Nghiên cứu xây dựng phương pháp luận đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước và đất lưu vực sông srepok cao nguyên việt nam tt

MỞ ĐẦU SỰ CẦN THIẾT CỦA LUẬN ÁN Trong chu trình thủy văn, nước sản phẩm khí hậu Sự biến động không theo quy luật hay giá trị cực đoan nằm giới hạn mẫu thực đo sẵn có biến cố mưa, nhiệt độ rõ ràng tác động đến tài nguyên nước đất lưu vực Một toán mang tính tồn cầu, biến đổi khí hậu (BĐKH) quan tâm đặc biệt nhiều quốc gia có Việt Nam Tuy nhiên, tính tồn cầu với biến thiên theo không thời gian đặc trưng khí hậu, việc xây dựng tốn địa phương hóa cần phải thực thi nhằm tiên đoán hệ đến tài nguyên đất nước cho khu vực cần quan tâm Định lượng tài nguyên đất nước theo kịch BĐKH pha chủ đề nghiên cứu Tham chiếu nghiên cứu tương tự thấy hầu hết phải dựa vào mơ hình mơ LCM, HSPF, MIKE, HECRAS, SWAT,… Có thể khẳng định, cách tiếp cận phù hợp có hàng trăm mơ hình thủy văn khác khơng có mơ hình mang tính tồn cầu, việc lựa chọn mơ hình phù hợp nhiệm vụ khó khăn Qua tài liệu tham khảo, khơng nhiều nghiên cứu có tính hệ thống thực để giải toàn diện từ đầu vào đầu cuối cùng, đặc biệt vùng Tây Nguyên, Việt Nam Do đó, nghiên cứu xây dựng phương pháp luận đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất chủ đề khoa học có tính ứng dụng thực tế cao Đầu vào thiết lập kịch BĐKH dựa vào mơ hình tồn cầu địa phương hóa, sau tác động đến tài nguyên đất nước định lượng thông qua mô hình mơ Tất xây dựng thành khung phương pháp luận thích hợp bao gồm thành phần kết nối minh chứng tính khả thi giải đảm bảo độ tin cậy điều kiện cơng nghệ liệu sẵn có lưu vực Srepok Kết cuối cho thấy tranh hạn hán, định hướng giải pháp quản lý sử dụng tài nguyên đất nước ứng phó với kịch BĐKH MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Đề xuất khung phương pháp luận kết đầu đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất lưu vực Srepok, từ tham chiếu cho lưu vực khác Tây Nguyên góp phần nâng cao khả thích ứng với BĐKH NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU • Nội dung nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu nước xây dựng khung phương pháp luận có liên quan đến BĐKH, nghiên cứu đánh giá tác động đến tài nguyên nước đất lưu vực sông; - Nghiên cứu sở lý thuyết lựa chọn công cụ, phương pháp xây dựng khung phương pháp luận đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất lưu vực; - Ứng dụng mơ hình cho lưu vực Srepok để mô BĐKH (với hai đặc trưng mưa nhiệt độ) lưu lượng dòng chảy tải lượng bùn cát sông theo nhiều kịch khác nhau; - Định lượng BDKH (nhiệt độ, lượng mưa) ảnh hưởng đến tài nguyên nước đất (lưu lượng dòng chảy tải lượng bùn cát sông); - Xây dựng khung phương pháp luận đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất sở lý thuyết chứng minh thực tiễn trường hợp nghiên cứu điển hình lưu vực Srepok; - Phân vùng hạn hán, đánh giá thích nghi tự nhiên đất đai lưu vực Srepok đề xuất giải pháp giải pháp thích ứng với BĐKH • Phạm vi nghiên cứu - Khơng gian nghiên cứu thực lưu vực Srepok với diện tích 1.191.438 thuộc địa bàn ba tỉnh Đắk Lắk, Đắk Nông Lâm Đồng - Giới hạn thời gian với chuỗi liệu thu thập từ 1980-2012 tiên đoán/ dự báo kịch BĐKH hệ đến năm 2045 ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN  Xây dựng khung phương pháp luận đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất, kết cấu chặt chẽ sở lý thuyết thực tiễn ứng dụng khu vực nghiên cứu điển hình lưu vực sông Srepok với đầu vào quản lý CSDL theo ranh giới lưu vực, thiết lập kịch BĐKH dựa mơ hình tồn cầu địa phương hóa cuối tác động đến tài nguyên nước đất định lượng thông qua mô hình mơ phỏng;  Đánh giá chi tiết tác động BĐKH đến tài nguyên nước đất theo kịch (kịch nền, kịch BĐKH, kịch thảm phủ, kịch thủy điện, kịch tổng hợp) mơ hình mã nguồn mở SWAT Trong đó, kịch BĐKH xây dựng cho lưu vực sông Srepok phương pháp chi tiết hóa thống kê hỗ trợ công cụ SDSM dựa kết đầu mơ hình GCMs theo chương trình CMIP5 IPCC; kịch thảm phủ hình thành tảng công nghệ viễn thám GIS  Đề xuất phương án sử dụng tài nguyên nước đất ứng phó với BĐKH lưu vực sơng Srepok thông qua đồ/sơ đồ đề xuất sử dụng đất nông nghiệp đến năm 2020 xây dựng dựa q trình đánh giá thích nghi đất đai tự nhiên theo FAO (1976) có tích hợp kịch BĐKH CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Kết nghiên cứu Luận án cấu trúc chương chính, cộng với mở đầu, kết luận phụ lục đính kèm Phần mở đầu trình bày tính cấp thiết đề tài, mục tiêu, phạm vi tính nghiên cứu Để minh chứng tính cấp thiết đề tài, Chương “Tổng quan vấn đề nghiên cứu” trình bày chi tiết vấn đề liên quan bao gồm mô tả vùng nghiên cứu với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội để lý giải cho việc lựa chọn lưu vực Srepok làm trường hợp nghiên cứu điển hình với đề tài nghiên cứu nước khiếm khuyết cần phải bù đắp cầu nối để phương pháp thích hợp cho đánh giá kịch BĐKH mô ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên đất nước Cơ sở lý thuyết phương pháp luận trình bày Chương với yêu cầu đầu vào liệu xử lý tường minh Kết thảo luận bao gồm kết kịch BĐKH, kết kiểm định mô phỏng, kết khung cấu trúc luận Đây sản phẩm luận văn đạt trình bày Chương Kết đạt cịn có ý nghĩa cho quản lý tài nguyên lưu vực, cụ thể đồ hạn hán, đồ đề xuất sử ụng đất…được trình bày Chương thứ Cuối kết luận vấn đề đạt hay giá trị luận án, tài liệu tham khảo phụ lục đính kèm để thể tường minh tham chiếu cho nội dung chương CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Mô tả khu vực nghiên cứu Lưu vực sơng Srepok phía Việt Nam có tổng diện tích tự nhiên 18.160km2, giới hạn phạm vi tọa độ địa lý: 11 o53' đến 13o55' vĩ độ Bắc; 107o30' đến 108o45' kinh độ Đơng Diện tích lưu vực phân bố qua tỉnh, bao gồm, Đắk Lắk (79%): 10.400 km2/13.062km2; Đắk Nông (55,3%): 3600 km2/ 6514,4km2; Gia Lai (18,9%): 2930 km2/15.495,7 km2; Lâm Đồng (13,6%): 1330 km2/9764,8km2 1.2 Tổng quan phương pháp luận nghiên cứu BĐKH 1.2.1 Các nghiên cứu giới Ủy ban liên phủ BĐKH (IPCC) phát hành “Kịch phát thải” cập nhật năm 2000: 40 kịch bản, phản ánh đa dạng khả phát thải khí nhà kính kỷ 21 Tính đến 2016, tổ chức xuất năm ấn phẩm đánh giá: báo cáo lần thứ (FAR, 1990); lần thứ hai (SAR, 1995); Lần thứ ba (TAR, 2001); lần thứ tư (AR4, 2007); lần thứ năm (AR5, 2013) Ủy ban sông Mê Kông: Mê Kông river commission, 2009: (i) trình bày khung phân tích BĐKH; (ii) phân tích tác động BĐKH (iii) xác định nghiên cứu cần thiết để tìm kiếm chiến lược thích ứng; Mê Kơng river commission, 2010a: (1) tìm hiểu biểu đặc trưng BĐKH; (2) đưa chiến lược, sách thích ứng, giảm thiểu cho quốc gia, toàn khu vực 1.2.2 Các nghiên cứu Việt Nam Kịch BĐKH, nước biển dâng cho Việt Nam 2009, 2012, 2016 Viện KHKTTV&MT xuất tài liệu hướng dẫn “Đánh giá tác động BĐKH xác định giải pháp thích ứng” tổng quan tác động BĐKH, phương pháp đánh giá BĐKH xác định giải pháp thích ứng Tổng quan nghiên cứu đánh giá tác động BĐKH 1.3 1.3.1 Nghiên cứu đánh giá tác động BĐKH đến tìa nguyên nước đất Tác động BĐKH đến tài nguyên nước thể gia tăng khả ngập lụt minh chứng thơng qua mơ hình SWAT HEC-RAS (Samuel Rivera, 2007; P.P Mujumdar, 2008); Mơ hình mơ thủy văn mơ hình chuỗi Markov phát triển để dự đoán biến động sử dụng đất năm 2050 tác động đến tài nguyên nước (Susanna T.Y Tong, 2012); Mơ hình RCM dự đốn gia tăng việc giảm lượng mưa hiển thị thiếu nước có xu hướng tăng lên (Aristeidis, 2013); Ứng dụng mơ hình SWAT đánh giá tác động BĐKH đến dòng chảy lưu vực sông Đáy (Lê Văn Linh, 2010 ); HEC-HMS lưu vực sơng tỉnh Khánh Hịa (Nguyễn Kỳ Phùng, 2011); Ứng dụng viễn thám mơ hình SWAT để mô ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất đến xói mịn (Trần Thị Phượng, 2012); GIS mơ hình SWAT nhằm tính tốn độ xói mịn bề mặt hàm lượng bồi lắng (Nguyễn Kim Lợi, 2011) 1.3.2 Các nghiên cứu khu vực Tây Nguyên Hoàng Đức Cường, 2013 xác định mức độ biến đổi, xu biến đổi nhiệt độ, lượng mưa trung bình xu diễn biến số cực đoan nhiệt độ, lượng mưa Tây Nguyên; Mơ hình Mike 11 ứng dụng đánh giá tác động nước biển dâng đến xâm nhập mặn; mô hình MIKE-BASIN xác định chế độ dịng chảy sơng Ba thay đổi theo khí hậu thay đổi (Lê Đức Thường, 2012); Ứng dụng mơ hình HEC-HMS, Mike BASIN đánh giá tài nguyên nước tác động kịch phát triển BĐKH lưu vực Srepok; Dựa kịch BĐKH SEA-START mơ hình HEC-HMS, đánh giá tác động thảm phủ BĐKH đến tài nguyên nước nhu cầu sử dụng nước lưu vực Srepok lãnh thổ Việt Nam Campuchia (Trần Văn Ty, 2012) 1.4 Định hướng nghiên cứu (1) Phương pháp luận: Kế thừa phần phương pháp luận nghiên cứu trước đó, tiến hành xây dựng khung phương pháp luận cách hệ thống để giải toàn diện từ đầu vào đầu cuối với đầu vào thiết lập kịch BĐKH dựa vào mơ hình tồn cầu địa phương hóa với hai biến mưa nhiệt độ, sau tác động đến tài nguyên đất nước định lượng thơng qua mơ hình mơ cuối định hướng giải pháp quản lý sử dụng tài nguyên đất nước ứng phó với kịch BĐKH (2) Phạm vi đối tượng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu lớn đòi hỏi tài nguyên tính tốn lớn, chi tiết, nhiên, số liệu nghiên cứu nhìn nhận có độ phân giải thấp, nhiều khu vực khuyết số liệu quan trắc để hiệu chỉnh mơ hình Do đó, để nâng cao chất lượng đánh giá, lựa chọn phạm vi nghiên cứu nhỏ hơn, tương đối đồng điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội khu vực Tây Nguyên, điển hình lưu vực Srepok với đối tượng tài nguyên đất nước (3) Xây dựng kịch bản: Mô kịch giả định (i) Kịch với dịng chảy hồn tồn tự nhiên; (ii) Kịch thay đổi thảm phủ; (iii) Kịch có tính đến hồ chứa thủy điện; (iv) Kịch có tính đến BĐKH; (v) Kịch tổng hợp (4) Phương pháp đánh giá tác động: Cần tích hợp nhiều phương pháp, công cụ việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc đặc điểm đối tượng phạm vi nghiên cứu Như vậy, phương pháp truyền thống hỗ trợ phương pháp thu thập số liệu, phương pháp khảo sát thực địa, phương pháp chuyên gia, phương pháp ứng dụng GIS, phương pháp viễn thám… phương pháp ứng dụng mơ hình hóa phương pháp bản, lựa chọn nhiều nghiên cứu khẳng định tính hiệu nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên đất nước lưu vực sông CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ TÀI LIỆU TÍNH TỐN 2.1 Phương pháp luận 2.1.1 Đánh giá biến đổi khí hậu 2.1.1.1 Đánh giá xu biến đổi khí hậu Dựa vào chuỗi số liệu quan trắc lịch sử, khảo sát tính chất, mức độ xu biến đổi yếu tố tượng khí hậu Q trình thực bao gồm (1) Lập chuỗi liệu khí hậu; (2) Xác định đặc trưng yếu tố phương pháp tính tốn; (3) Thực bước tính tốn, xử lý; (4) Phân tích kết Lúc này, phương pháp thống kê xác suất lựa chọn gần để đánh giá số liệu khứ với hỗ trợ phương pháp truyền thống thu thập số liệu , khảo sát thực địa… 2.1.1.2 Xây dựng kịch biến đổi khí hậu Từ kịch BĐKH tồn cầu, kịch BĐKH quy mô khu vực thu nhỏ quy mô dựa phương pháp (1) Nội suy đơn giản từ lưới mơ hình tồn cầu; (2) Phương pháp hạ thấp quy mơ thống kê; (3) Mơ hình GCM khí phân giải cao; (4) Hạ thấp quy mô động lực Trong phương pháp trên, phương pháp hạ thấp quy mơ thống kê /chi tiết hóa thống kê lựa chọn để xây dựng kịch BĐKH cho lưu vực Srepok hỗ trợ công cụ SDSM 2.1.2 Đánh giá tác động BĐKH đến tài nguyên nước đất Với đặc điểm khu vực nghiên cứu, mơ hình lựa chọn cần đáp ứng yêu cầu tích hợp kịch BĐKH; mô thay đổi yếu tố khí tượng nhiệt độ, lượng mưa…; có tính tốn đến cơng trình thủy điện, hồ chứa nước; đặc biệt tích hợp kịch thay đổi sử dụng đất đánh giá tổng hợp ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất lưu vực sơng Từ kết tổng quan mơ hình, SWAT lựa chọn để đánh giá tài nguyên nước đất bối cảnh BĐKH 2.1.3 Ứng phó với BĐKH Đánh giá thích nghi tự nhiên đất đai theo FAO Theo quy trình FAO, 1976 Đầu tiên, đơn vị đất đai (LMU) thiết lập dựa tính chất đất (loại đất, độ dày tầng đất, thành phần giới), khả tưới (khả đáp ứng nước tưới theo nhu cầu trồng xác định mơ hình CROPWAT FAO) điều kiện khí hậu (lượng mưa, số háng hạn) theo kịch BĐKH Bước tiến trình đánh giá đất đai trình kết hợp, so sánh đặc tính đất (LQ/LC) với yêu cầu sử dụng đất trồng (LUR) loại hình sử dụng đất (LUT) Kết trình xác định mức thích nghi LUT đơn vị đất đai 2.2 Khung phương pháp luận Để đánh giá ảnh hưởng BĐKH đến tài nguyên nước đất lưu vực sông phải có liệu tương đối đầy đủ điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, trạng mơi trường, khí hậu loại đồ, tiếp đến cần định lượng BĐKH giai đoạn trạng dự báo xu hướng thay đổi yếu tố tương tương lai cuối xác định hệ có khả xảy tài nguyên nước đất bối cảnh BĐKH Kết thể theo sơ đồ khối Hình 18 Hình 3.90 Khung phương pháp luận đánh giá tác động BĐKH đến tài nguyên nước đất lưu vực Srepok Trên tảng CSDL chuẩn hóa, đánh giá BĐKH bước với hai nội dung bao gồm đánh giá xu BĐKH yếu tố khí tượng (chủ yếu nhiệt độ lượng mưa) giai đoạn trạng xây dựng kịch BĐKH đắn tương lai Với hạn chế độ phân giải không gian GCM số liệu đầu vào thưa thớt lưu vực Srepok nói riêng khu vực Tây Nguyên nói chung, phương pháp chi tiết hóa thống kê xem phù hợp với hỗ trợ cơng cụ mơ hình thống kê chi tiết hóa liệu theo ranh giới lưu vực Cuối cùng, định lượng hệ đến tài nguyên nước đất điều tất yếu trình đánh giá BĐKH Tuy nhiên, biến động tài nguyên nước đất khơng BĐKH nên để có tranh toàn diện, kịch liên quan đến hoạt động sản xuất người mô Như vậy, năm kịch đặt bao gồm kịch nền, kịch thay đổi thảm phủ, kịch tích hợp hồ chứa, kịch BĐKH kịch tổng hợp để đánh giá so sánh Lúc này, lần nữa, phương pháp mơ hình hóa gần lựa chọn để định lượng mức độ tác động kịch đặt Tóm lại, khung phương pháp luận xây dựng tảng sở lý thuyết chặt chẽ minh chứng tính hợp lý qua trường hợp nghiên cứu điển hình lưu vực Srepok Kết kỳ vọng làm tham chiếu cho nghiên cứu lĩnh vực lưu vực tương tự khu vực Tây Ngun 2.3 Tài liệu tính tốn 2.3.1.1 Yêu cầu liệu Dữ liệu khí tượng thực đo trạm quan trắc; Dữ liệu thiết lập mơ hình SDSM bao gồm 45 năm số liệu (1961-2005) theo ngày biến dự báo bắt nguồn từ số liệu tái phân tích Trung tâm Quốc gia nghiên cứu khí Hoa Kì (NCAR) Trung tâm Quốc gia dự báo mơi trường Hoa Kì (NCEP); Dữ liệu GCMs cung cấp từ chương trình CMIP5 IPCC mơ hình CanESM2 (kích thước lưới 310x310 km) với ba kịch nồng độ khí nhà kính RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5; Các ảnh vệ tinh Landsat 4,5 TM, Landsat ETM+, Landsat OLI độ phân giải 30x30m, tải trang web: http://earthexplorer.usgs.gov; Mơ hình cao độ số (DEM), đồ thổ nhưỡng, đồ thảm phủ lưu vực Srepok, vị trí địa lý trạm quan trắc thu thập tư quan chức CHƯƠNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ HỆ QUẢ ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ ĐẤT TRÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH ĐÁNH GIÁ BĐKH 3.1 3.2.1 3.1.1.1 Diễn biến BĐKH lưu vực Srepok Xu biến đỏi nhiệt độ tối cao Các trạm thể xu tăng 0,01 (a dương) Đắk Nông, Đà Lạt M’Đrắk, tăng mạnh trạm Buôn Hồ Ea Kmat Ngược lại, trạm Buôn Ma Thuột có xu giảm nhẹ, trạm Đắk Mil Lắk có xu giảm mạnh với mức 0,02 3.1.1.2 Xu biến đổi nhiệt độ tối thấp Có thể nhận thấy rõ ràng hệ số a dương tất trạm, đồng nghĩa Tn có xu tăng lên thời kỳ 1980-2012 Trạm có xu tăng mạnh Đắk Nông xấp xỉ 0,07 thấp gần 0,01 trạm Đắk Mil, trạm cịn lại có xu tăng đồng mức 0,02-0,04 3.1.1.3 Xu biến đỏi lượng mưa Lượng mưa có xu tăng nhẹ Bn Hồ, Ea Kmat, Ea Knop, Buôn Đôn, Đắk Nông, Đà Lạt (a120) 3.1.2 Xây dựng kịch biến đổi khí hậu cho lưu vực Srepok Mơ hình SDSM minh chứng tính khả thi với yếu tố nhiệt độ mô tốt với r >0,9, RMSE MAE nhỏ, lượng mưa với r đạt mức chấp nhận đến mức tốt (0,5-0,78), RMSE lớn tương ứng với sai số tuyệt đối trung bình MAE 3.1.2.1 Kịch thấp RCP 2.6 Trong kịch thấp, Tx tất trạm có xu tăng lên, thể hệ số góc a1 dương, nhiên mức độ tăng không đáng kể (