Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ, Việt Nam

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ, Việt Nam Nguyễn Xuân Hậu1,*, Phan Văn Tân2 Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Nhận ngày 26 tháng năm 2015 Chỉnh sửa ngày 28 tháng năm 2015; Chấp nhận đăng ngày tháng năm 2015 Tóm tắt: Bài báo trình bày số kết đánh giá tác động biến đổi khí hậu (BĐKH) đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ Mô hình khí hậu khu vực RegCM4 sử dụng để hạ quy mô động lực sản phẩm mô hình toàn cầu CCAM theo kịch phát thải khí nhà kính (KNK) (đường nồng độ đại diện - RCP) IPCC RCP4.5 RCP8.5 Lượng mưa ngày cực đại (Rx3day) RegCN4 theo chu kỳ xuất 10, 50 100 năm, sau sử dụng đầu vào cho mô hình thủy văn HEC-HMS để mô dòng chảy lũ cho điều kiện khí hậu (1980-1999) tương lai (giữa kỷ 21, 2046-2065 cuối kỷ 21, 2080-2099) Mô hình thủy lực HEC-RAS kết hợp với modul HEC-GeoRAS sử dụng để xây dựng đồ diện độ sâu ngập lụt với biên lưu lượng tính từ HEC-HMS mực nước biển dâng (NBD) theo kịch tương ứng So sánh giá trị đặc trưng ngập lụt gồm Rx3day, lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ (Qp), diện độ sâu ngập điều kiện khí hậu tương lai (giai đoạn nền) cho thấy biến đổi khí hậu có tác động mạnh mẽ nguyên nhân dẫn đến gia tăng tần suất mức độ ngập lụt lưu vực sông Từ khóa: Biến đổi khí hậu, đánh giá tác động, đồ ngập lụt, Nhật Lệ, HEC-HMS, HEC-RAS, RegCM4 sông tượng phức tạp, chịu ảnh hưởng tính chất bề mặt đệm, đặc điểm khí hậu điều kiện kinh tế - xã hội [2] Sự thay đổi điều kiện tác động đến tần suất độ lớn lũ lụt Trong điều kiện đó, khí hậu xem nhân tố có vai trò ảnh hưởng lớn đến lũ lụt hầu hết hệ thống sông Mở đầu∗ Lũ lụt dạng thiên tai gây thiệt hại to lớn tài sản người phạm vi toàn cầu có xu hướng gia tăng [1, 2] Trong thập nhiên cuối kỷ 20, lũ lụt làm chết khoảng 100.000 người ảnh hưởng đến 1,4 tỷ người [1] Lũ lụt Nhiều nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu (BĐKH), số nơi có lượng giáng thuỷ giảm số _ ∗ Tác giả liên hệ, ĐT: (+84) 912069975 Email: haunxpt@vnmn.vast.vn 125 126 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 nơi khác lượng giáng thủy gia tăng [3] Sự biến đổi chế độ giáng thuỷ việc làm thay đổi vòng tuần hoàn nước kéo theo thay đổi độ lớn tần suất lũ lụt [4] Menzel cs (2002) [5] minh chứng thay đổi nhỏ chế độ nhiệt mưa dẫn đến tác động mạnh mẽ đến trình lũ lụt Ngoài ra, ngập lụt trở nên nghiêm trọng có kết hợp với mực NBD lưu vực sông ven biển Đánh giá tác động BĐKH lũ lụt nhiều nhà khoa học quan tâm thường dựa hai cách tiếp cận là: (1) sử dụng công cụ thống kê phân tích biến đổi chuỗi thời gian số liệu quan trắc khí tượng thủy văn [6-10]; (2) dự tính biến đổi tương lai đặc trưng lũ lụt dựa việc kết hợp mô hình khí hậu với mô hình thủy văn - thủy lực [3, 11] Theo M.J Booij (2005) [12] toán đánh giá BĐKH lũ lụt tuý dựa phương pháp thống kê, lũ lụt tượng cực đoan mà phân bố chúng thay đổi tương lai cần phải dự tính Cách tiếp cận mô hình hóa (2) nhiều tác giả sử dụng, hầu hết kết nghiên cứu tổng quan tìm thấy báo cáo IPCC [3, 11, 13] Hướng tiếp cận dựa việc sử dụng kết dự tính khí hậu từ mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) sau kết hợp với mô hình thủy văn-thủy lực để xem xét biến đổi liên đặc trưng ngập lụt Ở quy mô toàn cầu BĐKH gây nên gia tăng mức độ tần suất [14], [15] Ở quy mô khu vực mức độ tác động khác cần thiết phải có đánh giá chi tiết Đây hướng ngày hoàn thiện với việc nâng cao độ phân giải cho GCM hay hạ quy mô mô hình khí hậu khu vực (RCM) để phù hợp với mô hình thủy văn quy mô nhỏ Lũ lụt lưu vực sông Việt Nam nói chung, miền Trung Việt Nam nói riêng, thường gây mưa lớn cực đoan Những năm ngần có số công trình nghiên cứu đánh giá tác động BĐKH đến lũ lụt cho lưu vực sông Việt Nam theo hướng tiếp cận (2) thu số thành tựu quan trọng [16-24] Tuy nhiên, đa số công trình chủ yếu đánh giá biến đổi lưu lượng dòng chảy với quy mô thời gian lớn (dòng chảy năm hay mùa) Chỉ có số công trình đánh giá tác động đến diện độ sâu ngập lụt [16, 22, 23] Các công trình thực cho số lưu vực sông lớn chưa có công trình thực cho lưu vực sông Nhật Lệ, nơi phải hứng chịu thiệt hại nặng nề mùa lũ hàng năm Bài báo trình bày số kết đánh giá tác động BĐKH đến đặc trưng ngập lụt cho lưu vực sông Nhật Lệ, Quảng Bình Mục báo mô tả vùng nghiên cứu nguồn số liệu sử dụng cho đánh giá Phương pháp nghiên cứu trình bày mục Kết thảo luận tác động BĐKH đến đặc trưng ngập lụt lưu vực trình bày mục Cuối cùng, số kết luận đưa mục Vùng nghiên cứu nguồn số liệu 2.1 Vùng nghiên cứu Lưu vực sông Nhật Lệ nằm phía nam tỉnh Quảng Bình, Việt Nam, có diện tích khoảng 2.647 km2 [25], hệ thống sông lớn thứ hai tỉnh, sau hệ thống sông Gianh phía bắc Vùng hạ lưu nơi tập trung đông dân cư, đó, đông khu vực ven biển, điển hình thành phố Đồng Hới nơi có mật độ dân số cao gấp lần so với toàn tỉnh Các huyện đồng ven biển chiếm đến 85% dân cư tỉnh, dân số tập trung đông ven sông Hai bên bờ sông chịu ảnh N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 hưởng mạnh mẽ ngập lụt nơi có mật độ dân số cao lưu vực Mùa lũ sông Nhật Lệ gồm tháng liên tục từ tháng IX đến tháng XII trùng với thời kỳ mùa mưa lưu vực Mưa gây lũ thường bị chi phối hình thời tiết gây mưa lớn 127 bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, dải hội tụ nhiệt đới nhiễu động khác sóng đông Mức độ mưa lũ lớn trở nên nghiêm trọng có tác động kết hợp hình gây mưa Hình Vùng nghiên cứu, lưu vực sông Nhật Lệ, tỉnh Quảng Bình, Việt Nam Do đặc điểm lưu vực có địa hình phần lớn đồi núi dốc, sông suối lại ngắn, thượng nguồn dốc nên xuất mưa lớn nước tập trung nhanh, lũ lên nhanh đổ dồn hạ lưu thoát biển Tuy nhiên, không hệ thống sông khác lượng nước thường đổ thẳng biển qua nhiều cửa thoát Hệ thống sông Nhật Lệ có cửa thoát (cửa Nhật Lệ) dòng chảy lũ đổ thẳng biển gặp phải dãy cồn cát cao (30-40 m) đê chạy song song với đường bờ (Hình 1) Ngoài ra, phần địa hình vùng hạ lưu thấp lại có dạng lòng chảo, phần lớn có độ cao địa hình thấp mực nước biển (0,8-1 m) nên có mưa lớn, mưa bão, kết hợp thủy triều dâng cao, nước bị ứ lại, thoát biển chậm [26] Do đó, tính chất lũ lớn nhanh thượng lưu vùng hạ lưu Nhật Lệ chịu ngập úng dài ngày diện rộng 2.2 Nguồn số liệu Số liệu quan trắc lượng mưa ngày năm 1976 1999 trạm Đồng Hới, Kiến Giang, Lệ Thủy, Cẩm Lý kết hợp với số liệu lưu lượng dòng chảy ngày quan trắc trạm Kiến Giang sử dụng làm liệu phục vụ hiệu chỉnh kiểm định mô hình Số liệu mưa gồm: lượng mưa trạm Đồng Hới, mưa trạm Kiếng Giang, Lệ Thủy, mưa 12 128 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 trạm Cẩm Lý, Việt Trung từ ngày 23/10/1999 đến ngày 07/11/1999 sử dụng làm đầu vào cho mô hình thủy văn – thủy lực để xây dựng đồ ngập lụt cho trận lũ lớn lịch sử năm 1999 Số liệu điều tra diện tích bị ngập lụt xã trận lũ năm 1999 từ dự án hỗ trợ hệ thống quản lý thiên tai Việt Nam (Bộ NN&PTNN phối hợp với UNDP thực năm 2004) sử dụng để kiểm nghiệm diện tích ngập lụt Sản phẩm dự tính mưa từ mô hình khí hậu khu vực RegCM phiên (RegCM4) [27] theo kịch trung bình RCP4.5 cao RCP4.8 cho giai đoạn (1980-1999), kỷ 21 (M21) cuối kỷ 21 (E21) sử dụng cho mô hình thủy văn Mực NBD dự tính tương ứng với kịch giai đoạn theo báo cáo thứ IPCC [28] sử dụng biên mực nước cửa lưu vực cho mô hình thủy lực Hạ quy mô RCP4.5 RCP8.5 CCAM Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng sở liệu (CSDL) GIS gồm lớp thông tin về: hành chính, giao thông, trạng sử dụng đất, thảm phủ, thổ nhưỡng, thủy hệ, mô hình số địa hình (DEM) phục vụ phân tích, tính toán, ước lượng thông số địa cho lưu vực kế thừa từ công trình [29, 30] Tư liệu ảnh vệ tinh Landsat ETM chụp ngày 11/11/1999 từ http://landsat.usgs.gov/ sử dụng để đánh giá khả mô diện ngập mô hình Phương pháp Trên Hình đưa bước cách tiếp cận mô hình hóa sử dụng nghiên cứu này, gồm: (1) Hạ quy mô; (2) Mô dòng chảy; (3) Mô ngập lụt và; (4) Phân tích thống kê Mô dòng chảy Hạ quy mô động lực (RegCM4) Số liệu quan trắc khí hậu Mô ngập lụt Phân tích thống kê Chuỗi liệu mưa HEC-HMS HEC-RAS & HECGeoRAS Số liệu quan trắc thủy văn Chuỗi liệu dòng chảy Diện, độ sâu ngập lụt Dấu vết lũ lịch sử Hình Phương pháp luận áp dụng cho nghiên cứu (nguồn: [4]) Trong bước (1), mô hình RegCM4 sử dụng công cụ hạ quy mô động lực sản phẩm dự tính mô hình toàn cầu CCAM [31] theo hai kịch RCP4.5 RCP8.5 IPPC để nhận số liệu mưa dự tính độ phân giải ngang cao (20x20km) Bước (2), lượng mưa ngày RegCM4 dùng để phân tích, tính toán tần suất xuất 1%, 2% 10% cho Rx3day mà sử dụng làm đầu vào cho mô hình thủy văn tập trung chiều HEC-HMS [32] để tính toán, mô trình mưa-dòng chảy lưu vực Bước (3), kết lưu lượng dòng chảy nhánh sông từ HEC-HMS mực NBD sử dụng làm biên lưu lượng mực nước cho mô hình thủy lực HEC-RAS [33] để N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 diễn toán dòng chảy ổn định chiều sông Bề mặt nước dạng lưới liên tục tính toán HEC-RAS dựa việc giải phương trình lượng cho dòng chảy ổn định chiều qua mặt cắt sông [33] Sau đó, phần mở rộng HEC-GeoRAS HECRAS GIS sử dụng giao diện kết nối cho phép phân tích không gian 3D để mô hiển thị kết diện độ sâu vùng ngập Việc mô vùng ngập tồn tính không chắn chắc, nguyên nhân từ mô hình dự tính khí hậu mô hình thủy văn thủy lực liên quan đến cấu trúc, thông số mô hình, độ xác liệu địa hình, nguồn số liệu đầu vào [34] Do đó, cần thiết phải thực hiệu chỉnh kiểm nghiệm để giảm tính không chắn đánh giá khả mô mô hình bước thực Khả mô mô hình đánh giá qua số hiệu mô hình NSE (Nash–Sutcliffe) [35], hệ số tương quan (R), sai số tuyệt đối trung bình (MAE), sai số quân phương (RMSE); Ở bước cuối (4), mức độ tác động BĐKH làm rõ dựa việc so sánh chuỗi số liệu lượng mưa, dòng chảy, diện độ sâu ngập giai đoạn tương lai M21 E21 với giai đoạn 129 Kết thảo luận 4.1 Khả mô mô hình Trên Hình đưa kết so sánh đường trình lưu lượng dòng chảy tính toán từ HEC-HMS với số liệu quan trắc trạm Kiến Giang năm 1999 Theo đó, mô hình mô tốt đường trình dòng chảy Mô hình bắt rõ nét đỉnh lũ, với số NSE đạt 0,83; R đạt 0,92; MAE đạt 20,1 (m3/s); RMSE đạt 31,6 (m3/s) Kết đánh giá khả mô dòng chảy mô hình phù hợp với nghiên cứu trước [36-39] Trên Hình thể kết so sánh diện tích tính toán từ HEC-RAS HECGeoRAS với diện ngập thống kê xã bị ngập trận lũ tháng 11/1999 Theo đó, mô hình mô diện tích ngập xã trận lũ với mức độ tương quan tốt, R đạt 0,83 Tuy nhiên, diện tích xã bị ngập theo tính toán có xu hướng lớn diện ngập thống kê với MAE 226 Điều phần nguồn số liệu diện ngập thống kê điều tra vào năm 2004 từ nhiều nguồn khác địa phương trận lũ qua năm nên khó đảm bảo phản ánh xác diện tích ngập thực tế lưu vực Hình Đường trình lưu lượng ngày theo số liệu quan trắc kết tính toán từ mô hình năm 1999 trạm thủy văn Kiến Giang 130 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 Hình Kết so sánh diện ngập xã vùng lũ năm 1999 (a) (b) Hình Diện ngập ngày 11/11/1999: (a) kết tính toán (b) theo ảnh vệ tinh Landsat Để kiểm định thêm khả mô mô hình, diện ngập tính toán từ mô hình so sánh với diện ngập từ ảnh vệ tinh cho trận lũ lịch sử tháng 11 năm 1999 Kết cho thấy, diện ngập từ tính toán Hình 5(a) tương đồng với diện ngập thu từ ảnh vệ tinh ETM Landsat chụp ngày 11/11/1999 Hình (b) 4.2 Biến đổi lượng mưa Bảng Tổng hợp kết tính toán đặc trưng ngập lụt kịch BĐKH Tổng diện Qp Rx3day ngập (ha) (m3/s) (mm) Đặc trưng Tần suất P (%) 10 10 Giai đoạn 329,3 297,2 221,2 8.821,1 7.861,5 5.553,4 35.512,0 RCP4.5 Giữa TK 21 Cuối TK 21 Biến đổi Biến đổi Giá trị Giá trị (%) (%) 362,2 10,0 435,2 32,2 330,9 11,3 393,9 32,5 256,9 16,1 296,1 33,8 9.772,2 10,8 12.830,0 45,4 8.801,2 12,0 11.549,6 46,9 6.621,7 19,2 8.336,9 50,1 35.842,6 0,9 36.862,0 3,8 RCP8.5 Giữa TK 21 Cuối TK 21 Biến đổi Biến đổi Giá trị Giá trị (%) (%) 494,8 50,3 580,6 76,3 444,8 49,7 520,7 75,2 326,5 47,6 379,0 71,3 14.426,5 63,5 17.631,0 99,9 12.786,6 62,6 15.644,1 99,0 9.058,3 63,1 10.975,8 97,6 37.387,5 5,3 38.405,1 8,1 34.875,0 35.383,8 1,5 36.442,6 4,5 36.925,2 5,9 37.910,8 8,7 10 33.086,4 33.858,3 2,3 35.013,3 5,8 35.516,3 7,3 36.441,8 10,1 Giá trị N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 Lượng mưa cực đoạn Rx3day có xu hướng tăng lớn so với giai đoạn nền, mức tăng lớn 76,3% thấy E21, nhỏ 10% M21 với tần suất xuất 1% (xem Bảng 1) Mức gia tăng đối lập theo tần suất xuất hai kịch Trong tăng mạnh tần suất xuất lớn (thường xuyên hơn) RCP4.5 ngược lại tăng lớn tần suất xuất nhỏ (sự kiện hơn) RCP8.5 (xem Hình 8b) Trên Hình đưa kết tính toán vẽ đường tần suất cho Rx3day sử dụng hàm phân 10 0nă m 131 bố giá trị cực trị loại I (phân bố Gumbel) Theo đó, độ lớn tần suất Rx3day biến đổi mạnh qua qua kịch giai đoạn Tuy nhiên, mức độ biến đổi không đồng lưu vực, tăng mạnh phía đông-bắc giảm phía tây-nam lưu vực Hình đưa biến đổi theo không gian lưu vực Rx3day ứng với tần suất 1%, nội suy từ nút lưới dự tính RegCM4 Sự biến đổi (% chênh lệch) theo không gian Rx3day tần suất 1% so với giai đoạn (tính trung bình giai đoạn) 510 mm 440 mm 390 mm 277 mm 100-năm 10-năm 3,5-năm Hình Đường phân bố tần suất Rx3day (tính trung bình lưu vực), điểm có ký hiệu màu phân bố thực nghiệm, đường liền có màu với điểm phân bố lý thuyết tương ứng 4.3 Biến đổi dòng chảy lũ Kết tính toán dòng chảy HECHMS từ số liệu đầu vào Rx3day với tần suất khác cho thấy Qp biến đổi tương đồng theo thời gian, kịch bản, tần suất với Rx3day Đối với RCP4.5 mức độ gia tăng nhỏ kiện RCP8.5 mức tăng lại lớn Về độ lớn mức tăng Qp lớn Rx3day, lớn lên đến ≈100% E21, nhỏ 10,8% M21 với tần suất xuất 1% (xem Hình 8b Bảng 1) Về tần suất, mức biến đổi tần suất 1% lớn nhất, biến đổi nhỏ tần suất 10% Giá trị Qp ứng với tần suất xuất thay đổi mạnh mẽ qua kịch bản, ví dụ Hình 9, với Qp = 8.821 m3/s cửa lưu vực ứng với tần suất 1% (tức 100 năm xuất hiện) giai đoạn lương lai tính đến M21 tăng lên 2% (50 năm) 10% (10 năm) ứng với RCP4.5 RCP8.5 Trên Hình cho thấy ứng với tần suất 1% giai đoạn chuẩn giá trị Qp = 8.821m3/s tương lai, cuối kỷ 21 giá trị 12.830 m3/s lên tới 17.631m3/s ứng với kịch RCP4.5 RCP8.5 132 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 RCP 4.5 M21 E21 RCP 8.5 Hình Sự biến đổi (% chênh lệch) theo không gian Rx3day tần suất 1% so với giai đoạn (tính trung bình giai đoạn) (a) (b) Hình Mức độ gia tăng theo tần suất 10%, 2% 1%: (a) lượng mưa ngày cực đại; (b) lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ cửa lưu vực N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 133 Hình Lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ (Qp) cửa lưu vực theo tần suất Khác với biến đổi có quy luật theo không gian Rx3day, Qp biến đổi phức tạp, quy luật phân bố không rõ ràng lưu lượng dòng chảy không phụ thuộc vào lượng mưa mà phụ thuộc nhiều vào đặc trưng lưu vực 4.4 Biến đổi diện tích độ sâu ngập lụt Tương đồng với biến đổi lượng mưa dòng chảy, tổng diện tích ngập lụt tăng theo kịch giai đoạn Mức biến đổi kịch RCP8.4 lớn RCP4.5, mức biến đổi E21 lớn M21 Tuy nhiên, mức biến đổi Rx3day Qp lớn mức biến đổi tổng diện tích ngập nhỏ nhiều Điều lý giải địa hình lưu vực có độ dốc lớn, lưu vực có dạng lòng chảo trũng, cửa thoát nhỏ hẹp Do đó, lượng nước lớn đổ bị dồn ứ, diện tích nước ngập tăng không nhiều mực nước (hay độ sâu ngập) lại tăng nhanh Hình 10 Sự biến đổi diện tích ngập < 5m (đồ thị phía dưới) >6m (đồ thị phía trên) so với giai đoạn 134 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 Kết Hình 10 cho thấy rõ lý giải trên, xem xét biến đổi độ sâu ngập lụt mối tương quan với diện tích ngập Phần diện tích ngập với độ sâu ngập thấp 5m có giảm tất kịch bản, giai đoạn tần suất, phần diện tích ứng với độ sâu 6m tăng mạnh hầu hết trường hợp (trừ trường hợp ứng với tần suất 1% kịch RCP8.5 E21) Trên Hình 11 đưa đồ ngập lụt, cho thấy rõ biến đổi diện độ sâu ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Nhật Lệ theo thời kỳ, kịch BĐKH ứng với lũ với chu kỳ xuất 10 năm RCP 4.5 Cuối TK 21 Giữa TK 21 RCP 8.5 Hình 11 Diện độ sâu ngập lụt cuối kỷ 21 kịch RCP4.5 RCP8.5 với lũ 10% Kết luận Với số liệu dự tính mưa từ mô hình toàn cầu CCAM, thực hạ quy mô RegCM4, kết hợp với mực NBD làm đầu vào cho mô hình thủy văn HEC-HMS mô hình thủy lực HEC-RAS kết hợp với GIS, báo thực đánh giá tác động BĐKH đến ngập lụt cho lưu vực sông, lấy ví dụ sông Nhật Lệ Các kết nghiên cứu bước đầu cho thấy BĐKH với gia tăng lượng mưa cực N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 đoan mực NBD có tác động mạnh mẽ đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ BĐKH dẫn đến gia tăng tần suất độ lớn đặc trưng ngập lụt Bức tranh chung thấy hai kịch BĐKH trung bình với RCP4.5 cao với RCP8.5 mức tăng đặc trưng E21 cao M21 Tuy nhiên, gia tăng đặc trưng khác nhau, cụ thể: Mức độ gia tăng lớn thấy Qp, tiếp đến Rx3day nhỏ tổng diện tích ngập; Trong Rx3day Qp có mức độ gia tăng nhỏ với kiện RCP4.5 lớn RCP8.5 diện ngập mức tăng nhỏ hai kịch Trong diện tích ứng với độ sâu > m tăng mạnh kịch bản, giai đoạn diện ngập ứng với độ sâu < m lại giảm tất kịch giai đoạn Tính trung bình tần suất, giai đoạn, kịch mức độ biến đổi đặc trưng ngập lụt thể qua mối quan hệ: gia tăng 7,9% Rx3day dẫn tới gia tăng 10,4% Qp tăng 1% tổng diện ngập Như lũ lụt lưu vực sông Nhật Lệ chịu ảnh hưởng lớn rõ rệt BĐKH thể qua biến đổi mạnh mẽ đặc trưng Kết nghiên cứu cần phải lưu ý đến công tác quản lý hoạch định sách phát triển Rx3day Qp gia gia tăng lớn kéo theo lượng tốc độ dòng chảy lũ lớn sông, hệ lụy làm gia tăng nguy xói mòn, sạt lở gây nguy hại đến tính mạng, nhà cửa, công trình sở hạ tầng ven sông Tuy tổng diện tích ngập gia tăng nhỏ độ sâu ngập lại tăng nhanh đe dọa nghiêm trọng đến an toàn chiều cao công trình, vùng đất cư trú sản xuất Tuy nhiên, đề cập, tồn số nguồn gây nên tính không chắn 135 kết đầu từ cách tiếp cận mô hình hóa Việc giải tồn nhằm tăng độ tin cậy sức thuyết phục đánh giá thách thức cần tiếp tục xem xét nghiên cứu Lời cảm ơn Bài báo hoàn thành với hỗ trợ từ Chương trình "Innovative Application of ICTs in Addressing Water-related Impacts of Climate Change" Trung tâm nghiên cứu phát triển quốc tế Canada (IDRC) Đại học Nairobi, Kenya; Dự án DANIDA, mã số 11-P04-VIE “Climate Change-Induced Water Disaster and Participatory Information System for Vulnerability Reduction in North Central Vietnam” Tác giả xin cảm ơn hỗ trợ quý giá này! Tài liệu tham khảo [1] S N Jonkman, Global Perspectives on Loss of Human Life Caused by Floods, Natural Hazards, 34(2), (2005), 151 [2] ZbigniewW Kundzewicz, Yukiko Hirabayashi, and Shinjiro Kanae, River Floods in the Changing Climate—Observations and Projections, Water Resources Management, 24(11), (2010), 2633 [3] IPCC, Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, [M.L Parry, O.F Canziani, J.P Palutikof, P.J van der Linden and C.E Hanson, (Eds).], Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2007 [4] Christian Dobler, Gerd Bürger, and Johann Stötter, Assessment of climate change impacts on flood hazard potential in the Alpine Lech watershed, Journal of Hydrology, 460–461, (2012), 29 [5] Lucas Menzel, Daniel Niehoff, Gerd Bürger, and Axel Bronstert, Climate change impacts on river flooding: A modelling study of three meso-scale catchments, 10, Springer Netherlands, 2002 136 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 [6] David Labat, Yves Goddéris, Jean Luc Probst, and Jean Loup Guyot, Evidence for global runoff increase related to climate warming, Advances in Water Resources, 27(6), (2004), 631 [7] David R Legates, Harry F Lins, and Gregory J McCabe, Comments on “Evidence for global runoff increase related to climate warming” by Labat et al, Advances in Water Resources, 28(12), (2005), 1310 [8] Michael D Dettinger and Henry F Diaz, Global Characteristics of Stream Flow Seasonality and Variability, Jounal of Hydrometeology, 1, (2000), 289 [9] Jean-Luc Probst and Yves Tardy, Global runoff fluctuations during the last 80 years in relation to world temperature change, American Journal of Science, 289, (1989), 267 [10] Jean-Luc Probst and Yves Tardy, Long range streamflow and world continental runoff fluctuations since the beginning of this century, Juornal of Hydrology, 94, (1987), 289 [11] IPCC, Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability Part B: Regional Aspects Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Barros, V.R., C.B Field, D.J Dokken, M.D Mastrandrea, K.J Mach, T.E Bilir, M hatterjee, K.L Ebi, Y.O Estrada, R.C Genova, B Girma, E.S Kissel, A.N Levy, S MacCracken, P.R Mastrandrea, and L.L White (eds.)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2014 [12] M J Booij, Impact of climate change on river flooding assessed with different spatial model resolutions, Journal of Hydrology, 303(1–4), (2005), 176 [13] IPCC, Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability Part A: Global and Sectoral Aspects Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Field, C.B., V.R Barros, D.J Dokken, K.J Mach, M.D Mastrandrea, T.E Bilir, M Chatterjee, K.L Ebi, Y.O Estrada, R.C Genova, B Girma, E.S Kissel, A.N Levy, S MacCracken, P.R Mastrandrea, and L.L White (eds.)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2014 [14] NigelW Arnell and SimonN Gosling, The impacts of climate change on river flood risk at the global scale, Climatic Change, (2014), [15] NigelW Arnell and Ben Lloyd-Hughes, The global-scale impacts of climate change on water resources and flooding under new climate and socio-economic scenarios, Climatic Change, 122(1-2), (2010), 127 [16] Nguyễn Văn Đại, Phùng Thị Thu Trang, Huỳnh Thị Lan Hương, Phùng Đức Chính, Đánh giá tác động BĐKH đến tình hình ngập lụt hạ lưu sông Ba, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 13, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường, (2013) [17] Nguyễn Thanh Sơn, Ngô Chí Tuấn, Văn Thị Hằng, Nguyễn Ý Như, Ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến biến đổi tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 27(1S), (2011), 218 [18] Nguyễn Ý Như, Lê Văn Linh, Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Đáy địa bàn thành phố Hà Nội Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 27(1S), (2011), 192 [19] Nguyễn Ý Như Nguyễn Thanh Sơn, Biến đổi dòng chảy kiệt bối cảnh Biến đổi khí hậu lưu vực sông Nhuệ Đáy, Tạp chí khoa học ĐHGQHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 27(3S), (2011), 39 [20] Nguyễn Ý Như, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Thanh Sơn, Bùi Minh Sơn, Đánh giá dòng chảy năm tỉnh Khánh Hòa bối cảnh biến đổi khí hậu, Tạp chí khoa học ĐHGQHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 27(3S), (2012), 100 [21] Nguyễn Ý Như, Nghiên cứu tác động Biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn Thành phố Hà Nội 2011, Đại học KHTN [22] Trần Thanh Xuân, Trần Thục, Hoàng Minh Tuyển, Tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước Việt Nam, NXB KH&KT, Hà Nội, 2011 [23] Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, Đặng Đình Khá, Nguyễn Xuân Tiến, Lê Viết Thìn, Thử nghiệm đánh giá tác động Biến đổi khí hậu đến ngập lụt khu vực hạ lưu sông Lam, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 645, (2014), 13 [24] Mukta Sapkota, Toshio Hamaguchi, and Toshiharu Kojiri, Effects of Climate Change in Red River Discharges and Flooding Risk in Hanoi, Vietnam, Proceeding of Annual Conference, 24, (2011), 148 [25] Nguyễn Lập Dân, Nghiên cứu trạng, xác định nguyên nhân đề xuât giải pháp phòng N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 [26] [27] [28] [29] [30] chông bồi lấp cửa sông nhằm khai thông luồng Nhật Lệ - Quảng Bình, Viện Địa lý, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam2007 Phan Thanh Tịnh, Bàn lũ lụt Quảng Bình biện pháp phòng chống, Thông tin Khoa họcCông nghệ - QB, (5), (2011), 34 Giorgi F, Coppola E, Solmon F, Mariotti L, Sylla MB, Bi X, Elguindi N, Diro GT, Nair V, Giuliani G, Turuncoglu UU, Cozzini S, Güttler I, O’Brien TA, Tawfik AB, Shalaby A, Zakey AS, Steiner AL, Stordal F, Sloan LC, and Brankovic C, RegCM4: model description and preliminary tests over multiple CORDEX domains, Climate Research, 52, (2012), J.A Church, P.U Clark, A Cazenave, J.M Gregory, S Jevrejeva, A Levermann, M.A Merrifield, G.A Milne, R.S and P.D Nunn Nerem, A.J Payne, W.T Pfeffer, D Stammer and A.S Unnikrishnan, Sea Level Change In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D Qin, G.-K Plattner, M Tignor, S.K Allen, J Boschung, A Nauels, Y Xia, V Bex and P.M Midgley (eds.)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2013 Lại Vĩnh Cẩm, Nguyễn Xuân Hậu, cs, Nghiên cứu, triển khai công nghệ dự báo trực tuyến diện mức độ ngập lụt số lưu vực sông miền Trung, Viện KH&CN VN, Hà Nội, 2007 Nguyễn Xuân Hậu cs, Ứng dụng GIS mô hình HEC xây dựng đồ cảnh báo nguy ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông miền Trung, Tuyển tập báo cáo khoa học, hội nghị khoa học địa lý toàn quốc lần thứ 5, Viện Địa lý (2010), 1257 137 [31] JohnL McGregor and MartinR Dix, An Updated Description of the Conformal-Cubic Atmospheric Model, in High Resolution Numerical Modelling of the Atmosphere and Ocean, K Hamilton and W Ohfuchi, Editors, Springer New York [32] US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center, HEC-HMS Technical Reference Manual, 2013 [33] US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center, HEC-RAS 4.1 Hydraulic Reference Manual, 2010 [34] Shokoufeh Salimi M Reza Ghanbarpour, Mohsen Mohseni Saravi and Mehdi Zarei, Calibration of River Hydraulic Model Combined with GIS Analysis using Ground-Based Observation Data, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 3(5), (2011), 456 [35] J E Nash and J V Sutcliffe, River flow forecasting through conceptual models part I — A discussion of principles, Journal of Hydrology, 10(3), (1970), 282 [36] U Haberlandt M Wallner, and J Dietrich, Evaluation of different calibration strategies for large scale continuous hydrological modelling, Advances in Geosciences, 31, (2012), 76 [37] Terence Kibula Lukong, Predictive Model of Rainfall-Runoff: A Case Study of the Sanaga Basin at Bamendjin Watershed in Cameroon, Energy and Environment Research, 1(1), (2011), 193 [38] O Munyaneza, Assessment of surface water resources availability using catchment modelling and the results of tracer studies in the mesoscale Migina Catchment, Rwanda, hydrology and Earth System Sciences, 18, (2014), 5289 [39] S Begam D Roy, S Ghosh and S Jana, Calibration and validation of HEC-HMS model for a river basin in Eastern India, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 138 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 Assessment of Climate Change Impact on Floods in the Nhật Lệ River Basin, Vietnam Nguyễn Xuân Hậu1, Phan Văn Tân2 Vietnam National Museum of Nature, Vietnam Academy of Science and Technology, 18 Hoàng Quốc Việt, Hanoi, Vietnam VNU University of Science, 334 Nguyen Trãi, Hanoi, Vietnam Abstract: This study presents the assessment climate change impact on the flooding in the Nhật Lệ river basin, in the North Central Vietnam The regional climate model RegCM4 is used to downscale the global climate model CCAM outputs under the RCP4.5 and RCP8.5 of the Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios The maximum 3-day rainfall for the 10, 50 100-year return periods based on the RegCM outputs was used as inputs for the hydrological model HEC-HMS to simulate the flood events for present (1980-1999) and future (2046-2065 and 20802099) climate conditions The hydraulic model HEC-RAS combined with GIS analysis, the HECGeoRAS module, to simulate flood inundations and to generate the flood maps using flows from HEC-RAS and mean sea level rise scenarios (SLR) as boundary conditions The comparison of the changes in the maximum 3-day rainfall, peak flows, depth and areas of flooding in the present and future climate conditions indicates that climate change has significantly impacted on the flood and might lead to increase its frequency and magnitude in the study area Keywords: Assessment, climate change, flood map, HEC-HMS, HEC-RAS, impact, RCP, RegCM4, Vietnam [...]... Sơn, Đánh giá dòng chảy năm tỉnh Khánh Hòa trong bối cảnh biến đổi khí hậu, Tạp chí khoa học ĐHGQHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 27(3S), (2012), 100 [21] Nguyễn Ý Như, Nghiên cứu tác động của Biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn Thành phố Hà Nội 2011, Đại học KHTN [22] Trần Thanh Xuân, Trần Thục, và Hoàng Minh Tuyển, Tác động của biến đổi khí hậu đến tài... Trang, Huỳnh Thị Lan Hương, và Phùng Đức Chính, Đánh giá tác động của BĐKH đến tình hình ngập lụt ở hạ lưu sông Ba, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 13, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, (2013) [17] Nguyễn Thanh Sơn, Ngô Chí Tuấn, Văn Thị Hằng, và Nguyễn Ý Như, Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến biến đổi tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa... Văn Linh, Nguyễn Thanh Sơn, và Trần Ngọc Anh, Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 27(1S), (2011), 192 [19] Nguyễn Ý Như và Nguyễn Thanh Sơn, Biến đổi dòng chảy kiệt trong bối cảnh Biến đổi khí hậu trên lưu vực sông Nhuệ Đáy, Tạp chí khoa học ĐHGQHN, Khoa học Tự nhiên... nước Việt Nam, NXB KH&KT, Hà Nội, 2011 [23] Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, Đặng Đình Khá, Nguyễn Xuân Tiến, và Lê Viết Thìn, Thử nghiệm đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu đến ngập lụt khu vực hạ lưu sông Lam, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 645, (2014), 13 [24] Mukta Sapkota, Toshio Hamaguchi, and Toshiharu Kojiri, Effects of Climate Change in Red River Discharges and Flooding Risk in Hanoi, Vietnam,... đoạn, và các kịch bản thì mức độ biến đổi giữa các đặc trưng ngập lụt này có thể được thể hiện qua mối quan hệ: sự gia tăng 7,9% ở Rx3day dẫn tới gia tăng 10,4% Qp và chỉ tăng 1% tổng diện ngập Như vậy lũ lụt trên lưu vực sông Nhật Lệ chịu ảnh hưởng lớn và rõ rệt bởi BĐKH thể hiện qua sự biến đổi mạnh mẽ của các đặc trưng Kết quả nghiên cứu cần phải được lưu ý đến trong công tác quản lý cũng như hoạch định...N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 đoan và mực NBD đã có các tác động mạnh mẽ đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ BĐKH đã dẫn đến sự gia tăng cả về tần suất và độ lớn của các đặc trưng ngập lụt Bức tranh chung có thể thấy ở cả hai kịch bản BĐKH trung bình với RCP4.5 và cao với RCP8.5 mức tăng của các đặc trưng ở E21... United Kingdom and New York, NY, USA, 2013 Lại Vĩnh Cẩm, Nguyễn Xuân Hậu, và cs, Nghiên cứu, triển khai công nghệ dự báo trực tuyến về diện và mức độ ngập lụt một số lưu vực sông miền Trung, Viện KH&CN VN, Hà Nội, 2007 Nguyễn Xuân Hậu và cs, Ứng dụng GIS và bộ mô hình HEC xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ ngập lụt vùng hạ lưu các lưu vực sông miền Trung, Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị khoa học... 138 N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 Assessment of Climate Change Impact on Floods in the Nhật Lệ River Basin, Vietnam Nguyễn Xuân Hậu1 , Phan Văn Tân2 1 Vietnam National Museum of Nature, Vietnam Academy of Science and Technology, 18 Hoàng Quốc Việt, Hanoi, Vietnam 2 VNU University of Science, 334 Nguyen Trãi, Hanoi, Vietnam Abstract:... sách phát triển Rx3day và Qp gia gia tăng lớn kéo theo lượng và tốc độ dòng chảy lũ lớn trong sông, hệ lụy sẽ làm gia tăng nguy cơ xói mòn, sạt lở gây nguy hại đến tính mạng, nhà cửa, công trình cơ sở hạ tầng ven sông Tuy tổng diện tích ngập gia tăng nhỏ nhưng độ sâu ngập lại tăng nhanh sẽ đe dọa nghiêm trọng đến an toàn chiều cao các công trình, các vùng đất cư trú và sản xuất Tuy nhiên, như đã đề cập,... hiện trạng, xác định nguyên nhân và đề xuât các giải pháp phòng N.X Hậu, P.V Tân / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 31, Số 3S (2015) 125-138 [26] [27] [28] [29] [30] chông bồi lấp cửa sông nhằm khai thông luồng Nhật Lệ - Quảng Bình, Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam2 007 Phan Thanh Tịnh, Bàn về lũ lụt Quảng Bình và các biện pháp phòng chống, Thông tin Khoa họcCông