ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƢU VỰC SÔNG NHUỆ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA: KHÍ TƢỢNG - THỦY VĂN - HẢI DƢƠNG HỌC Phạm Vũ Minh Phƣợng ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DỊNG CHẢY LƢU VỰC SƠNG NHUỆ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành: Thủy văn Cán hƣớng dẫn: TS Nguyễn Thanh Sơn Hà Nội – 2010 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Thủy văn đề tài “Sử dụng mơ hình NAM đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sơng Nhuệ địa bàn Hà Nội” hoàn thành trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào tháng 5/2010 Để hoàn thành đề tài em nhận giúp đỡ tận tình thầy giáo TS Nguyễn Thanh Sơn, thầy cho em ý kiến quý báu, đạo tận tình việc định hướng nghiên cứu hồn thiện khóa luận Nhân dịp em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn cho em kiến thức quan trọng suốt thời gian học tập trường Điều hỗ trợ em nhiều trình học tập hẳn trình làm việc sau Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƢU VỰC SÔNG NHUỆ 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO 1.3 ĐỊA CHẤT, THỔ NHƢỠNG 1.3.1 Địa chất 1.3.2 Thổ nhƣỡng 1.4 KHÍ HẬU 1.4.1 Mƣa 1.4.2 Nhiệt độ 1.4.3 Bốc 1.4.4 Độ ẩm tƣơng đối 10 1.4.5 Gió 10 1.4.6 Số nắng 10 1.5 THỦY VĂN 11 1.5.1 Mạng lƣới sơng ngòi 11 1.5.2 Chế độ thuỷ văn 11 1.5.3 Mạng lƣới quan trắc 12 Chƣơng GIỚI THIỆU MƠ HÌNH NAM 13 2.1 TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MƢA – DỊNG CHẢY LƢU VỰC 13 2.1.1 Cấu trúc mơ hình mƣa - dòng chảy lƣu vực 14 2.1.2 Giới thiệu số mơ hình mƣa – dòng chảy lƣu vực 15 2.2 TỔNG QUAN MƠ HÌNH NAM 21 2.2.1 Cấu trúc mơ hình NAM 21 2.2.2 Các thông số mơ hình 23 2.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến dòng chảy mơ hình NAM 24 2.2.4 Điều kiện ban đầu mơ hình 27 2.2.5 Hiệu chỉnh thơng số mơ hình 27 Chƣơng XÂY DỰNG KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 28 3.1 SƠ LƢỢC TÌNH HÌNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HIỆN NAY 29 3.2 DAO ĐỘNG CÁC ĐẶC TRƢNG KHÍ HẬU CỦA VIỆT NAM VÀ HÀ NỘI 30 3.3 CÁC KICH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 33 3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 35 Chƣơng ÁP DỤNG MƠ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN BIẾN ĐỘNG DỊNG CHẢY LƢU VỰC SƠNG NHUỆ 38 4.1 TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LƢU VỰC SÔNG NHUỆ 38 4.1.1 Số liệu đầu vào 38 4.1.2 Áp dụng mơ hình NAM vào khu vực nghiên cứu 39 4.1.3 Hiệu chỉnh mơ hình NAM 40 4.1.4 Kiểm định mơ hình NAM 44 4.1.5 Nhận xét chung 45 4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI DỊNG CHẢY 46 4.3 NHẬN XÉT 49 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 MỞ ĐẦU Biến đổi khí hậu thách thức lớn nhân loại kỷ 21 Thiên tai tƣợng khí hậu cực đoan khác gia tăng hầu hết nơi giới Trong tƣơng lai khơng xa biến đổi khí hậu làm suy thối tài ngun nƣớc lƣu vực sơng, ảnh hƣởng nghiêm trọng tới đời sống hàng chục triệu ngƣời dân hoạt động sản xuất Và theo theo đánh giá Chƣơng trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP, 2007) Việt Nam năm nƣớc bị ảnh hƣởng nghiêm trọng biến đổi khí hậu Sơng Nhuệ nguồn cung cấp nƣớc chủ yếu cho hoạt động nông nghiệp ni trồng thủy sản lƣu vực; đóng vai trò quan trọng đời sống kinh tế - xã hội thủ đô Hà Nội Đứng trƣớc thực trạng biến đổi khí hậu hữu, việc đánh giá biến động tài nguyên nƣớc trở nên hữu ích cho đời sống sản xuất kinh tế nhân dân nhƣ công tác quản lý tài ngun nƣớc lƣu vực sơng Nhuệ Khóa luận sử dụng mơ hình NAM đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dòng chảy lƣu vực sơng Nhuệ địa bàn Hà Nội Mục đích đề tài cung cấp cách nhìn cụ thể thay đổi dòng chảy lƣu vực sơng Nhuệ địa bàn Hà Nội trƣớc tình hình biến đổi khí hậu năm Để từ đƣa giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trƣờng góp phần phòng tránh thiên tai lƣu vực sơng Nhuệ Nội dung khóa luận bao gồm: o Đặc điểm địa lý tự nhiên lƣu vực sông Nhuệ o Giới thiệu mơ hình NAM o Xây dựng kich biến đổi khí hậu o Áp dụng mơ hình NAM khảo sát tác động biến đổi khí hậu đến dòng chảy lƣu vực sơng Nhuệ địa bàn Hà Nội Chƣơng ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƢU VỰC SƠNG NHUỆ 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ Sông Nhuệ (Nhuệ Giang) nhánh sông lớn phía bên bờ hữu sơng Đáy, sơng lấy nƣớc từ sông Hồng qua cống Liên Mạc (xã Thụy Phƣơng, Hà Nội) chảy dọc qua địa phận Hà Nội, tiếp nhận nƣớc thải thành phố cầu Bƣơu sau đổ vào sơng Đáy TX Phủ Lý Sông Nhuệ sông nhỏ dài khoảng 62.9 km (tính riêng địa bàn Hà Nội) dài 76 km tính từ nguồn cống Liên Mạc đến cống Phủ Lý (Hà Nam) Độ rộng trung bình sơng 30 – 40 m, với độ cao đáy sơng 0.52 ÷ 2.8 m Sơng chảy ngoằn ngo theo hƣớng Bắc – Nam phần thƣợng nguồn theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam hạ trung lƣu Hình Lƣu vực sơng Nhuệ Diện tích lƣu vực 1.070 km², diện tích bờ phải 584 km2 diện tích bờ trái 486 km2 Phía Đơng Bắc giáp lƣu vực sơng Hồng Phía Tây Nam giáp lƣu vực sơng Đáy Phía Nam giáp lƣu vực sơng Châu Giang.[2] 1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO Địa hình lƣu vực sơng mang đặc trƣng địa hình đồng châu thổ sơng Hồng xen kẽ địa hình thấp trũng Địa hình lƣu vực cao vùng ven sông Đáy, sông Hồng thấp dần vào trục sơng Nhuệ (dạng địa hình lòng máng), thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, từ Tây sang Đông, bị chia cắt thành dải nhỏ chạy dài theo hƣớng Tây Bắc – Đông Nam Địa hình lƣu vực sơng Nhuệ phân thành dạng:  Đồng thấp trũng, lầy thụt khu vực Ứng Hồ, Mỹ Đức (Hà Tây) Có độ cao dƣới m với thành phần cấp hạt chủ yếu sét, sét bột, bùn nhão  Đồng thấp xen kẽ ô trũng nhỏ, độ cao từ ÷ m với thành phần cấp hạt sét, sét bột Loại đồng phân bố Ứng Hoà, Phú Xuyên, Mỹ Đức  Đồng cao đê có độ cao ÷ m, thành phần cấp hạt chủ yếu bột, sét bột Dải đồng ven đê có độ cao ÷ 11 m, gò đất bãi bồi cao hình thành trƣớc có đê Nhƣ địa hình lƣu vực tƣơng đối đa dạng, bị chia cắt nhiều sông.[2] 1.3 ĐỊA CHẤT, THỔ NHƢỠNG 1.3.1 Địa chất Lƣu vực sơng Nhuệ đƣợc cấu thành trầm tích bở rời Đệ tứ thành tạo có tuổi từ Đệ tam đến Protezozoi Dựa vào thành phần thạch học, thông số địa chất thuỷ văn đặc điểm thuỷ động lực v.v phân chia vùng nghiên cứu thành tầng chứa nƣớc: tầng chứa nƣớc lỗ hổng Holecen (qh), tầng chứa nƣớc lỗ hổng pleistocen (qp), tầng chứa nƣớc khe nứt m, tầng chứa nƣớc khe nứt t2a đg, tầng chứa nƣớc khe nứt t2 nt, tầng chứa nƣớc khe nứt p2 – t1 yd, tầng chứa nƣớc khe nứt eo 1.3.2 Thổ nhƣỡng Hệ thống sông Nhuệ vùng đồng đƣợc tạo thành trình bồi tụ phù sa hệ thống sông Hồng sông Đáy Mặc dù đƣợc bao bọc đê sông Hồng sông Đáy, song hầu nhƣ hàng năm tồn diện tích canh tác nhiều đƣợc tƣới nƣớc phù sa lấy qua cống tự chảy trạm bơm Quá trình hình thành, bồi tụ phát triển nhóm đất khu vực có khác nên tạo đa dạng loại đất lƣu vực Song nhìn chung chúng loại đất chua chua có hàm lƣợng mùn chất dinh dƣỡng mức trung bình đến nghèo Những vùng cao ven sơng Hồng, sơng Đáy đất có thành phần giới nhẹ chủ yếu đất cát pha cát chua nghèo chất dinh dƣỡng Các vùng trũng ven sơng Nhuệ, Duy Tiên Châu Giang đất có thành phần giới nặng hơn, chủ yếu đất thịt nặng sét nhẹ chua giàu chất dinh dƣỡng hơn.[10] 1.4 KHÍ HẬU 1.4.1 Mƣa Lƣợng mƣa trung bình hàng năm khoảng 1554 – 1836 mm, với số ngày mƣa 130 ÷ 140 ngày Lƣợng mƣa phân bố không theo không gian thời gian Theo không gian lƣợng mƣa tăng dần từ bắc xuống nam Lƣợng mƣa trung bình năm vùng bắc từ Liên Mạc tới Đồng Quan 1657 mm, vùng phía nam từ Đồng Quan trở xuống lƣợng mƣa trung bình 1769 mm Theo thời gian lƣợng mƣa phân bố không đều, phân thành mùa rõ rệt: mùa mƣa mùa khô  Mùa mƣa kéo dài từ tháng VI đến tháng XI, lƣợng mƣa chiếm 80 ÷ 85% tổng lƣợng mƣa năm Trong thời kỳ thƣờng có bão với mƣa gió lớn, cƣờng độ mạnh, lƣợng mƣa bão chiếm khoảng 25 ÷ 35% lƣợng mƣa năm  Mùa khô kéo dài từ tháng XII đến tháng V năm sau với nửa thời kì đầu thời tiết lạnh, khơ; nửa thời kì sau thời tiết mƣa phùn Lƣợng mƣa đạt khoảng 300 ÷ 400mm, chiếm khoảng 15 ÷ 20% tổng lƣợng mƣa năm, chủ yếu mƣa phùn cƣờng độ nhỏ Lƣợng mƣa tháng mùa khơ dƣới 150 mm/tháng, tháng XII, I, II, III dƣới 50 mm/tháng Lƣợng mƣa lớn năm vùng phía bắc vào tháng VII, VIII; phía nam vào tháng VIII, IX Lƣợng mƣa trung bình ngày lớn 120 ÷ 160 mm, ngày lớn 180 ÷ 230 mm, ngày lớn 210 ÷ 260 mm, ngày lớn 230 ÷ 280 mm Chênh lệch lƣợng mƣa thời đoạn ngắn vùng phía Đồng Quan phía dƣới Đồng Quan khoảng 50 mm Lƣu vực sơng Nhuệ vùng có số ngày mƣa phùn nhiều nƣớc, hàng năm có khoảng 40 ngày có mƣa phùn.[10] Bảng Mƣa bình qn nhiều năm trạm Láng (mm) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 22.7 27.3 47.7 102.5 183 267.1 264.2 287.5 221.7 151.8 68.0 15.9 1653 1.4.2 Nhiệt độ Lƣu vực sông Nhuệ quanh năm tiếp nhận đƣợc lƣợng xạ mặt trời dồi có nhiệt độ tƣơng đối cao Nhiệt độ khơng khí trung bình năm 23 ÷ 24ºC Nhiệt độ khơng khí vùng thấp vào mùa Đơng (tháng XII ÷ II), nhiệt độ trung bình giảm xuống 16 – 19ºC Vào mùa Hè (tháng V ÷ VIII) nhiệt độ trung bình tăng cao khoảng 27 ÷ 30 ºC.[10] Bảng Nhiệt độ bình quân tháng trạm Láng (oC) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 16.5 17.5 20.2 24.0 27.5 29.0 29.3 28.6 27.6 25.1 21.6 18.2 23.8 1.4.3 Bốc Lƣợng bốc trung bình năm đạt gần 1000 mm Lƣợng bốc bình quân tháng lớn trạm Láng (Hà Nội) tháng VII với lƣợng bốc 98.2 mm/tháng (bảng 3).[10] Bảng Bốc bình quân tháng trạm Láng (mm) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 68.8 55.8 56.9 64.9 94.3 96.8 98.2 82.3 87.3 96.6 88.3 82.0 972 1.4.4 Độ ẩm tƣơng đối Độ ẩm tƣơng đối bình quân nhiều năm dao động khoảng 83% - 85% Vào tháng IV độ ẩm tƣơng đối đạt tới 90% trạm Hà Đơng Bảng trích dẫn độ ẩm tƣơng đối trạm Hà Đông.[10] Bảng Độ ẩm tƣơng đối trạm Hà Đông (%) Trạm Hà Đông I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 83 84 89 90 88 84 84 88 88 82 81 80 84 1.4.5 Gió Lƣu vực sơng Nhuệ nằm vùng chịu ảnh hƣởng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hƣớng gió khác mùa:  Mùa Đơng với hƣớng gió thịnh hành Bắc Đông Bắc, tần suất đạt 60 – 70%  Mùa Hè vào tháng V, VI, VII hƣớng gió ổn định, thịnh hành Nam Đơng Nam, tần suất đạt khoảng 60 – 70% Tháng VIII hƣớng gió phân tán, hƣớng thịnh hành đạt tần suất 20 – 25% Các tháng chuyển tiếp hƣớng gió khơng ổn định, tần suất hƣớng thay đổi trung bình từ 10 – 15% Tốc độ gió trung bình khoảng – 3m/s.[10] 1.4.6 Số nắng Khu vực nghiên cứu nằm miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lƣợng xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 – 120 Kcal/cm2 có số nắng thuộc loại trung bình, dao động khoảng 1500 – 1600 Tại Hà Đơng bình qn số nắng tháng biến đổi từ 48 vào tháng III đến 184 vào tháng VII.[10] Bảng Số nắng trạm Hà Đông (giờ) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Đông 69 49 48 93 168 164 184 172 172 152 137 123 1530 10 Bảng Mức độ tăng nhiệt độ trung bình (0C) so với thời kỳ 1980 – 1999 vùng nghiên cứu theo kịch phát thải B2 Thời đoạn Các mốc thời gian kỷ 21 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Năm 0.5 0.7 0.9 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.4 XII – II 0.5 0.8 1.0 1.3 1.7 2.0 2.3 2.6 2.8 III – V 0.6 0.9 1.2 1.7 1.9 2.3 2.5 2.9 3.1 VI – VIII 0.3 0.5 0.7 0.8 1.1 1.3 1.4 1.6 1.7 IX – XI 0.4 0.6 0.8 1.1 1.3 1.5 1.8 1.9 2.2 Bảng 10 Mức thay đổi lƣợng mƣa (%) so với thời kỳ 1980 – 1999 vùng nghiên cứu theo kịch phát thải B2 Thời đoạn Các mốc thời gian kỷ 21 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Năm 1.6 2.3 3.2 4.1 5.0 5.9 6.6 7.3 7.9 XII – II 0.9 1.2 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 3.9 4.3 III – V -1.3 -2.0 -2.7 -3.6 -4.3 -5.0 -5.7 -6.2 -6.8 VI – VIII 2.9 4.4 6.1 7.9 9.6 11.1 12.6 13.9 15.1 IX – XI 0.9 1.4 1.9 2.5 3.1 3.5 4.0 4.4 4.8 Lƣợng bốc vùng nghiên cứu tăng từ 3% – 8% vào năm 2070 so với thời kỳ 1980 – 1999 37 Chƣơng ÁP DỤNG MƠ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN BIẾN ĐỘNG DỊNG CHẢY LƢU VỰC SƠNG NHUỆ 4.1 TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LƢU VỰC SƠNG NHUỆ Mơ hình mƣa rào dòng chảy thƣờng đƣợc ứng dụng lƣu vực khơng q rộng, có độ dốc địa hình cao khơng bị ảnh hƣởng triều Tại nơi có độ dốc địa hình nhỏ, diện tích lƣu vực lớn thời gian tập trung nƣớc lƣu vực chậm, không đảm bảo yêu cầu mô hình mƣa - dòng chảy Ngồi khu vực chịu ảnh hƣởng triều, dòng chảy phức tạp không phụ thuộc chủ yếu vào lƣợng mƣa bốc lƣu vực, kết tính tốn mơ hình mƣa dòng chảy khơng độ xác 4.1.1 Số liệu đầu vào Các số liệu đầu vào phục vụ cho mơ hình đóng vai trò quan trọng kết tính tốn Các số liệu xác, có độ tin cậy cao cho kết tốt nhiều so với số liệu có độ xác khơng cao Sai số số liệu đo đạc nhiều nguyên nhân, phía khách quan lẫn chủ quan ngƣời đo, ví dụ nhƣ tay nghề khơng tốt, nhập liệu vào sai.v.v Do vậy, trƣớc áp dụng số liệu tính tốn cho mơ hình, cần phải thực công tác chỉnh lý, đánh giá mức độ tin cậy số liệu có đƣợc biện pháp khắc phục trƣờng hợp nhƣ khơng có số liệu, thiếu số liệu đủ số liệu theo phƣơng pháp khoa học biết Đối với mô hình mƣa dòng chảy NAM, số liệu u cầu phục vụ cho mơ hình: Số liệu khí tượng: Số liệu khí tƣợng bao gồm số liệu mƣa bốc đƣợc dùng để phục vụ cho mơ hình tính tốn mƣa – dòng chảy (NAM), mơ đun có mơ hình MIKE 11 Các số liệu khí tƣợng có đóng vai trò làm biên đầu vào mơ hình mƣa – dòng chảy (NAM) Các trạm đo mƣa bốc sử dụng tính tốn dòng chảy lƣu vực sơng Nhuệ đƣợc liệt kê bảng 11 trọng số trạm mƣa đƣợc tính theo phƣơng pháp đa giác Thiessen (bảng 12) 38 Số liệu mƣa, bốc lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc sử dụng để hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình số liệu mƣa ngày từ ngày 1/1/1972 đến 31/12/1974 số liệu mƣa ngày từ ngày 1/1/1976 đến ngày 31/12/1980 Bảng 11 Các trạm mƣa đƣợc sử dụng Lƣu vực Vị trí cửa Diện tích Trạm bốc Trạm mƣa sử (km2) sử dụng dụng 1530 Láng Thƣợng nguồn Trạm TV sông Đáy Ba Thá Ba Thá, Sơn Tây, Ba Vì Bảng 12 Trọng số trạm mƣa lƣu vực sông Đáy Trạm Trọng số (Thiessen) Ba Thá 0.389 Sơn Tây 0.409 Ba Vì 0.202 Số liệu lưu lượng: Số liệu lƣu lƣợng vị trí mặt cắt cửa lƣu vực đƣợc dùng để hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình mƣa – dòng chảy Bƣớc thời gian số liệu lƣu lƣợng vị trí phải có độ dài với bƣớc thời gian số liệu mƣa Trong báo cáo sử dụng trạm đo lƣu lƣợng Ba Thá để kiểm định hiệu chỉnh 4.1.2 Áp dụng mơ hình NAM vào khu vực nghiên cứu Tuần tự bƣớc chuẩn bị để áp dụng mơ hình NAM vào lƣu vực nghiên cứu bao gồm bƣớc:  Từ đồ địa hình vị trí mặt cắt cửa lƣu vực, xác định vị trí diện tích lƣu vực cần tính tốn 39  Xác định vị trí số lƣợng trạm đo mƣa bốc có ảnh hƣởng tới lƣu vực cần tính tốn để chấm lên đồ, từ cơng cụ mơ hình giúp ta xác định trọng số trạm mƣa có ảnh hƣởng tới lƣu vực Trọng số trạm mƣa đƣợc ghi bảng 12 Sau chuẩn bị bƣớc cần thiết chuẩn bị cho mơ hình, q trình sử dụng mơ hình MIKE - 11 phần mƣa - dòng chảy đƣợc tóm tắt nhƣ sau:  Tạo lƣu vực sông, khai báo thông số lƣu vực: tên lƣu vực, diện tích lƣu vực, vị trí tên trạm mƣa, bốc vị trí mặt cắt cửa lƣu vực, khai báo đƣờng dẫn tới tập tin lƣu trữ số liệu mƣa, bốc  Thiết lập thông số, điều kiện ban đầu mô hình cho lƣu vực Sau khai báo đầy đủ thơng số tiến hành chạy, mơ hình cho kết trình lƣu lƣợng dòng chảy mặt cắt cửa lƣu vực Các trình lƣu lƣợng đƣợc đem so sánh với trình lƣu lƣợng thực đo để xác định mức độ phù hợp thông số mô hình dùng lƣu vực Các kết đƣợc ghi rõ phần hiệu chỉnh mơ hình Để tạo khai báo thông số lƣu vực, ta phải thao tác qua trình thực đơn nhƣ hình 4.1.3 Hiệu chỉnh mơ hình NAM Hiệu chỉnh mơ hình cơng việc quan trọng việc xây dựng áp dụng mơ hình tốn Các phƣơng pháp để tiến hành hiệu chỉnh mơ hình bao gồm phƣơng pháp thử sai phƣơng pháp tối ƣu Phƣơng pháp thử sai chủ yếu phƣơng pháp dò tìm cách thay giá trị thơng số để tìm thơng số thích hợp Phƣơng pháp thƣờng đòi hỏi nhiều thời gian cơng sức nhƣng tận dụng đƣợc kinh nghiệm kiến thức ngƣời hiệu chỉnh nhiều phƣơng pháp tối ƣu Phƣơng pháp dò tìm tối đƣợc thực dƣới trợ giúp máy vi tính dựa hàm mục tiêu Phƣơng pháp có ƣu điểm khả dò tìm chi tiết, nhiên nhiều sử dụng phƣơng pháp gặp bế tắc rơi vào vùng cực trị địa phƣơng Ở đồ án sử dụng kết hợp hai phƣơng pháp nhằm giảm bớt thời gian dò tìm máy 40 Hình Hộp thoại khai báo thông số lƣu vực Mơ hình mƣa – dòng chảy đƣợc hiệu chỉnh dựa vào số liệu thời đoạn ngày Số liệu mƣa trạm đo mƣa bốc đƣợc sử dụng để tính tốn Số liệu lƣu lƣợng thực đo đƣợc dùng để hiệu chỉnh mơ hình Sai số lƣu lƣợng tính tốn thực đo bƣớc hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình đƣợc đánh giá theo số Nash-Sutcliffe n R 1   Q i 1 n R2  Qsim,i   Q i 1 Trong đó: obs ,i obs ,i  Qobs  : Hệ số hiệu mơ hình 41 2 i : Chỉ số Qobs, i : Lƣu lƣợng thực đo thời điểm thứ i Qsim, i : Lƣu lƣợng tính tốn thời điểm thứ i Q obs : Lƣu lƣợng thực đo trung bình thời đoạn Bảng 13 Mức độ mơ mơ hình tƣơng ứng với số Nash R2 0.9 – 0.7 – 0.9 0.5 – 0.7 0.3 – 0.5 Mức độ mơ Tốt Khá Trung bình Kém Để hiệu chỉnh thơng số mơ hình mƣa rào dòng chảy cần tác động vào thông số mô hình qua trình thực đơn mơ đun nhƣ hình Hình Hiệu chỉnh thơng số mơ hình mƣa- dòng chảy (NAM) 42 Do lƣu vực sơng Nhuệ khơng có trạm đo lƣu lƣợng nên báo cáo tiến hành hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thƣợng nguồn lƣu vực sông Đáy (giá trị lƣu lƣợng đo trạm Ba Thá), để từ sử dụng thơng số đƣợc hiệu chỉnh kiểm định thƣợng nguồn lƣu vực sông Đáy để tính tốn dòng chảy cho lƣu vực sơng Nhuệ (lý áp dụng thƣợng nguồn lƣu vực sông Đáy sông Nhuệ liền kề nhau, có điều kiện địa lý tự nhiên tƣơng tự nhau) Tiến hành hiệu chỉnh mơ hình với số liệu mƣa trạm Ba Vì, Sơn Tây, Ba Thá; bốc đo trạm Láng giá trị lƣu lƣợng thực đo trạm Ba Thá giai đoạn từ tháng 01/1/1976 đến tháng 12/1980 thƣợng nguồn lƣu vực sông Đáy Giá trị thông số mơ hình mƣa dòng chảy (NAM) sau hiệu chỉnh đƣợc ghi bảng 14 Kết hiệu chỉnh đƣờng q trình lƣu lƣợng tính tốn đƣờng q trình lƣu lƣợng thực đo đƣợc trình bày hình 10 Trên hình này, trùng lặp tốt số liệu đo đạc kết tính tốn mơ hình đƣợc ghi nhận Bảng 14 Giá trị thơng số mơ hình mƣa- dòng chảy (NAM) cho lƣu vực sơng Thơng số dòng chảy mặt sát mặt Name Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF Ba Thá 20 195 0.201 200.2 50 0.0076 0.99 Thông số lƣợng gia nhập nƣớc ngầm Name TG CKBF Ba Thá 0.543 1000 Điều kiện ban đầu Name U L QOF QIF BF Ba Thá 0 0 Kết Nash đạt 83.2% 43 Hình 10 So sánh kết tính tốn hiệu chỉnh mơ hình mƣa – dòng chảy với số liệu lƣu lƣợng thực đo, năm 1976 - 1980 4.1.4 Kiểm định mô hình NAM Kiểm nghiệm mơ hình cơng tác kiểm tra lại mức độ phù hợp mơ hình với thơng số vừa tìm đƣợc lƣu vực tính tốn nhƣng giai đoạn thời gian khác có tƣơng quan với thời gian dùng để hiệu chỉnh mơ hình, ví dụ nhƣ xây dựng thơng số sử dụng mùa lũ phải kiểm lại thơng số mơ hình mùa lũ khác dùng thông số để kiểm nghiệm lại mơ hình mùa kiệt đặc điểm lƣu vực đƣợc biểu diễn thơng số mơ hình mùa khác nên kết kiểm nghiệm trƣờng hợp nhƣ khơng xác Kiểm nghiệm mơ hình mƣa – dòng chảy dựa vào số liệu có thời đoạn ngày Số liệu mƣa trạm đo mƣa lƣu vực số liệu lƣu lƣợng mặt cắt cửa lƣu vực từ tháng năm 1972 đến tháng 12 năm 1974 đƣợc sử dụng để kiểm định mơ hình Kết kiểm nghiệm đƣờng trình lƣu lƣợng thực đo đƣờng q trình lƣu lƣợng tính tốn đƣợc trình bày hình 11 44 Hình 11 So sánh kết tính tốn kiểm nghiệm mơ hình mƣa – dòng chảy với số liệu lƣu lƣợng thực đo, năm 1972 -1974 Nhận xét: Kết kiểm định mô hình cho thấy mức độ phù hợp lƣu lƣợng tính tốn thực đo theo số Nash R2 = 83.6%, đạt kết tốt 4.1.5 Nhận xét chung Bộ thông số bảng 14 đƣợc kiểm định đƣợc đánh giá tốt Có thể sử dụng để tính tốn dòng chảy phục vụ tốn khác lƣu vực Lƣu vực sơng Nhuệ lƣu vực sông Đáy hai lƣu vực tiếp giáp nhau; có điều kiện địa lý tự nhiên (khí hậu, địa chất, thổ nhƣỡng thảm phủ thực vật) tƣơng tự Do khóa luận sử dụng thông số đƣợc hiệu chỉnh kiểm định thƣợng nguồn lƣu vực sông Đáy làm thơng số để tính tốn dòng chảy lƣu vực sơng Nhuệ Diện tích lƣu vực sơng Nhuệ 1070 km2, địa bàn Hà Nội lƣu vực sơng Nhuệ chiếm diện tích khoảng 758 km2 Trên lƣu vực sông Nhuệ thuộc địa bàn Hà Nội chọn trạm giả định có tọa độ 20°39'57" vĩ độ Bắc 105°54'1" kinh độ Đơng làm trạm tính tốn lƣu lƣợng Trên lƣu vực tính tốn có sử dụng số liệu mƣa trạm 45 đo mƣa (Hà Đông Láng) số liệu bốc trạm Láng Trọng số trạm đo mƣa đƣợc tính theo đa giác Thiessen (trọng số trạm Hà Đông 0.707 trạm Láng 0.293) 4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI DỊNG CHẢY Mục tiêu phần đánh giá tác động biến đổi khí hậu theo kịch chọn Giai đoạn 1980 – 1999 mốc ban đầu xuất biến đổi cách rõ rệt, thời kì nóng thiên niên kỷ qua, nên đƣợc chọn làm tính tốn kiểm tra phục vụ cho đánh giá biến đổi khí hậu Từ kết tính tốn cho thấy với điều kiện khí hậu biến đổi theo xu kịch B2 dòng chảy tháng dao động khoảng từ giảm – 28.9% tăng 17% (ứng với tỉ lệ gia tăng bốc 3%) từ -43.7% tới 10.2% (ứng với tỉ lệ gia tăng bốc 8%) so với dòng chảy tháng tính tốn kiểm tra (Bảng 16) Biến đổi khí hậu vừa tác động làm dòng chảy mùa kiệt giảm mạnh tới tăng dòng chảy mùa lũ, nhiên lƣợng tăng dòng chảy mùa lũ có xu hƣớng tăng so với xu hƣớng giảm dòng chảy mùa kiệt Ứng với tỉ lệ gia tăng bốc từ – 8% dòng chảy mùa kiệt mùa lũ có xu hƣớng giảm dần Biến đổi dòng chảy theo tháng ứng với tỉ lệ gia tăng tốc (3 - 8%) đƣợc thể hình 12, hình 13, hình 14 hình 15 Dao động dòng chảy năm tăng xấp xỉ 9% so với dòng chảy tính tốn kiểm tra (bảng 15) Bảng 15 Thay đổi dòng chảy năm ứng với tỷ lệ tăng bốc Kịch Tính tốn kiểm tra Ứng với bốc tăng 3% Ứng với bốc tăng 4% Ứng với bốc tăng 5% Ứng với bốc tăng 6% Ứng với bốc tăng 7% Ứng với bốc tăng 8% Q (m3/s) 17.22 18.74 18.54 18.33 18.18 18.00 17.79 0% 8.84% 7.66% 6.48% 5.56% 4.51% 3.29% Thay đổi so với tính tốn kiểm tra (%) 46 Bảng 16 Thay đổi dòng chảy tháng ứng với tỷ lệ tăng bốc so với tính tốn kiểm tra Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 3% 9.6 9.4 7.4 -23.5 -28.9 -0.3 12.7 17.0 7.0 6.9 10.3 10.8 4% 8.2 8.1 5.6 -27.2 -32.4 -0.6 11.2 15.6 6.7 6.0 8.9 9.4 5% 6.8 6.5 3.7 -29.6 -35.5 -3.0 9.7 14.2 6.4 5.0 7.6 8.3 6% 6.4 6.5 3.7 -33.3 -38.6 -5.2 8.4 13.0 6.2 4.2 7.1 7.9 7% 5.5 5.6 1.9 -35.8 -40.9 -7.2 -7.2 11.8 5.8 3.2 5.8 6.6 8% 3.6 3.7 0.0 -38.3 -43.7 -9.7 5.6 10.2 5.5 2.3 4.3 5.3 I II III IV V BH tăng 70.00 60.00 40.00 Q (m /s) 50.00 30.00 20.00 10.00 0.00 Q 80-99 VI Q 2070 (3%) VII VIII Q 2070 (4%) IX X Q 2070 (5%) XI XII t (tháng) Hình 12 Thay đổi dòng chảy tháng so với tính tốn kiểm tra ứng với tỉ lệ gia tăng bốc – 5% 47 70.00 60.00 50.00 Q (m /s) 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 I II III IV Q 80-99 V VI Q 2070 (6%) VII VIII IX Q 2070 (7%) X XI Q 2070 (8%) XII t (tháng) Hình 13 Thay đổi dòng chảy tháng so với tính tốn kiểm tra ứng với tỉ lệ gia tăng bốc – 8% (%) 20.00 10.00 0.00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00 I II III IV V VI VII 3% VIII 4% 5% IX X XI XII t (tháng) Hình 14 Thay đổi % dòng chảy tháng so với tính tốn kiểm tra ứng với tỉ lệ gia tăng bốc – 5% 48 (%) 20.00 10.00 0.00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00 -50.00 I II III IV V VI 6% VII 7% VIII 8% IX X XI XII t (tháng) Hình 15 Thay đổi % dòng chảy tháng so với tính tốn kiểm tra ứng với tỉ lệ gia tăng bốc – 8% 4.3 NHẬN XÉT Đối với kịch biến đổi khí hậu trọng đến đến phát triển bền vững nhiều khía cạnh nhƣ B2 nhƣng làm thay đổi đáng kể dòng chảy sơng, đặc biệt xu hƣớng giảm dòng chảy mùa kiệt Vào năm 2070, dòng chảy tháng tháng mùa lũ tăng từ 6.9% tới 17% giảm nhiều tới 28.9% mùa kiệt so với thời kì 1980 – 1999 Tình trạng hạn hán lũ lụt gia tăng làm cho khả điều hòa dòng chảy đi, khả lƣu trữ nƣớc vào tầng đất đá dẫn đến dòng chảy kiệt sơng kiệt hơn, dòng chảy lũ tăng lên, nguy thiếu nƣớc mùa hạn gia tăng mùa lũ gia tăng tai biến liên quan đến nƣớc nhƣ sói mòn, lũ quét… Điều có nghĩa khả lũ mùa mƣa cạn kiệt mùa khô trở nên khắc nghiệt Đặc biệt vào mùa kiệt, sông Nhuệ khơng thể đóng vai trò tiêu nƣớc phía biển, biến thành đoạn sơng, kênh tù đọng với mức độ ô nhiễm nhân tạo gây nguy hại cho đời sống vùng dân cƣ đông đảo 49 KẾT LUẬN Hệ thống sơng Nhuệ có vai trò quan trọng đời sống kinh tế - xã hội thủ đô Hà Nội; nƣớc sông Nhuệ nguồn cung cấp nƣớc chủ yếu cho hoạt động nông nghiệp nuôi trồng thủy sản lƣu vực Sông Nhuệ sông vùng đồng lƣợng sinh thủy ít, chủ yếu nƣớc thải sinh hoạt, cơng nghiệp Mặt khác dòng sông bị co hẹp lại thực trạng lấn chiếm bờ sơng vấn đề tiêu nƣớc sơng Nhuệ địa bàn Hà Nội gặp nhiều khó khăn Vào mùa lũ, lƣợng nƣớc đổ vào sơng Nhuệ lớn nhƣng sơng khơng có khả tiêu thoát đƣợc gây tƣợng ngập úng nội thành Ngƣợc lại vào mùa kiệt lƣợng nƣớc sơng xuống thấp, dòng chảy sơng chủ yếu nƣớc thải khiến việc lƣu thông sông bị tắc nghẽn, kéo theo nhiều khó khăn khác cho ngƣời dân Với thực trạng biến đổi khí hậu nhƣ nay, dòng chảy lƣu vực sơng nhiều biến động lớn Khóa luận sử dụng mơ hình NAM để khảo sát, đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới dòng chảy lƣu vực sơng Nhuệ địa bàn Hà Nội, cho kết nhƣ sau: Biến đổi khí hậu theo xu hƣớng kịch B2 – kịch biến đổi khí hậu trọng đến đến phát triển bền vững nhiều khía cạnh, làm cho tƣợng cực đoan tăng cao kỷ XXI Theo kịch biến đổi khí hậu so với thời kì 1980 – 1999 lƣu lƣợng dòng chảy mùa lũ năm 2070 tăng từ 10.2% - 17% (ứng với lƣợng gia tăng bốc từ 8% tới 3%), lƣợng dòng chảy mùa kiệt giảm mạnh mẽ nhiều so với dòng chảy lũ -28.9% ÷ -43.7% (lƣợng bốc gia tăng từ 3% - 8%) Lƣu lƣợng dòng chảy năm tăng 8.84% Kết cho thấy tác động biến đổi khí hậu ảnh hƣởng đến dòng chảy năm dòng chảy theo mùa Đây thách thức lớn, yêu cầu xã hội cần phải có phƣơng án để thích ứng với tác động biến đổi khí hậu khơng mong muốn mơi trƣờng tài nguyên nƣớc lƣu vực sông 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Lê An (2008), Giới thiệu mơ hình TOP, Trƣờng Đại học Thủy lợi ThS Nguyễn Lập Dân, ThS Phan Thị Thanh Hằng (2002), Môi trường nước sông Nhuệ hạ lưu sông Đáy, Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia viện Địa Lý PGS TS Lƣu Đức Hải (2009), Biến đổi khí hậu trái đất giải pháp phát triển bền vững Việt Nam, Bộ Kế Hoạch Đầu Tƣ Lê Thị Thúy Hằng, Nguyễn Thị Nhƣ Nguyệt (2008), Mơ hình tất định Báo cáo Khoa học, trƣờng Đại học khoa học Tự nhiên TP HCM TS Phạm Khơi Ngun (2009), Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, Bộ Tài nguyên Môi trƣờng GS TSKH Nguyễn Đức Ngữ (2008), Biến đổi khí hậu phát triển bền vững Việt Nam, Hội thảo quốc tế Việt Nam học lần thứ ba - Việt Nam hội nhập phát triển Nguyễn Ý Nhƣ (2009), Ứng dụng mơ hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu sử dụng đất đến dòng chảy sơng Bến Hải, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Khoa học Tự nhiên Lê Vũ Việt Phong (2006), Nghiên cứu áp dụng mơ hình MIKE 11 tính tốn chất lượng nước lưu vực sơng Nhuệ - Đáy, Luận văn tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Thủy Lợi Tống Khánh Thƣợng (2005), Ứng dụng mô hình đánh giá chất lượng nước lưu vực sơng Nhuệ phục vụ công tác quản lý môi trường, Luận văn tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên 10 Trung tâm Khoa học Triển Khai Kỹ thuật Thủy lợi (2006), Lưu vực sông Nhuệ, Đại học Thủy Lợi 51 ... biểu xu nóng lên toàn cầu mực nƣớc biển dâng, thiên tai hữu tăng với tính chất cực đoan đƣợc chứng minh từ số liệu đo đạc thực tế kết nghiên cứu khoa học ngồi nƣớc, đến nói bất khả kháng, kỷ 21 Hơn