Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt lưu vực sông nhật lệ, tỉnh quảng bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC NGUYỄN XUÂN HẬU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NGẬP LỤT LƯU VỰC SƠNG NHẬT LỆ, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC NGUYỄN XUÂN HẬU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NGẬP LỤT LƯU VỰC SƠNG NHẬT LỆ, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chương trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phan Văn Tân Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, khơng chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải ấn phẩm, tạp chí trang web trích dẫn đầy đủ, số liệu sử dụng số liệu điều tra thống Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Hậu LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành Khoa sau đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội hướng dẫn GS.TS Phan Văn Tân Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, người ln tận tình quan tâm hướng dẫn suốt q trình học tập hồn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Khoa sau đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội, gia đình ln hết lịng chăm lo, quan tâm tạo điều kiện tốt cho tác giả trình học tập nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, PGS.TS Trần Văn Ý đồng nghiệp Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp khoa học quý báu PGS TS Tomohiko Tomita, Đại học Kumamoto, TS Nguyễn Văn Hiệp, Viện Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu, PGS.TS Trần Ngọc Anh, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH QGHN Để thực luận văn, tác giả nhận hỗ trợ tài từ chương trình học bổng thạc sỹ Đại học Nairobi IDRC "Innovative Application of ICTs in Addressing Water-related Impacts of Climate Change" nhận hỗ trợ mơ hình hóa khí hậu khu vực từ Dự án DANIDA, mã số 11-P04-VIE “Climate ChangeInduced Water Disaster and Participatory Information System for Vulnerability Reduction in North Central Vietnam” GS.TS Phan Văn Tân làm chủ nhiệm Xin trân trọng cảm ơn ! Hà nội, tháng 12/2014 Nguyễn Xuân Hậu MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề đánh giá tác động biến đổi khí hậu 1.2 Vấn đề đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến lũ lụt 1.3 Đánh giá tác động BĐKH đến lũ lụt Việt Nam 13 1.4 Giới thiệu vùng nghiên cứu 14 1.5 Tình hình lũ lụt hệ thống sơng Nhật Lệ 16 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ NGUỒN SỐ LIỆU .20 2.1 Đặt toán 20 2.2 Nguồn số liệu 23 2.2.1 Số liệu khí tượng thủy văn 23 2.2.2 Cơ sở liệu GIS 25 2.3 Cách tiếp cận phương pháp luận 27 2.3.1 Cách tiếp cận đánh giá tác động BĐKH 27 2.3.2 Phương pháp luận 28 2.4 Phương pháp nghiên cứu 29 2.4.1 Phương pháp xây dựng đồ ngập lụt 29 2.4.2 Phương pháp hạ quy mơ mơ hình khí hậu 32 2.4.3 Phương pháp thống kê 33 2.4.4 Phương pháp tính tốn lượng mưa lưu vực 36 2.4.5 Phương pháp tính toán lượng tổn thất 38 2.4.6 Phương pháp tính tốn dịng chảy trực tiếp 41 2.4.7 Phương pháp tính tốn dịng chảy sở 43 2.4.8 Phương pháp diễn tốn lũ sơng 46 -i- 2.4.9 Phương pháp tính tốn độ cao bề mặt nước 51 2.4.10 Phương pháp Viễn thám GIS 55 CHƯƠNG 3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình 57 3.1.1 Kết hiệu chỉnh 58 3.1.2 Kết kiểm định 59 3.2 Biến đổi lượng mưa 62 3.3 Biến đổi dòng chảy lũ 65 3.4 Biến đổi diện tích độ sâu ngập lụt 68 3.5 Thảo luận 74 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 83 -ii- DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình 1.2 Các thảm họa tự nhiên giới, 1980-2010 Phân bố dạng thiên tai Việt Nam Hình 1.3 Biến đổi tần suất lũ lụt toàn cầu Hình 1.4 Vùng nghiên cứu lưu vực sông Nhật Lệ 14 Hình 2.1 Mơ hình độ cao địa hình lưu vực sơng Nhật Lệ 26 Hình 2.2 Khung đánh giá tác động BĐKH 28 Hình 2.3 Phương pháp luận áp dụng cho nghiên cứu 29 Hình 2.4 Quy trình xây dựng đồ ngập lụt 31 Hình 2.5 Xu tập trung khí nhà kính theo kịch RCP 33 Hình 2.6 Lưới đa giác Thiesen lưu vực Nhật Lệ 37 Hình 2.7 Quy trình thủy văn áp dụng HEC-HMS 38 Hình 2.8 Đường cong dịng chảy CN lưu vực sơng Nhật Lệ 40 Hình 2.9 Đường trình đơn vị tổng hợp SCS: 42 Hình 2.10 Đường q trình dịng chảy trận mưa rào phương pháp xác định dòng chảy sở 44 Hình 2.11 Phương pháp đường thẳng xác định dòng chảy sở từ đường lưu lượng sông trạm Kiến Giang (01-08 tháng 11 năm 1999) 45 Hình 2.12 Các thành phần phương trình cân lượng hai mặt cắt 52 Hình 2.13 Hệ thống liệu hình học phân tích thủy lực 54 Hình 2.14 Dữ liệu dịng chảy cho phân tích dịng chảy ổn định chiều HEC-RAS 55 Hình 3.1 Giản đồ tụ điểm Q tính tốn quan trắc trạm Kiến Giang, năm 1976 58 -iii- Hình 3.2 Đường trình lưu lượng quan trắc tính tốn trạm Kiến Giang, năm 1999 (hệ số NSE đạt 0.77) 58 Hình 3.3 Giản đồ tụ điểm Q quan trắc tính tốn trạm Kiến Giang, năm 1999 (hệ số tương quan R=0.92) 59 Hình 3.4 Đường trình lưu lượng quan trắc tính tốn trạm Kiến Giang, năm 1999 (chỉ số NSE đạt 0.83) 59 Hình 3.5 Mơ lại tình trạng ngập lụt trận lũ năm 1999 (trên ảnh vệ tinh Landsat chụp ngày 11/11/1999) 60 Hình 3.6 Kết so sánh diện ngập xã vùng lũ năm 1999 61 Hình 3.7 Diện ngập theo tính toán (a) vệ tinh Landat (b) ngày 11/11/1999 61 Hình 3.8 Sự biến đổi Rx1day Rx3day so với thời kỳ chuẩn (tính trung bình lưu vực) 62 Hình 3.9 Sự biến đổi (% chênh lệch) theo không gian Rx3day so với thời kỳ chuẩn (tính trung bình giai đoạn) 63 Hình 3.10 Đường phân bố tần suất lượng mưa ngày cực đại (tính trung bình lưu vực) 64 Hình 3.11 Sự biến đổi (% chênh lệch) theo không gian Rx3day tần suất 1% so với thời kỳ chuẩn (tính trung bình giai đoạn) 65 Hình 3.12 Mức độ gia tăng theo tần suất 10%, 2% 1%: (a) lượng mưa ngày cực đại; (b) lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ cửa lưu vực 66 Hình 3.13 Sự biến đổi (% chênh lệch) theo khơng gian lưu lượng dịng chảy đỉnh lũ phụ lưu với tần suất 1% so với thời kỳ chuẩn 67 Hình 3.14 Lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ cửa lưu vực theo tần suất 68 Hình 3.15 Sự biến đổi diện tích ngập < 5m (đồ thị phía dưới) >6m (đồ thị phía trên) so với thời kỳ chuẩn 70 Hình 3.16 RCP4.5 Diện độ sâu ngập lụt cuối kỷ 21 kịch RCP8.5 với tần suất 10% 71 -iv- Hình 3.17 RCP4.5 Hình 3.18 Diện độ sâu ngập lụt cuối kỷ 21 kịch RCP8.5 với tần suất 2% 72 Diện độ sâu ngập lụt cuối kỷ 21 kịch RCP4.5 RCP8.5 với tần suất 1% 73 Hình Đường quan hệ Q-H năm 1976 83 Hình Xu giảm mạnh tổng lượng mưa năm ngày ẩm ướt PRCPTOT, hệ số gốc (đường phương trình hồi quy tuyến tính) a=-4.474 Hình Xu tăng nhẹ lượng mưa lớn ngày R1day, hệ số góc 84 a=0.672 Hình 85 Xu tăng mạnh tổng lượng mưa ngày ẩm ướt R99, hệ số góc a=3.115 85 Hình Xu biến đổi mực nước lớn năm trạm Kiến Giang 86 Hình Xu biến đổi mực nước lớn năm trạm Lệ Thủy 86 Hình Xu biến đổi mực nước lớn năm trạm Đồng Hới 87 Hình Lưu lượng dịng chảy cửa (cửa Nhật Lệ) ứng với tần suất 1%, 2% 10% lưu vực ứng với thời kỳ chuẩn (trục x thời gian ngày xảy trận lũ giả định thời kỳ chuẩn) Hình 87 Lưu lượng dòng chảy cửa Nhật Lệ ứng với tần suất 1%, 2% 10% lưu vực ứng với giai đoạn kỷ 21 (trục x thời gian ngày xảy trận lũ giả định giai đoạn kỷ 21) Hình 10 88 Lưu lượng dịng chảy cửa Nhật Lệ ứng với tần suất 1%, 2% 10% lưu vực ứng với giai đoạn cuối kỷ 21 (trục x thời gian ngày xảy trận lũ giả định giai đoạn cuối kỷ 21) -v- 88 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thống kê thiệt hại gây lũ lụt số trận lụt lịch sử Quảng Bình 16 Bảng 2.1 Kịch nước biển dâng IPCC 25 Bảng 2.2 Các thành phần quy trình xây dựng đồ ngập lụt .32 Bảng 2.3 Tổng kết hệ phương trình Saint Venant 47 Bảng 2.4 Thông số cho phương pháp Muskingum-Cunge lưu vực sông Nhật Lệ 51 Bảng 3.1 Tổng hợp kết tính toán mức biến đổi lượng mưa, lưu lượng diện ngập kịch BĐKH 69 Bảng 3.2 Thống kê độ sâu ngập tính tốn mức độ biến đổi diện ngập 69 Bảng Thống kê diện ngập trận lũ tháng 11 năm 1999 83 -vi- 1965 Hình Xu biến đổi mực nước lớn năm trạm Lệ Thủy -86- 250 Hmax năm trạm Đồng Hới giai đoạn 1965-2012 Hmax y = 1,1846x + 102,03 200 Linear (Hmax) 100 50 2011 2007 2005 2003 2001 1999 1997 1995 1993 1991 1989 1987 1985 1983 1981 1979 1977 1975 1973 1971 1969 1965 1967 Mực nước (cm) R² = 0,1941 150 Hình Xu biến đổi mực nước lớn năm trạm Đồng Hới Hình Lưu lượng dòng chảy cửa (cửa Nhật Lệ) ứng với tần suất 1%, 2% 10% lưu vực ứng với thời kỳ chuẩn (trục x thời gian ngày xảy trận lũ giả định thời kỳ chuẩn) -87- Hình Lưu lượng dòng chảy cửa Nhật Lệ ứng với tần suất 1%, 2% 10% lưu vực ứng với giai đoạn kỷ 21 (trục x thời gian ngày xảy trận lũ giả định giai đoạn kỷ 21) Hình 10 Lưu lượng dòng chảy cửa Nhật Lệ ứng với tần suất 1%, 2% 10% lưu vực ứng với giai đoạn cuối kỷ 21 (trục x thời gian ngày xảy trận lũ giả định giai đoạn cuối kỷ 21) -88- ... ĐẠI HỌC NGUYỄN XUÂN HẬU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NGẬP LỤT LƯU VỰC SƠNG NHẬT LỆ, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chương... lựa chọn đề tài "Đánh giá tác động BĐKH đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình" nhằm góp phần làm sáng tỏ vài khía cạnh tác động BĐKH đến ngập lụt lưu vực sông Nhật Lệ Mục tiêu chủ... 1.1 Vấn đề đánh giá tác động biến đổi khí hậu 1.2 Vấn đề đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến lũ lụt 1.3 Đánh giá tác động BĐKH đến lũ lụt Việt Nam 13 1.4 Giới thiệu vùng