Biến đổi khí hậu hiện nay cũng như trong thể kỷ 21 phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phát thải nhà kính, tức là phụ thuộc vào mức độ phát triển kinh tế - xã hội.
y = 0,0141x - 2,1245 25 25,5 26 26,5 27 27,5 1970 1980 1990 2000 2010 Nhi et d o t (nam) y = -19,827x + 41982 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 M u a (m m ) t (nam)
53
Vì vậy các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng trên các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội toàn cầu. [1, 2, 21]
Con người đã phát thải quá mức khí nhà kính vào khí quyển từ các hoạt động khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, phá rừng, … Do đó, cơ sở để xác định các kịch bản phát thải khí nhà kính là: sự phát triển kinh tế ở quy mô toàn cầu, dân số thế giới và mức độ tiêu dùng, chuẩn mực cuộc sống và lối sống, tiêu thụ năng lượng và tài nguyên năng lượng, chuyển giao công nghệ, thay đổi sử dụng đất, …
Trong Báo cáo đặc biệt về phát thải nhà kính năm 2000, IPCC đã đưa ra 40 kịch bản, phản ánh đa dạng khả năng phát thải khí nhà kính trong thế kỷ 21. Các kịch bản phát thải này được tổ hợp thành 4 kịch bản gốc là A1, A2, B1, B2 với các đặc điểm chính như sau:
+ Kịch bản gốc A1:
Mô tả thế giới tương lai kinh tế phát triển nhanh, dân số thế giới đạt đỉnh vào năm 2050 sau đó giảm dần, truyền bá nhanh chóng và hiệu quả các công nghệ mới, thế giới có sự tương đồng về thu nhập và cách sống, có sự tương đồng giữa các khu vực, giao lưu mạnh mẽ về văn hóa và xã hội toàn cầu. Họ kịch bản A1 được chia làm 3 nhóm dựa theo mức độ phát triển công nghệ: A1FI (kịch bản phát thải cao), A1T (kịch bản phát thải thấp), A1B (kịch bản phát thải trung bình).
+ Kịch bản gốc A2 (kịch bản phát thải cao, tương ứng với A1FI):
Mô tả thế giới không đồng nhất, các quốc gia hoạt động độc lập, tự cung tự cấp; dân số thế giới tiếp tục tăng trong thế kỷ 21; kinh tế phát triển theo định hướng khu vực; thay đổi về công nghệ và tốc độ tăng trưởng kinh tế tính theo đầu người chậm.
+ Kịch bản gốc B1:
Mô tả thế giới tập trung với dân số thấp như A1, nhưng thay đổi mạnh cấu trúc nền kinh tế theo hướng dịch vụ và công nghiệp thông tin, giảm nguyên liệu, và tăng công nghệ sạch và hiệu quả. Nhấn mạnh phát triển toàn cầu về môi trường, xã hôi và kinh tế bao gồm công bằng tiến bộ.
+ Kịch bản gốc B2 (kịch bản phát thải trung bình, được xếp cùng nhóm với A1B):
54
Mô tả thế giới nhấn mạnh phát triển khu vực về kinh tế, xã hội, và môi trường. Dân số tăng liên lục nhưng với tốc độ thấp hơn A2, kinh tế mức trung, chậm và rời rạc trong thay đổi công nghệ hơn A1 và B1. Đi theo hướng bảo vệ môi trường và công bằng xã hội, kịch bản phát triển theo khu vực và vùng. Chênh lệch thu nhập giữa nước giàu và nghèo giảm. Ứng dụng cho khu vực có nhiều hoạt động bảo vệ môi trường, dân cư thưa thớt, tốc độ phát triển kinh tế tương đối chậm. 3.3 KỊCH BẢN THAY ĐỔI MẶT ĐỆM
Việc hiểu được tác động của thay đổi lớp phủ, sử dụng đất giúp chính quyền địa phương và các nhà chính sách đề ra, thực hiện để làm giảm tác động không mong muốn do sự thay đổi sử dụng đất trong tương lai. Để có thể đương đầu với tác động của thay đổi sử dụng đất đối với dòng chảy trong tương lai thì việc hiểu được những tác động do thay đổi dòng chảy trong lịch sử cũng là một vấn đề quan trọng.
Với mục đích tăng sự hiểu biết chi tiết về tác động của sự biến đổi sử dụng đất đến dòng chảy. Việc tính toán cho những kịch bản và các chiến lược tốt nhất có thể cung cấp những thông tin có giá trị để đặt ra những chiến lược quản lý hiệu quả hơn để phát triển bền vững cho cộng đồng địa phương.
Các kịch bản thảm phủ được sử dụng trong luận văn này thể hiện một vài khả năng có thể thay đổi trong tương quan với bản đồ sử dụng đất năm 2000 mà được sử dụng làm bản đồ chuẩn. [9]
3.3.1. Kịch bản 1
Dựa vào phương hướng phát triển kinh tế, đất nông nghiệp tăng chủ yếu do khai thác quỹ đất chưa sử dụng đưa vào sản xuất cây hàng năm và cây lâu năm, trồng và khoanh nuôi phục hồi rừng, kịch bản 1 được xây dựng với sự thay đổi diện tích từng loại thực vật với phân bố theo không gian như hình 3.5.
Phân bố loại cây trồng theo không gian trong kịch bản này dựa trên đặc tính của đất, địa hình và loại hình sử dụng đất như sau:
Nhóm đất phù sa địa hình bằng và thấp: thích hợp trồng lúa hoặc luân canh với cây trồng ngắn ngày.
Đất glay sử dụng trồng lúa nước.
Đất xám feralit ở địa hình có các cấp độ khác nhau. Đất có độ dốc thấp thích hợp trồng cây lương thực ngắn ngày. Đất có độ dốc trung bình thích hợp với
55
cây công nghiệp lâu năm và cây ăn quả. Đối với đất có độ dốc cao chủ yếu cho cây rừng hoặc nông lâm kết hợp.
Nhóm đất đỏ ưu thế trồng cây lâu năm, đặc biệt là đất đỏ bazan cần ưu tiên trồng các loại cây công nghiệp dài ngày
Xây dựng bản đồ sử dụng đất
Trên cơ sở đã nêu ở trên, kết hợp bản đồ địa hình, bản đồ đất và bản đồ sử dụng đất năm 2000. Xây dựng bản đồ sử dụng đất dựa vào phần mềm Mapinfo. Cụ thể: Diện tích đất xám feralit ở độ cao thấp trồng rau màu và cây công nghiệp ngắn ngày. Đối với độ cao trung bình dưới 100m, chuyển thành đất trồng cây công nghiệp. Vùng núi cao chuyển thành đất trồng rừng. Vùng đất glay chuyển thành vựa lúa. Phân bố sử dụng đất theo không gian và tỉ lệ thay đổi diện tích như hình 3.5.
Hình 3.5. Thay đổi diện tích sử dụng đất của kịch bản 1 so với bản đồ năm 2000 3.3.2. Kịch bản 2.
Sự thay đổi sử dụng đất cực đoan được giả thiết trong kịch bản 2 (Bảng 16). Trường hợp này có thể hỗ trợ trong việc đánh giá tài nguyên nước lưu vực trong các điều kiện sử dụng đất cực đoan đó.
3.3.3. Kịch bản 3.
Kịch bản này đưa ra sự thay đổi sử dụng đất theo chiều hướng tốt nhất để có thể hiểu được những tác động tích cực, và khả năng của nó đối với việc làm hạn chế các tác động không mong muốn (Bảng 3.1).
Bảng 3.1. Các kịch bản biến đổi sử dụng đất
Kịch bản 1 Đất đồng cỏ chuyển sang đất trồng rừng, một phần chuyển thành đất nông nghiệp, đất trồng cây công nghiệp lâu năm
Kịch bản 2 Toàn bộ đất trong lưu vực bị hoang mạc hóa
Kịch bản 3 Toàn bộ diện tích cây bụi và cỏ trong vùng được phục hồi thành đất trồng rừng 0% 50% 100% ban đầu kịch bản 11,6 30,5 26,3 30,1 5,8 10,8 41,1 4,4 12,8 21,7 rau màu và CN ngắn ngày lúa công nghiệp
56
3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
3.4.1 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu
Dựa vào các đặc điểm về tình hình phát triển kinh tế, dân số, mức độ quan tâm đến môi trường của tỉnh Quảng Trị nói chung và của lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng, luận văn này đã lựa chọn 2 kịch bản để đánh giá mức độ tác động của biến đổi khí hậu đối với dòng chảy là: kịch bản phát thải cao (A2) và kịch bản phát thải trung bình (B2) từ báo cáo “Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam” của Bộ Tài Nguyên và Môi trường (2012). Đây là các kịch bản chú trọng đến các giải pháp cục bộ cho vấn đề bền vững về mặt môi trường, kinh tế và xã hội. Trong đó kịch bản B2 mô phỏng dân số toàn cầu vẫn tiếp tục gia tăng nhưng ở mức độ thấp hơn so với kịch bản A2, phát triển kinh tế ở mức cơ bản cùng với sự thay đổi của khoa học kỹ thuật ở mức vừa phải. Kịch bản A2 dựa trên mức độ tăng cao của dân số toàn cầu và sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật. [1, 2]
Chi tiết hóa các kịch bản toàn cầu từ mô hình GCM cho khu vực nghiên cứu, nhưng với khuôn khổ của một luận văn việc tìm hiểu và chi tiết hóa không thể thực hiện vì yêu cầu về khối lượng dữ liệu và thời gian tính toán kéo dài đến vài tháng. Vì thế trong luận văn này sử dụng kết quả đã chi tiết hóa từ báo cáo “Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam” của Bộ Tài Nguyên và Môi trường (2012) làm đầu vào kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Thạch Hãn.
Cụ thể trong kịch bản B2 và A2 mưa và nhiệt độ biến đổi theo thời gian như bảng sau:
Bảng 3.2. Gia tăng nhiệt độ theo mùa tại Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với các kịch bản phát thải (A2 và B2)
Kịch bản Thời đoạn 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 A2 XII - II 0.6 0.9 1.2 1.6 1.8 2.2 2.7 3.2 3.7 III - V 0.8 1.0 1.3 1.9 2.1 2.5 3.0 3.5 4.1 VI - VIII 0.5 0.7 1.0 1.3 1.6 2.0 2.5 2.9 3.3 IX - XI 0.6 0.8 1.1 1.4 1.7 2.1 2.5 2.9 3.4 B2 XII - II 0.6 0.9 1.3 1.6 2.0 2.3 2.6 2.9 3.1 III - V 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.5 2.8 3.1 3.4 VI - VIII 0.6 0.9 1.3 1.7 2.0 2.4 2.7 2.9 3.2 IX - XI 0.6 0.9 1.3 1.7 2.1 2.4 2.7 3.0 3.2
57
Bảng 3.3. Biến đổi % lượng mưa theo mùa tại Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với các kịch bản phát thải (A2 và B2)
Kịch bản đoạn Thời 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 A2 XII - II 0.6 0.9 1.1 1.5 1.9 2.4 2.8 3.4 3.8 III - V -2.1 -2.9 -3.5 -4.9 -6.2 -7.7 -9.2 -10.9 -12.6 VI - VIII 3.0 4.6 5.6 7.3 9.1 11.3 13.6 15.9 18.5 IX - XI 1.5 2.5 3.3 4.3 5.4 6.5 7.9 9.4 10.8 B2 XII - II 0.7 1.0 1.4 1.8 2.2 2.5 2.9 3.2 3.5 III - V -2.3 -3.4 -4.8 -6.2 -7.5 -8.8 -9.9 -10.9 -11.8 VI - VIII 2.7 4.0 5.6 7.2 8.9 10.3 11.5 12.7 13.8 IX - XI 2.1 3.2 4.4 5.7 6.9 8.1 9.1 10.0 10.9
3.4.2 Lựa chọn kịch bản thay đổi mặt đệm
Tiến hành đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ theo cả 3 kịch bản, với những xu hướng cực đoan hay tốt nhất để thấy rõ tác động của thay đổi sử dụng đất đối với dòng chảy.
3.4.3. Lựa chọn kết hợp kịch bản biến đổi khí hậu và kịch bản sử dụng đất
Những thay đổi dù là nhỏ nhất, khi tác động những điều kiện cực đoan hoặc tốt nhất sẽ làm cho sự biến đổi đó diễn ra mạnh hơn, điều này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn chính xác hơn trong các vấn đề. Chính vì thế khóa luận đã lựa chọn kết hợp các kịch bản biến đổi khí hậu với điều kiện thảm phủ theo kịch bản 3.
58
CHƯƠNG 4
ÁP DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI CÁC KỊCH BẢN ĐÃ LỰA CHỌN
4.1 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN SÔNG THẠCH HÃN
4.1.1 Số liệu đầu vào
Số liệu đầu vào mô hình bao gồm số liệu không gian và số liệu thuộc tính. Các bản đồ được dùng để tính toán bao gồm:
Bản đồ DEM lưu vực sông Thạch Hãn.
Bản đồ sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn: trong tính toán sẽ sử dụng bản đồ sử dụng đất năm 2000 của tỉnh Quảng Trị.
Bản đồ thảm phủ thực vật lưu vực sông Thạch Hãn: trong tính toán sẽ sử dụng bản đồ lớp phủ thực vật năm 2000 của tỉnh Quảng Trị.
Bản đồ mạng lưới sông suối .
Bản đồ hệ thống lưới trạm đo khí tượng, thuỷ văn . Các số liệu thuộc tính bao gồm:
Vị trí địa lý các trạm đo trên lưu vực
Số liệu khí tượng bao gồm nhiệt độ không khí tối cao và nhiệt độ không khí tối thấp.
Số liệu thuỷ văn bao gồm lượng mưa trung bình ngày và lưu lượng trung bình ngày.
Số liệu khí tượng và thủy văn lấy từ trung tâm tư liệu quốc gia cho các trạm đo trong và xung quanh khu vực nghiên cứu.
Bản đồ địa hình được đưa vào dưới dạng DEM, còn bản đồ sử dụng đất và loại đất được đưa vào mô hình dưới dạng shape file.
4.1.2 Áp dụng mô hình để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Thạch Hãn
Để tính toán được mô hình cần có đầy đủ các dữ liệu vào của mô hình đã nêu ở trên. Sau khi nhập vào số liệu bản đồ độ cao số hóa DEM, DEM được sử dụng để phác họa các đặc điểm địa hình của lưu vực và xác định các thông số thủy
59
văn của lưu vực như là: độ dốc lưu vực, tích lũy dòng chảy, hướng dòng chảy, mạng lưới sông.
Mô hình SWAT, giao diện ArcView được sử dụng để phác họa lưu vực. Để thể hiện được tính không đồng nhất về tính chất vật lý, bản đồ DEM của lưu vực sông Thạch Hãn (sau khi kết hợp với bản đồ hệ thống sông suối) được phân chia thành 04 lưu vực cơ sở và mỗi lưu vực cơ sở được coi như là một đơn vị thủy văn mà có sự đồng nhất về sử dụng đất, loại đất, và chế độ quản lý (Hình 4.1).
Hình 4.1. Lưu vực sông Thạch Hãn được chia thành 04 lưu vực cơ sở
Sau khi tính toán các tham số của lưu vực con, tiến hành chồng ghép bản đồ sử dụng đất năm 2000 và bản đồ thảm phủ thực vật năm 2000 của tỉnh Quảng Trị để tính toán phần trăm từng diện tích sử dụng đất và phần trăm từng loại đất trên các lưu vực con đó (Hình 4.2). Đặc tính thổ nhưỡng bao gồm thành phần, độ dày mỗi lớp, độ dẫn thấm thủy lực được nhận diện ở các mẫu được tập hợp ở các lớp khác nhau. [26]
Tiếp theo, nhập các số liệu về khí tượng, thủy văn, cài đặt khoảng thời gian tính toán (thời gian bắt đầu và kết thúc), lựa chọn phương pháp tính bốc hơi, phương pháp diễn toán, bước thời gian tính toán....
Sau khi có đầy đủ các thông tin trên, tiến hành chạy chương trình. Nếu kết quả giữa tính toán và thực đo chưa phù hợp, tiến hành hiệu chỉnh.
60
Hình 4.2. Tiến hành chồng ghép bản đồ sử dụng đất năm 2000 và bản đồ thảm phủ thực vật năm 2000 của tỉnh Quảng Trị
Tuy nhiên, vì tỉnh Quảng Trị chỉ có trạm thủy văn Gia Vòng đo lưu lượng dòng chảy của cửa ra cho lưu vực sông Bến Hải mà không có số liệu thực đo của của ra cho lưu vực sông Thạch Hãn, nên áp dụng lý thuyết lưu vực tương tự, trong luận văn này sẽ sử dụng bộ thông số đã hiệu chỉnh của lưu vực sông Bến Hải để tính toán cho lưu vực sông Thạch Hãn. Bộ thông số này được xác định bằng cách áp dụng mô hình SWAT tính toán cho các dữ liệu đầu vào của lưu vực sông Bến Hải: các bản đồ lưu vực, bản đồ DEM, bản đồ sử dụng đất, bản đồ thảm phủ thực vật, bản đồ hệ thống sông suối, hệ thống trạm đo khí tượng – thủy văn và các số liệu khí tượng – thủy văn tương ứng với lưu vực sông Bến Hải. Kết quả tính toán sẽ được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu dòng chảy thực đo tại trạm Gia Vòng.
4.1.3 Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số của mô hình
Số liệu lưu lượng theo chuỗi thời gian ở cửa ra là số liệu quan trọng nhất để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.
Số liệu dòng chảy theo ngày từ 1978 đến 2006 lấy từ trung tâm tư liệu quốc gia được đo ở trạm Gia Vòng cửa ra của lưu vực sông Bến Hải. Bộ số liệu này được