quân tới 160cm/km Trung lưu sông Đà từ Pắc Ma tới suối Rút, sông vẫn chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Dòng sông chảy giữa hai bờ rất cao Độ dốc đáy sông giảm xuống rõ rệt, còn khoảng 38- 40cm.km nhưng thác ngheenhg con nhiều Về mùa cạn lòng sông rộng trung bình 90-100m Tại hạ lưu sông Đà suối Rút tới của sông (Trung Hà), lòng sông mở rộng rõ rệt, trung bình khoảng 200m về mùa cạn Độ dốc sông giảm không nhiều Ngoài thác Bờ, trên đoạn sông này không còn thách nữa, trong khi đó bãi bồi lại nhiều Từ suối Rút, sông Đà

chảy theo hướng Tây Bắc cho tới Hòa Bình Qua Hòa Bình sông Đà chảy theo hướng Tây Nam – Đông Bắc Chính những dãy núi Ba Vì, Viên Nam, Đối Thôi đã buộc sông Đà chảy theo hướng như vậy Thung lũng trên đoạn sông này mở rộng tới 10km, giao thông tương đối thuận lợi

Không kể những phụ lưu lớn dòng chính sông Đà có mạng lưới thủy văn phân bổ không đều Mật độ sông suối từ thưa tới dày Vùng đá vôi mưa ít, mật độ lưới sông có nơi xuống dưới 0,5km/kmP

2

Pnhư ở lưu vực sông Nậm Sập, vùng núi cao mưa nhiều, như vùng sông Nậm Mu, mạng lưới sông rất dày, khoảng 1,67km/kmP

số sông suối có chiều dài trên 10km trở lên thuộc lưu vực dòng chính sông Đà có tới 223 sông, trong đó có 148 sông có diện tích nhỏ hơn 100kmP

2

P, có 67 con sông suối có chiều dài từ 15 đến 100km Riêng khu vực thủy điện Hòa Bình (từ Tạ Bú tới Hòa Bình ) có 34 sông suối, tổng chiều dài của các sông suối của lưu vực sông

Đà vào khoảng gần 4500km làm cho mật độ lưới sông trong lưu vực tương đối cao

so với vùng khác trong nước

Đồng thời mạng lưới sông suối trên lưu vực sông Đà có dạng hình lông chim

và các phụ lưu đổ thẳng góc so với dòng chính, khả năng tập trung nước trên sông

Đà rất lớn và đây là nguyên nhân gây nên tính ác liệt của dòng chảy lũ trên lưu vực và các hiện tượng lũ quét lũ bùn đá… xảy ra mang tính chất thường xuyên trên lưu vực Khả năng xói mòn xâm thực cát bùn trên bề mặt đưa xuống sông cũng rất lớn

Hình 2-2: Mạng lưới sông suối thuộc lưu vực sông Đà ở Việt Nam

b Đặc điểm chế độ thủy văn

1 Dòng chảy năm

Như đã giới thiệu ở phần trên, lưu lượng mưa trung bình hàng năm của cả lưu vực sông Đà tương đối lớn, vào khoảng 1900mmm và lượng mưa bình quân trong năm phấn bố không đều theo không gian Do đặc điểm mưa như vậy nên đặc điểm dòng chảy năm của sông Đà rất dồi dào

Trong mùa mưa lượng nước tính ở phần thượng lưu của đập thủy điện Hòa Bình chiếm 75% - 78% tổng lượng nước cả năm Trong mùa khô, lượng nước giảm mạnh, còn trên 23%, chỉ có một số chi lưu chính như Nậm Na, Nậm Mức, Nậm Bú là còn có lượng nước dồi dào

Nước mặt và nước ngầm trong toàn lưu vực nói chung có lưu lượng và chất lượng dòng chảy thay đổi theo mùa Mùa mưa, nước trong các dòng sông suối dâng cao, thường gây ra lũ lớn tại các địa phương trong vùng, thậm chí có cả lũ quét kèm theo lở núi và lũ bùn với tần suất có xu hướng ra tăng

2 Dòng chảy lũ:

Xem xét dòng chảy mùa lũ, lũ trên lưu vực sông Đà thường do những trận mưa rào nhiệt đới gây nên trên một phạm vi rộng, có cường độ lớn Lượng nước mùa lũ chiếm bình quân từ 77,6 tới 78,5% lượng nước cả năm, riêng tháng VIII chiếm tới 23,7% là tháng có lượng dòng chảy lớn nhất Mùa cạn kéo dài trong 7 tháng (từ tháng X năm trước tới tháng V năm sau) Nước lũ sông Đà lớn nhất trong hệ thống sông Hồng do các trung tâm mưa lớn phân bổ ở trung lưu sông Đà gây ra Đoạn từ Lý Tiên Độ tới Tạ Bú, mưa lớn trên các sườn núi cao đón gió Tây Nam Sự hoạt động mạnh của áp thấp phía Tây là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự xuất hiện lưu lượng đỉnh lũ vào tháng VII

Đặc điểm hình thái lưu vực sông thuận lợi cho nước lũ hình thành mau chóng và ác liệt tại Lai Châu, biên độ mực nước lớn nhất đạt trị số kỷ lục so với sông lớn của miền Bắc(lớn hơn 25mm)và cường suất lớn nhất bình quân đạt tới 77,4cm/h Nguyên nhân chính do địa hình dốc, mưa có cường độ lớn trên một vùng trơ trọi, cộng với thung lũng sông bị bị thắt hẹp lại ở phía dưới Lai Châu gây

ra Hệ số điều tiết hoàn toàn cũng thuộc loại lớn nhất miến Bắc đạt tới 0,42 tại Lai Châu và 0,4 tại Hòa Bình Nguyên nhân chủ yếu do mưa tập trung trên địa hình dốc nhiều, thung lũng sông hẹp nên khả năng điều tiết bị hạn chế

Lũ lớn nhất trên sông Đà đóng vai trò quan trò lớn trong việc tạo lũ sông Hồng, có đến 69% trường hợp đồng bộ

Mô đun dòng chảy lũ sông Đà lớn nhất trong các sông lớn đạt trên 500l/s.kmP

Lũ sông Đà thường xảy ra sớm và kết thúc sớm khi gió màu Tây Nam sớm xâm nhập và suy yếu sớm nhưng tới tháng chín vẫn có lũ lớn

Lượng lũ lớn, đỉnh lũ cao là đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy lớn nhất

sông Đà Theo tài liệu quan trắc, lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất hàng năm trên lưu vực sông Đà dao động rất lớn: Ở Tạ Bú từ 4600:22.700mP

3

P/s, ở Hòa Bình từ 4720:2100mP

3

P/ Chỉ xét trong chuỗi số liệu 10 năm (1961- 1970) đã có tới 6 năm lũ vượt quá 22m ở Hòa Bình Dòng chảy tháng lớn nhất đều lớn hơn 20%lượng dòng chảy cả năm, xuất hiện vào tháng bảyở thượng lưu và vào tháng tám ở trung và hạ lưu

3 Dòng chảy kiệt

Từ tháng XI năm trước tới tháng V năm sau là thời kỳ mùa cạn, lượng mưa trong trong thời kỳ này giảm nhiều không vượt quá vài chục mm trong mỗi tháng, nước sông chủ yếu do nước ngầm cung cấp Mực nước và lưu lượng giảm đi nhanh chóng trong tháng XI và tháng XII, biến đổi chậm từ tháng I từ tháng II

Tình hình dòng chảy cạn của sông Đà cũng khá khắc nghiệt Tùy thuộc vào tình hình mặt đệm và điều kiện mưa và lượng dòng chảy nhỏ nhất trên sông Đà với sự thay đổi trên nơi này qua nơi khác Nhìn chung, trên dòng chính và những phụ lưu chảy trên vùng đá vôi, có mưa ít thì dòng chảy cạn có trị số nhỏ nhất so với sông suối khác trên miến Bắc Dòng chảy bình quân tháng nhỏ nhất tại Lai Châu là 6,42 l/s.kmP

2

Pứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ nhất là 218 mP

3

P/s và tại Hòa Bình là 6,721 l/s.kmP

2

Pphân bố trên lưu vực thuộc bờ trái là nơi mưa nhiều và lớp phủ rừng còn giữ được Dòng chảy tháng nhỏ nhất bình quân xuất hiện đồng

bộ vào tháng ba chiếm trên 2% lượng dòng chảy cả năm Phần sông Đà thuộc Trung Quốc có dòng chảy nhỏ nhất còn thấp hơn nữa

2.2 Đánh giá các xu thế biến động về tài nguyên nước

2.2.1 Đánh giá xu thế biến động mưa trên lưu vực

Để phân tích xu thế biến đổi mưa trên lưu vực, luận văn đã nghiên cứu tiến hành phân tích thống kê số liệu mưa tại lưu vực sông Đà tính tới trạm thủy văn Hòa Bình trên lưu vực từ năm 1956-2004

Xu thế mưa trên lưu vực từ năm 1956-2004

Hình 2-3 : Xu thế lượng dòng chảy trên lưu vực từ năm 1956-2009

Từ kết quả trên hình 2-3, ta thấy lượng mưa trên lưu vực từ năm 1956- 2004

có xu thế tăng với tốc độ là 2,43 mm/năm

2.2.2 Đánh giá xu thế biến động dòng chảy trên lưu vực

Để phân tích xu thế biến đổi dòng chảy trên lưu vực, luận văn đã nghiên cứu tiến hành phân tích thống kê số liệu dòng chảy tại lưu vực sông Đà tính tới trạm thủy văn Hòa Bình trên lưu vực từ năm 1956-2009

Xu thế dòng chảy trên lưu vực năm 1956-2009

Hình 2-4 : Xu thế lượng dòng chảy trên lưu vực từ năm 1956-2009

Từ kết quả trên hình 2-4, ta thấy lượng dòng chảy trên lưu vực từ năm 1956- 2009 có xu thế tăng với tốc độ là 2,35 mP

3

P/s/năm

C HƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 3.1 Giới thiệu về mô hình thủy văn

3.1.1 Cơ sở lựa chọn mô hình

Hiện nay với khoa học công nghệ phát triển, nội dung tính toán của các mô hình toán thường được thực hiện trên máy tính điện tử, vì thế mô hình thủy văn ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi so với các phương pháp thủ công

Do hạn chế về số liệu quan trắc khí tượng thủy văn trên lưu vực không đầy

đủ, tài liệu quan trắc dòng chảy cho từng tiểu lưu vực là hầu như không có nên đồ

án quyết định chọn phương pháp mô hình toán mưa – dòng chảy thông số phân bố SWAT để tính toán nước đến cho từng lưu vực con trong lưu vực sông Đà

3.1.2 Giới thiệu về mô hình SWAT

Dưới đây là giới thiệu tóm tắt về mô hình SWAT

Hinh 3-1: Sơ đồ tổng quan hoạt động của mô hình SWAT

- SWAT (Soil and Water Assement Tools) là mô hình “Công cụ đánh giá đất

và nước” do TS Dr Jeff Arnold thuộc Trung tâm Nghiên cứu Đất nông nghiệp

Texas, Mỹ xây dựng

- Mô hình SWAT được xây dựng để mô phỏng ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát và hàm lượng chất hữu cơ trong hệ thống lưu vực sông với từng loại đất, với các điều kiện sử dụng đất khác nhau và điều kiện quản lý tương ứng với 1 khoảng thời gian dài

- Mô hình được xây dựng trên nền các quan hệ thể hiện bản chất vật lý của hiện tượng tự nhiên Ngoài việc sử dụng các phương trình tương quan để mô tả mối quan hệ giữa các biến vào và ra, SWAT còn yêu cầu các số liệu đầu về thời tiết, sử dụng đất, địa hình, thực vật và tính hình quản lý tài nguyên đất trong lưu vực Các quá trình tự nhiên liên quan tới chuyển động của nước, lắng đọng bùn cát, tăng trưởng mùa màng, chu trình chất dinh dưỡng… được tính toán trực tiếp bởi mô hình từ các thông số đầu vào Việc mô phỏng cho một lưu vực theo các chiến lược quản lý khác nhau có thể được diễn ra tương đối đơn giản

Đồ án sử dụng mô hình SWAT2005 để tính toán dòng chảy đến của lưu vực

bộ phận, phiên bản này sử dụng ARCVIEW là môi trường giao diện, rất thân thiện, dễ sử dụng và cho kết quả tính toán nhanh gọn

- Chức năng của mô hình: Mô phỏng ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng đất

trong hệ thống lưu vực sông đến nguồn nước, bùn cát, hàm lượng chất hữu cơ trên

hệ thống sông trong một khoảng thời gian nào đó

+ Mô hình SWAT dựa trên các bản đồ số về địa hình (DEM), sông ngòi, đường bao lưu vực để tính toán và chia lưu vực ra thành các vùng hay các lưu vực nhỏ (sub-basin) (Đây là các lưu vực của các nhánh sông chính trong lưu vực nghiên cứu)

+ Mô hình đồng thời cho phép người sử dụng thêm các nút bổ sung nước (inlet)

để hỗ trợ cung cấp thêm nguồn nước thực tế khi mà các bản đồ GIS chưa cập nhật kịp thời và các điểm đo nước (outlet) để chia nhỏ các lưu vực con giúp người sử dụng có thể tham khảo các vùng khác của lưu vực trong cùng một phạm vi không gian Phương pháp sử dụng các lưu vực nhỏ trong mô hình để mô phỏng dòng chảy là rất thuận lợi khi mà các lưu vực này có đủ số liệu về sử dụng đất cũng như

đặc tính của đất Bên cạnh đó, mô hình cho phép mô phỏng hoạt động của hồ chứa trên lưu vực với các thông số như dung tích, diện tích mặt nước, Q tràn,

+ Ảnh hưởng của đất và việc sử dụng đất được thể hiện rõ trong việc nhập và

xử lý các bản đồ GIS Mô hình sẽ cập nhật bản đồ sử dụng đất và phân loại sử dụng đất theo tên và số phần trăm diện tích loại hình sử dụng đất đó Tương tự với bản đồ đất, cũng được cập nhật theo tên và phần trăm diện tích đất

+ Các trạm KTTV được cập nhật theo kinh vĩ độ và tương ứng là các chuỗi số liệu của trạm đó theo thời gian

Trong quá trình tính toán dòng chảy, mô hình đã sử dụng phương pháp tính bốc hơi (theo Penman-Monteith, Priestley-Taylor, Hardgreve hoặc đọc từ file), diễn toán dòng chảy (Muskingum)

Xét về toàn lưu vực thì mô hình SWAT là một mô hình phân bố Mô hình này chia dòng chảy thành 3 pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt, ngầm) và pha trong sông Việc mô tả các quá trình thuỷ văn được chia làm hai phần chính: Phần thứ nhất là pha lưu vực với chu trình thuỷ văn dùng để kiểm soát khối lượng nước, bùn cát, chất hữu cơ và được chuyển tải tới các lòng dẫn chính của mỗi lưu vực Phần thứ hai là diễn toán dòng chảy, bùn cát, hàm lượng các chất hữu cơ trong hệ thống lòng dẫn và tới mặt cắt cửa ra của lưu vực

Pha lưu vực

Chu trình thuỷ văn được mô tả trong mô hình SWAT dựa trên phương trình cân bằng nước như sau:

) Q W

E Q

R ( SW

t

1 i day 0

=

(3.1)

Trong đó: SWR t R: Tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán (mm)

SWR o R: Tổng lượng nước ban đầu tại ngày thứ i (mm) t: Thời gian (ngày)

RR day R: Tổng lượng mưa tại ngày thứ i (mm)

QR surf R: Tổng lượng nước mặt của ngày thứ i (mm)

ER a R: Lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm)

WR seep R: Lượng nước đi vào tầng ngầm tại ngày thứ i (mm)

QR gw R: Lượng nước hồi quy tại ngày thứ i (mm)

Hinh 3-2: Giản đồ biểu hiện chu trình thủy văn theo SWAT

Hinh 3-3: Biểu đồ thể hiện chuyển động của nước theo SWAT

Quá trình hình thành dòng chảy mặt

Lượng mưa hiệu quả là lượng mưa không bị giữ lại trên mặt đất cũng không thấm xuống đất Sau một quá trình chảy trên mặt, lượng mưa hiệu quả trở thành dòng chảy tại cửa ra của lưu vực Lượng mưa hiệu quả là thành phần trọng yếu

trong việc nghiên cứu các mối quan hệ giữa mưa và dòng chảy

(1) Tính lượng mưa hiệu quả

a Phương pháp đường cong SCS tính lượng mưa hiệu quả

Phương trình dòng chảy SCS là phương trình thực nghiệm, nó được xây dựng từ những năm 1950, dùng để xác định lượng dòng chảy mặt dưới điều kiện khác nhau về sử dụng đất và loại đất Phương trình đường cong SCS được viết như sau:

)(

)

S I R

I R Q

a day

a day

−

Trong đó:

QR surf R: Lượng dòng chảy mặt hay lượng mưa hiệu quả (mm)

RR day R: Lượng mưa ngày (mm)

IR a R: Tổn thất thấm ban đầu (mm) S: Lượng thấm cho phép tối đa có thể trữ trong đất (mm) Lượng thấm cho phép tối đa phụ thuộc vào đặc tính đất, sử dụng đất và độ

ẩm đất tại thời điểm bắt đầu mưa và được xác định như sau:

Trong đó CN chỉ số đường cong đại biểu cho đặc tính đất, tính cho ngày

Hệ số tổn thất thấm ban đầu Ia = 0,2S ứng với những trận mưa có cường độ mưa lớn (theo U.S Conservation Service) Khi đó phương trình (2.2) được viết thành như sau:

)8,0(

)2,0

S R

S R

Dòng chảy mặt chỉ xuất hiện khi Rday > Ia Hệ số CN phụ thuộc vào vấn

đề sử dụng đất và lớp độ ẩm đất Lớp độ ẩm đất được phân làm 3 loại: lớp loại I biểu thị cho đất có độ ẩm ít hay còn gọi lớp đất khô, lớp loại II biểu thị cho đất có

độ ẩm vừa, lớp III biểu thị cho đất có độ ẩm cao Đất lại được phân làm 4 loại A,B,C,D Mỗi một nhóm đất lại ứng với một chỉ số CN khác nhau

b Phương pháp thấm Green & Ampt tính tổng lượng dòng chảy

Phương trình Green & Ampt được xây dựng để xác định lượng dòng chảy trên bề mặt sau khi đã khấu trừ tổn thất thấm tại mọi thời điểm Phương trình giả thiết các tầng đất là đồng nhất và độ ẩm kỳ trước phân bố đều trong đất Khi nước thấm vào trong đất, giả thiết đất ở tầng trên sau khi đã bão hoà sẽ tạo thành một bề

mặt phân cách

Phương pháp xác định lượng mưa hiệu quả của Mein and Larson được dùng trong mô hình SWAT để xác định dòng chảy mặt

Tốc độ thấm theo Mein and Larson đựơc xác định như sau:

t

F K

Lưu lượng đỉnh lũ là lượng dòng chảy lớn nhất mà nó xuất hiện ứng với một lượng mưa lớn nhất SWAT tính lượng dòng chảy đỉnh lũ bằng phương pháp

mô phỏng hợp lý Phương pháp này được sử dụng trong việc thiết kế kênh mương hay hệ thống điều khiển dòng chảy Phương pháp này dựa trên giả thiết: Nếu một trận mưa có cường độ i bắt đầu tại thời gian t = 0 và tiếp tục kéo dài, lượng dòng chảy sẽ tiếp tục tăng cho đến thời điểm t = tR conc R(Thời gian tập trung nước trên lưu vực), khi đó toán bộ các lưu vực thành phần sẽ đóng góp cho dòng chảy tại mặt cắt cửa ra của lưu vực Công thức tính lưu lượng đỉnh lũ khi đó sẽ là:

6,3

Area i C

Trong đó:

qR peak R : Lưu lượng đỉnh lũ (mP

3

P/s)

C : Hệ số lưu lượng (-)

i : Cường độ mưa (mm/giờ)

Area : Diện tích lưu vực (kmP

2

P) 3,6 : Hệ số chuyển đổi (-)

(3) Thời gian tập trung nước

Thời gian tập trung nước là thời gian để cho một chất điểm nước ở một thời điểm nào đó trên lưu vực di chuyển về tuyến cửa ra Thời gian tập trung nước trên lưu vực bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn tập trung nước trên bề mặt lưu vực và giai đoạn tập trung nước trong lòng sông về tuyến cửa ra

Thời gian tập trung nước trên lưu vực được tính bằng công thức sau:

ch ov conc t t

Trong đó:

tR conc R: Thời gian tập trung nước của lưu vực (giờ)

tR ov R: Thời gian chảy truyền (giờ)

tR ch R : Thời gian tập trung nước trong kênh (giờ) (4) Hệ số dòng chảy

Hệ số dòng chảy là tỷ lệ giữa dòng chảy đến với lượng dòng chảy đỉnh lũ

Hệ số dòng chảy thay đổi tuỳ thuộc từng trận mưa và được tính theo công thức sau:

day

surf R

Q

trong đó:

C : Hệ số dòng chảy (-)