Nghiên cứu sự biến đổi các đặc trưng thủy văn dòng chảy thiết kế một số lưu vực sông suối chính trên địa bàn tỉnh kon tum trong bối cảnh biến đổi khí hậu

LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu thực luận văn, tác giả nhận hướng dẫn khoa học tận tình TS Đỗ Hồi Nam, PGS.TS Nguyễn Mai Đăng góp ý chuyên môn quý báu thầy cô giáo khoa Thủy văn học Tài nguyên nước-Trường Đại học Thủy lợi Tác giả gửi lời cảm ơn đến Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Động lực sông biển – Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam chia sẻ mơ hình Mike-NAM số liệu khí tượng thủy văn liên quan; Trường Cao đẳng Thủy lợi Thangone Bộ Nơng nghiệp Lâm nghiệp - Cộng hịa Dân chủ Nhân dân Lào giúp đỡ thực luận văn Do trình độ, kinh nghiệm thời gian nghiên cứu cịn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp quý độc giả Cuối vô quan trọng, tác giả chân thành cám ơn ủng hộ, chia sẻ người thân gia đình, giúp đỡ quý báu đồng nghiệp bạn bè suốt trình thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 07 tháng 07 năm 2017 Tác giả luận văn BOONSY SITTHIDETH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn sản phẩm nghiên cứu riêng cá nhân Các số liệu kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố trước Tất trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 07 tháng 07 năm 2017 Tác giả luận văn BOONSY SITTHIDETH ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH V DANH MỤC BẢNG VII DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT IX MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan chung tác động BĐKH đến lưu vực sơng 1.2 Tình hình nghiên cứu biến đổi đặc trưng thủy văn, dòng chảy lưu vực sông bối cảnh BĐKH 1.2.1 Các nghiên cứu giới .5 1.2.2 Các nghiên cứu Việt Nam .8 1.3 Giới thiệu khu vực nghiên cứu .11 1.3.1 Vị trí địa lý 11 1.3.2 Đặc điểm địa hình .12 28 1.3.3 Đặc điểm địa chất .13 28 1.3.4 Đặc điểm khí tượng, khí hậu 14 1.3.5 Đặc điểm thủy văn, dòng chảy 21 1.3.6 Mạng lưới trạm khí tượng, thủy văn 23 Kết luận chương .27 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU 29 2.1 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu tác động BĐKH .29 2.2 Mơ hình khí hậu có độ phân giải siêu cao 29 2.3 Mơ hình thủy văn Mike-NAM 32 2.3.1 Giới thiệu mơ hình 33 iii 2.3.2 Cấu trúc mơ hình 34 2.3.3 Hiệu chỉnh thơng số mơ hình 38 2.3.4 Điều kiện ban đầu 39 2.4 Mơ hình Mike-NAM thiết lập cho lưu vực Pô Kô 39 2.4.1 Tài liệu sử dụng 39 2.4.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mơ mơ hình 41 2.4.3 Hiệu chỉnh mơ hình 41 2.4.4 Kiểm định mơ hình 43 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN, DỊNG CHẢY THIẾT KẾ LƯU VỰC SƠNG PƠ-KƠ 45 3.1 Xác định đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế cho giai đoạn sở (19892008) 45 3.1.1 Mơ dịng chảy cho giai đoạn sở 45 3.1.2 Các đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế giai đoạn sở (1989-2008) 47 3.2 Xác định đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế cho giai đoạn trung hạn (2020-2039) 51 3.3 Xác định đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế cho giai đoạn trung hạn (2080-2099) 52 3.4 Đánh giá biến đổi đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế 53 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 61 BÀI BÁO KHOA HỌC 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 68 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ vị trí lưu vực sơng Pơ Kơ 11 Hình Lưới trạm khí tượng khu vực thượng lưu sơng Dak Bla .24 Hình Bản đồ lưới trạm thủy văn khu vực thượng lưu sơng Dak Bla 25 Hình 2.1 Minh họa mơ hình AGCM3.2S (Nguồn: MRI) 30 Hình 2 Sơ đồ mơ tả cấu trúc mơ hình NAM 35 Hình Chia lưu vực Pơ Kơ phương pháp đa giác Theisson 40 Hình Kết hiệu chỉnh mơ hình mưa dịng chảy cho lưu vực sơng Pơ Kơ .42 Hình Kết kiểm định thơng số mơ hình mưa dịng chảy cho lưu vực Pơ Kơ .43 Hình Điểm lưới mơ hình AGCM3-2S 46 Hình 3.2 Đường tần suất dịng chảy năm thiết kế giai đoạn sở 50 Hình 3 Đường tần suất dịng chảy lũ thiết kế giai đoạn sở 50 Hình Đường tần suất dịng chảy năm thiết kế giai đoạn trung hạn 51 Hình Đường tần suất dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn trung hạn 52 Hình Đường tần suất dòng chảy năm thiết kế giai đoạn dài hạn 53 Hình Đường tần suất dòng chảy năm thiết kế giai đoạn dài hạn 53 Hình Biến đổi lượng mưa trung bình nhiều năm giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 55 Hình Biến đổi lượng mưa ngày max (R1d_max) giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 55 Hình 10 Biến đổi lượng mưa ngày max (R3d_max) giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) .56 Hình 11 Biến đổi lượng mưa ngày max (R5d_max) giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) .56 v Hình 12 Biến đổi số ngày hạn liên tục (CDD_max) giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 57 Hình 3.13 Biến động lượng mưa (Hình trên) dịng chảy (Hình dưới) bình qn nhiều năm thời kỳ khí hậu trung hạn dài hạn so với giai đoạn chuẩn 58 Hình 3.14 Biến đổi dịng chảy năm thiết kế giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 59 Hình 3.15 Biến đổi dịng chảy lũ thiết kế giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 60 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Đặc trưng hình thái sơng Pơ Kơ Kon Tum .12 Bảng Đặc trưng nhiệt độ số trạm Kon Tum .15 Bảng Độ ẩm (%) trung bình tháng, năm trạm Kon Tum 16 Bảng Tổng số nắng (giờ) số nắng trung bình trạm Kon Tum .17 Bảng Tổng lượng bốc (mm) ống Piche trạm Kon Tum 17 Bảng Đặc trưng tốc độ gió (m/s) trạm trạm Kon Tum .18 Bảng Lượng mưa năm bình quân nhiều năm trạm Kon Tum 19 Bảng Phân bố lượng mưa (mm) theo mùa trạm Kon Tum 20 Bảng Phân bố lượng mưa (mm) theo tháng năm trạm Kon Tum .20 Bảng 10 Khả xuất lũ lớn (%) năm vào tháng mùa lũ 22 Bảng 11 Mạng lưới trạm khí tượng địa bàn tỉnh Kon Tum vùng lân cận 23 Bảng 12 Mạng lưới trạm thủy văn địa bàn tỉnh Kon Tum vùng lân cận .26 Bảng Mô hình NAM đơn bao gồm thơng số cần hiệu chỉnh 38 Bảng 2 Kết tính tốn trọng số mưa lưu vực Pơ Kơ 40 Bảng Thông số hiệu chỉnh mơ hình .42 Bảng Đánh giá sai số mơ hình .43 Bảng Đánh giá sai số kiểm định mơ hình [29] 44 Bảng Các đặc trưng thủy văn dòng chảy thiết kế giai đoạn sở 49 Bảng Kết xác định dòng chảy năm thiết kế giai đoạn sở 49 Bảng 3 Kết xác định dòng chảy lũ thiết kế lưu vực giai đoạn sở 50 Bảng Đặc trưng thủy văn dòng chảy thiết kế gian đoạn trung hạn 51 vii Bảng Dòng chảy năm thiết kế giai đoạn trung hạn 51 Bảng Dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn trung hạn 51 Bảng Đặc trưng thủy văn dòng chảy thiết kế gian đoạn dài hạn 52 Bảng Dòng chảy năm thiết kế giai đoạn dài hạn 52 Bảng Dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn dài hạn 52 Bảng 10 Biến đổi (%) đặc trưng dòng chảy giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 59 Bảng 11 Biến đổi (%) dòng chảy năm thiết kế giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 59 Bảng 12 Biến đổi (%) dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn trung dài hạn so với giai đoạn sở (1989-2008) 59 viii DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu DEM : Mơ hình cao độ số GIS : Hệ thống thông tin địa lý IPCC : Ban liên phủ BĐKH LVS : Lưu vực sơng NNK : Những người khác SREX : Báo cáo quản lý rủi ro thiên tai tượng cực đoan nhằm thúc đẩy thích ứng với BĐKH ix Q max Đặc trưng thống kê Đơn vị Giá trị Độ dài chuỗi 20 Giá trị nhỏ 380.12 m³/s Giá trị lớn 2424.26 m³/s Giá trị trung bình 1092.09 m³/s Hệ số phân tán CV 0.52 Hệ số thiên lệch CS 0.91 Thứ tự Thời gian 1989 Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 755.83 61.90 13 1990 967.85 47.62 10 1991 695.64 76.19 16 1992 717.85 71.43 15 1993 476.35 90.48 19 1994 981.35 42.86 74 Thứ tự Thời gian 1995 Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 938.49 52.38 11 1996 788.46 57.14 12 1997 565.31 80.95 17 10 1998 2007.21 9.52 11 1999 1036.44 38.10 12 2000 1756.39 19.05 13 2001 1732.70 23.81 14 2002 1284.82 28.57 15 2003 1787.39 14.29 16 2004 2424.26 4.76 17 2005 380.12 95.24 20 18 2006 515.13 85.71 18 19 2007 752.40 66.67 14 20 2008 1277.88 33.33 Đặc trưng thống kê Đơn vị Giá trị Giá trị trung bình 1092.09 m³/s Hệ số phân tán CV 0.52 Hệ số thiên lệch CS 0.91 75 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 4407.13 10000.000 0.10 3612.14 1000.000 0.20 3366.40 500.000 0.33 3186.26 303.030 0.50 3034.81 200.000 1.00 2777.33 100.000 1.50 2623.31 66.667 2.00 2512.17 50.000 3.00 2352.46 33.333 10 5.00 2144.97 20.000 11 10.00 1848.20 10.000 12 20.00 1524.16 5.000 13 25.00 1410.80 4.000 14 30.00 1313.44 3.333 15 40.00 1148.00 2.500 16 50.00 1005.18 2.000 17 60.00 873.10 1.667 18 70.00 742.98 1.429 19 75.00 675.79 1.333 20 80.00 604.95 1.250 21 85.00 527.52 1.176 22 90.00 437.69 1.111 23 95.00 319.35 1.053 24 97.00 251.44 1.031 25 99.00 141.03 1.010 26 99.90 0.13 1.001 27 99.99 -76.95 1.000 76 Phụ lục 1.6 Đường tần suất dòng chảy năm thiết kế giai đoạn trung hạn Q max Đặc trưng thống kê Đơn vị Giá trị Độ dài chuỗi 20 Giá trị nhỏ 150.40 m³/s Giá trị lớn 265.15 m³/s Giá trị trung bình 196.83 m³/s Hệ số phân tán CV 0.18 Hệ số thiên lệch CS 0.73 Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 2020 163.26 80.95 17 2021 150.40 95.24 20 2022 173.20 71.43 15 2023 161.04 85.71 18 Thứ tự Thời gian 77 Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 2024 179.28 61.90 13 2025 200.00 38.10 2026 180.87 57.14 12 2027 232.70 19.05 2028 154.67 90.48 19 10 2029 164.18 76.19 16 11 2030 178.61 66.67 14 12 2031 214.87 33.33 13 2032 265.15 4.76 14 2033 181.49 52.38 11 15 2034 261.16 9.52 16 2035 217.56 28.57 17 2036 258.91 14.29 18 2037 217.78 23.81 19 2038 187.53 47.62 10 20 2039 193.94 42.86 Thứ tự Thời gian Đặc trưng thống kê Đơn vị Giá trị Giá trị trung bình 196.83 Hệ số phân tán CV 0.18 Hệ số thiên lệch CS 0.73 78 m³/s Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 388.25 10000.000 0.10 344.60 1000.000 0.20 330.93 500.000 0.33 320.86 303.030 0.50 312.34 200.000 1.00 297.77 100.000 1.50 288.99 66.667 2.00 282.62 50.000 3.00 273.42 33.333 10 5.00 261.36 20.000 11 10.00 243.91 10.000 12 20.00 224.50 5.000 13 25.00 217.61 4.000 14 30.00 211.64 3.333 15 40.00 201.37 2.500 16 50.00 192.38 2.000 17 60.00 183.92 1.667 18 70.00 175.45 1.429 19 75.00 171.01 1.333 20 80.00 166.26 1.250 21 85.00 161.00 1.176 22 90.00 154.79 1.111 23 95.00 146.36 1.053 24 97.00 141.37 1.031 25 99.00 132.92 1.010 26 99.90 121.20 1.001 27 99.99 113.87 1.000 79 Phụ lục 1.7 Đường tần suất dòng chảy lũ giai đoạn trung hạn Q max Đặc trưng thống kê Đơn vị Giá trị Độ dài chuỗi 20 Giá trị nhỏ 370.46 m³/s Giá trị lớn 2453.79 m³/s Giá trị trung bình 1082.45 m³/s Hệ số phân tán CV 0.59 Hệ số thiên lệch CS 1.13 Thứ tự Thời gian Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 2020 672.56 66.67 14 2021 370.46 95.24 20 2022 795.76 57.14 12 2023 595.50 80.95 17 2024 763.89 61.90 13 2025 1227.62 28.57 2026 845.43 52.38 11 80 2027 1881.22 19.05 2028 847.81 47.62 10 10 2029 536.12 85.71 18 11 2030 621.67 76.19 16 12 2031 1008.11 38.10 13 2032 2165.69 14.29 14 2033 413.96 90.48 19 15 2034 2321.08 9.52 16 2035 1120.55 33.33 17 2036 2453.79 4.76 18 2037 1464.08 23.81 19 2038 880.06 42.86 20 2039 663.61 71.43 15 Đặc trưng thống kê Giá trị Giá trị trung bình Đơn vị 1082.45 Hệ số phân tán C V 0.59 Hệ số thiên lệch C S 1.13 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 5152.92 10000.000 0.10 4123.18 1000.000 0.20 3809.21 500.000 0.33 3580.54 303.030 0.50 3389.34 200.000 1.00 3066.64 100.000 1.50 2875.14 66.667 2.00 2737.73 50.000 81 3.00 2541.48 33.333 10 5.00 2288.84 20.000 11 10.00 1932.60 10.000 12 20.00 1551.74 5.000 13 25.00 1420.85 4.000 14 30.00 1309.54 3.333 15 40.00 1123.02 2.500 16 50.00 965.01 2.000 17 60.00 821.72 1.667 18 70.00 683.70 1.429 19 75.00 613.83 1.333 20 80.00 541.33 1.250 21 85.00 463.61 1.176 22 90.00 375.72 1.111 23 95.00 264.47 1.053 24 97.00 203.47 1.031 25 99.00 110.07 1.010 26 99.90 6.27 1.001 27 99.99 -37.76 1.000 Phụ lục 1.8 Đường tần suất dòng chảy năm thiết kế giai đoạn dài hạn 82 Q max Đặc trưng thống kê Giá trị Độ dài chuỗi Đơn vị 20 Giá trị nhỏ 136.93 m³/s Giá trị lớn 284.84 m³/s Giá trị trung bình 205.56 m³/s Hệ số phân tán CV 0.21 Hệ số thiên lệch CS 0.04 Thứ tự Thời gian Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 2080 136.93 95.24 20 2081 251.39 19.05 2082 172.55 71.43 15 2083 148.83 85.71 18 2084 196.53 57.14 12 2085 212.64 47.62 10 2086 161.43 80.95 17 2087 192.86 61.90 13 2088 143.50 90.48 19 10 2089 166.56 76.19 16 11 2090 221.52 38.10 83 12 2091 183.52 66.67 14 13 2092 236.86 28.57 14 2093 199.03 52.38 11 15 2094 247.22 23.81 16 2095 260.29 9.52 17 2096 254.82 14.29 18 2097 284.84 4.76 19 2098 216.74 42.86 20 2099 223.22 33.33 Đặc trưng thống kê Giá trị Giá trị trung bình Đơn vị 205.56 Hệ số phân tán CV 0.21 Hệ số thiên lệch CS 0.04 Thứ tự Tần suất P(%) m³/s Thời gian lặp lại (năm) Q m³/s 0.01 369.81 10000.000 0.10 341.44 1000.000 0.20 331.92 500.000 0.33 324.67 303.030 0.50 318.39 200.000 1.00 307.27 100.000 1.50 300.32 66.667 84 Thứ tự Tần suất P(%) Thời gian lặp lại (năm) Q m³/s 2.00 295.16 50.000 3.00 287.50 33.333 10 5.00 277.07 20.000 11 10.00 261.07 10.000 12 20.00 241.80 5.000 13 25.00 234.50 4.000 14 30.00 227.97 3.333 15 40.00 216.21 2.500 16 50.00 205.27 2.000 17 60.00 194.37 1.667 18 70.00 182.73 1.429 19 75.00 176.30 1.333 20 80.00 169.15 1.250 21 85.00 160.84 1.176 22 90.00 150.42 1.111 23 95.00 135.03 1.053 24 97.00 125.09 1.031 25 99.00 106.39 1.010 26 99.90 74.61 1.001 27 99.99 48.70 1.000 Phụ lục 1.9 Đường tần suất dòng chảy lũ giai đoạn dài hạn 85 Q max Đặc trưng thống kê Giá trị Độ dài chuỗi Đơn vị 20 Giá trị nhỏ 440.09 m³/s Giá trị lớn 3195.91 m³/s Giá trị trung bình 1408.92 m³/s Hệ số phân tán CV 0.52 Hệ số thiên lệch CS 0.79 Thứ tự Thời gian 2080 Lưu lượng dòng chảy Q m³/s Tần suất P(%) Thứ hạng 589.81 85.71 18 2081 2589.70 9.52 2082 440.09 95.24 20 2083 689.73 80.95 17 2084 1740.89 33.33 2085 1179.17 57.14 12 2086 1272.49 52.38 11 2087 1534.09 38.10 86 2088 485.66 90.48 19 10 2089 805.45 76.19 16 11 2090 1287.48 47.62 10 12 2091 813.95 71.43 15 13 2092 3195.91 4.76 14 2093 1388.31 42.86 15 2094 2196.18 14.29 16 2095 1876.96 28.57 17 2096 1947.51 19.05 18 2097 1891.36 23.81 19 2098 1161.53 61.90 13 20 2099 1092.15 66.67 14 Đặc trưng thống kê Giá trị Giá trị trung bình 1408.92 Hệ số phân tán CV 0.52 Hệ số thiên lệch CS 0.79 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Đơn vị m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 5473.06 10000.000 0.10 4529.89 1000.000 0.20 4235.91 500.000 0.33 4019.56 303.030 0.50 3837.08 200.000 1.00 3525.48 100.000 87 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Thời gian lặp lại (năm) 1.50 3338.19 66.667 2.00 3202.60 50.000 3.00 3007.05 33.333 10 5.00 2751.64 20.000 11 10.00 2383.29 10.000 12 20.00 1976.24 5.000 13 25.00 1832.40 4.000 14 30.00 1708.17 3.333 15 40.00 1495.46 2.500 16 50.00 1309.96 2.000 17 60.00 1136.56 1.667 18 70.00 963.71 1.429 19 75.00 873.54 1.333 20 80.00 777.69 1.250 21 85.00 671.89 1.176 22 90.00 547.55 1.111 23 95.00 380.57 1.053 24 97.00 282.68 1.031 25 99.00 119.11 1.010 26 99.90 -102.23 1.001 27 99.99 -235.23 1.000 88 ... 43 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN, DÒNG CHẢY THIẾT KẾ LƯU VỰC SÔNG PÔ-KÔ 45 3.1 Xác định đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế cho giai đoạn sở (19892008)... 44 Bảng Các đặc trưng thủy văn dòng chảy thiết kế giai đoạn sở 49 Bảng Kết xác định dòng chảy năm thiết kế giai đoạn sở 49 Bảng 3 Kết xác định dòng chảy lũ thiết kế lưu vực giai đoạn... mưa-dịng chảy lưu vực nghiên cứu mơ hình thủy văn; - Phương pháp phân tích thống kê: Xác định đặc trưng thủy văn, dòng chảy thiết kế đánh giá biến đổi tác động BĐKH Các nội dung nghiên cứu Các nội