Tính phân phối dòng chảy năm của trạm thủy văn sơn giang khi có biến đổi khí hậu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐOÀN ĐỨC LỘC TÍNH PHÂN PHỐI DỊNG CHẢY NĂM CỦA TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI CĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐỒN ĐỨC LỘC TÍNH PHÂN PHỐI DÒNG CHẢY NĂM CỦA TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI CĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số 8580202 : LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: TS TÔ THÚY NGA Đà Nẵng – Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi Đồn Đức Lộc Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Đồn Đức Lộc ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành tới TS Tơ Thúy Nga, người tận tình hướng dẫn góp ý để giúp cho tác giả hồn thành luận văn Học viên bày tỏ lòng biết ơn tới thầy, cô Khoa xây dựng công trình thủy tạo điều kiện học tập, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên môn hỗ trợ kỹ thuật suốt trình học tập Cảm ơn gia đình bạn bè động viên, khích lệ tinh thần tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành chương trình học Do thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong nhận góp ý từ thầy, cô bạn để luận văn hoàn thiện iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỔ MỞ ĐẦU 10 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 10 ĐỐI TƯỢNG , MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 11 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 3.1 Cách tiếp cận 12 3.2 Phương pháp nghiên cứu 12 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 12 4.1 Đối với tác giả sở ứng dụng kết nghiên cứu: 12 4.2 Đối với kinh tế - xã hội môi trường: 12 NỘI DUNG LUẬN VĂN BAO GỒM 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 14 1.1 TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 14 1.1.1 Nguyên nhân biến đổi khí hậu 14 1.1.2 Xu biến đổi khí hậu 15 1.1.3 Tình hình biến đổi khí hậu Việt Nam 16 1.1.4 Các kịch biến đổi khí hậu cho Việt Nam 19 1.2 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 22 1.2.1 Vị trí địa lý khu vực 22 1.2.2 Địa hình 24 1.2.3 Địa chất, thổ nhưỡng 25 1.2.4 Thực vật 26 1.2.5 Mạng lưới sơng ngịi 28 1.2.6 Đặc điểm khí hậu thủy văn 31 CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN CHO LƯU VỰC TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG 34 2.1 CÁC ĐẠI LƯỢNG BIỂU THỊ DỊNG CHẢY SƠNG NGỊI 34 2.2 CÁC MƠ HÌNH THỦY VĂN TIÊU BIỂU 36 2.2.1 Mơ hình TANK 36 2.2.2 Mơ hình HEC-HMS 37 2.2.3 Mơ hình MARINE 37 2.2.4 Mơ hình SSARR (Stream flow synthesis and Reservoir Regulation) 38 2.2.5 Mơ hình NAM 38 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH NAM 39 2.4 THIẾT LẬP MƠ HÌNH NAM CHO LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 43 2.4.1 Dữ liệu đầu vào 43 2.4.2 Tạo lưu vực sông 43 iv 2.4.3 2.4.4 Thiết lập mơ hình NAM cho lưu vực nghiên cứu 45 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE – NAM 46 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 50 3.1 SỰ THAY ĐỔI LƯỢNG MƯA THEO CÁC KỊCH BẢN BĐKH 50 3.2.MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI XÉT ĐẾN BĐKH 51 3.2.1 Kịch 51 3.2.2 Kịch BĐKH RCP 4.5 53 3.2.3 Kịch BĐKH RCP 8.5 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 KẾT LUẬN 60 KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 v TÍNH PHÂN PHỐI DỊNG CHẢY NĂM CỦA TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI CĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Học viên: Đoàn Đức Lộc Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: Khóa: 2016 – 2018 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Tỉnh Quảng Ngãi có tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh Trước ảnh hưởng biến đổi khí hậu (BĐKH), tình trạng ngập lụt xâm nhập mặn diễn biến phức tạp đặc biệt vùng hạ lưu trạm thủy văn Sơn Giang Cả hai loại hình u cầu phải tính tốn dự báo diễn biến dịng chảy Do đó, ngun cứu ứng dụng công cụ MIKE-NAM để đánh giá chế độ dòng chảy thượng lưu trạm thủy văn Sơn Giang sông Trà Khúc xét đến biến đổi khí hậu, làm sở cho việc sử dụng nguồn nước phía hạ lưu phát triển kinh tế - xã hội giảm thiểu thiệt hại biến đổi bất lợi gây Từ khóa - Lưu vực thượng lưu trạm thủy văn Sơn Giang; sông Trà Khúc; biến đổi khí hậu; MIKE NAM DISTRIBUTION OF SON GIANG HYDROLOGICAL STATION IN THE CONTEXT CLIMATE CHANGE Abstract - Quang Ngai province has shown fairly fast economic growth recently During climate change, inundation and saltwater intrusion are sophisticated, especially, at the downstream of Son Giang hydrological station Both of these natural disaster phenomena require calculation and prediction of the flow regime's changes Therefore, in this study, the author will apply the MIKE-NAM software to evaluate the upstream flow regime of Son Giang hydrological station on the Tra Khuc river with respect to climate change, as the basic reference for the use of the downstream water resources to contribute to socio-economic development and mitigate the damage caused by adverse changes Key words – Upstream basin of Son Giang hydrological station; Trà Khúc River; the climate change; MIKE-NAM vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AGCM-MRI: Mơ hình Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản ATNĐ: Áp thấp nhiệt đới AR5: Báo cáo đánh giá lần thứ IPCC BĐKH: Biến đổi khí hậu CCAM: Mơ hình Khí bảo giác lập phương (Conformal Cubic Atmospheric Model) CMIP5: Dự án đối chứng khí hậu lần (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) IPCC: Ban liên phủ Biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change) KB: Kịch PRECIS: Mơ hình khí hậu khu vực Trung tâm Khí tượng Hadley, Vương quốc Anh (Providing Regional Climates for Impacts Studies) RCP4.5: Kịch nồng độ khí nhà kính trung bình thấp RCP8.5: Kịch nồng độ khí nhà kính cao vii DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1.1: THAY ĐỔI LƯỢNG MƯA (%) TRONG 57 NĂM QUA (1958-2014) Ở CÁC VÙNG KHÍ HẬU (NGUỒN: BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔ TRƯỜNG[1]) 17 BẢNG 1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG LỚP PHỦ THỰC VẬT TRÊN LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC [ ] 27 BẢNG 1.3 HIỆN TRẠNG RỪNG NĂM 2000 LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC [ ] 27 BẢNG 1.4 DANH SÁCH TRẠM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN ĐO MƯA TRÊN LƯU SÔNG TRÀ KHÚC 30 BẢNG 1.5 LƯỢNG MƯA TRUNG BÌNH NHIỀU NĂM TỪ 1977 – 2013 (MM) 33 BẢNG 2.1: TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ HỆ SỐ NSE 43 BẢNG 2.2: TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ HỆ SỐ TƯƠNG QUAN (THEO MORIASI, 2007) 43 BẢNG 2.3: CÁC TIỂU LƯU VỰC TRÊN THƯỢNG LƯU TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG 44 BẢNG 2.4: TRỌNG SỐ MƯA CỦA CÁC TRẠM MƯA CHO CÁC TIỂU LƯU VỰC 44 BẢNG 2.5: CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA MƠ HÌNH NAM CHO DỊNG CHẢY NĂM TRÊN LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC TẠI TRẠM SƠN GIANG 48 BẢNG 2.6: BỘ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO TỪNG TIỂU LƯU VỰC 49 BẢNG 3.1: SỰ THAY ĐỔI LƯỢNG MƯA TRUNG BÌNH THÁNG THEO KỊCH BẢN RCP 4.5 50 BẢNG 3.2: SỰ THAY ĐỔI LƯỢNG MƯA TRUNG BÌNH THÁNG THEO KỊCH BẢN RCP 8.5 51 BẢNG 3.3: LƯU LƯỢNG TRUNG BÌNH THÁNG TẠI TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI XÉT ĐẾN BĐKH THEO KỊCH BẢN RCP 4.5 Q(M3/S) 55 BẢNG 3.4: LƯU LƯỢNG TRUNG BÌNH THÁNG TẠI TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI XÉT ĐẾN BĐKH THEO KỊCH BẢN RCP 8.5Q(M3/S) 58 viii DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỔ HÌNH 1.1: LƯU VỰC SƠNG TRÀ KHÚC 11 HÌNH 1.2: CHUẨN SAI NHIỆT ĐỘ (°C) TRUNG BÌNH NĂM TRONG 57 NĂM QUA (1958-2014) TRÊN QUY MÔ CẢ NƯỚC (NGUỒN: BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG [1]) 17 HÌNH 1.3: BẢN ĐỒ HÀNH CHÍNH LƯU VỰC HỆ THỐNG SƠNG TRÀ KHÚC 23 HÌNH 1.4: BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH SƠNG TRÀ KHÚC 25 HÌNH 1.5: BẢN ĐỒ LỚP PHỦ LƯU VỰC SƠNG TRÀ KHÚC[5] 26 HÌNH 1.6 BẢN ĐỒ MẠNG LƯỚI SƠNG VÀ TRẠM KTTV LƯU VỰC SƠNG TRÀ KHÚC [5] 31 HÌNH 2.1: ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LƯU LƯỢNG CỦA MỘT TRẬN LŨ [6] 34 HÌNH 2.2: CẤU TRÚC MƠ HÌNH NAM[7] 40 HÌNH 2.3: CHU TRÌNH THỦY VĂN[7] 41 HÌNH 2.4: BẢN ĐỒ CÁC TIỂU LƯU VỰC THƯỢNG LƯU TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG 44 HÌNH 2.5: DỮ LIỆU MƯA CỦA CÁC TRẠM 45 HÌNH 2.6: DỮ LIỆU BỐC HƠI TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG 45 HÌNH 2.7: DỮ LIỆU LƯU LƯỢNG THỰC ĐO TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG 46 HÌNH 2.8: KẾT QUẢ QUÁ TRÌNH HIỆU CHỈNH TẠI TRẠM SƠN GIANG THỜI KỲ (1980-1995) 47 HÌNH 2.9: KẾT QUẢ ĐƯỜNG TỔNG LƯỢNG HIỆU CHỈNH TẠI TRẠM SƠN GIANG THỜI KỲ (19801995) 47 HÌNH 2.10: KẾT QUẢ QUÁ TRÌNH KIỂM ĐỊNH TẠI TRẠM SƠN GIANG THỜI KỲ (1996-2010) 47 HÌNH 2.11: KẾT QUẢ ĐƯỜNG TỔNG LƯỢNG KIỂM ĐỊNH TẠI TRẠM SƠN GIANG THỜI KỲ (19962010) 48 HÌNH 2.12: BIỂU ĐỒ QUÁ TRÌNH LƯU LƯỢNG TRUNG BÌNH NĂM TẠI TRẠM SƠN GIANG(19802010) 48 HÌNH 2.13: BIỂU ĐỒ LƯU LƯỢNG TẠI CÁC TIỂU LƯU VỰC THƯỢNG LƯU TRẠM SƠN GIANG NĂM 1980-2010 49 HÌNH 3.1: DỮ LIỆU MƯA CỦA CÁC TRẠM MƯA ỨNG VỚI KỊCH BẢN NỀN GIAI ĐOẠN 1986-2005 51 HÌNH 3.2: DỮ LIỆU BỐC HƠI TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG ỨNG VỚI KỊCH BẢN NỀN GIAI ĐOẠN 1986-2005 52 HÌNH 3.3: DỮ LIỆU LƯU LƯỢNG THỰC ĐO TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG ỨNG VỚI KỊCH BẢN NỀN GIAI ĐOẠN 1986-2005 52 HÌNH 3.4: DỮ LIỆU MƯA CỦA CÁC TRẠM MƯA ỨNG VỚI KỊCH BẢN BĐKH RCP 4.5 GIAI ĐOẠN 2016-2035 53 58 Bảng 3.4: Lưu lượng trung bình tháng trạm thủy văn Sơn Giang xét đến BĐKH theo kịch RCP 8.5Q(m3/s) Giai đoạn 10 11 12 1986-2005 189.18 125.65 92.18 70.10 74.78 81.60 79.27 85.75 170.27 503.02 627.01 468.12 2016-2035 216.67 144.54 104.29 78.04 78.35 92.28 95.37 108.64 226.86 669.71 844.71 541.75 2046-2065 222.55 148.35 106.45 79.68 79.40 88.87 89.07 99.20 221.19 668.00 845.21 577.02 Lưu lượng Q(mᶟ/s) LƯU LƯỢNG TRẠM THỦY VĂN SƠN GIANG KHI XÉT ĐẾN BĐKH THEO KB RCP8.5 1000.00 900.00 800.00 700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 Giai đoạn 1986-2005 2016-2035 2046-2065 10 11 12 Tháng Hình 3.14: Lưu lượng trung bình tháng trạm thủy văn Sơn Giang theo kịch RCP 8.5 giai đoạn W (t)(mᶟ) 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 TỔNG LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM SƠN GIANG THEO KBBĐKH RCP 8.5 Kịch (1986-2005) RCP 8.5 (2016 - 2035) RCP 8.5 (2046 - 2065) T (năm) Hình 3.15: Tổng lượng dòng chảy trạm Sơn Giang xét theo kịch RCP 8.5 giai đoạn 59 Nhận xét: - Nhìn vào bảng 3.3 hình 3.8, ta thấy, lưu lượng trung bình tháng trạm thủy văn Sơn Giang xét đến BĐKH theo kịch RCP 4.5 có xu hướng tăng trung bình 35.92% (giai đoạn 2016-2035),55.06% (giai đoạn 2046-2065) vào tháng mùa lũ; tăng trung bình 10.58% (giai đoạn 2016-2035),15.43% (giai đoạn 2046-2065) vào tháng mùa kiệt - Nhìn vào bảng 3.4 hình 3.14, ta thấy, lưu lượng trung bình tháng trạm thủy văn Sơn Giang xét đến BĐKH theo kịch RCP 8.5 có xu hướng tăng trung bình 29.20% (giai đoạn 2016-2035),30.19% (giai đoạn 2046-2065) vào tháng mùa lũ; tăng trung bình 14.56% (giai đoạn 2016-2035),13.50% (giai đoạn 2046-2065) vào tháng tháng mùa kiệt - Với kịch BĐKH lưu lượng trung bình năm giai đoạn tăng Cụ thể sau: Kịch RCP 4.5 tăng 29.4% (giai đoạn 2016-2035), tăng 44.76% (giai đoạn 2046-2065); Kịch RCP 8.5 tăng 24.71% (giai đoạn 2016-2035), tăng 25.63% (giai đoạn 2046-2065) - Với kịch BĐKH RCP 8.5 lưu lượng trung bình năm giai đoạn kỉ tăng nhẹ (cụ thể 0.93%) so với giai đoạn đầu kỉ 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết nghiên cứu áp dụng mơ hình MIKE NAM kết hợp với kịch BĐKH nước biển dâng cho Việt Nam Bộ Tài nguyên Môi trường năm 2016 đánh giá xu hướng thay đổi dòng chảy năm đến lưu vực thượng lưu trạm thủy văn Sơn Giang ứng với kịch BĐKH Bộ Tài nguyên Mơi trường khuyến nghị Dịng chảy đến Trạm thủy văn Sơn Giang có xu hướng tăng Tăng nhẹ vào mùa kiệt (cụ thể khoảng 12.72% giai đoạn 2016-2035, khoảng 14.46% giai đoạn 2046-2065) tăng mạnh vào mùa lũ (cụ thể khoảng 32.56% giai đoạn 2016-2035, khoảng 42.63% giai đoạn 2046-2065) Kiến nghị Cần xem xét lại công tác quy hoạch lưu vực sông Trà Khúc, lồng ghép vấn đề thích ứng BĐKH để giảm thiểu tác động BĐKH đến tài nguyên nước lưu vực sông Trà Khúc Cần xây dựng quy trình vận hành liên hồ thích ứng với kịch BĐKH nhằm đảm bảo cấp nước vào mùa kiệt phòng lũ vào mùa lũ BĐKH làm gia tăng tượng khí hậu cực đoan Vì vậy, cần phải có quan tâm đặc biệt để thích ứng với BĐKH, xây dựng đề án nhằm đối phó với BĐKH, đảm bảo cung cấp nước phòng lũ tương lai Nghiên cứu đánh giá chế độ dịng chảy năm vùng phía thượng lưu trạm thủy văn Sơn Giang theo kịch BĐKH Do thời gian không cho phép khối lượng nghiên cứu lớn nên tác giả chưa đánh giá chất lượng nước phân tích chuyên sâu tiểu lưu vực vùng phía hạ lưu trạm thủy văn Sơn Giang 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu Tiếng Việt Bộ Tài Nguyên Môi Trường (2016), Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam Sở Tài Nguyên Môi Trường (2016), Kịch biển đổi khí hậu tỉnh Quảng Ngãi Trần Thục nnk (2011), Tác động BĐKH đến tài nguyên nước Việt Nam, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường, Hà Nội Nguyễn Văn Thắng (2010), Biến đổi khí hậu tác động Việt Nam, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường, Hà Nội Đặng Ngọc Vinh Nguyễn Xuân Phùng (2006), Báo cáo đặc điểm khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Ngãi, Viện quy hoạch thủy lợi, Hà Nội Hà Văn Khối (2008), Giáo trình Thủy văn cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi, Nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội Tô Thúy Nga, Lê Hùng (2014), Sổ tay thực hành mơ hình thủy văn - thủy lực, Trường Đại học bách Khoa – ĐHĐN Viện Nghiên cứu quản lý kinh tế trung ương (2012), Tác động biến đổi khí hậu tới tăng trưởng phát triển kinh tế Việt Nam đến năm 2050, NXB Thống kê, Hà Nội  Tài liệu Tiếng Anh 9.http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_ipcc_fourth_assessment_repo rt_wg1_report_the_physical_science_basis.htm 10 Sarah Skelton (2009), Geo-spatial technology use to model flooding potential in chestatee river watershed, University of Georgia 11 DHI (2007), Mike 11 – User’s Manual DAI HOC DA NANG xA HQI CHU NGHiA Vl¢T NAM DQcl~p - TV - H~nh phuc CQNG HOA TRUONG D~i HQC BAcH KHOA HO sa HOI DONG DANH GIA LuAN VAN THAC si HQc vien: Doan Duc LQc Bien ban HQi d6ng Bang diem cua hoc vien cao hoc Ly lich khoa hoc cua hoc vien Bien ban kiern phieu Nh?n xet NH~NXET TT HQvATEN TRAcH NHI.¢M TRONG HQI DONG Ban nhQ.n PhiRu diim xet PGS.TS ve NgQc Duong TS Doan Thuy Kim Phuong GS.TS Nguyen Th~ Hung Phan bien x x TS Ki~u Xuan Tuyen Phan bien >< X TS Huynh NgQc HflO Uy vien ;