Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước mặt lưu vực sông Thu Bồn

Bài viết này tập trung vào việc nghiên cứu sự biến động của tài nguyên nước mặt trên lưu vực sông Thu Bồn dưới tác động của biến đổi khí hậu dựa trên việc phân tích chuỗi số liệu thực đo và sử dụng công cụ mô hình toán thủy văn (MIKE NAM).

Nghiên cứu NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC MẶT LƯU VỰC SÔNG THU BỒN Trịnh Xuân Mạnh, Nguyễn Tiến Quang, Thi Văn Lê Khoa Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Tóm tắt Lưu vực sơng Thu Bồn có vị trí địa lý, địa hình điều kiện tự nhiên phức tạp Lưu vực sông đánh giá nơi dễ chịu tác động tổn thương diễn biến bất lợi yếu tố biến đổi khí hậu, thuỷ văn, xâm nhập mặn, hoạt động quản lí khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên không hợp lý diễn mạnh mẽ, đặc biệt nguồn tài nguyên nước Bài báo tập trung vào việc nghiên cứu biến động tài nguyên nước mặt lưu vực sông Thu Bồn tác động biến đổi khí hậu dựa việc phân tích chuỗi số liệu thực đo sử dụng cơng cụ mơ hình toán thuỷ văn (MIKE NAM) Kết nghiên cứu sử dụng hai kịch RCP 4.5 RCP 8.5 cho thấy lưu lượng trung bình năm lưu vực tăng từ 11,5 - 18,9%, lưu lượng mùa lũ có xu tăng từ 6,9 - 11,3% Tuy nhiên, lưu lượng mùa kiệt lại giảm vào khoảng 0,7% đầu kỷ kịch RCP4.5, ngược lại với kịch RCP8.5 lưu lượng mùa kiệt có xu tăng vào khoảng 1,3 - 11,8% so với thời kì sở Từ khóa: Biến đổi khí hậu, tài ngun nước mặt, lưu vực sơng Thu Bồn, mơ hình MIKE NAM Study on the impacts of climate change on surface water resources in Thu Bon River Basin Abstract Thu Bon River basin is located in a complicated area of geography, topology and natural conditions The basin is very vulnerable to adverse changes of climate, hydrology, salinity as well as irrational management and use of natural resources, especially water resource This research studied the change of surface water in the Thu Bon River basin under impact of climate change by analyzing in-situ data and using MIKE NAM model Results corresponding to RCP4.5 scenario and RCP8.5 scenario indicated the increase of 11.5 - 18.9% in term of annual discharge, and the increase from 6.9 to 11.3% of flood flow Meanwhile, discharge decreased about 0.7% during dry flow with RCP4.5 scenario, and contrarily increased about 1.3 11.8% with RCP8.5 compared to the base period Keywords: Climate change, surface water resources, Thu Bon River basin, MIKE NAM Mở đầu hạn chế Tại Việt Nam, Đánh giá tác động BĐKH đến năm qua có nhiều chương trình nghiên cứu nhằm đưa giải pháp tài nguyên nước địi hỏi phải đầu tư giảm nhẹ ứng phó với BĐKH nhiều thời gian nguồn lực nguồn quy mô khác [1] Để nghiên liệu phục vụ cho công tác cứu BĐKH tác động nghiên cứu Việt Nam cịn thiếu gây cơng cụ mơ hình tốn 84 Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 17 - năm 2017 Nghiên cứu đại mơ hình khí hậu, mơ hình tốn thuỷ văn đóng vai trị quan trọng Đặc biệt lĩnh vực thuỷ văn - tài nguyên nước, với phát triển mạnh mẽ nhanh chóng tốn học, vật lý, tin học cơng cụ tính tốn đại hệ thống thơng tin địa lý (GIS), nên 20 năm gần có nhiều mơ hình tốn thuỷ văn - thuỷ lực, thủy động lực đời ứng dụng thành cơng với độ xác cao Trong nghiên cứu này, mơ hình thuỷ văn MIKE NAM lưa chọn để tính tốn lưu lượng dịng chảy dự tính cho tương lại dựa kịch BĐKH lựa chọn từ có phân tích đánh giá biến động dịng chảy mặt lưu vực sơng Thu Bồn Có thể thấy rằng, ảnh hưởng BĐKH đến lưu vực sông Thu Bồn ngày nghiêm trọng, tình trạng hạn hán mưa lũ diễn biến khó lường Một số biểu ảnh hưởng BĐKH tiêu biểu gần tình trạng hạn hán nghiêm trọng xảy vào năm 2014, từ đầu năm đến tháng 2/2014, địa bàn tỉnh Quảng Nam lượng mưa thiếu hụt 65 - 85% so với kỳ năm trước Bên cạnh đó, dịng chảy sơng dao động nhỏ hạ thấp dần Gần tình trạng mưa lũ kéo dài gây thiệt hại hàng tỷ đồng Quảng Nam Trận lũ ngày 14, 15/12 chưa rút hẳn sáng 16/12 lại thêm trận lũ hoành hành Quảng Nam khiến nhiều khu vực bị ngập sâu nước lũ [4] Đặc biệt, năm gần tài nguyên nước lưu vực sơng Thu Bồn có thay đổi tương đối rõ rệt số lượng chất lượng gây ảnh hưởng tiêu cực đến tình hình kinh tế, xã hội mơi trường khu vực Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến tài ngun nước lưu vực sơng cần thiết cấp bách nhằm giúp cho nhà quản lý tài nguyên nước có nhìn sâu sắc để từ hoạch định sách, đưa định nhằm bảo vệ khai thác bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Phương pháp khu vực nghiên cứu 2.1 Lưu vực sông Thu Bồn Sông Thu Bồn hai sông lớn nằm hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn thuộc tỉnh Quảng Nam Sông Thu Bồn hệ thống sông lớn Nam Trung Bộ, nằm vùng sụt võng trung sinh địa, dốc theo hướng Tây Nam - Đông Bắc Độ cao bình qn 552 m Sơng có tổng diện tích tính đến trạm thuỷ văn Nơng Sơn 3155 km2, nằm vị trí từ 14054’31” đến 15045’11” vĩ độ Bắc, 107050’10” đến 108028’29” kinh độ Đơng Phía tây giáp với dãy Trường Sơn, phía Tây Nam giáp tỉnh Kon Tum, phía Đơng giáp biển Đơng, phía Đơng Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi Mùa lũ lưu vực sông Thu Bồn kéo dài tháng X - XII chiếm tới 60 - 70% lượng dịng chảy năm Mơ đun dịng chảy lũ lớn đạt tới 3360 l/s.km2, trị số mơ đun dịng chảy mùa lũ lớn so với tất lưu vực sơng lãnh thổ Việt Nam [2] Hình 1: Lưu vực sông Thu Bồn - trạm Nông Sơn Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 17 - năm 2017 85 Nghiên cứu 2.2 Thiết lập mơ hình MIKE NAM Mơ hình NAM xây dựng Khoa Thuỷ văn Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch năm 1982.Trong mơ hình NAM thơng số biến đại diện cho giá trị trung bình hóa tồn lưu vực Mơ hình tính q trình mưa - dịng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn [6] Mơ hình NAM ứng dụng rộng rãi Việt Nam nhiều nghiên cứu nên có độ tin cậy cao kiểm chứng phù hợp với lưu vực nước ta QOF L / Lmax − TOF ⎧ PN L/L > T ⎪CQOF max OF − TOF =⎨ L/Lmax ≤ TOF ⎪0 ⎩ Dữ liệu đầu vào cho mơ hình bao gồm số liệu bốc hơi, mưa ngày lưu lượng trung bình ngày Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn hệ thống sơng Thu Bồn - trạm Nông Sơn thu thập đồng kéo dài từ năm 1980 - 2010 trạm đo mưa, trạm bốc trạm thủy văn đo gồm Nông Sơn, Trà My Tiên Phước Số liệu đo mưa, bốc trạm số liệu dịng chảy trạm khống chế Nơng Sơn dùng để hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE NAM Theo đó, thời gian dùng để hiệu chỉnh mơ hình từ năm 1980 đến 1999, thơng số tối ưu tìm bước hiệu chỉnh dùng để kiểm định mơ hình cho thời kì từ năm 2000 đến 2010 Như trình bày, trạm Nơng Sơn sử dụng làm trạm kiểm tra xác định thơng số mơ hình trạm có đo lưu lượng dịng chảy nhiều năm lưu vực Việc hiệu chỉnh thông số mơ hình chủ yếu tiến hành phương pháp thử 86 Cấu trúc mơ hình NAM xây dựng nguyên tắc hồ chứa theo chiều thẳng đứng hồ chứa tuyến tính, gồm bể chứa theo chiều thẳng đứng gồm bể chứa tuyết tan, bể chứa mặt, bể chứa tầng dưới, bể chứa ngầm tầng bể chứa ngầm tầng Trong mơ hình NAM dòng chảy mặt xác định lượng trữ bề mặt tràn, U > Umax, lượng nước thừa PN gia nhập vào thành phần dòng chảy mặt.Thông số QOF đặc trưng cho phần nước thừa PN đóng góp vào dịng chảy mặt Nó giả thiết tương ứng với PN biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm đất, L/Lmax, lượng trữ ẩm tầng thấp [6] sai Kết hiệu chỉnh cho thấy tính tốn đường thực đo tương đối phù hợp với sai số lệch đỉnh giá trị thời gian khơng nhiều Hình thể kết hiệu chỉnh cho thấy hai đường q trình tính tốn thực đo tương đối bám sát pha dao động giá trị đỉnh Ngoài tiêu NASH tương đối tốt, lớn 0.8 hệ số tương quan cao 0,9 Sau bước hiệu chỉnh mơ hình cho kết tốt, mơ hìnhMIKE NAM tiến hành kiểm định cho năm từ 2000 đến 2010 Kết kiểm định thuỷ văn cho lưu vực Nông Sơn tương đối khả quan, nhận thấy đường tính tốn đường thực đo tương đồng Chênh lệch lưu lượng lớn tính tốn giá trị thực đo khơng đáng kể Sai số lệch đỉnh trạm kiểm tra nằm phạm vi cho phép Kết tính tốn tiêu NASH tương đối tốt (0,82) hệ số tương quan 0,89 Với kết thông số mô Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 17 - năm 2017 Nghiên cứu hình có độ tin cậy cao áp dụng vào dự tính dịng chảy tương lai theo kịch BĐKH Như vậy, thông qua hai bước hiệu chỉnh kiểm định, nghiên cứu xác định thông số tối ưu cho lưu vực Nông Sơn với giá trị thơng số CQOF = 0,85; CK1,2 = 48, 56 ; Lmax = 100; Umax = 30 Hình 4: Q trình lưu lượng thực đo tính tốn hiệu chỉnh mơ hình (từ năm 1980 - 1999) Hình 5: Q trình lưu lượng thực đo tính tốn kiểm định mơ hình (từ năm 2000 - 2010) Kết thảo luận 3.1 Xu biến đổi dòng chảy mặt lưu vực Trên sở phân tích chuỗi số liệu thực đo nhiều năm từ 1980 đến 2010, chuỗi số liệu thu thập không dài nên thời kì chọn từ năm 1980 đến 1999 để làm sở phân tích đánh giá biến động dòng chảy mặt lưu vực, dựa kết phân tích chuỗi số liệu thực đo nhận thấy giai đoạn từ năm 2000 - 2010 lưu lượng trung bình năm lưu vực tăng 16,2% so với lưu lượng trung bình năm thời đoạn 1980 - 1999 Đường trình lưu lượng trung bình năm, lưu lượng trung bình mùa kiệt từ năm 1980 - 2010 thể hình hình Trong thấy lưu lượng trung bình thời kì 2000 - 2010 (đường màu xanh) ln Tạp chí Khoa học Tài ngun Môi trường - Số 17 - năm 2017 87 Nghiên cứu lớn lưu lượng trung bình thời kì 1980 - 1999 (đường màu đỏ) Cụ thể, dựa vào kết tính lưu lượng trung bình mùa lũ lưu vực Thu Bồn thời khoảng cho thấy kết lưu lượng trung bình mùa lũ tăng khoảng 12,5 % tính tốn tương tự lưu lượng trung bình mùa kiệt cho thấy mức độ tăng khoảng 26,2 % so với thời đoạn Hình 2: Q trình lưu lượng trung bình năm trạm Nơng Sơn nhiều năm Hình 3: Quá trình lưu lượng trung bình mùa kiệt trạm Nơng Sơn nhiều năm 3.2 Đánh giá biến động tài nguyên nước mặt lưu vực sông Thu Bồn theo kịch BĐKH Như trình bày, hai kịch biến đổi khí hậu gồm kịch phát thải cao (RCP 8.5) kịch phát thải trung bình (RCP 4.5) dùng để tính tốn Theo đó, kịch biến đổi lượng mưa bốc theo thời đoạn ngày cho trạm Trà My, Tiên Phước Nông Sơn thu thập cho thời đoạn năm từ 2016 - 2035, 2046 - 2065 2080 - 2099 tương ứng với đặc trưng 88 cho giai đoạn đầu kỉ, kỉ cuối kỉ Hình thể kết dự tính lượng mưa trung bình thời đoạn tháng năm trạm Nông Sơn theo kịch RCP 4.5 RCP 8.5 giai đoạn nêu trên, qua thấy lượng mưa dự tính có biến động từ đầu kỉ đến cuối kỉ Như vậy, số liệu mưa bốc dự tính sử dụng đầu vào mơ hình thuỷ văn MIKE NAM để tính tốn lưu lượng dịng chảy dự tính tương lai để Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 17 - năm 2017 Nghiên cứu đánh giá biến động dịng chảy mặt lưu vực sơng Thu Bồn Như vậy, dựa vào lượng mưa bốc dự tính theo kịch nêu trên, sử dụng mơ hình tốn thuỷ văn MIKE NAM hiệu chỉnh kiểm định, nghiên cứu tính tốn xác định lưu lượng dự tính cho giai đoạn từ đầu kỉ, kỉ cuối kỉ Qua nhận thấy, lưu lượng trung bình năm theo kịch RCP4.5 so với giai đoạn có xu tăng 16,6 %, tương ứng với lưu lượng khoảng 47,19 m3/s vào đầu kỷ Tương tự vào kỷ, lưu vực Nông Sơn lưu lượng trung bình năm tăng khoảng 64,8 m3/s (22,8%) giảm 23,3 m3/s (8,2%) vào cuối kỷ Theo kịch RCP8.5, lưu lượng trung bình nhiều năm trạm Nơng Sơn tăng 43,2m3/s (15,2%) vào đầu kỉ, tăng 62,5 m3/s (22%) vào kỷ tăng 57,93 m3/s (20 4%) vào cuối kỷ Hình thể biến động lưu lượng dịng chảy dự tính theo hai kịch phát thải trung bình cao Hình 6: Lượng mưa dự tính theo thời đoạn kịch phát thải RCP 4.5 trạm Nơng Sơn Hình 7: Lưu lượng trung bình năm theo kịch BĐKH RCP4.5 RCP8.5 Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 17 - năm 2017 89 Nghiên cứu Bảng 1: Kết dự tính lưu lượng trung bình mùa lũ kiệt lưu vực Nông Sơn (m3/s) Mùa lũ Thời đoạn TBNN Đầu kỷ Giữa kỷ Cuối kỷ Kịch RCP4.5 600 787 839 598 Kịch RCP8.5 600 765 831 820 Mùa kiệt Thời đoạn TBNN Đầu kỷ Giữa kỷ Cuối kỷ Kịch RCP4.5 112,5 102,9 103,4 91,7 Kịch RCP8.5 112,5 108,1 104,2 103,1 Kết luận kiến nghị Nghiên cứu lựa chọn hai kịch phát thải cao RCP8.5 trung bình RCP4.5 để đánh giá biến động dịng chảy mặt lưu vực sơng Thu Bồn mơ hình tốn thuỷ văn MIKE NAM Kết cho thấy lưu lượng trung bình năm lưu vực tăng từ 11,5 - 18,9%, lưu lượng mùa lũ tăng từ 6,9 - 11,3%, lưu lượng mùa kiệt giảm 0,7% đầu kỷ với kịch RCP4.5, lại tăng từ 1,3 - 11,8% so với giai đoạn Trong nghiên cứu xem xét biến động dịng chảy mặt lưu vực sơng Thu Bồn toán khái quát chung lưu vực, chưa xét đến nhân tố gây ảnh hưởng đến dịng chảy mặt hồ chứa, cơng trình khai thác nguồn nước khác hay sử dụng nước ngành kinh tế tương lai Đây điểm hạn chế nghiên cứu định hướng khắc phục nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài nguyên Môi trường (2016) Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam Hà Nội [2] Đinh Phùng Bảo (2001), Đặc điểm khí hậu, thủy văn tỉnh Quảng Nam Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn tỉnh Quảng Nam Báo cáo tình hình kinh tế xã hội tỉnh Quảng Nam, Đà Nẵng [3] Trần Thanh Xuân, Hoàng Minh Tuyển, Lê Tuấn Nghĩa, Lương 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 [4] http://tuoitre.vn/tin/chinh-tri-xahoi/20161216/quang-nam-lu-chong-luhang-nghin-ngoi-nha-bi-ngap/1237162.html [5] 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 [6] Fuji technology press ltd(2014), Impact of Climate Change on River Flows in the Black Volta River,JDR Vol.9 No.4 pp 432-442doi: 10.20965/jdr.2014.p0432(2014) [7] MIKE NAM manual, DHI, 2011 BBT nhận bài: Ngày 2/7/2017; Phản biện xong: Ngày 19/7/2017 90 Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 17 - năm 2017 ... vững tài nguyên nước lưu vực sông Phương pháp khu vực nghiên cứu 2.1 Lưu vực sông Thu Bồn Sông Thu Bồn hai sông lớn nằm hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn thu? ??c tỉnh Quảng Nam Sông Thu Bồn hệ thống sông. .. kinh tế, xã hội mơi trường khu vực Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến tài ngun nước lưu vực sơng cần thiết cấp bách nhằm giúp cho nhà quản lý tài nguyên nước có nhìn sâu sắc để từ hoạch... giá biến động dịng chảy mặt lưu vực sơng Thu Bồn Có thể thấy rằng, ảnh hưởng BĐKH đến lưu vực sông Thu Bồn ngày nghiêm trọng, tình trạng hạn hán mưa lũ diễn biến khó lường Một số biểu ảnh hưởng