Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy trên lưu vực sông nhuệ đáy thuộc thành phố hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ý Như NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CỰC TRỊ DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60 44 90 Bản tóm tắt LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn Hà Nội - 2011 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT MỞ ĐẦU .9 Chƣơng TỔNG QUAN 10 1.1 Tình hình nghiên cứu tài nguyên nước giới liên quan tới biến đổi khí hậu 10 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 13 1.3 Một số thảo luận 14 1.4 Điều kiện địa lý tự nhiên – kinh tế xã hội lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc địa phận thành phố Hà Nội 15 1.4.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 15 1.4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 20 1.4.3 Hiện trạng tài nguyên nƣớc 21 1.4.4 Một số nghiên cứu tiêu biểu lƣu vực sông Nhuệ - Đáy 22 Chƣơng LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG KHÍ HẬU – DỊNG CHẢY .24 2.1 Kịch biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu 24 2.1.1 Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu 24 2.1.2 Một số công cụ đƣợc sử dụng xây dựng kịch 25 2.1.3 Phƣơng pháp nội suy 26 2.1.4 Hệ số chỉnh sai 27 2.2 Các mơ hình khí hậu – dịng chảy .29 2.2.1 Giới thiệu số mơ hình khí hậu – dịng chảy 29 2.2.2 Nhận xét lựa chọn mơ hình 35 2.3 Mơ hình thủy văn cho lưu vực nghiên cứu 36 2.3.1 Cấu trúc mơ hình NAM .36 2.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến dịng chảy mơ hình NAM 38 2.3.3 Các thơng số mơ hình NAM 41 2.3.4 Điều kiện ban đầu mơ hình 42 2.3.5 Hàm mục tiêu 42 Chƣơng ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 43 3.1 Cơ sở liệu 43 3.1.1 Số liệu đầu vào mơ hình NAM 43 3.1.2 Số liệu sử dụng đánh giá biến đổi 44 3.2 Áp dụng mơ hình cho khu vực nghiên cứu 46 3.2.1 Chỉ tiêu đánh giá hoạt động mơ hình .47 3.2.2 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình mƣa dòng chảy NAM 48 3.3 Đánh giá biến động cực trị dòng chảy 50 3.3.1 Biến động đặc trƣng dòng chảy lũ .50 3.3.2 Biến động đặc trƣng dòng chảy kiệt 63 KẾT LUẬN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Sơ đồ lƣu vực hệ thống sông Nhuệ - Đáy 17 Hình Sơ đồ nội suy lƣỡng tuyến tính 26 Hình 2 So sánh mƣa, bốc tháng nhiều năm quan trắc nội suy từ mô hình RegCM3 28 Hình Cấu trúc mơ hình NAM .37 Hình Lƣu vực sở mạng lƣới trạm lƣu vực sông Nhuệ Đáy 44 Hình So sánh độ lệch chuẩn chuỗi quan trắc, RegCM RegCM hiệu sai 45 Hình 3a Hiệu chỉnh mơ hình NAM xây dựng cho tiểu lƣu vực ND1 - Ba Thá (1972-1974) .49 Hình 3b Kiểm định mơ hình NAM xây dựng cho tiểu lƣu vực ND1 - Ba Thá (1976-1978) .49 Hình Diễn biến dịng chảy tháng trung bình nhiều năm tiểu lƣu vực cho thời kỳ thuộc lƣu vực sông Nhuệ Đáy .51 Hình 5a Tỉ lệ biến động dòng chảy tháng tháng mùa lũ kịch A1B giai đoạn (1970 – 1999) 52 Hình 5b Tỉ lệ biến động dòng chảy tháng tháng mùa lũ kịch A2 giai đoạn (1970 – 1999) 52 Hình Biến động theo khơng gian đặc trƣng dịng chảy lũ hệ thống lƣu vực sông Nhuệ Đáy theo kịch A1B .54 Hình Đƣờng q trình dịng chảy tháng cực đại tiểu lƣu vực sông Nhuệ Đáy cho thời kỳ nền, kịch A1B kịch A2 .56 Hình Biến động dòng chảy ngày cực đại theo thập niên lƣu vực Nhuệ Đáy theo kịch A1B .57 Hình 9a So sánh mức độ phù hợp đƣờng tần suất lý luận đƣờng thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lƣu vực ND1 – Giai đoạn 59 Hình 9b So sánh mức độ phù hợp đƣờng tần suất lý luận đƣờng thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lƣu vực ND1 – Kịch A1B 59 Hình 9c So sánh mức độ phù hợp đƣờng tần suất lý luận đƣờng thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lƣu vực ND1 – Kịch A2 61 Hình 10 Thay đổi cƣờng độ dòng chảy ứng với tần suất khác tiểu lƣu vực cho kịch A1B A2 62 Hình 11 Biến động dịng chảy kiệt theo khơng gian kịch A1B lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa phân thành phố Hà Nội .65 Hình 12 Biến động dịng chảy kiệt tiểu vùng thuộc lƣu vực sông Nhuệ Đáy theo kịch A1B qua thập niên thời kỳ 66 Hình 13a Đƣờng cong thời khoảng dòng chảy tháng theo điều kiện khí hậu khác lƣu vực ND1 .68 Hình 13b Đƣờng cong thời khoảng dòng chảy tháng theo điều kiện khí hậu giai đoạn cho tiểu lƣu vực 68 Hình 14a So sánh mức độ phù hợp đƣờng tần suất lý luận đƣờng thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lƣu vực ND1 – Giai đoạn 72 Hình 14b So sánh mức độ phù hợp đƣờng tần suất lý luận đƣờng thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lƣu vực ND1 – Kịch A1B 72 Hình 14c So sánh mức độ phù hợp đƣờng tần suất lý luận đƣờng thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lƣu vực ND1 – Kịch A2 72 Hình 15a Dịng chảy kiệt đặc trƣng khơ hạn năm 1977 74 Hình 15b Dịng chảy kiệt đặc trƣng khơ hạn năm 2040 74 DANH MỤC BẢNG Bảng Trạm đo mƣa trọng số theo phƣơng pháp đa giác Thiessen đƣợc sử dụng để tính tốn dịng chảy cho tiểu lƣu vực thuộc lƣu vực Nhuệ Đáy 46 Bảng Mức độ mơ mơ hình tƣơng ứng với số Nash 47 Bảng 3 Bộ thông số tối ƣu cho lƣu vực sông Nhuệ Đáy 50 Bảng Thay đổi số đặc trƣng dòng chảy lũ lƣu vực ND1 53 Bảng Phân bố tần suất dòng chảy ngày lớn 61 Bảng Thay đổi cƣờng độ vƣợt Qx .70 Bảng Tần suất dòng chảy tháng kiệt 73 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT A1B, A2 Các kịch phát thải khí nhà kính IPCC ANN Artificial Neural Network (Mạng thần kinh nhân tạo) AQUASIM A Computer Program for the Identification and Simulation of Aquatic Systems (Phần mềm sinh thái) BĐKH Biến đổi hậu BOD Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) COD Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học) DEM Digital Elevation Model (Mơ hình độ cao số hóa) DHI Danish Hydraulic Institute (Viện nghiên cứu thủy lực Đan Mạch) ECHAM European Centre Hamburg Model (Mơ hình khí hậu tồn cầu Trung tâm châu Âu Hamburg) ESRI Environmental Systems Research Institute (Viện nghiên cứu hệ thống môi trƣờng) FDC Flow duration curve (Đƣờng cong thời khoảng dòng chảy) GCM Global Climate Model (Mơ hình khí hậu tồn cầu) HBV Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (Mơ hình cân nƣớc thủy văn) HEC-HMS Hydrologic Engineering Center’s Hydrologic Modelling System (Hệ thống mơ hình hóa thủy văn trung tâm kỹ thuật thủy văn) HIRLAM High Resolution Limited Area Model (Mơ hình khu vực hạn chế độ phân giải cao) Hydro-BEAM Hydrological River Basin Environment Assessment Model (Mơ hình đánh giá mơi trƣờng lƣu vực sơng) IHMS Integrated Hydrological Modelling System hệ thống mơ hình thủy văn kết hợp IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change (Ban Liên phủ Biến đổi khí hậu) KNK Khí nhà kính KT – XH Kinh tế - Xã hội MIKE – SHE Système Hydrologique Européen (Mơ hình hệ thống thủy văn Châu Âu) NAM Nedbør - Afstrømnings – Models (Mơ hình mƣa – dịng chảy) NASIM Niederschlag – Abfluss Simulation Model (Mơ hình tính mƣa – dịng chảy ND1 – ND5 Tiểu lƣu vực thuộc Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy ND Nhuệ - Đáy NNK ngƣời khác (chỉ đồng tác giả cơng trình, báo …) NSE Nash–Sutcliffe efficiency (hệ số Nash–Sutcliffe) NWSRFS National Weather Service River Forecasting System (Hệ thống dự báo thời tiết quốc gia) OPYC Ocean General Circulation Model (Mơ hình hoàn lƣu chung đại dƣơng) QUAL2E Enhanced Stream Water Quality Models (Mơ hình chất lƣợng nƣớc) RegCM REGional Climate Model (Mơ hình khí hậu khu vực ICTP) SAC – SMA Sacramento Soil Moisture Accounting (Mơ hình tính tốn hàm lƣợng ẩm đất) SCS Soil Conservation Service (Phƣơng pháp bảo tồn đất) SWAT Soil and Water Assessment Tool KH KTTV& MT Khoa học Khi tƣợng Thủy văn Môi trƣờng WHO World Health Organization MỞ ĐẦU Lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy lƣu vực lớn, nhƣng có vị trí địa lý đặc biệt, đóng vai trị quan trọng kinh tế nƣớc nói chung, vùng đồng sơng Hồng nói riêng Sơng Nhuệ sơng Đáy hai sông cung cấp nguồn nƣớc quan trọng cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp dân sinh cho cộng đồng dân cƣ, chịu áp lực mạnh mẽ gia tăng dân số, q trình thị hố, nhƣ hoạt động kinh tế xã hội (KT – XH) diễn lƣu vực Trƣớc yêu cầu lớn đặt với nguồn nƣớc lƣu vực để đáp ứng nhu cầu sử dụng nƣớc ngày cao số lƣợng phát triển dân sinh KT XH nhƣ đòi hỏi nguồn nƣớc để trì hệ sinh thái, hạn chế nhiễm nguồn nƣớc, xu tài nguyên nƣớc suy giảm chất lƣợng, dƣới tác động yếu tố tự nhiên hoạt động ngƣời tác động biến đổi khí hậu Đối với lƣu vực vấn đề đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến cực trị dịng chảy lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn thành phố Hà Nội nhằm tạo tiền đề cho việc xây dựng giải pháp giảm thiểu tác hại biến đổi khí hậu, giúp nhà quản lý, nhà hoạch định sách xác định chiến lƣợc phát triển kinh tế bền vững đảm bảo an sinh xã hội vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận văn đƣợc bố cục thành chƣơng, mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo nhƣ sau:  Chƣơng Tổng quan  Chƣơng Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu mơ hình mơ khí hậu – dịng chảy  Chƣơng Đánh giá biến động dòng chảy cực đoan dƣới tác động biến đổi khí hậu giá trị dịng chảy nhỏ dịng chảy trung bình đồng thời tăng giá trị dòng chảy lớn trung bình, xu biến đổi diễn biến mạnh theo kịch A2 so với kịch A1B Dòng chảy vƣợt 90% thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ số hƣớng dẫn mà điều khiển công việc xử lý nƣớc thải đánh giá cấp phép cho hoạt động bơm hút nƣớc Sự giảm tần suất xuất Q90 nghĩa tiềm cho lƣu lƣợng khai thác giảm Một điểm khác cần quan tâm tốc độ thay đổi cƣờng độ vƣợt giá trị Q90 nhƣ phân vị khác thay đổi không đáng kể dƣới tác động kịch bản, tác động kịch A2 gây biến đổi lớn Mặc dù xu hƣớng đối lập đƣợc tìm thấy, xu hƣớng giảm cƣờng độ vƣợt phân vị lớn 50 xu hƣớng ngƣợc lại, tăng với phân vị nhỏ 50 (bảng 6) Bảng Thay đổi cƣờng độ vƣợt Qx Thời đoạn Giai đoạn A1B A2 Phân vị 90 90 82 75 75 71 50 52 52 20 23 29 Kết cho thấy lƣu vực nghiên cứu, lƣợng dịng chảy nhỏ đƣợc u cầu để trì dịng chảy kiệt, nƣớc ngầm để trì dịng chảy kiệt lƣu vực nhỏ dẫn đến biến đổi dòng chảy kiệt lớn; đồng thời số cho thấy tác động biến đổi khí hậu khơng đáng kể dịng chảy kiệt 3.3.2.4 Tần suất dịng chảy kiệt Khơng giống với đƣờng cong thời khoảng dòng chảy, thể tỉ lệ thời gian giá trị dịng chảy bị vƣợt q, đƣờng cong tần suất dòng chảy kiệt thể tỉ lệ năm dòng chảy bị vƣợt Các số tần suất dòng chảy kiệt đƣợc sử dụng rộng rãi nghiên cứu hạn, thiết kế hệ thống cấp nƣớc, tính tốn lƣợng nƣớc mặt khai thác đảm bảo an tồn, phân loại tiểm dịng chảy cho khả pha loãng, điều phối lƣợng chất thải vào dịng chảy, trì lƣu lƣợng định sơng việc phân tích cần thiết 70 Đƣờng tần suất dòng chảy kiệt đƣợc xây dựng sở chuỗi số liệu dòng chảy tháng nhỏ năm Một lý việc lựa chọn bƣớc thời gian tháng Nhuệ Đáy nằm khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, dịng chảy năm không phản ánh đƣợc trận kiệt khắc nghiệt nhất, mùa hè kiệt bất thƣờng đƣợc mùa mƣa, dịng chảy trung bình năm khơng thể rõ sai lệch so với bình thƣờng với dòng chảy năm thời gian xuất kiệt xác định đƣợc dẫn đến kết luận tác động bị giới hạn (Bonacci, 1993) [19], dịng chảy tháng khoảng thời gian thích hợp cho nghiên cứu hạn nơng nghiệp, cấp nƣớc nƣớc ngầm chứa nhiều thơng tin chi tiết năm, có khoảng thời gian đủ dài để loại tƣợng có ý nghĩa đƣợc gọi kiệt cục Các hàm phân bố thƣờng đƣợc sử dụng tài liệu liên quan đến dòng chảy kiệt, phân bố Weibull, Gumbel, Pearson III, phân bố log chuẩn, đƣợc kiểm tra để lựa chọn hàm phân bố lý thuyết phù hợp với chuỗi dòng chảy nhỏ năm với bƣớc thời gian tháng lƣu vực Nhuệ Đáy, với phƣơng pháp đánh giá dựa vào kiểm tra đồ thị Kết cho thấy phân bố log – chuẩn nên đƣợc sử dụng mô tả thống kê dòng chảy kiệt lƣu vực Nhuệ Đáy cho thời kỳ kịch biến đổi khí hậu A1B, A2 (hình 14a, b, c) Kết cho thấy biến đổi tần suất dòng chảy tháng kiệt tƣơng tự với dòng chảy tháng lớn xét phạm vi không gian, xu hƣớng biến đổi mạnh dƣới tác động kịch A2 Tuy nhiên, điểm khác biệt so với tần suất lũ cực trị thay đổi nhỏ (Bảng 7), diễn biến có khả giá trị cực trị dòng chảy kiệt thấp Cụ thể cƣờng độ dòng chảy mùa kiệt với tần suất xuất lại 20 năm tăng 8.7% 17.4% tƣơng ứng với kịch A1B, A2, kịch A1B A2 dẫn đến tăng 21.17%, 59.7% đƣợc tính tốn cƣờng độ dịng chảy kiệt với p 95% 71 Hình 14a So sánh mức độ phù hợp đường tần suất lý luận đường thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lưu vực ND1 – Giai đoạn Hình 14b So sánh mức độ phù hợp đường tần suất lý luận đường thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lưu vực ND1 – kịch A1B 72 Hình 14c So sánh mức độ phù hợp đường tần suất lý luận đường thực nghiệm dòng chảy tháng kiệt – lưu vực ND1 – kịch A2 Bảng Tần suất dòng chảy tháng kiệt Subbasin P 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% Subbasin P 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% ND1 Baseline A1B 1.61 1.75 1.95 2.15 2.69 3.03 3.85 4.42 5.50 6.46 7.60 9.09 9.21 11.16 ND4 Baseline A1B 1.27 1.07 1.54 1.23 1.95 1.47 3.04 2.04 4.35 2.67 6.00 3.39 7.28 3.91 A2 1.89 2.37 3.46 5.27 8.02 11.72 14.71 A2 1.01 1.26 1.82 2.74 4.13 5.98 7.47 ND2 Baseline A1B 0.64 0.65 0.75 0.76 0.99 0.99 1.34 1.34 1.83 1.79 2.41 2.34 2.84 2.75 ND5 Baseline A1B 0.91 0.65 1.06 0.75 1.29 0.93 1.86 1.20 2.50 1.53 3.27 1.92 3.83 2.19 73 A2 0.68 0.82 1.10 1.53 2.12 2.86 3.41 A2 0.58 0.72 1.04 1.57 2.37 3.43 4.28 ND3 Baseline A1B 0.8 0.70 0.99 0.83 1.42 1.11 2.11 1.54 3.15 2.13 4.52 2.85 5.61 3.40 A2 0.75 0.94 1.38 2.11 3.24 4.75 5.97 3.2.3.5 Đặc trưng thiếu hụt Cả đƣờng cong thời khoảng dòng chảy đƣờng tần suất dòng chảy kiệt không cung cấp thông tin độ dài giai đoạn liên tục dƣới giá trị dịng chảy đƣợc quan tâm Phƣơng pháp mơ tả khơng đƣa số lƣợng thiếu hụt dòng chảy, mà đƣợc xây dựng giai đoạn dòng chảy kiệt liên tục Lý thuyết thời đoạn thiếu hụt đƣợc sử dụng để đánh giá khả hồ chứa cần thiết đề cung cấp lƣợng xác định Hình 15a Dịng chảy kiệt đặc trƣng khô hạn năm 1977 Một cách tiếp cận phổ biến sử dụng khái niệm ngƣỡng (Yevjevich, 1967) [39] Một thời đoạn phạm vi dòng chảy kiệt số ngày dịng chảy trì dƣới dòng chảy ngƣỡng xác định Giá trị ngƣỡng cho dòng chảy thƣờng niên dải lƣu lƣợng với xác suất vƣợt từ 70 – 90% từ đƣờng cong FDC, nghiên cứu lựa chọn giá trị Q90 dòng chảy tháng nhiều năm lƣu vực (5.5 m3/s với lƣu vực Nhuệ Đáy) dƣới ngƣỡng lƣu lƣợng q thấp để trì mơi trƣờng sinh thái bình thƣờng cho lƣu vực Ba đặc trƣng đƣợc xem xét lý thuyết thời đoạn khoảng thời gian, tính nghiêm trọng (tổng thiếu hụt tích lũy) 74 cƣờng độ Tổng lƣợng dòng chảy thiếu hụt giai đoạn Qdef đƣợc xác định tổng (Qthreshold-Qday) cho tất ngày Qday < Qthreshold từ chuỗi giá trị lƣu lƣợng trung bình ngày Qday T3=149 ngày T1=85 ngày Hình 3.15b Dịng chảy kiệt đặc trưng khơ hạn năm 2040 75 Dịng chảy năm khơ 30 năm toàn lƣu vực giảm mạnh 56.4%, 28.27% theo kịch A1B A2, dịng chảy năm ẩm tăng 5.57% tồn dƣới tác động kịch A1B, tăng 15.3% dƣới tác động kịch A2, có khác biệt tiểu lƣu vực Dựa vào tính tốn dịng chảy, năm 1977 đƣợc xác định năm khô giai đoạn 1971 -1999, với dòng chảy năm 355 m3/s Trong giai đoạn 2010 – 2049 năm 2040 năm khơ với dịng chảy năm đạt 87.79 m3/s Vì chuỗi dịng chảy ngày năm 1977 2040 đƣợc phân tích chi tiết Hình 15a cho thấy lƣu lƣợng dƣới ngƣỡng Q90 năm 1977 xuất vài đợt diễn khoảng thời đoạn ngắn, đợt dài kéo dài tuần, thể tích thiếu hụt tích lũy nhỏ Năm 2040, tranh hoàn toàn khác, mức độ hạn tăng nghiêm trọng với nhiều đợt kéo dài với đợt kéo dài 85 ngày từ 21/5 đến 13/8/2040, đợt kéo dài từ 29/9 đến 12/11 (45 ngày), đợt kéo dài 149 ngày từ 3/12/2040 đến 30/4/2041 với tổng lƣợng nƣớc thiếu hụt đợt tƣơng ứng 185.3 m3, 141.7 m3 235.35 m3 tƣơng ứng (hình 15b) 76 KẾT LUẬN 1/ Qua tổng quan tìm hiểu phƣơng pháp đánh giá tài nguyên nƣớc dƣới tác động biến đổi khí hậu nhƣ phƣơng pháp hiệu chỉnh số liệu khí tƣợng, từ lựa chọn cách tính tốn thủy văn offline, đƣợc nhận định phƣơng pháp thực tiễn hiệu nghiên cứu biến đổi khí hậu đến tài nguyên nƣớc nay, lựa chọn phƣơng pháp hạ quy mô thống kê kết hợp với kết đƣợc hạ quy mô động lực thông qua hệ số hiệu sai nhằm cải thiện kết đầu mơ hình khí hậu Qua nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên lƣu vực tình hình phát triển kinh tế xã hội sơng Nhuệ Đáy thấy khu vực đóng vai trị vùng kinh tế trọng điểm , tập trung đông dân dẫn đến tăng nhu cầu nƣớc, q trình thị hóa diễn mạnh, Hà Nội có khả phải chịu tác động nghiêm trọng biến đổi khí hậu Một điểm cần ý tượng úng ngập Hà Nội thường xuyên xảy ra, nhiều trận mƣa chí với cƣờng độ 50 mm/giờ gây úng ngập nhiều khu vực, gây hậu nghiêm trọng nhiều ngành kinh tế quốc dân 2/ Đã tìm hiểu kịch biến đổi khí hậu mơ hình tốn mơ khí hậu – dịng chảy, đặc biệt mơ hình NAM, mơ hình đƣợc lựa chọn làm cơng cụ khảo sát kịch biến đổi khí hậu A1B A2 lƣu vực sông Nhuệ Đáy Kết cho thấy mơ hình có khả phân tích tác động biến đổi khí hậu cực trị nhƣ đại lƣợng trung bình dịng chảy kịch đƣợc sử dụng nhân tố khí hậu mơ hình hóa 3/ Mơ hình NAM khảo sát tác động biến đổi khí hậu thơng qua kịch cho kết nhƣ sau: Tác động biến đổi khí hậu có tính phân kỳ mạnh theo không gian Ở tiểu lƣu vực thƣợng lƣu, dạng biểu đồ thủy văn biến đổi đáng kể, dòng chảy lũ tập trung vào tháng từ tháng VII đến tháng X, tháng đỉnh lũ dịch chuyển 77 cuối năm, tháng X Dòng chảy lũ nhƣ cƣờng độ đỉnh lũ thể xu tăng trung bình 6% 16% so với Trong dịng chảy lũ yếu tố mang tính cực trị biến đổi lớn, thể qua cƣờng độ thay đổi dòng chảy lũ tăng 6% dòng chảy tháng tăng 11% dòng chảy tháng lớn tăng 16% Phân tích tần suất dòng chảy lũ cho thấy kiện lũ biến đổi lớn, diễn thường xuyên với cƣờng độ trận lũ với tần suất 1% 1200 m3/s 2800 m3/s (so với 698 m3/s tại) dƣới tác động kịch A1B A2, cƣờng độ lũ với thời gian lặp lại 100 năm có khả xuất lại với tần suất 20 năm tƣơng lai Kết luận phù hợp với xu biến đổi theo nghiên cứu IPCC Trên tiểu lƣu vực hạ lưu, đặc trưng lũ thể xu hướng biến đổi đối lập tác động kịch BDKH Không giống với kịch A2 gây tác động tƣơng tự thƣợng lƣu, kịch A1B có thiên hướng làm giảm rủi ro lũ so với tại, với dòng chảy lũ cƣờng độ tháng đỉnh lũ giảm 5%, 21% tƣơng ứng, cƣờng độ lũ tần suất 1% giảm xuống 342 m3/s (hiện 528 m3/s), độ lặp lại trận lũ 10 năm tăng lên 40 năm Kết phân tích dịng chảy kiệt cho thấy tranh hồn tồn tương tự dịng chảy lũ nhƣng khác cƣờng độ, điều cho thấy lƣu vực Nhuệ Đáy thuộc hệ thống sơng Hồng - Thái Bình nhƣng lại biến đổi theo quy luật riêng dƣới tác động biến đổi khí hậu Dịng chảy kiệt thể tác động phân kỳ theo không gian Mặc dù có xen kẽ chu kỳ nhiều nước nước 10 năm dòng chảy nhƣng thể xu biến đổi chính, tăng thượng lưu giảm hạ lưu Với trung binh 25% tăng, 8% giảm thƣợng hạ lƣu tƣơng ứng Cực trị kiệt có xu hướng dao động thiên giảm so với đại lƣợng trung bình kiệt, với khoảng biến đổi trung bình từ +23% đến -6% 78 Hàm phân bố log chuẩn đề nghị sử dụng phân tích tần suất cực trị dòng chảy lƣu vực Nhuệ Đáy thể mức độ phù hợp tốt so với hàm phân bố đƣợc xét đến (Weibull, Gumbel, Pearson III) Đặc trƣng thiếu hụt năm khô giai đoạn tƣơng lai đƣợc xem xét cho thấy năm 2040 xuất năm kiệt khoảng từ 1970 đến 2050 Xảy đợt kiệt liên tục với đợt dài 149 ngày với tổng lƣợng nƣớc thiết hụt khoảng 600 m3 so với giá trị ngƣỡng Q90 lấy từ đƣờng cong thời khoảng dòng chảy tháng giai đoạn Một cách tổng quát thấy rõ tác động biến đổi khí hậu trội hẳn với biến đổi theo khơng gian, biến đổi dịng chảy thể phân kỳ theo khơng gian biến đổi theo thời gian chúng diễn theo xu tƣơng tự với biên dao động tăng dòng lũ kiệt nhƣng khác cƣờng độ Từ khía cạnh quản lý lũ, kết cho thấy biến động lớn, đại diện khoảng chênh lệch kết từ kịch Trong hƣớng thay đổi đƣợc biết đến toàn lƣu vực, cƣờng độ thay đổi biến đổi đáng kể theo độ phân giải thời gian đƣợc xem xét Các kết dƣờng nhƣ phân tán lƣu vực sông Đáy sông Nhuệ, biểu qua khoảng biến động bé tính tốn biến đổi khí hậu, với khả khoảng biến đổi nhỏ chế độ dòng chảy tƣơng lai lƣu vực Với số từ biến đổi khí hậu cho thấy xu hƣớng có khả tiếp tục biến đổi lớn tƣơng lai, sách quy hoạch nên đặt quy trình để thực Cần thiết phải có kế hoạch quản lý lũ thời gian dài để kết hợp yếu tố biến đổi khí hậu chiến lƣợc đánh giá rủi ro bao gồm thay đổi khí hậu khoảng biến động 4/ Một số hƣớng nghiên cứu Phải thừa nhận nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu cịn nhiều bất định khơng mơ hình hóa thủy văn mả đánh giá tác động tƣơng lai 79 Đối với mơ hình hóa thủy văn, luận văn cố gắng loại bỏ bất định thông qua việc hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình thủy văn tính tốn nhằm mục đích tối thiểu hóa sai số từ mơ hình, nhƣng biến đổi q trình mƣa – dịng chảy diễn dƣới điều kiện biến đổi tƣơng lai, việc thay đổi thơng số mơ hình theo thời gian cần thiết Những thay đổi khơng đáng kể so với cƣờng độ chế độ lũ nhƣng hoàn toàn khác với dịng chảy kiệt việc tìm quy luật thay đổi góp phần cung cấp kết đánh giá xác, có độ tin cậy cao Đối với khía cạnh mơ hình hóa khí hậu đánh giá tác động, độ phân giải thời gian khơng gian q trình thủy văn khác so với đầu mơ hình khí hậu, bƣớc đầu khắc phục vấn đề đƣợc thực luận văn nhiên hạn chế mặt thời gian, nhƣ hệ thống máy móc, kết luận văn dừng lại mức độ định Do việc cải thiện kết đầu mơ hình khí hậu nhƣ cải thiện cầu nối thủy văn khí hậu vấn đề cịn cần đƣợc nghiên cứu nhiều, có hƣớng tiếp cận để khắc phục đƣợc vấn đề này, từ khía cạnh thủy văn xây dựng mơ đun thủy văn tích hợp vào mơ hình khí hậu sử dụng mƣa dạng lƣới độ phân giải cao, hai từ khía cạnh khí tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp chuyển đổi liệu khí tƣợng sang liệu đáp ứng u cầu mơ hình thủy văn với độ tin cậy cao 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, 2009 Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, Hà Nội Nguyễn Văn Cƣ, 2005 Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước: Xây dựng đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ sông Đáy – Hà Nội, Lƣu trữ Viện Địa lý Hồ Thị Minh Hà, 2008 Nghiên cứu khả mơ mùa yếu tố khí tượng lãnh thổ Việt Nam phương pháp thủy động thống kê, Luận án tiến sỹ khí tƣợng học, Trƣờng Đại học KHTN Hà Nội Văn Thị Hằng 2010, Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến biến động tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc thành phố Hà Nội, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trƣờng Đại học KNTN Hà Nội Vũ Văn Minh, Nguyễn Hoàng Minh, Trần Hồng Thái, 2011 Đánh giá tác động Biến đổi khí hậu đến dịng chảy lũ lƣu vực sơng Hồng - Thái Bình Tuyển tập Báo cáo Khoa học lần thứ XIII, tr 72 – 78 Nguyễn Ý Nhƣ, 2009 Ứng dụng mơ hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu sử dụng đất đến dịng chảy sơng Bến Hải Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Nguyễn Ý Nhƣ, Lê Văn Linh, Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, 2011 Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến dịng chảy lƣu vực sông Đáy địa bàn thành phố Hà Nội Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ Tập 27, số 1S, tr 192 Nguyễn Ý Nhƣ, Nguyễn Thanh Sơn, 2011 Biến đổi dòng chảy kiệt bối cảnh Biến đổi khí hậu lƣu vực sơng Nhuệ Đáy Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ Tập 27, số 3S, tr 39 – 43 Nguyễn Ý Nhƣ, Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Quang Trung, 2011 The potential impacts of climate change on flood flow in Nhue – Day 81 river basin The second International MAHASRI/HyARC Workshop, August 2224, 2011, Nha Trang, Vietnam 10 Lê Vũ Việt Phong, 2006 Nghiên cứu áp dụng mơ hình tốn MIKE 11 tính tốn chất lượng nước sơng Nhuệ sơng Đáy Khóa luận tốt nghiệp trƣờng Đại học Thủy lợi 11 Nguyễn Thanh Sơn, 2008 Nghiên cứu mô trình mưa – dịng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất số lưu vực sông thượng nguồn miền Trung Luận án tiến sỹ Địa lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội 12 Nguyễn Thanh Sơn, Ngơ Chí Tuấn, Văn Thị Hằng, Nguyễn Ý Nhƣ, 2011 Ảnh hƣởng biến đổi khí hậu đến biến đổi tài nguyên nƣớc lƣu vực sông Nhuệ Đáy Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ Tập 27, số 1S, tr 218 13 Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Ý Nhƣ, Trần Ngọc Anh, Lê Thị Hƣờng, 2011 Khảo sát trạng tài nguyên nƣớc lƣu vực sơng Nhuệ - Đáy, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ Tập 27, số1S, tr 227 14 Nguyen Thanh Son, Nguyen Y Nhƣ, 2009, Applying SWAT model to simulate streamflow in BenHai River Basin in response to climate change scenarios Journal of Science, Earth Sciences, VNU, V25, No3, tr 161 15 Trung tâm Tƣ vấn Khí tƣợng Thủy văn Mơi trƣờng, Viện KH KTTV & MT, 2010 Đánh giá tác động biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước biện pháp thích ứng – Lưu vực sơng Hồng – Thái Bình, Lƣu trữ Viện KH KTTV & MT 16 Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn & Mơi trƣờng, 2010 Tác động biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước biện pháp thích ứng, Lƣu trữ Viện KH KTTV & MT 17 Trần Thanh Xuân, Hoàng Minh Tuyển, Lê Tuấn Nghĩa, Lƣơng Hữu Dũng, 2011 Tác động Biến đổi khí hậu đến dịng chảy sông Tuyển tập Báo cáo Khoa học lần thứ XIII, tr 146 – 153 Tiếng Anh 82 18 Andersen H.E., Kronvang B., Larsen S.E., Hoffmann C.C., Jensen T.S, Rasmussen E.K., 2006 Climate change impacts on hydrology and nutrients in a Danish lowland river basin Science of the Total Environment 365, pp 223 – 237 19 Bonacci, O., Tadic, Z., Trninic, D., 1992 Effects of dams and reservoirs on the hydrological characteristics of the lower Drava River Regul Rivers Res Manag (4), pp 349–357 20 Cooley, K.R 1990: Effects of CO2 – induced climate changes on snowpack and streamflow Hydrological Sciences Journal 35, pp 511 – 22 21 D Labat, Y Godderis, J L Probst, 2004 Evidence for global runoff increase related to climate warming Advances in Water Resources, 27, pp 631 – 642 22 DHI, 2007 Mike 11 – User’s Manual 23 Feddes, R.A., M Menenti, and P Kabat, 1989 Modeling the soil water and surface energy balance in relation to climate models, European coordination group on land – surface processes, hydrology, Dessertification in Europe, Barcelona, pp 21 24 Hayhoe K.A., 2010 A standardized framework for evaluating the skill of regional climate downscaling techniques Doctor of Philosophy in Atmospheric, Sciences in the Graduate College of the University of Illinois at Urbana – Champaign 25 IPCC (2007), Climate Change 2007: Synthesis Report 26 IPCC (2001), Special Report on Emissions Scenarios 27 Gleick, P.H., 1987a Regional hydrologic consequences of increases in atmospheric CO2 and other trace gases, Climate Change 10, tr 137 – 61 28 Kalvova, J., Nemesova, I., 1997 Projections of climate change for the Czech Republic Climate Change 36, tr 41 – 64 29 Kim U., Kaluarachchi J J., Smakhtin V U., 2008 Climate Change Impacts on Hydrology and Water Resources of the Upper Blue Nile River Basin, Ethiopia, Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute pp 27 (IWMI Research Report 126) 83 30 Mark Maslin, 2004 GLOBAL WARMING: A Very Short Introduction, OXFORD University Press 31 Michal Jenicek, 2007 Rainfall-runoff modelling in small and middle-large catchments – an overview 32 Nemec, J and Schaake, J., 1982 Sensitivity of water resources systems to climate variation Hydrological Sciences Journal 2, pp 327 – 43 33 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams, 2001 Soil and water assessment tool user’s manual, USDA_ARS Publications 34 Nash, J E and J V Sutcliffe, 1970 River flow forecasting through conceptual models part I — A discussion of principles, Journal of Hydrology, 10 (3), 282– 290 35 Sapkota M., Hamagochi T., Kojiri T., 2010 Geostatistical bias correction of super high resolution GCM outputs under climate change and its application to runoff simulations in Red river basin Proceedings of the fifth conference of APHW Conference, Labor and Social Publisher 36 US Army Corps of Engineers (2001), Hydrology Model System HEC-HMS Users’ Manual 37 Wigley, T.M.L, Jones, P.D., 1987 England and Wales precipitations: a discussion of recent changes in variability and an update to 1985 J Climatol 7, 231 – 246 38 Z.X Xu, F.F Zhao, J.Y Li, 2008 Response of streamflow to climate change in the headwater catchment of the Yellow River basin Quaternary International xxx, pp – 14 39 Yevjevich, V., 1972 Probability and Statistics in Hydrology Water Resources Publications, Fort Collins, CO, USA, pp 302 84 ... dƣới tác động yếu tố tự nhiên hoạt động ngƣời tác động biến đổi khí hậu Đối với lƣu vực vấn đề đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn thành phố. .. số nghiên cứu tiêu biểu lƣu vực sông Nhuệ - Đáy 22 Chƣơng LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY .24 2.1 Kịch biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu. .. hoạt động nghiên cứu tài nguyên nƣớc liên quan đến biến đổi khí hậu nhằm đánh giá tác động biến đổi khí hậu tài nguyên nƣớc Liên quan tới toán biến đổi khí hậu, nhiều nghiên cứu kết hợp mơ hình khí