Nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy hồ khe tân, tỉnh quảng nam

ĐAỊ HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH PHÁT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DỊNG CHẢY HỒ KHE TÂN, TỈNH QUẢNG NAM Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Thủy Mã số: 60.58.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng, năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Thế Hùng Phản biện 1: TS Võ Ngọc Dương Phản biện 2: TS Tô Thúy Nga Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chun ngành Kỹ thuật xây dựng Cơng trình thủy, họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27 tháng 01 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN -1MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Ảnh hưởng biến đổi khí hậu giới nước ta Biến đổi khí hậu (BĐKH) vấn đề tồn cầu, xuất phát từ nguyên nhân chủ quan hoạt động người, nguyên nhân khách quan từ thiên nhiên hai Biến đổi khí hậu thay đổi hệ thống khí hậu tồn cầu, biểu chủ yếu nóng lên toàn cầu Theo báo cáo Viện phân tích rủi ro Maplecroft (Maplecroft, England, 10/2010), Việt Nam đứng thứ 13/16 nước hàng đầu phải chịu tác động mạnh tượng biến đổi khí hậu tồn cầu 30 năm tới Việt Nam quốc gia nằm dọc theo dải bờ biển với chiều dài khoảng 3.260km không kể đảo, nước nằm trung tâm bão Tây - Tây Bắc Thái Bình Dương có trung tâm bão lớn giới, số lượng bão đổ vào Việt Nam, hạn hán, lũ lụt xảy bất thường tần suất cường độ so với năm trước đây, gia tăng mực nước biển dâng Trong đó, Quảng Nam vùng đồng lớn dải ven biển miền Trung nước ta, dễ tổn thương trường hợp, đặc biệt tác động biến đổi khí hậu tồn cầu 1.2 Tác động BĐKH đến hờ chứa nước tỉnh Quảng Nam Trong năm gần đây, chịu nhiều tác động từ việc khai thác bề mặt phục vụ phát triển KT – XH tỉnh (khai thác tài ngun khống sản, cơng trình thủy điện điều tiết dòng chảy thượng nguồn, chuyển đổi cấu sử dụng đất ) với biến đổi -2- hậu, nước biển dâng tình trạng hạn hán thiếu nước dùng diễn nhiều địa bàn tỉnh Để phát huy hiệu ích cơng trình khai thác nguồn nước nhằm đáp ứng nhu cầu nước có xu hướng tăng nhanh cho thực trạng phát triển kinh tế xã hội định hướng phát triển kinh tế xã hội tương lai địa bàn tỉnh Quảng Nam, việc tính tốn, đề xuất giải pháp cấp nước cho cơng trình thuỷ lợi cấp thiết Trước thực tế cấp bách đó, luận văn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy hồ Khe Tân, tỉnh Quảng Nam” nhằm xác định biến động dòng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam bối cảnh biến đổi khí hậu, nước biển dâng, nhằm phục vụ công tác quản lý, sử dụng hiệu nguồn nước Hồ Khe Tân, đáp ứng nhu cầu dùng nước cho ngành MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu chung Đánh giá dòng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh Quảng Nam có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu, nhằm phục vụ công tác quản lý, sử dụng hiệu nguồn nước cơng trình hồ chứa nước Khe Tân, đáp ứng nhu cầu dùng nước cho dân sinh, kinh tế khu vực 2.2 Mục tiêu cụ thể việc nghiên cứu bao gồm: - Đánh giá dự tính biến động tài nguyên nước hồ chứa Khe Tân, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam tác động biến đổi khí hậu, nước biển dâng - Đề xuất giải pháp thích ứng sử dụng hợp lý tài nguyên nước công tác vận hành hồ chứa Khe Tân, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước ngành -3- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng: Tài nguyên nước lưu vực hồ chứa nước Khe Tân - Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hồ chứa nước Khe Tân, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Sử dụng phương pháp kế thừa, thống kê, thu thập - Ứng dụng mơ hình tốn thủy văn, cân nước: Luận văn áp dụng mơ hình MIKE NAM thuộc mơ hình họ MIKE Đan Mạch để tính tốn dịng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh Quảng Nam theo kịch Biến đổi khí hậu Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Kết nghiên cứu đề tài góp phần đánh giá dịng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh Quảng Nam có xét đến ảnh hưởng BĐKH đề xuất giải pháp thích ứng tương lai CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG SƠNG VU GIA-THU BỒN -4Hình 1.1 Mạng lưới sơng, trạm thủy văn địa hình lưu vực sơng Vu Gia -Thu Bồn 1.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ KHU VỰC NGHIÊN CỨU: 1.2.1 Vị trí địa lý - Hồ chứa nước Khe Tân thuộc xã Đại Chánh, Huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam, cách trung tâm thành phố Tam Kỳ 70 Km phía Bắc Khu tưới nằm địa phận xã: Đại Chánh, Đại Thạnh, Đại Thắng, Đại Tân, Đại Phong, Đại Minh Đại Cường - Toạ độ địa lý tuyến cơng trình: + Vĩ độ Bắc : 15o46’00” - 15o48’45” + Kinh độ Đơng : 107o59’00” - 108o01’10” Hình 1.2 Vị trí hồ Khe Tân nhìn từ Google Map 1.2.2 Đặc điểm địa hình dự án 1.2.3 Đặc điểm địa chất vùng dự án: Căn vào tài liệu khảo sát địa chất Hồ sơ thiết kế Dự án nâng cấp Hồ chứa Khe Tân, ta có sau: -5- 1.2.3.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 1.2.3.2 Điều kiện địa chất cơng trình 1.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN LƯU VỰC 1.3.1 Mạng lưới trạm khí tượng chất lượng tài liệu 1.3.1.1 Mạng lưới trạm đo 1.3.1.2 Tình hình quan trắc khí tượng, chất lượng tài liệu quan trắc 1.3.2 Đặc điểm khí hậu 1.3.2.1 Đặc điểm chung 1.3.2.2 Các đặc trưng khí hậu 1.3.2.3 Tình hình mưa lũ 1.3.2.4 Chế độ lũ 1.3.2.5 Dòng chảy kiệt CHƯƠNG II ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH VÀ HỒ CHỨA KHE TÂN 2.1 KHÁI QUÁT HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI QUẢNG NAM 2.1.1 Hờ chứa thủy lợi 2.1.1.1 Hiện trạng an tồn các hồ chứa 2.1.1.2 Tình hình cung cấp nước tưới của các hồ chứa 2.1.1.3 Tình hình phòng lũ của các hồ chứa 2.1.2 Đối với cơng trình đập dâng 2.1.3 Đối với cơng trình trạm bơm 2.2 ĐỐI VỚI HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN 2.2.1 Điều kiện tự nhiên dân sinh kinh tế 2.2.2 Khái quát về hệ thống cơng trình -6- CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC ĐẾN HỒ CHỨA KHE TÂN, TỈNH QUẢNG NAM 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN 3.1.1 Mục đích, ý nghĩa mơ hình tốn thuỷ văn 3.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá sai số mơ hình thủy văn 3.1.3 Hiệu chỉnh thơng số mơ hình 3.1.4 Kiểm định thơng số mơ hình 3.1.5 Các bước ứng dụng mơ hình tốn 3.1.6 Giới thiệu mơ hình thủy văn - Sau kiểm tra, đánh giá theo phương pháp luận, khn khổ đề tài này, tác giả chọn mơ hình MIKE NAM thuộc mơ hình họ MIKE Đan Mạch để tính tốn dịng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh Quảng Nam 3.2 GIỚI THIỆU MƠ HÌNH MIKE NAM 3.1.1 Bể chứa mặt 3.1.2 Bể sát mặt bể tầng rễ 3.1.3 Bốc thoát 3.1.4 Dòng chảy mặt 3.1.5 Dòng chảy sát mặt 3.1.6 Bổ sung dòng chảy ngầm 3.1.7 Lượng ẩm đất 3.1.8 Diễn tốn dịng chảy mặt dịng chảy sát mặt 3.1.9 Diễn tốn dịng chảy ngầm 3.2 MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ CHỨA NƯỚC KHE -7- TÂN 3.2.1 Xây dựng mơ hình NAM cho lưu vực Nơng Sơn 3.2.1.1 Thiết lập mơ hình a) Dữ liệu đầu vào b) Phân chia lưu vực, xác định trọng số trạm mưa Trọng số trạm mưa tính đến Nơng Sơn tính phương pháp đa giác Thái Sơn Kết bảng 3.2 Bảng 3.2 Trọng số trạm mưa tính tốn Trạm Trọng số Nông Sơn Trà My 0.116 0.484 Hiệp Đức 0.252 Tiên Phước 0.143 c Mơ hình NAM lưu vực Nơng Sơn Từ số liệu đầu vào, tiến hành tạo tập tin chuỗi thời gian Time series files (*.dfs0) -8Hình 3.3 Dữ liệu mưa ngày trạm Hình 3.4: Dữ liệu lưu lượng trạm thủy văn Nông Sơn - 10 - T T Hình 3.6: Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM Bảng 3.3 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM Thời kỳ Nash WBL Trạm Hiệu Kiểm Hiệu Kiểm Hiệu Kiểm chỉnh định chỉnh định chỉnh định Nông 1986- 2000- Sơn 1999 2010 0,894 0,888 2,0% -1,7% Hình 3.4 Hiệu chỉnh mơ hình trạm Nơng Sơn - 11 Hình 3.5 Kiểm định mơ hình Nơng Sơn - 12 Hình 3.9 Bộ thông số tối ưu lưu vực Nhận xét: Quá trình hiệu chỉnh trạm thủy văn Nơng Sơn từ năm 1986 đến năm 1999 cho thấy mức độ phù hợp tương đối tốt giá trị tính tốn giá trị thực đo sai số tổng lượng, lưu lượng đỉnh lũ, số Nash 0,894 Bộ thông số kiểm định với số liệu giai đoạn 2000-2010 Kết cho số Nash 0,888 Kết hiệu chỉnh mơ hình NAM cho thấy tương quan dịng chảy trung bình tháng nhiều năm tính tốn thực đo đủ độ tin cậy Bộ thơng số tối ưu mơ hình NAM biến đổi tương đối, pha dao động đường thực đo mô bám sát nhau, cịn xét khía cạnh vật lý thơng số mơ hình tương đối đồng - Hệ số CQOF = 0,687 biến đổi ổn định lưu vực, điều phù hợp với đặc điểm địa vật lý đặc điểm quan hệ mưa dòng chảy khu vực nghiên cứu - Các hệ số thời gian tập trung nước CK1,2; CKIF, nhìn chung phù hợp với điều kiện địa vật lý lưu vực - Hệ số Umax 17,6 mm hợp lý với đặc điểm thảm phủ độ dốc trung bình lưu vực nghiên cứu - Các hệ số lại khơng thể xác định xác từ đặc điểm bề mặt lưu vực làm sở để định dạng thông số nhờ vào đặc điểm địa vật lý lưu vực theo số liệu khảo sát Từ nhận xét với điều kiện số liệu cho thấy thông số mơ hình tìm có độ tin cậy cao để mơ dịng chảy lưu vực đến hồ Khe Tân, đồng thời phục vụ công tác đánh giá tác động BĐKH đến dòng chảy hồ Khe Tân tương lai - 13 - Bảng 3.4 Bộ thơng số mơ hình MIKE NAM hiệu chỉnh kiểm định Thơng số dịng chảy mặt CQO Umax Lmax CKIF CK1,2 TOF TIF F 17.6 176 0.687 208.8 31 0.413 0.0233 Thơng số dịng ngầm CKB Care GWLB GWLBF Cqlo Cklo TG Sy F a F0 w w 0.14 1000 1003 0.1 10 0 Điều kiện ban đầu U 0.8 L 0.8 QOF QIF BF 0.9 BFlow 3.2.2 Xây dựng mơ hình NAM cho hờ chứa Khe Tân Như trình bày phần trên, thơng số mơ hình NAM cho hồ chứa Khe Tân kế thừa từ mơ hình NAM phát triển cho Nơng Sơn, bước thực thể sau: 3.2.2.1 Thiết lập mơ hình a) Dữ liệu đầu vào: - Dữ liệu độ cao số DEM 90x90m lưu vực - Dữ liệu mưa: Mưa ngày từ 1980 – 2010 trạm: Hội Khách, Nông Sơn - Dữ liệu bốc hơi: Trạm Trà My từ 1986 -2010 - Bộ thông số mô hình: Kế thừa từ mơ hình NAM cho Nơng - 14 - Sơn hiệu chỉnh kiểm định (theo bảng 3.4) - Diện tích lưu vực hồ Khe Tân là: 88 km2 Hồ Khe Tân thuộc xã Đại Chánh huyện Đại Lộc tỉnh Quảng Nam có vị trí địa lý gần với trạm Thủy văn Nơng Sơn Hội Khách sở đồ phân chia lưu vực khống chế hồ chứa Khe Tân, tác giả tính trọng số trạm mưa theo phương pháp đa giác Thái Sơn, phương pháp tích hợp sẵn mơ hình MIKE NAM, theo để tính mưa cho lưu vực hồ Khe Tân dùng trạm Hội Khách trạm Nơng Sơn để tính tốn b) Phân chia lưu vực, xác định trọng số trạm mưa 3.2.2.2 Kết quả mơ hình NAM hồ chứa Khe Tân Hình 3.14 Kết mơ hình MIKE NAM hồ chứa Khe Tân CHƯƠNG IV DỰ BÁO SỰ BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ KHE TÂN THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU XÁC ĐỊNH KỊCH BẢN BĐKH CHO TỈNH QUẢNG NAM Kịch BĐKH Bộ tài nguyên môi trường ban hành năm 2016, kịch áp dụng cho hồ Khe Tân RCP 4.5 (kịch khuyên - 15 - dùng theo báo cáo) Dòng chảy đến hồ chứa Khe Tân mô theo bốn kịch bản: Bảng 4.1 Các kịch ứng với dòng chảy đến hồ Khe Tân TT NỘI DUNG KỊCH BẢN Kịch 1: Tính toán theo số liệu (gốc) Kịch 2: Tính tốn dịng chảy đến có xét đến Biến đổi khí hậu theo kịch RCP 4.5 giai đoạn 2016-2035 Kịch 3: Tính tốn dịng chảy đến có xét đến Biến đổi khí hậu theo kịch RCP 4.5 giai đoạn 2046-2065 Kịch 4: Tính tốn dịng chảy đến có xét đến Biến đổi khí hậu theo kịch RCP 4.5 giai đoạn 2080-2099 Từ việc xây dựng mơ hình Nam thơng số mơ hình cho hồ Khe Tân trình bày Tác giả tiến hành mơ dự báo dòng chảy đến hồ theo kịch Biến đổi khí hậu Diện tích lưu vực xác định dựa đồ địa hình 1:25000 tỉnh Quảng Nam Trong diện tích lưu vực Khe Tân 88km2 Kịch BĐKH xét đến biến đổi kỷ 21 yếu tố khí hậu nhiệt độ (nhiệt độ trung bình năm, mùa nhiệt độ cực trị), lượng mưa (mưa năm, mưa mùa, mưa cực trị) số tượng khí hậu cực đoan (bão, áp thấp nhiệt đới, số ngày rét đậm, rét hại, số ngày nắng nóng hạn hán) Sự biến đổi yếu tố khí hậu xét thời kỳ sở (1986-2005) Mỗi kịch xét cho giai đoạn kỷ 21 là: Đầu kỷ (20162035), kỷ (2046-2065) cuối kỷ (2080-2099) 4.1.1 Sự thay đổi lượng mưa theo kịch BĐKH - 16 - Theo “Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt nam” Bộ tài nguyên môi trường công bố vào năm 2016, ứng với kịch RCP4.5 Đối với lưu vực nghiên cứu nằm địa bàn tỉnh Quảng Nam nên ta lấy thay đổi lượng mưa tỉnh Quảng Nam làm sở để tính tốn lượng mưa ứng với kịch BĐKH chọn Bảng 4.2 Sự thay đổi lượng mưa trung bình tháng theo kịch RCP 4.5 Mùa Mùa hè Mùa xuân (VI- thu (III-V) VIII) (IX-XI) Đầu kỷ (2016-2035) 0,2% -1,9% 28,9% 5,9% Giữa kỷ (2046-2065) -1,9% 0,2% 37,4% 14,4% Cuối kỷ (2080-2099) 13,5% -4,2% 36,6% 53,0% Giai đoạn Mùa đông (XII-II) 4.1.2 Sự thay đổi nhiệt độ theo kịch BĐKH Theo kịch RCP4.5, vào đầu kỷ, nhiệt độ trung bình năm tồn quốc có mức tăng phổ biến từ 0,6÷0,8°C Vào kỷ, mức tăng từ 1,3÷1,7°C Trong đó, khu vực Bắc Bộ có mức tăng 1,6÷1,7°C, khu vực Bắc Trung Bộ từ 1,5÷1,6°C; khu vực phía Nam từ 1,3÷1,4°C Đến cuối kỷ, phía Bắc nhiệt độ tăng chủ yếu từ 1,9÷2,4°C phía Nam từ 1,7÷1,9°C Sự thay đổi nhiệt độ theo kịch BĐKH tỉnh Quảng Nam thể bảng sau: Bảng 4.3 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình tháng theo kịch RCP4.5(°C) Giai đoạn Đầu kỷ (2016-2035) Mùa Mùa hè Mùa xuân (VI- thu (III-V) VIII) (IX-XI) 0.7 0.7 0.7 Mùa đông (XII-II) 0.7 - 17 - Giữa kỷ (2046-2065) 1.3 1.6 1.4 1.2 Cuối kỷ (2080-2099) 1.9 2.2 1.9 1.5 Dựa vào số liệu Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam, ta thấy lượng mưa trung bình tháng giai đoạn thường giảm vào mùa xuân mùa hè lại tăng nhiều vào mùa thu mùa đơng Do đó, dẫn tới việc dòng chảy mùa kiệt giảm dòng chảy mùa lũ tăng lên Theo kịch cho thấy nhiệt độ trung bình tháng tỉnh Quảng Nam tăng, làm tăng lượng bốc bề mặt Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu luận văn không nhiều, nên tác giả thay đổi lượng mưa trạm theo kịch lựa chọn giữ nguyên liệu bốc để mơ dịng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ ỨNG VỚI KỊCH BẢN BĐKH LỰA CHỌN 4.2.1 Mơ dịng chảy đến hồ Khe Tân cho giai đoạn theo kịch BĐKH Khi có thông số hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE áp dụng cho lưu vực hồ chứa Khe Tân, tác giả sử sụng số liệu đầu vào lượng mưa tính tốn theo kịch bốc trạm khí tượng Trà My để chạy mơ dịng chảy đến hồ chứa Khe Tân Số liệu tính tốn dịng chảy đến hồ chứa Khe Tân theo kịch tính tốn cho giai đoạn (1986-2005) BĐKH (2016-2035), (2046-2065), (2080-2099), kết thể từ hình 4.1 đến hình 4.6: - 18 - Hình 4.1 So sánh lưu lượng trung bình đến hồ Khe Tân qua giai đoạn 1986 – 2005 theo kịch BĐKH RCP 4.5 Hình 4.2 Dịng chảy trung bình tháng hồ Khe Tân qua giai đoạn 1986 – 2005 theo kịch BĐKH RCP 4.5 ... chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh Quảng Nam theo kịch Biến đổi khí hậu Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Kết nghiên cứu đề tài góp phần đánh giá dòng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh. .. nước Hồ Khe Tân, đáp ứng nhu cầu dùng nước cho ngành MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu chung Đánh giá dòng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, tỉnh Quảng Nam có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu, ... chảy hồ Khe Tân, tỉnh Quảng Nam? ?? nhằm xác định biến động dòng chảy đến hồ chứa nước Khe Tân, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam bối cảnh biến đổi khí hậu, nước biển dâng, nhằm phục vụ công tác quản