Nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy hồ khe tân tỉnh quảng nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THÀNH PHÁT TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CƯU ́ ĐAN ́ H GIÁ TAC ́ ĐÔN ̣ G CUA ̉ BIÊN ́ ĐÔỈ KHÍ HÂU ̣ ĐÊN ́ DON ̀ G CHẢY HỒ KHE TÂN, TỈNH QUẢNG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THÀNH PHÁT TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CƯU ́ ĐAN ́ H GIÁ TAC ́ ĐÔN ̣ G CUA ̉ BIÊN ́ ĐÔỈ KHÍ HÂU ̣ ĐÊN ́ DON ̀ G CHẢY HỒ KHE TÂN, TỈNH QUẢNG NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Nguyễn Thế Hùng Đà Nẵng - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thành Phát MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG SÔNG VU GIA-THU BỒN 1.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1 Vị trí địa lý 1.2.2 Đặc điểm địa hình dự án 1.2.3 Đặc điểm địa chất vùng dự án: 1.2.3.1 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 1.2.3.2 Điều kiện địa chất cơng trình 1.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƢỢNG, THỦY VĂN LƢU VỰC 12 1.3.1 Mạng lƣới trạm khí tƣợng chất lƣợng tài liệu 12 1.3.1.1 Mạng lƣới trạm đo 12 1.3.1.2 Tình hình quan trắc khí tƣợng, chất lƣợng tài liệu quan trắc 13 1.3.2 Đặc điểm khí hậu 14 1.3.2.1 Đặc điểm chung 14 1.3.2.2 Các đặc trƣng khí hậu 15 1.3.2.3 Tình hình mƣa lũ 22 1.3.2.4 Chế đô ̣ lũ 28 1.3.2.5 Dòng chảy kiệt 29 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH VÀ HỒ CHỨA KHE TÂN 31 2.1 KHÁI QUÁT HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI QUẢNG NAM 31 2.1.1 Hồ chứa thủy lợi 31 2.1.1.1 Hiện trạng an toàn hồ chứa 31 2.1.1.2 Tình hình cung cấp nƣớc tƣới hồ chứa 37 2.1.1.3 Tình hình phòng lũ hồ chứa 38 2.1.2 Đối với công trình đập dâng 39 2.1.3 Đối với cơng trình trạm bơm 39 2.2 ĐỐI VỚI HỒ CHỨA NƢỚC KHE TÂN 41 2.2.1 Điề u kiê ̣n tƣ̣ nhiên và dân sinh kinh tế 41 2.2.2 Khái quát hệ thống cơng trình 41 CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƢỚC ĐẾN HỒ CHỨA KHE TÂN, TỈNH QUẢNG NAM 47 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN 47 3.1.1 Mục đích, ý nghĩa mơ hình tốn thuỷ văn 47 3.1.2 Các tiêu đánh giá sai số mơ hình thủy văn 47 3.1.3 Hiệu chỉnh thơng số mơ hình 48 3.1.4 Kiểm định thông số mô hình 49 3.1.5 Các bƣớc ứng dụng mơ hình tốn 49 3.1.5 Giới thiệu mơ hình thủy văn 49 3.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE NAM 51 3.1.1 Bể chứa mặt 51 3.1.2 Bể sát mặt bể tầng rễ 51 3.1.3 Bốc thoát 52 3.1.4 Dòng chảy mặt 52 3.1.5 Dòng chảy sát mặt 52 3.1.6 Bổ sung dòng chảy ngầm 52 3.1.7 Lƣợng ẩm đất 53 3.1.8 Diễn toán dòng chảy mặt dòng chảy sát mặt 53 3.1.9 Diễn toán dòng chảy ngầm 53 3.2 MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ CHỨA NƢỚC KHE TÂN 54 3.2.1 Xây dựng mơ hình NAM cho lƣu vực Nông Sơn 54 3.2.2 Xây dựng mơ hình NAM cho hồ chứa Khe Tân 62 CHƢƠNG IV: DỰ BÁO SỰ BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ KHE TÂN THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 66 4.1 XÁC ĐỊNH KỊCH BẢN BĐKH CHO TỈNH QUẢNG NAM 66 4.2 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ ỨNG VỚI KỊCH BẢN BĐKH LỰA CHỌN 68 4.3 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG VỚI BĐKH 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 A KẾT LUẬN 76 B KIẾN NGHỊ 76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Tiếng Việt 77 Tiếng Anh 78 PHỤ LỤC 80 NGHIÊN CƯU ́ ĐAN ́ H GIÁ TAC ́ ĐÔN ̣ G CUA ̉ BIÊN ́ ĐÔỈ KHÍ HÂU ̣ ĐÊN ́ DON ̀ G CHAY ̉ HỒ KHE TÂN, TỈNH QUẢNG NAM Học viên: Nguyễn Thành Phát Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K32 Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Trƣờng Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Trong năm qua, dƣới tác động từ việc khai thác bề mặt để phục vụ phát triển KT – XH tỉnh (khai thác tài ngun khống sản, cơng trình thủy điện điều tiết dòng chảy thƣợng nguồn, chuyển đổi cấu sử dụng đất ) với biến đổi hậu, nƣớc biển dâng gây nên tình trạng hạn hán, nhiễm mặn, thiếu nƣớc dùng diễn nhiều địa phƣơng địa bàn tỉnh Quảng Nam Để phát huy hiệu cơng trình khai thác nguồn nƣớc nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nƣớc có xu hƣớng tăng nhanh phục vụ phát triển kinh tế xã hội nay, nhƣ định hƣớng tƣơng lai địa bàn tỉnh Quảng Nam, việc tính tốn, đề xuất giải pháp cấp nƣớc cho cơng trình thuỷ lợi cấp thiết Trƣớc thực tế cấp bách đó, luận văn “Nghiên cứu đánh giá tác đợng của biế n đổ i khí hậu đến dòng chảy hồ Khe Tân, tỉnh Quảng Nam” thông qua việc sử dụng mơ hình MIKE NAM thuộc mơ hình họ MIKE Đan Mạch để đánh giá, xác định biến động dòng chảy đế n hồ chứa nƣớc Khe Tân , huyê ̣n Đa ̣i Lô ̣c , tỉnh Quảng Nam bối cảnh biến đổ i khí hâ ̣u , nƣớc biển dâng Kết luận văn sở khoa học để phục vụ công tác quản lý, sử dụng hiệu nguồn nƣớc hồ Khe Tân, đáp ứng nhu cầu dùng nƣớc cho ngành tƣơng lai Từ khóa – Hồ Khe Tân, Đại Lộc, mơ hình MIKE, biến đổi khí hậu, hạn hán CLIMATE CHANGE IMPACT ASSESSMENT FOR KHE TAN RESEVERVOIR INFLOW Abstract – In recent years, surface water excessive explotation for socio economic development such as hydroelectricity, insductrial requirement, agriculture, etc has made the change in river flow of Quang Nam catchment It has therefore lead to water resource imbalance at this area This situation has caused many unexpected hydrological (flood and drought) disasters This problem might become more severe under the context of climate change Khe Tan is one of the largest artifial reservoir in Quang Nam province which play an important role for this area Thus, the change of inflow in future to this reservoir might affect seriously to local socio economy Faced on the context, there is a need to find out the solution for adapting with challenge, mitigating the impact of climate change for socio economic development For above reason, the thesis is realized based on MIKE NAM module (DHI) to estimate the Khe Tan reservoir inflow variation due to the impact of climate change The thesis result is expected to provide an overview about the Khe Tan reservoir inflow in future to increase the exploited effeciency of the reservoir, also reducing the negative impact of climate change for local Key words -.Khe Tan, Dai Loc, MIKE NAM module (DHI), climate change, drought DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Thống kê trạm đo khí tƣợng, mƣa vùng 12 Bảng 1.2 Nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp tuyệt đối (OC) 15 Bảng 1.3 Độ ẩm tƣơng đối khơng khí trung bình tháng số trạm liên quan (%) 16 Bảng 1.4 Phân bố số giờ nắ ng trung bin ̀ h mỗi ngày tháng 16 Bảng 1.5 Tần suất xuất gió theo hƣớng 17 Bảng 1.6 Đặc trƣng tốc độ gió trạm lân cận khu vực nghiên cứu Tốc độ gió trạm Đà Nẵng (m/s) 17 Bảng 1.7 Lƣợng mƣa trung bình tháng, năm (mm) 18 Bảng 1.8 Lƣợng mƣa ngày lớn (mm) theo tần suất 19 Bảng 1.9 Lƣợng mƣa ngày lớn (mm) theo tần suất 19 Bảng 1.10 Lƣợng mƣa vu ̣ Đông Xuân theo tần suất và năm đa ̣i biể u 20 Bảng 1.11 Lƣợng mƣa vu ̣ Mùa theo tần suất và năm đa ̣i biể u 20 Bảng 1.12 Lƣợng bốc trung bình tháng trạm (mm) 20 Bảng 1.13 Lƣợng bốc (mm) trung bình chậu A trạm Đà Nẵng 21 Bảng 1.14 Phân phối tổn thất bốc năm hồ Khe Tân 21 Bảng 1.15 Bảng tần số bão đổ vào đoạn bờ biển nƣớc ta 22 Bảng 1.16 Lƣợng mƣa mùa lũ, mùa kiệt tỷ lệ so với lƣợng mƣa năm trạm 24 Bảng 1.17 Tần suất lƣu lƣợng đỉnh lũ lớn trạm thuỷ văn 29 Bảng 1.18 Đỉnh lũ lớn quan trắc đƣợc trạm thuỷ văn 29 Bảng 1.19 Dòng chảy kiệt nhỏ trạm vùng nghiên cứu 30 Bảng 2.1 Bảng thống kê thông số kỹ thuật hồ chứa nƣớc tỉnh Quảng Nam 33 Bảng 2.2 Thống kê dung tích phòng lũ hồ lớn sông Vu Gia-Thu Bồn 38 Bảng 2.3 Một số tiêu dân sinh kinh tế vùng dự án 41 Bảng 2.4 Bảng thơng số kỹ thuật Hồ chứa nƣớc Khe Tân 42 Bảng 3.1 Các thơng số mơ hình NAM 52 Bảng 3.2 Trọng số trạm mƣa tính tốn 54 Bảng 3.3 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM 58 Bảng 3.4 Bộ thơng số mơ hình MIKE NAM đƣợc hiệu chỉnh kiểm định 61 Bảng 4.1 Các kịch ứng với dòng chảy đến hồ Khe Tân 66 Bảng 4.2 Sự thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng theo kịch RCP 4.5 67 Bảng 4.3 Sự thay đổi nhiệt độ trung bình tháng theo kịch RCP4.5(°C) 67 Bảng 4.4 Dòng chảy trung bình tháng hồ Khe Tân xét đến BĐKH theo kịch RCP4.5 Q(m3/s) 73 Bảng 4.5 Tổng lƣợng dòng chảy trung bình tháng hồ Khe Tân xét đến BĐKH theo kịch RCP4.5 Q(triệu m3) 73 Bảng 4.6 Sự biến động dòng chảy ứng với tần suất lũ thiết kế qua giai đoạn 73 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình vẽ Hình 1.1 Tên hình vẽ Mạng lƣới sơng, trạm thủy văn địa hình lƣu vực sơng Vu Gia Thu Bồn Trang Hình 1.2 Vị trí hồ Khe Tân nhìn từ Google Map Hình 1.3 Vị trí hạng mục cơng trình đầu mối hồ chứa nƣớc Khe Tân Hình 1.4 Bản đồ mạng lƣới sơng ngòi lƣới trạm khí tƣợng thuỷ văn 14 Hình 1.5 Lƣợng mƣa trung bình tháng trạm 19 Hình 1.6 Bản đồ đẳng trị mƣa vùng tỉnh 23 Hình 1.7 Đồ thị lƣợng mƣa tháng trung bình nhiều năm trạm 26 Hình 2.1 Bản đồ trạng thủy lợi tỉnh Quảng Nam 40 Hình 2.2 Bản đồ quy hoạch thủy lợi tỉnh Quảng Nam 40 Hình 2.3 Vị trí địa lý cơng trình Hồ chứa nƣớc Khe Tân 42 Hình 2.4 Hồ chứa nƣớc Khe Tân (trƣớc nâng cấp) 45 Hình 2.5 Tràn xả lũ Hồ chứa nƣớc Khe Tân (trƣớc nâng cấp) 45 Hình 2.6 Hồ chứa nƣớc Khe Tân (sau nâng cấp 2016) 46 Hình 2.7 Tràn xả lũ Hồ chứa nƣớc Khe Tân (sau nâng cấp 2016) 46 Hình 3.1 Cấu trúc mơ hình Nam 51 Hình 3.2 Xác định trọng số trạm mƣa 55 Hình 3.3 Dữ liệu mƣa ngày trạm 55 Hình 3.4 Dữ liệu lƣu lƣợng trạm thủy văn Nơng Sơn 56 Hình 3.5 Dữ liệu bốc trạm Trà My 56 Hình 3.6 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM 57 Hình 3.7 Kết hiệu chỉnh mơ hình trạm Nơng Sơn 58 - 87 PHỤ LỤC 2: DÒNG CHẢY HỒ KHE TÂN KHI XÉT ĐẾN BĐKH ỨNG CÁC TẦN SUẤT GIAI ĐOẠN 2016-2035 Đặc trƣng thống kê Giá trị Đơn vị Giá trị trung bình 118.49 m³/s Hệ số phân tán CV 0.56 Hệ số thiên lệch CS 2.06 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 691.73 10000.000 0.10 521.15 1000.000 0.20 471.32 500.000 0.33 435.78 303.030 0.50 406.58 200.000 1.00 358.45 100.000 1.50 330.65 66.667 2.00 311.07 50.000 3.00 283.70 33.333 10 5.00 249.56 20.000 11 10.00 203.80 10.000 12 20.00 158.57 5.000 13 25.00 144.08 4.000 14 30.00 132.24 3.333 15 40.00 113.51 2.500 16 50.00 98.89 2.000 17 60.00 86.78 1.667 - 88 - 18 70.00 76.32 1.429 19 75.00 71.54 1.333 20 80.00 67.00 1.250 21 85.00 62.65 1.176 22 90.00 58.47 1.111 23 95.00 54.48 1.053 24 97.00 54.17 1.031 25 99.00 54.17 1.010 26 99.90 54.17 1.001 27 99.99 54.17 1.000 - 89 PHỤ LỤC 3: DÒNG CHẢY HỒ KHE TÂN KHI XÉT ĐẾN BĐKH ỨNG CÁC TẦN SUẤT GIAI ĐOẠN 2046-2065 Đặc trƣng thống kê Giá trị Đơn vị Giá trị trung bình 126.93 m³/s Hệ số phân tán CV 0.56 Hệ số thiên lệch CS 2.00 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 730.77 10000.000 0.10 552.56 1000.000 0.20 500.39 500.000 0.33 463.13 303.030 0.50 432.50 200.000 1.00 381.94 100.000 1.50 352.69 66.667 2.00 332.07 50.000 3.00 303.21 33.333 10 5.00 267.14 20.000 11 10.00 218.67 10.000 12 20.00 170.53 5.000 13 25.00 155.04 4.000 14 30.00 142.35 3.333 15 40.00 122.20 2.500 16 50.00 106.39 2.000 17 60.00 93.21 1.667 - 90 - 18 70.00 81.73 1.429 19 75.00 76.45 1.333 20 80.00 71.39 1.250 21 85.00 66.51 1.176 22 90.00 61.74 1.111 23 95.00 57.06 1.053 24 97.00 55.97 1.031 25 99.00 55.97 1.010 26 99.90 55.97 1.001 27 99.99 55.97 1.000 - 91 PHỤ LỤC 4: DÒNG CHẢY HỒ KHE TÂN KHI XÉT ĐẾN BĐKH ỨNG CÁC TẦN SUẤT GIAI ĐOẠN 2080-2099 Đặc trƣng thống kê Giá trị Đơn vị Giá trị trung bình 133.22 m³/s Hệ số phân tán CV 0.55 Hệ số thiên lệch CS 1.96 Thứ tự Tần suất P(%) Q m³/s Thời gian lặp lại (năm) 0.01 748.61 10000.000 0.10 568.02 1000.000 0.20 515.07 500.000 0.33 477.23 303.030 0.50 446.09 200.000 1.00 394.66 100.000 1.50 364.87 66.667 2.00 343.87 50.000 3.00 314.43 33.333 10 5.00 277.60 20.000 11 10.00 228.01 10.000 12 20.00 178.61 5.000 13 25.00 162.67 4.000 14 30.00 149.58 3.333 15 40.00 128.77 2.500 16 50.00 112.36 2.000 17 60.00 98.63 1.667 - 92 - 18 70.00 86.62 1.429 19 75.00 81.06 1.333 20 80.00 75.71 1.250 21 85.00 70.52 1.176 22 90.00 65.40 1.111 23 95.00 60.29 1.053 24 97.00 58.58 1.031 25 99.00 58.58 1.010 26 99.90 58.58 1.001 27 99.99 58.58 1.000 ... dƣới tác động biến đổi khí hậu tồn cầu 1.2 Tác động BĐKH đến hồ chứa nƣớc tỉnh Quảng Nam Nằm khu vực Trung Trung Bộ Việt Nam, tỉnh Quảng Nam có điều kiện tự nhiên đa dạng từ vùng núi cao Nam Việt... lọc tối đa kết nghiên cứu khoa học biến đổi khí hậu nƣớc tiên tiến giới, tổ chức quốc tế nƣớc có liên quan đến đề tài để đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến hờ chƣ́a nƣớc Khe Tân - Ứng dụng... tỉnh Quảng Nam Chƣơng II Đánh giá trạng hệ thống cơng trình thuỷ lợi địa bàn tỉnh Quảng Nam Chƣơng III: Nghiên cứu biến động tài ngun nƣớc đến cơng trình hồ chứa nƣớc Khe Tân, tỉnh Quảng Nam Chƣơng