Tính phân phối dòng chảy năm của trạm thủy văn thành mỹ khi hồ chứa đắk mi 4 vận hành có kể đến biến đổi khí hậu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH NGỌC HỢI TÍNH PHÂN PHỐI DỊNG CHẢY NĂM CỦA TRẠM THỦY VĂN THÀNH MỸ KHI HỒ CHỨA ĐẮK MI VẬN HÀNH CĨ KỂ ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 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 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS TÔ THÚY NGA Phản biện 1: TS NGUYỄN CHÍ CƠNG Phản biện 2: TS VÕ NGỌC DƯƠNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 20 tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn hệ thống sông lớn tỉnh Quảng Nam sông lớn tỉnh vùng Duyên hải Trung Bộ Lưu vực nằm sườn Đông dãy Trường Sơn có diện tích lưu vực: 10.350 km2, phía Bắc giáp lưu vực sơng Cự Đê, phía Nam giáp lưu vực sông Trà Bồng Sê San, phía Tây giáp Lào, phía Đơng giáp biển Đơng lưu vực sông Tam Kỳ Trong khoảng 10 năm trở lại lưu vực Vu Gia Thu Bồn lưu vực chịu ảnh hưởng nặng nề lũ lụt hạn hán, lũ lụt tần suất xảy nhiều trận lũ sông Vu Gia Ái Nghĩa Cẩm Lệ nằm báo động (các năm 2007, 2009, 2011, 2013), hạn hán xâm nhập mặn đe dọa năm đến cấp nước sinh hoạt cho thành phố vấn đề nóng bỏng tranh chấp Đà Nẵng, Quảng Nam nhà máy hệ thống điện Trong bối cảnh BĐKH làm cho lượng mưa mùa lũ có xu hướng tăng dẫn đến gia tăng dịng chảy mùa lũ và lưu lượng giảm mùa kiệt làm giảm dòng chảy mùa cạn Theo kịch BĐKH Bộ tài Ngun mơi trường năm 2012, lượng mưa từ tháng đến tháng giảm đến 8,3% Quảng Nam 9,9% Đà Nẵng đối ứng với năm 2100, mùa lũ lượng mưa gia tăng 12,5% Quảng Nam 9,3% Đà Nẵng vào mùa lũ Do việc nghiên cứu mơ dịng chảy trung bình năm trạm thủy văn Thành Mỹ tương lai theo kịch BĐKH lưu vực cấp thiết nhằm sớm giải pháp ứng phó với mùa lũ sử dụng nguồn nước hợp lý mùa kiệt Biến đổi khí hậu diễn phạm vi toàn cầu, bao gồm thay đổi thành phần hố học khí quyển, biến đổi nhiệt độ bề mặt, nước biển dâng, tượng khí hậu cực đoan thiên tai tăng lên đáng kể số lượng cường độ Những thay đổi dẫn đến thay đổi hệ thống vật lý, hệ sinh học hệ thống kinh tế - xã hội toàn hành tinh đe doạ phát triển, đe doạ sống tất loài, hệ sinh thái Nghiên cứu biến đổi khí hậu, đánh giá tác động biến đổi khí hậu đề xuất giải pháp thích nghi đóng góp đáng kể để bảo vệ sống, phục vụ phát triển bền vững Dòng chảy trạm thủy văn Thành Mỹ nằm lưu vực Vu Gia-Thu Bồn, thường xuyên chịu nhiều tác động tượng liên quan đến BĐKH như: lũ lụt, bão, áp thấp nhiệt đới BĐKH làm thay đổi chế độ dịng chảy sơng, tăng nguy ngập lụt, hạn hán, xâm nhập mặn nhiều ảnh hưởng tiêu cực khác, tác động xấu đến phát triển KT - XH môi trường tỉnh Quảng Nam Đà Nẵng Xuất phát từ lý trên, tác giả đề xuất đề tài luận văn là: “Tính phân phối dòng chảy năm trạm Thủy văn Thành Mỹ hồ chứa Đắk Mi vận hành có kể đến biến đổi khí hậu” Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Sự biến đổi dòng chảy vùng thượng lưu Vu Gia Thu Bồn xét đến Biến đổi khí hậu hồ chứa thủy điện Đắk Mi vào vận hành - Phạm vi nghiên cứu: Thượng lưu lưu vực Vu Gia Thu Bồn Phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận Từ số liệu thực tế kịch biến đổi khí hậu Bộ Tài nguyên Môi trường năm 2012, công bố cho vùng, áp dụng mơ hình tốn thủy văn tính tốn dịng chảy tiểu lưu vực, tìm trị số mưa, tính truyền lũ Sau đó, áp dụng mơ hình điều tiết dịng chảy tính tốn vận hành hồ chứa thủy điện Đắk Mi lưu vực Thành Mỹ 3.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa nghiên cứu: kế thừa số tài liệu, sở liệu kết nghiên cứu đề tài nghiên cứu trước biến đổi khí hậu lưu vực Vu Gia-Thu Bồn; Phương pháp phân tích, thống kê: phân tích xử lý số liệu; Phương pháp ứng dụng mơ hình tốn: Dựa khả ứng dụng phổ cập mơ hình, nghiên cứu tác giả đề xuất sử dụng mơ hình MIKE NAM, HEC-RESSIM, để mơ biến đổi dịng chảy thiết lập mơ hình vận hành hồ chứa lưu vực Thành Mỹ 4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Đối với tác giả sở ứng dụng kết nghiên cứu - Nâng cao trình độ chun mơn cho thân kỹ sư tham gia thực Xây dựng thơng số mơ hình phù hợp với chế độ dịng chảy ứng với kịch BĐKH - Mô phân phối dòng chảy lưu vực Thành Mỹ thủy điện Đắk Mi vào vận hành - Dưới điều tiết dịng chảy hồ chứa dòng chảy phân phối lại phù hợp với nhu cầu sử dụng - Dòng chảy tác động BĐKH trở nên thay đổi không ngừng, phân bố không theo không gian thời gian 4.2 Đối với kinh tế - xã hội môi trường - Số liệu dự báo giúp cho đơn vị có liên quan có nhìn tổng thể chế độ dòng chảy kịch BĐKH tương lai, từ đề xuất phương án quản lý, vận hành, thiết kế, thi cơng phù hợp góp phần nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh cho doanh nghiệp đảm bảo an sinh xã hội khu vực dự án - Có thêm nghiên cứu để đánh giá lượng dòng chảy hạ lưu, cần đề cập đầy đủ xác điểm lấy nước đánh giá chất lượng nguồn nước toàn lưu vực Vu Gia-Thu Bồn Nội dung luận văn bao gồm Dự kiến bố cục nội dung luận văn gồm: PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC THÀNH MỸ CHƯƠNG MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY ĐẾN LƯU VỰC THÀNH MỸ THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHI THỦY ĐIỆN ĐẮK MI VẬN HÀNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 1.1 Khái niệm biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu biến đổi trạng thái khí hậu so với trung bình khoảng thời gian dài Biến đổi khí hậu trình tự nhiên bên tác động bên ngoài, hoạt động người làm thay đổi thành phần khí hay khai thác sử dụng đất 1.2 Tổng quan Biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước 1.2.1 Biến đổi khí hậu phạm vi tồn cầu Các nghiên cứu tính tốn IPCC biến đổi khí hậu tương lai cho thấy, đến năm 2100 nhiệt độ bề mặt trái đất tăng từ 1,5 đến 4,5oC Nhiệt độ mặt đất tăng nhanh mặt biển Nhiệt độ Bắc bán cầu tăng nhiều Nam bán cầu Lượng mưa tăng không đều, mưa nhiều vùng cực Mực nước biển dâng lên từ 30 đến 90 cm Hiện tượng El-Nino hoạt động mạnh lên cường độ tần suất 1.2.2 Tình hình Biến đổi khí hậu Việt Nam 1.2.2.1 Nhiệt độ: oC (Nguồn IMHEN/2010) [13] 1.2.2.2 Lượng mưa (%) (Nguồn: IMHEN/2010) [13] 1.2.2.3 Không khí lạnh 1.2.2.4 Bão 1.2.2.5 Mưa phùn 1.2.2.6 Mực nước biển 1.3 Tổng quan nghiên cứu tác động BĐKH tài nguyên nước giới Việt Nam 1.3.1 Các kịch xây dựng giới : Theo đánh giá lần thứ Ban liên Chính phủ biến đổi khí hậu (IPCC, 2007) - Kịch gốc A1 - Kịch gốc A2 - Kịch gốc B1 - Kịch gốc B2 1.3.2 Các kịch xây dựng Việt Nam Các tiêu chí để lựa chọn phương pháp tính tốn xây dựng kịch biến đổikhí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam bao gồm: Mức độ tin cậy kịch biến đổi khí hậu toàn cầu; Độ chi tiết kịch biến đổi khí hậu; Kinh tế thừa;Tính thời kịch bản; Tính phù hợp địa phương; Tính đầy đủ kịch bản; Khả chủ động cập nhật 1.3.2.1 Kịch biến đổi khí hậu 1.3.2.2 Về nhiệt độ 1.3.3.3 Về lượng mưa 1.3.3.4 Về độ ẩm 1.3.3.5 Kịch nước biển dâng NHẬN XÉT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 2.1.1 Vị trí địa lý khu vực 2.1.2 Địa hình 2.2 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng khu vực nghiên cứu 2.2.1 Điều kiện địa chất 2.2.2 Điều kiện thổ nhưỡng, thảm thực vật 2.2.2.1 Thổ nhưỡng 2.2.2.2 Thực vật 2.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn lưu vực 2.3.1 Đặc điểm khí hậu 2.3.1.1 Nhiệt độ khơng khí ( oC) 2.3.1.2 Độ ẩm khơng khí (%) 2.3.1.3 Bốc (mm) 2.3.1.4 Gió, bão (m/s) 2.3.1.5 Nắng (giờ) 2.3.1.6 Lượng mưa (mm) 2.3.2 Đặc điểm thuỷ văn 2.3.2.1 Mạng lưới sơng ngịi 2.3.2.2 Dịng chảy năm [15] Tổng lượng dòng chảy năm: Wn , đơn vị tính m3; Lưu lượng dịng chảy bình qn năm: Qn, đơn vị tính (m3/s); Mơ đun dịng chảy năm: Mn, đơn vị (l/s.km2); Lớp dòng chảy năm: kí hiệu Yn, đơn vị (mm); Hệ số dịng chảy năm:  12 Hình 3.3 Dữ liệu thực đo mưa, lưu lượng trạm thủy văn Thành Mỹ liệu bốc trạm Trà My từ năm 1980 - 2010 Hình 3.4 Dữ liệu mưa để hiệu chỉnh trạm Thành Mỹ từ năm 1980-1995 13 Hình 3.5 Dữ liệu mưa để kiểm định trạm Thành Mỹ từ năm 19962010 Lưu vực Thành Mỹ sử dụng trạm đo mưa lưu vực Khâm Đức Thành Mỹ Mưa lấy theo trọng số cho cộng lại Theo Phương pháp bình quân số học tổng trọng số phải Cịn trọng số mưa tùy theo vị trí lấy theo khoảng cách từ trọng tâm lưu vực đến vị trí trạm đo mưa có hiệu chỉnh thử dần cho kết tốt 3.3.2 Để đánh giá mức độ hiệu mơ hình sử dụng số sau 3.4 Kết hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình trạm Thành Mỹ Số liệu khí tượng thủy văn chia thành hai chuỗi: Chuỗi số liệu thực đo từ năm 1980-1995 lấy làm thời đoạn hiệu chỉnh thơng số mơ hình từ năm 1996-2010 lấy làm số liệu kiểm định mơ 14 hình 3.4.1 Kết hiệu chỉnh mơ hình NAM Hình 3.6 Kết hiệu chỉnh mơ hình Nam 3.4.2 Kết kiểm định mơ hình NAM 15 Hình 3.7 Kết kiểm định mơ hình Nam Kết hiệu chỉnh kiểm nghiệm trình bày (bảng 3.5) So sánh dịng chảy tính tốn dịng chảy thực đo trạm Thành Mỹ đánh giá tiêu Nash-Sutclifee 16 Sau tính tốn ta có kết Bộ thơng số mơ hình NAM cho lưu vực Thành Mỹ trình bày (bảng 3.6) Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cho thấy, mơ hình NAM mơ tốt q trình hình thành dịng chảy từ mưa lưu vực Thành Mỹ, số Nash hệ số tương quan từ 0.742 đến 0.91 nằm phạm vi tốt CHƯƠNG MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY ĐẾN LƯU VỰC THÀNH MỸ THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHI THỦY ĐIỆN ĐẮK MI VẬN HÀNH 4.1 Áp dụng mơ hình MIKE NAM theo kịch BĐKH cho lưu vực thượng lưu Đắk Mi - Thành Mỹ 4.1.1 Lựa chọn kịch tính tốn IMHEN chọn ba (B1, B2 A2) sáu kịch để xây dựng kịch BĐKH Việt Nam Ba kịch bao gồm kịch phát thải thấp (B1), kịch phát thải trung bình nhóm kịch trung bình (B2), kịch phát thải trung bình nhóm kịch cao (A2) Trong số kịch lựa chọn để sử dụng Việt Nam, kịch phát thải mơi trường B2 thức đề xuất sở để lên kế hoạch quy hoạch ứng phó với biến đổi khí hậu Theo kết nghiên cứu tương lai Việt Nam phải đối mặt với: 5.1.1.1 Mực nước biển dâng 5.1.1.2 Thay đổi lượng mưa 5.1.1.3 Nhiệt độ trung bình gia tăng 17 5.1.1.4 Gia tăng lũ lụt 5.1.1.5 Thay đổi hình bão 5.1.1.6 Xâm nhập mặn thiếu nước Trong luận văn lựa chọn kịch đánh giá mức độ ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến chế độ dòng chảy theo kịch phát thải trung bình B2 lượng mưa năm lưu vực tăng khoảng từ ÷ 3% so với trung bình giai đoạn 1890-1999 Căn Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, Bộ Tài ngun Mơi trường năm 2012, ta có mức thay đổi (%) lượng mưa mùa năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch phát thải trung bình (B2) khu vực tỉnh Quảng Nam theo mốc thời gian kỷ 21 từ năm 2030, 2050, 2100 (bảng 4.1) Bảng 4.1 Mức thay đổi (%) lượng mưa mùa năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch phát thải trung bình (B2) khu vực tỉnh Quảng Nam [12] STT Tên mùa Các mốc thời gian kỷ 21 2030 2050 2100 Mùa đông: Tháng (XII-II) -2,9 -5,4 -10,2 Mùa xuân: Tháng (III-V) -4,1 -7,4 -14,2 Mùa hè: Tháng (VI-VIII) 1,1 2,1 3,9 Mùa thu: Tháng (IX-XI) 3,5 6,3 12,1 4.1.2 Áp dụng mơ hình NAM mơ dịng chảy đến theo kịch BĐKH Việc mơ dịng chảy đến theo kịch biến đổi khí hậu lưu vực Đắk Mi - Thành Mỹ thực theo bước tính tốn sau: 18 Bước Sử dụng thơng số mơ hình thủy văn xác định Bước Phân tích xu thuế thay đổi dịng chảy theo kịch BĐKH Hình 4.1 Dữ liệu mưa, bốc theo kịch BĐKH ... luận văn là: ? ?Tính phân phối dòng chảy năm trạm Thủy văn Thành Mỹ hồ chứa Đắk Mi vận hành có kể đến biến đổi khí hậu? ?? Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Sự biến đổi dòng chảy. .. THÀNH MỸ CHƯƠNG MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY ĐẾN LƯU VỰC THÀNH MỸ THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHI THỦY ĐIỆN ĐẮK MI VẬN HÀNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 1.1 Khái niệm biến đổi khí hậu Biến đổi. .. thực đo trạm Thủy văn Thành Mỹ từ năm 1980 đến năm 2010; - Số liệu bốc thực đo trạm Trà My từ năm 1980 đến năm 2010; - Số liệu dòng chảy thực đo trạm Thủy văn Thành Mỹ từ năm 1980 đến năm 2010;