g. Nhận xét
Hiệu chỉnh mô hình
Với kết quả hiệu chỉnh của mô hình cho chuỗi số liệu 1978-1994 tại trạm Nông Sơn và trạm Thành Mỹ cho thấy đƣờng quá trình lƣu lƣợng thực đo và tính toán tại cả 2 trạm tƣơng đối phù hợp với chỉ tiêu Nash-Sutcliffe lần lƣợt là 0,87 và 0,80. Nhƣ vậy, với bộ thông số của mô hình tƣơng ứng với kết quả hiệu chỉnh này ta có thể dùng để tính toán kiểm định.
Kiểm định mô hình:
Để kiểm định độ tin cậy của bộ thông số mô hình, ta dùng bộ thông số sau khi hiệu chỉnh mô hình tiến hành chạy kiểm tra cho chuỗi số liệu 1995-2009 tại trạm Nông Sơn và trạm Thành Mỹ.
Kết quả kiểm định mô hình cũng đƣợc thể hiện trên biểu đồ quá trình lƣu lƣợng thực đo tại trạm Nông Sơn và Thành Mỹ, kết hợp với chỉ tiêu kiểm định Nash-Sutcliffe lần lƣợt là 0,86 và 0,81. Kết quả đƣờng quá trình tính toán và thực đo trong trƣờng hợp kiểm định mô hình là tƣơng đối phù hợp.
Bảng 2.5. Bộ thông số của mô hình MIKE NAM của lƣu vực các trạm Nông Sơn và Thành Mỹ
Tên lƣu vực Nông Sơn Thành Mỹ
Umax 10,5 10,3 Lmax 180 130 CQOF 0,63 0,468 CKIF 570 747 CK1,2 32 24,6 TOF 0,878 0,765 TIF 0,16 0,246 TG 0,115 0,167 CKBF 1.248 1.700 Carea 0,99 0,84 Sy 0,2 0,2 GWLBF0 10 10 GWLBF1 0 1 Cqlow 80 30 Cklow 1.3503,5 20.000
Các bộ thông số mô hình (Bảng 2.1) đƣợc sử dụng để tính dòng chảy, TNN cho các lƣu vực không có số liệu quan trắc trên khu vực nghiên cứu.
2.2.2.2. Mô hình Cropwat
Để tính toán nhu cầu sử dụng nƣớc cho ngành nông nghiệp, luận văn sử dụng mô hình Cropwat (phiên bản 8.0) để tính toán. Đây là chƣơng trình tính nhu cầu tƣới, chế độ tƣới và kế hoạch tƣới cho các loại cây trồng trong các điều kiện khác nhau; đƣợc soạn thảo, công bố và yêu cầu áp dụng bởi tổ chức lƣơng thực của Liên Hợp Quốc FAO. Mặc dù mới ra đời từ năm 1991 nhƣng chƣơng trình CROPWAT đã đƣợc ứng dụng rất phổ biến tại nhiều nơi trên thế giới không chỉ vì nó là một chƣơng trình tính tiến bộ, đầy đủ, hiện đại về nội dung mà còn vì nó rất tiện lợi và dễ sử dụng. Phiên bản 8.0 đã có bƣớc cải tiến đáng kể so với các phiên bản trƣớc đó. Số liệu đầu vào có thể đƣa vào dƣới dạng ngày so với bƣớc thời gian tháng trong các phiên bản trƣớc.
Nhu cầu tƣới của cây trồng IRReq bằng hiệu số giữa nhu cầu nƣớc của cây trồng và lƣợng mƣa hiệu quả. Nhu cầu nƣớc của cây lúa nƣớc khác với của các cây trồng cạn. Nhu cầu nƣớc của các cây trồng cạn chỉ là lƣợng nƣớc cần để bù vào tổn thất do bốc thoát hơi nƣớc ETcrop. Trong khi đó, nhu cầu nƣớc của cây lúa nƣớc không chỉ là lƣợng nƣớc cần để bù tổn thất do bốc thoát hơi nƣớc của cây mà còn thêm lƣợng nƣớc cần để bù tổn thất do thấm trong ruộng đã ngập nƣớc và lƣợng nƣớc rất cần để làm đất trƣớc khi ƣơm mạ và cấy lúa.
a. Số liệu đầu vào
- Nhiệt độ không khí trung bình thực đo và kịch bản; - Lƣợng mƣa thực đo và theo kịch bản;
- Số liệu bốc thoát hơi đƣợc tính toán theo kịch bản;
- Tài liệu nông nghiệp cần thiết cho việc tính toán nhu cầu nƣớc của các loại cây trồng là lịch thời vụ, phƣơng thức tập quán canh tác, sinh lý phát triển của từng loại cây trồng và ngoài ra là diện tích đất trồng trọt của mỗi loại cây tại khu vực nghiên cứu.
b. Trình tự tính toán
Tính toán lượng mưa hiệu quả
Theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9168 : 2012 về công trình thủy lợi- hệ thống tƣới tiêu- phƣơng pháp xác định hệ số tƣới lúa, lƣợng mƣa dùng để tính toán nhu cầu nƣớc cho cây trồng đƣợc lấy theo mƣa mùa vụ với tần suất thiết kế 85%. Sử dụng phƣơng pháp tần suất để xác định lƣợng mƣa mùa vụ tần suất 85%, sau đó thu phóng theo phân bố mƣa của năm điển hình để xác định phân bố của mƣa mùa vụ tần suất 85%.
Lƣợng mƣa hiệu quả đƣợc tính theo công thức kinh nghiệm của FAO:
Peff = 0.6 Ptot – 10 khi lƣợng mƣa thực tế Ptot < 70 mm
Peff = 0.8 Ptot – 24 khi lƣợng mƣa thực tế Ptot > 70 mm (2.15)
Trong đó:
Peff: Lƣợng mƣa hiệu quả (mm) Peff: Lƣợng mƣa tần suất 85% (mm) Tính toán lượng nước cần cho cây trồng
Lƣợng bốc hơi của cây trồng đƣợc tính theo công thức:
Etcrop = Kc.Eto (2.16) Trong đó:
Kc: Hệ số cây trồng phụ thuộc vào từng loại cây trồng, thời kỳ sinh trƣởng của cây trồng.
ETo: Lƣợng bốc hơi mặt ruộng chuẩn đƣợc tính theo công thức Penman-Monteith (mm/ngày). 2 s a 2 n o u 34 . 0 1 e e u 273 T 900 G R 408 . 0 ET (2.17)
Đối với công thức Penman- Monteith, việc tính toán lƣợng bốc thoát hơi tiềm năng rất phức tạp vì yêu cầu số liệu đầu vào để tính toán là nhiệt độ không khí (trung bình hoặc tối thấp và tối cao), độ ẩm không khí, tốc độ gió và số giờ nắng. Tuy nhiên, theo các kịch bản BĐKH chỉ có các yếu tố nhiệt độ và lƣợng mƣa đƣợc tính toán mà chƣa tính đến các yếu tố khí tƣợng khác. Vì thế, luận văn đã sử dụng công thức Thornthwaite tính lƣợng bốc thoát hơi tiềm năng chủ yếu dựa vào yếu tố nhiệt độ, có dạng:
a m m m I T N PE 16 10 (2.18) Trong đó:
PE: Lƣợng bốc thoát hơi tiềm năng (mm/tháng); m: Các tháng từ 1 đến 12
Nm: Hệ số hiệu chỉnh theo tháng liên quan đến số ngày trong tháng đƣợc tính bằng số ngày trong tháng chia 30.
Tm: Nhiệt độ trung bình tháng (oC) I: Chỉ số nhiệt theo năm
5 . 1 5 m m T i I (2.19) a = 6.7*10-7*I3 - 7.7*10-5*I2 + 1.8*10-2*I + 0.49 (2.20) Tính toán lượng cần tưới
Lƣợng nƣớc yêu cầu tƣới của từng loại cây trồng đƣợc tính theo thời đoạn 10 ngày bằng phƣơng pháp cân bằng nƣớc.
IRReq = (ETcrop + Perc + LPrep) - Peff (2.21) Trong đó:
Etcrop: Lƣợng bốc hơi mặt ruộng (mm/ngày). Perc: Mức ngấm hút của đất (mm/ngày).
Lprep: Lƣợng nƣớc chuẩn bị làm đất (mm/ngày). Peff: Lƣợng mƣa hiệu quả (mm/ngày).
Tính toán hệ số tưới
Hệ số tƣới của từng loại cây trồng đƣợc xác định theo công thức sau:
Ti Mi qi . 4 , 86 (2.22) Trong đó:
qi: Hệ số tƣới đợt tƣới thứ i Mi: Mức số tƣới đợt tƣới thứ i Ti: Thời gian tƣới
2.2.3. Phƣơng pháp dự báo dân số
Đối với dự báo dân số, luận văn áp dụng phƣơng pháp dự báo dân số là sử dụng hàm gia tăng theo cấp số nhân để dự báo dân số đến năm 2099 với giả thiết là tốc độ gia tăng dân số hàng năm không thay đổi. Đây là hàm số thƣờng đƣợc áp dụng rộng rãi để dự báo dân số vì phù hợp với thực tế và xác định tƣơng đối đơn giản [12].
Pt = P0 *(1 + r)t (2.23)
Trong đó:
Pt: dân số của thời điểm cần dự báo P0: dân số của thời điểm gốc
r: tốc độ tăng trƣởng dân số bình quân
t: khoảng cách thời gian từ thời điểm gốc đến thời điểm dự báo.
2.2.4. Kĩ thuật bản đồ và GIS
Để thể hiện sự phân định các vùng căng thẳng về tài nguyên nƣớc phục vụ việc đánh giá phạm vi, đối tƣợng bị ảnh hƣởng, luận văn sử dụng phần mềm ArcGIS. ArcGIS, sản phẩm của Viện Nghiên cứu hệ thống môi trƣờng (ESRI), cho phép thể hiện xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tích các bản đồ thông qua
nhiều loại dữ liệu khác nhau. Phần mềm ArcGIS bao gồm 03 ứng dụng chính: ArcMAp dùng để xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tích các bản đồ thông qua việc tạo các bản đồ từ rất nhiều loại dữ liệu khác nhau, truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và hiểu mối liên hệ giữa các đối tƣợng không gian, tạo biểu đồ và trang in ấn.
ArcCatalog dùng để lƣu trữ, quản lý hoặc tạo mới các dữ liệu địa lý, tìm kiếm dữ liệu và xác định hệ thống tọa độ cho cơ sở dữ liệu.
ArcToolbox cung cấp các công cụ để xử lý, xuất – nhập các dự liệu từ các định dạng khác nhau nhƣ MapInfo, MicroStation và AutoCad.
Dữ liệu đƣợc sử dụng là bản đồ hành chính cấp huyện, cấp tỉnh, bản đồ mạng lƣới trạm, bản đồ giao thông và sông suối của tỉnh Quảng Nam.
2.3. Nguồn số liệu
- Sử dụng các tài liệu, số liệu về kinh tế - xã hội giai đoạn (2000 -2015) cho đánh giá điều kiện kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu;
- Sử dụng các số liệu quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội định hƣớng đến năm 2020 của khu vực nghiên cứu;
- Chuỗi số liệu khí tƣợng – thủy văn (nhiệt độ, lƣợng mƣa…) tại các trạm khí tƣợng thủy văn trên địa bàn tỉnh Quảng Nam;
- Số liệu kịch bản biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng năm 2012 đƣợc lấy từ Viện Khoa học khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu;
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CĂNG THẲNG TÀI NGUYÊN NƢỚC THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 3.1. Kết quả tính toán đầu vào cho chỉ số căng thẳng tài nguyên nƣớc
Chỉ số căng thẳng tài nguyên nƣớc cho tỉnh Quảng Nam đƣợc tính toán đến cấp huyện theo các mốc kịch bản nền (thực trạng năm 2010) và dự tính đến năm 2100 theo các kịch bản biến đổi khí hậu. Chỉ số này sẽ đƣợc tính cho mùa cạn vì đây là khoảng thời gian có tổng lƣợng nƣớc sẵn có thấp trong khi nhu cầu sử dụng nƣớc lại cao hơn so với mùa khác nên mức độ căng thẳng sẽ cao hơn. Để tính toán đƣợc các chỉ số căng thẳng tài nguyên nƣớc, cần phải tính toán đƣợc các đầu vào cho từng chỉ số thành phần.
3.1.1. Kết quả tính tổng lượng nước sẵn có
Do yêu cầu phải tính toán đƣợc tổng lƣợng nƣớc sẵn có đến cấp huyện nên đối với mỗi huyện, cần phải xác định đƣợc tổng lƣợng nƣớc sinh ra trên phần diện tích của huyện đó. Để xác định tổng lƣợng nƣớc sinh ra trên phần diện tích của huyện đang nghiên cứu và lƣợng nƣớc gia nhập từ các huyện phía thƣợng lƣu, luận văn đã tiến hành phân chia các tiểu lƣu vực. Sau khi phân chia lƣu vực sông thì bắt đầu tính toán lƣợng nƣớc theo huyện nhƣ sau: khu vực thƣợng lƣu của sông Vu Gia nằm trên địa phận của huyện Đông Giang, Tây Giang và Nam Giang, lƣợng dòng chảy đƣợc sinh ra trên phần diện tích này sau khi đáp ứng một phần cho các nhu cầu sử dụng nƣớc và tổn thất, phần dòng chảy còn lại sẽ chảy xuống hạ lƣu của lƣu vực sông Vu Gia thuộc địa phận của huyện Đại Lộc. Nhƣ vậy, tổng lƣợng nƣớc sẵn có của huyện Đại Lộc đƣợc xác định bằng lƣợng nƣớc sinh ra trên trên địa phận huyện Đại Lộc, lƣợng nƣớc đƣợc sinh ra trên các huyện thuộc thƣợng nguồn sông Vu Gia. Kết quả tính toán đƣợc đƣa ra trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả tính toán tổng lƣợng nƣớc mùa kiệt sẵn có theo thời kỳ nền và các thời kỳ của các kịch bản biến đổi khí hậu cho tỉnh Quảng Nam
Huyện Tổng lƣợng sẵn có mùa kiệt (106m3) Kịch bản nền B1 B2 A2 2020-39 2040-59 2060-79 2080-99 2020-39 2040-59 2060-79 2080-99 2020-39 2040-59 2060-79 2080-99 1 TP. Tam Kỳ 67,3 66,6 66,1 65,8 65,7 66,4 66,1 65,5 65,1 66,4 66,0 65,1 64,9 2 TP. Hội An 3.814,8 3.731,7 3.679,8 3.625,0 3.602,9 3.717,8 3.658,5 3.588,8 3.552,5 3.714,0 3.644,7 3.572,6 3.509,6 3 H. Tây Giang 541,5 537,4 533,8 532,7 532,5 536,4 533,4 530,6 529,9 536,4 533,0 529,9 528,1 4 H. Đông Giang 1.446,6 1.434,5 1.425,0 1.418,4 1.414,1 1.430,1 1.422,1 1.410,9 1.403,6 1.433,2 1.421,7 1.405,4 1.397,0 5 H. Đại Lộc 1.307,9 1.297,9 1.288,7 1.282,2 1.279,5 1.296,4 1.286,7 1.276,9 1.273,0 1.296,3 1.284,8 1.273,2 1.266,3 6 H. Điện Bàn 3.920,7 3.847,2 3.807,9 3.764,3 3.748,4 3.836,5 3.788,6 3.731,8 3.705,7 3.832,7 3.774,9 3.717,7 3.670,9 7 H. Duy Xuyên 3.621,4 3.576,8 3.545,9 3.526,1 3.517,8 3.565,6 3.534,7 3.497,1 3.483,3 3.562,5 3.519,2 3.486,3 3.461,8 8 H. Quế Sơn 183,6 181,8 180,8 180,0 179,5 181,8 180,5 178,9 178,4 181,8 180,0 178,4 177,8 9 H. Nam Giang 1.404,8 1.394,7 1.385,3 1.381,2 1.379,8 1.392,0 1.384,2 1.375,2 1.372,6 1.392,0 1.380,8 1.371,8 1.366,0 10 H. Phƣớc Sơn 782,8 777,4 772,4 770,9 770,6 776,3 771,6 768,2 765,5 776,3 769,2 764,2 761,6 11 H. Hiệp Đức 2.740,4 2.709,3 2.684,7 2.671,4 2.666,1 2.702,1 2.679,7 2.653,2 2.640,5 2.698,0 2.668,8 2.643,8 2.626,8 12 H. Thăng Bình 264,2 261,9 260,4 259,9 259,5 261,5 260,2 259,0 257,9 261,5 259,9 257,9 257,0 13 H. Tiên Phƣớc 460,1 457,1 454,5 453,1 451,2 455,6 454,3 450,8 448,1 454,9 453,1 449,3 447,0 14 H. Bắc Trà My 1.884,0 1.865,4 1.851,1 1.840,9 1.839,9 1.862,6 1.849,1 1.834,1 1.827,9 1.859,1 1.841,7 1.829,3 1.821,7 15 H. Nam Trà My 936,6 927,4 921,0 917,5 916,1 926,5 919,2 913,2 912,2 924,6 917,9 911,0 908,5 16 H. Núi Thành 416,2 413,1 410,7 409,6 409,3 412,1 410,5 407,6 407,1 412,1 409,8 406,9 405,5 17 H. Phú Ninh 186,6 185,4 184,3 183,8 183,7 185,1 184,1 182,6 182,4 185,1 183,6 182,2 181,5 18 H.Nông Sơn 3.269,1 3.231,7 3.202,8 3.186,0 3.178,3 3.223,1 3.196,0 3.163,1 3.149,9 3.219,4 3.181,6 3.152,7 3.131,5