Tính toán lại lũ thiết kế hồ chứa A Vương có xét đến tác động của biến đổi khí hậu

Bài báo đã đưa ra một cách tiếp cận để tính toán lũ thiết kế trong điều kiện biến đổi khí hậu cho hồ chứa A Vương theo các kịch bản phát triển RCP 4.5 và RCP 8.5 của mô hình HadGEM2-AO và HadGEM3-RA.Kết quả cho thấy lưu lượng đỉnh lũ thiết kế có xu thế tăng thêm từ 25-35% với cùng tần suất. Nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất tiêu chuẩn thiết kế lũ hồ chứa trong điều kiện biến đổi khí hậu như là một kết quả của đề tài cấp nhà nước.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ TÍNH TỐN LẠI LŨ THI ẾT KẾ HỒ CHỨA A VƯƠNG CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TS Ngơ Lê An, PGS TS Ngơ Lê Long, Th.S Hồng Thị Tâm, Th.S Lê Thị Hải Yến Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Biến đổi khí hậu dẫn đến thay đổi tài nguyên nước, đặc biệt đặc trưng lũ lưu lượng, đỉnh lũ, tần suất lũ… Vì vậy, hồ chứa thiết kế trước có nguy đối mặt với rủi r o thay đổi lũ gây Bài báo đưa cách tiếp cận để tính tốn lũ thiết kế điều kiện biến đổi khí hậu cho hồ chứa A Vư ơng theo kịch phát triển RCP 4.5 RCP 8.5 mơ hình HadG EM2-AO HadG EM3-RA.Kết cho thấy lưu lượng đỉnh lũ thiết kế có xu tăng thêm từ 25-35% với tần suất.Nghiên cứu cung cấp sở khoa học cho v iệc đề xuất tiêu chuẩn thiết kế lũ hồ chứa điều kiện biến đổi khí hậu kết đề tài cấp nhà nư ớc, mã số:BĐKH 61 Từ khoá: Biến đổi khí hậu, lũ thiết kế, hồ A Vương, chi tiết hoá thống kê Abstract: Climate change leads the changing of water resour ces, especially the flood issues such as magnitude of peak flood, fr equency… It also causes the risk of damage for the reservoirs which wer e des igned in the pas t The paper propos es an approach in order to estim ate the design flood in the context of climate change for the A Vư ơng res ervoir Using the output of RCP4.5 and RCP8.5 scenar ios fromthe HadG EM2-AO and H adGEM3-RA models, the results show that the magnitudes of peak flood incr ease about 25% to 35%.The study will provide scientific base to propos e flood des ign standard as an output of National research project BĐKH 61 Key words: Climate change, design flood, A Vuong reservoir, statistical downscaling ĐẶT VẤN ĐỀ * Tính tốn lũ thiết kế nhiệm vụ quan trọng khoa học thuỷ văn từ thời kỳ đầu tiên, phần thiếu thiết kế đánh giá an toàn hồ chứa Trong năm gần đây, tác động biến đổi khí hậu (BĐKH), chế độ thủy văn nhiều vùng, quốc gia giới bị thay đổi M ột số nơi xuất lũ vượt lũ thiết kế, gây an tồn hồ chứa.Vì Người phản biện: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng Ngày nhận bài: 28/8/2015 Ngày thông qua phản biện:8/9/2015 Ngày duyệt đăng: 02/12/2015 vậy, việc nghiên cứu t ính tốn lũ thiết kế cho hồ a có xét đến tác động BĐKH nhận đư ợc quan tâm nhà quản lý,vận hành nhà khoa học.Bài báo đưa cách tiếp cận tính tốn lũ thiết kế điều kiện biến đổi khí hậu theo kịch phát triển RCP 4.5 RCP 8.5 mơ hình HadGEM 2-AO HadGEM 3-RA Tính tốn thử nghiệm áp dụng cho hồ thủy điện A Vương, hồ chứa lớn lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn K ết tính tốn sở cho việc đánh giá mức độ an toàn cơng trình điều kiện biến đổi khí hậu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 29 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ BẢN ĐỒ LƯU VỰC HỒ CHỨ A A VƯ ƠNG 107°30'0"E 108°0'0"E 10830'0"E NG ễ 160'0"N !( # Hiê n !( Thă ng Bình !( Nông Sơn # # Thành Mỹ Hội An Hội An N ông Sơn Ga i o !(Thuỷ # # # Hồ A Vư ơng #  VÜnh D iƯn # ¸ i NghÜa S Vu Gia Héi Khá ch # !( F=6 82 Km2 C âu Lâu Quế Sơn !( 530'0"N Sơn Tân # 1530' 0"N 16 0'0"N N BI Đ àN ẵng Cẩm Lệ Trà Mi LÀO !( Tr ạm khí tượng Tr ạm thủy văn Sông 107°30'0"E 13, 500 108° 0'0"E 27 ,000 Km 54,00 15°0' 0"N !( # 15°0 '0"N Chú giải: 108°30'0"E Hình Bản đồ lưu vực hồ A Vương trạm KTTV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Từ liệu đầu mưa nhiệt độ mơ hình khí hậu, phương pháp thống kê sử dụng nhằm chi tiết hoá kết trạm khí tượng lưu vực M hình lũ đơn vịđược quan tư vấn thiết kế sử dụng để tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế hồ A Vương, lưu vực lớn khơng có dịng chảy thực đo Nghiên cứu sử dụng phương pháp để mơ thay đổi dịng chảy lũ từ mưa tương lai kịch biến đổi khí hậu M ục đích việc sử dụng phương pháp để loại bỏ ảnh hưởng khác ngồi biến đổi khí hậu đến kết tính lũ thiết kế Các phương pháp phân tích thống kê – tần suất sử dụng để phân tích thay đổi dòng chảy lũ tần suất lũ ứng với kịch BĐKH khác nhau.Các tác động khác đến dòng chảy lũ tương lai thay đổi thảm phủ, khai thác sử dụng lưu vực đối tượng nội dung nghiên cứu Sơ đồ bước thực nghiên cứu thể hình 2 Hình 2.Sơ đồ bước thực nghiên cứu TÁC ĐỘNG CỦA BĐKH TỚI LƯỢNG MƯA MỘT NGÀY LỚN NHẤT 3.1 Lựa chọn kịch BĐKH Bộ Tài nguyên M ôi trường công bố kịch BĐKH nước biển dâng cho Việt Nam vào năm 2012 Kịch B2 khuyến nghị sử dụng cho Việt Nam cho thấy, đến cuối kỷ 21, lượng mưa năm trung bình tồn tỉnh Quảng Nam Đà Nẵng có xu tăng khoảng 3-6%, lượng mưa ngày lớn tăng khoảng 20-50% Đây kết lấy trung bình hố cho tồn tỉnh trung bình hố mơ hình khí hậu khác Do lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn trải rộng từ miền núi cao đến đồng ven biển nên có biến động mạnh mẽ lượng mưa theo không gian thời gian Việc lấy kết trung bình hoá thay đổi lượng mưa cho vùng cụ thể nhỏ lưu vực hồ A Vương dẫn đến sai số lớn Để tính tốn ảnh hưởng BĐKH đến dòng chảy lũ thiết kế hồ A Vương, liệu đầu vào phải lấy chi TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 29 - 2015 KHOA HỌC tiết đến trạm mưa lân cận mà cụ thể trạm Hiên trạm Đà Nẵng Kịch phát thải khí nhà kính SRES (Special Report on Emission Scenarios) thay kịch RCP (Representative Concentration Pathways) theo báo cáo tổng hợp thứ (AR5) IPCC Có kịch RCP mơ tả phát thải khí nhà kính, nồng độ khí quyển, phát thải chất ô nhiễm sử dụng đất khác kỷ 21.RCP2.6 nhóm kịch phát triển thuộc loại thấp, RCP4.5 RCP6.0 nhóm kịch phát triển ổn định trung bình, cịn RCP8.5 thuộc loại cao M hình khí hậu tồn cầu (GCM ) HadGEM 2o AO Anh có kích thước lưới 1.875 x o 1.25 mơ đặc trưng khí tượng theo kịch BĐKH M hình khí hậu vùng HadGEM 3-RA (RCM ) có kích thước mơ nhỏ 0,44o xấp xỉ 50km với biên đầu vào từ mơ hình HadGEM 2-AO Phạm vi mơ phỏngcủa mơ hình vùng bao trùm vùng Đơng Á, Ấn Độ Tây Thái Bình Dương có tồn lãnh thổ Việt Nam Số liệu đầu mơ hình đặc trưng khí tượng thời đoạn ngày từ năm 2006 đến 2100 theo kịch RCP4.5 RCP8.5 đáp ứng yêu cầu nghiên cứu nên kết mơ hình lựa chọn kết mô biến đổi khí hậu theo kịch khác Dữ liệu mơ hình HadGEM 3-RA bao gồm chuỗi số liệu mưa ngày mô giai đoạn 1950-2005, chuỗi số liệu mưa ngày mô theo kịch RCP 4.5 RCP 8.5 từ 2006-2100 3.2 Chi tiết hoá đặc trưng mưacho lưu vực hồ A Vương 3.2.1 Phương pháp thống kê chi tiết hoá Dữ liệu đầu mơ hình khí hậu tồn cầu hay mơ hình khí hậu vùng thường khơng thể sử dụng trực tiếp làm đầu vào cho mơ CƠNG NGHỆ hình thuỷ văn có sai khác đặc trưng khí hậu thực đo vùng hay trạm với kết tương ứng mơ hình khí hậu Các phương pháp thống kê sử dụng nhằm chi tiết hoá kết trạm đo để loại bỏ sai khác nêu Ines Hansen (2006) đề xuất hàm chuyển đổi để hiệu chỉnh cường độ mưa Theo đó, phân bố cường độ mưa mơ hình khí hậu tồn cầu FI,RCM(x) hiệu chỉnh cách ánh xạ vào phân bố cường độ mưa thực đo Fi,obs(x) Lượng mưa sau hiệu chỉnh x’ ngày thứ i tính tốn theo cơng thức: (1) Trong đó, giá trị ngưỡng mưa sử dụng nhằm hiệu chỉnh số ngày mưa năm đặc trưng thống kê chuỗi mưa lượng trung bình tháng, năm phù hợp lượng mưa đo đạc trạm đo lượng mưa mơ mơ hình 3.2.2 Chi tiết hoá lượng mưa cho trạm Hiên Đà Nẵng Từ mơ hình khí hậu vùng HadGEM 3-RA, liệu ô lưới chứa trạm mưa Hiên Đà Nẵng trích xuất từ năm 1979 đến 2005 nhằm đánh giá mối quan hệ liệu thô RCM liệu thực đo Từ đó, nghiên cứu tiến hành hiệu chỉnh sai số với chuỗi thực đo áp dụng bước hiệu chỉnh tương tự với chuỗi giá trị tương ứng theo kịch RCP4.5 RCP8.5 từ năm 2006 đến năm 2100 Kết phân phối lượng mưa năm đường trình lượng mưa năm cho trạm đo Đà Nẵng Hiên theo kịch RCP4.5 RCP8.5 thể hình hình 4.Từ hình cho thấy, tháng mùa mưa, đặc biệt tháng 10 tháng 11 kịch có xu tăng lượng mưa tháng mùa kiệt có xu giảm.Với q trình lượng mưa năm (hình 4) nhận thấy kịch RCP4.5, giai đoạn 2040-2060 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 29 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ lượng mưa năm có xu giảm nhẹ so với thời kỳ 1979 - 2005 Đến giai đoạn 20612080, lượng mưa năm giảm mạnh tăng nhẹ giai đoạn 2081-2100 so với thời kỳ Đối với kịch RCP8.5, lượng mưa năm có xu tăng thời kỳ Giai đoạn 2041-2060, lượng mưa năm tăng nhẹ so với thời kỳ tăng mạnh vào giai đoạn 2061 – 2080, s au có xu hướng tiếp tục tăng nhẹ giai đoạn 2081-2100 Hình Phân bố mưa năm Đà Nẵng Hiên Hình Quá trình lượng mưa năm Đà Nẵng Hiên XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY LŨ THIẾT KẾ HỒ A VƯƠNG đơn vị giờ, ngày (bảng 1) xác định dựa công thức: 4.1 Phương pháp xác định dòng chảy lũ thiết kế RT = R24( T/24) (2) Trong đó: RT : Lượng mưa thời gian T Dòng chảy lũ thiết kế hồ tính tốn theo phương pháp đường đơn vị [5]dựa số liệu đo mưa ngày lớn trạm Hiên Đà Nẵng với lượng mưa thời khoảng 1/3 R24: Lượng mưa 24 T: Thời gian (giờ) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 29 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Đường đơn vị cho tuyến đập A Vương Bảng 2.Mưa ngày max lưu lượng đỉnh lũ thiết kế hồ A Vương Thời gian Lưu lượng Thời Lưu (giờ) (m /s) gian(giờ) lượng(m3/s) 0.00 22 1.90 1.90 24 1.10 7.67 26 0.50 15.2 28 0.30 17.9 30 0.20 10 15.8 32 0.15 12 11.7 34 0.12 14 8.10 36 0.10 16 5.50 38 0.10 18 3.70 40 0.10 20 2.60 P (%) 0.1 0.5 10 XĐà Nẵng 632 524 477 403 368 320 (mm) XHiên 694 557 500 410 368 311 (mm) Qmaxp 7120 5730 4980 4050 3600 3020 (m /s) 4.2 Xác định dòng chảy lũ thiết kếtheo kịch BĐKH Để xác định dòng chảy lũ thiết kế theo kịch BĐKH, nghiên cứu tiến hành xây dựng đường tầnsuất lượng mưa ngày max trạm Hiên Đà Nẵng theo kịch RCP 4.5 RCP8.5 (hình 5) Kết tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmaxp trình bày bảng F C 02 08 © Ngh ei mT ei n L am FFC 20 ©Ng h ei mTie n L am ĐƯỜNG TẦN SUẤT LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT TRẠM Đ À NẴNG KỊCH BẢN RCP 4.5 1310 ĐƯỜN G TẦN SU ẤT LƯỢNG MƯA NGÀ YLỚN NHẤ TT RẠM H IÊN KỊC H BẢN RC P 4.5 92 Kinh nghi em TB=248 22, C v=0 60, C s=0 90 1210 K ni hng hiệm T B=19 2.20 , Cv=0 70, C s=1 04 82 Ket qua tan suat l yl uan TB=248 22, C v=0 60, C s=1 30 1110 K ết t ầns uất l ýul ận T B=19 2.20 , Cv=0 55, C s=1 30 72 1010 910 62 L ợ n g m a (m m) L ợ n g m a (m m) 810 710 610 52 42 510 32 410 310 22 210 12 110 10 01 0.1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 99 99 Tần suất , P(%) F C 02 08 © Ngh ei mT ei n L am 20 01 99 99 1 10 20 30 40 F C 02 08 © Ngh ei mT ei n L am ĐƯỜNG TẦN SUẤT LƯỢNG MƯA1 NGÀY LỚNNH ẤT TRẠ M ĐÀ NẴNG KỊC HBẢ NR CP 8.5 50 60 70 80 90 99 9 99 99 Tầ ns uất , P(%) ©F F C ©FFC2 ĐƯỜNG TẦN SUẤT LƯỢNG M ƯA NGÀY LỚN TRẠM HIÊ NKỊC H BẢN RCP 8.5 1130 1230 Kinh nghi ệm TB=250 86, C v=0 61, C s=1 06 1130 Kinh nghi ệm TB=221 99, C v=0 71, C s=0.7 1030 Kết ầt n suất l ýl uận TB=250 86, C v=0 57, C s=1 30 1030 Kết nht oán tần suất l ýul ận TB=221 99, C v=0 55, C s=1.3 930 930 830 830 L ợ n g mư a (m m) L ợ n g m a( m m) 730 730 630 530 630 530 430 430 330 330 230 230 130 130 30 01 0.1 10 20 30 40 50 60 Tần suất , P( %) 70 80 90 99 99 99 99 ©F F C 30 01 0.1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 99 99 Tần suất , P(%) 99 99 ©F F C Hình Đường tần suất X1max trạm Hiên Đà Nẵng theo kịch RCP4.5 RCP8.5 Kết tính tốn lượng mưa ngày lớn thiết kế hồ theo kịch sau: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 29 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng 3: Lượng mưa ngày lớn theo trạng Kịch Bản BĐKH (mm) Kịch Hiện trạng RCP 4.5 RCP 8.5 P(%) Đà Nẵng Hiên Đà Nẵng Hiên Đà Nẵng Hiên 0.1 632 694 994 722 967 834 0.5 524 557 808 589 788 681 477 500 726 532 710 614 403 410 595 439 584 507 368 368 533 394 524 455 10 320 311 446 333 441 384 Bảng S o sánh lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo trạng kịch BĐKH P (%) Qmaxp (m3/s) Qmaxp (m3/s) Qmaxp (m3/s) Kịch Hiện trạng RCP 4.5 RCP 8.5 0.1 7120 9210 9671 0.5 730 7398 7778 Có thể thấy, lưu lượng đỉnh lũ thiết kế kịch tăng, với kịch RCP4.5 có mức độ tăng trung bình 25 - 30%, cịn kịch RCP8.5 có mức độ tăng trung bình 30-35% tuỳ tần suất Hệ số biến thiên Cv nhìn chung thay đổi trạng kịch RCP4.5 giảm gần 20% so với kịch RCP8.5 Hệ số thiên lệch Cs có thay đổi tương tự KẾT LUẬN Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tác động BĐKH cho hồ chứa AVương Kết ban đầu biến động lượng mưa, đặc biệt lượng mưa ngày lớn phù hợp với kịch Bộ Tài nguyên M ôi trường công bố 980 6402 6737 050 5140 5427 600 4535 4789 10 020 3723 3942 Lưu lượng đỉnh lũ tăng từ 25% đến 35% Kết tính tốn dừng mức độ xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế mà chưa đề cập đến đường trình lũ chưa xem xét đến tác động BĐKH đến điều kiện mặt đệm yếu tố ảnh hưởng đến trình lũ Bài báo kết phần nghiên cứu thuộc đề tài “Nghiên cứu sở khoa học đề xuất tiêu chuẩn thiết kế lũ, đê biển điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng Việt Nam giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại”, M ã số:BĐKH 61 Những hạn chế nêu nhóm tác giả tiếp tục giải nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IPCC, Fifth Assessment Report (AR5) – Climate Change, 2014 [2] Bộ Tài nguyên M ôi trường, kịch Biến đổi khí hậu nước biển dâng, 2012 [3] Bộ Thuỷ Lợi, Quy phạm Thuỷ lợi C6-77, 1979 [4] Ines Hansen, Bias correction of daily GCM rainfall for crop simulation studies, Agricultural and Forest M eteorology, 138, p44-53, 2006 [5] PECC2, Dự án thuỷ điện A Vương, TKKT – Quyển 3: KTTV, 2003 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 29 - 2015 ... lệch Cs có thay đổi tương tự KẾT LUẬN Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tác động BĐKH cho hồ ch? ?a AVương Kết ban đầu biến động lượng m? ?a, đặc biệt lượng m? ?a ngày... đỉnh lũ tăng từ 25% đến 35% Kết tính tốn dừng mức độ xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế mà ch? ?a đề cập đến đường trình lũ ch? ?a xem xét đến tác động BĐKH đến điều kiện mặt đệm yếu tố ảnh hưởng đến. .. quan tư vấn thiết kế sử dụng để tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế hồ A Vương, lưu vực lớn khơng có dịng chảy thực đo Nghiên cứu sử dụng phương pháp để mô thay đổi dòng chảy lũ từ m? ?a tương lai