CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1.1.Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở lƣu vực sông Bến Hải
3.1. Biểu hiện của biến đổi khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu cho lƣu vực sông Bến
3.1.1.Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở lƣu vực sông Bến Hải
Để đánh giá xu thế diễn biến khí hậu trong những năm qua của lƣu vực sông Bến Hải, luận văn đã sử dụng chuỗi số liệu lƣợng mƣa và nhiệt độ của các trạm khí tƣợng trên lƣu vực.
Số liệu nhiệt độ trung bình năm: Trạm Đông Hà, Khe Sanh
Số liệu tổng lƣợng mƣa năm: Trạm Đông Hà, Khe Sanh, Gia Vòng a. Nhiệt độ
Trong 40 năm qua (1974-2014), nhiệt độ trung bình năm của các trạm trên lƣu vực sông Bến Hải có xu hƣớng tăng lên, khoảng 0,9ºC. Nhiệt độ tại các trạm tăng không đồng đều vào các mùa trong năm mà có xu hƣớng tăng nhanh vào mùa khô và tăng chậm hơn vào mùa mƣa. Xu thế tăng của nhiệt độ tại các trạm đƣợc trình bày trong Hình 3.1
Hình 3.1. Sự thay đổi của nhiệt độ tại một số trạm trên lƣu vực sông Bến Hải
b. Lƣợng mƣa
Trong thời kỳ 1974 – 2014, lƣợng mƣa năm trên toàn bộ lƣu vực sông Bến Hải có xu hƣớng tăng chậm ở cả ba trạm Đông Hà, Khe Sanh và Gia Vòng. Phân bố lƣợng mƣa không đều vào các mùa trong năm, lƣợng mƣa thƣờng tập trung vào 6 tháng mùa mƣa (80 – 85% lƣợng mƣa năm) trong khi lƣợng mƣa các tháng mùa khô chỉ chiếm khoảng 15 – 20% lƣợng mƣa năm. Tháng có lƣợng mƣa thấp nhất thƣờng rơi vào khoảng tháng I, III. Ngoài ra có thể nhận thấy xu thế thay đổi lƣợng mƣa năm đối với
40
trạm thủy văn Gia Vòng (1977-2014) gần nhƣ không có sự biến động. Xu thế thay đổi của lƣợng mƣa ở các trạm đƣợc trình bày trong Hình 3.2
Hình 3.2. Sự thay đổi của lƣợng mƣa tại một số trạm trên lƣu vực sông Bến Hải 3.1.2.Kịch bản biến đổi khí hậu cho lƣu vực sông Bến Hải 3.1.2.Kịch bản biến đổi khí hậu cho lƣu vực sông Bến Hải
a. Kịch bản biến đổi khí hậu với nhiệt độ trung bình
Theo kịch bản RPC4.5 trong giai đoạn từ 2016 – 2035, 2046 – 2065 và 2080 đến 2099 nhiệt độ trung bình năm cả tỉnh Quảng Trị tăng so với thời kỳ nền trung bình lần lƣợt là 0.6 ºC (0,4-1,2); 1,4 ºC (1,0-2,0) và 1,9ºC (1,3-2,8).
Theo kịch bản RCP8.5, nhiệt độ trung bình năm ở thời kỳ 2016 – 2035, 2046 – 2065 và 2080-2099 tăng trung bình so với thời kỳ nền lần lƣợt là 0,9 ºC (0,6-1,2); 1,9 ºC (1,3-2,7) và 3,3 ºC (2,6-4,6).
Bảng 3.1. Biến đổi của nhiệt độ trung bình theo từng mùa (0
C) so với thời kỳ cơ sở
(Giá trị trong ngoặc đơn là khoảng biến đổi quanh giá trị trung bình với cận dưới 10% và cận trên 90%) Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.5 Giai đoạn 2016-2035 2046-2065 2080-2099 2016-2035 2046-2065 2080-2099 Mùa đông 0,7 (0,3÷1,1) 1,2 (0,8÷1,6) 1,5 (1,0÷2,0) 0,8 (0,5÷1,1) 1,7 (1,2÷2,2) 2,8 (2,2÷3,5) Mùa xuân 0,7 (0,2÷1,2) 1,3 (0,8÷1,8) 2,0 (1,3÷2,8) 0,9 (0,5÷1,2) 1,8 (1,0÷2,7) 3,2 (2,2÷4,6) Mùa hè 0,8 (0,3÷1,3) 1,8 (1,2÷2,7) 2,3 (1,7÷3,3) 0,9 (0,5÷1,5) 2,2 (1,4÷3,2) 3,8 (3,0÷5,5) Mùa thu 0,6 (0,3÷1,2) 1,3 (0,9÷2,1) 1,8 (1,2÷2,8) 0,8 (0,4÷1,3) 1,8 (1,3÷2,8) 3,4 (2,7÷4,6)
41
Biến đổi của nhiệt độ trung bình theo từng mùa đối với tỉnh Quảng Trị theo các kịch bản BĐKH có xu thế tăng lên so với thời kỳ cơ sở. Thời kỳ sau tăng cao hơn thời kỳ trƣớc đó. Tăng nhanh vào mùa hè 2,3 0C thời kỳ 2080-2099 (RCP4.5), 3,8 0C thời kỳ 2080-2099 (RCP8.5) và tăng chậm hơn vào mùa đông
Kịch bản BĐKH năm 2016 sử dụng nhiều mô hình để tính toán nhiệt độ tại các trạm khí tƣợng trên cả nƣớc. Trong nghiên cứu này luận văn sử dụng sản phẩm dự báo của mô hình PRECIS GFDL CM3 chạy cho kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 do Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu áp dụng xây dựng kịch bản BĐKH cho toàn Việt Nam [2],[ 5],[ 6]
Bảng 3.2. Sự thay đổi của nhiệt độ trung bình tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP4.5 so với thời kỳ nền
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
TK Nền 19.58 21.06 23.28 25.86 28.28 29.73 29.61 28.67 26.93 25.50 22.97 19.95
2016-2035 20.99 21.59 24.08 27.29 29.56 31.30 31.22 30.24 28.39 26.49 23.28 20.96
2046-2065 22.49 22.51 24.75 28.54 31.35 32.87 32.88 31.78 29.62 27.36 24.45 21.85
2080-2099 22.22 23.11 25.04 29.44 31.66 33.03 32.93 32.15 30.32 28.10 24.92 21.84
Hình 3.3. Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP4.5 so với thời kỳ nền 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TB THÁNG KỊCH BẢN RCP4.5 TK Nền 2016-2035 2046-2065 2080-2099 Tháng Nh iệt độ (0C )
42
Theo kịch bản RCP4.5 nhiệt độ trung bình tháng ở từng thời kỳ đều tăng so với thời kỳ nền và thời kỳ sau có nhiệt độ cao hơn thời kỳ trƣớc đó, chỉ có duy nhất tháng I thời kỳ 2046-2065 có nhiệt độ trung bình là 22.49 0C cao hơn thời kỳ 2080 – 2099 là 22.22 0C. Tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất theo kịch bản RCP4.5 rơi vào tháng XII của thời kỳ 2016-2035 (20,96 0C). Tháng có nhiệt độ cao trung bình nhất là tháng VI của thời kỳ 2080-2099 (33,03 0C) tăng so với thời kỳ nền là 0,1 0
C.
Bảng 3.3. Giá trị nhiệt độ trung bình tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP8.5
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
TK Nền 19.58 21.06 23.28 25.86 28.28 29.73 29.61 28.67 26.93 25.50 22.97 19.95
2016-2035 21.53 21.90 24.41 26.58 29.87 31.27 31.33 30.39 28.35 26.64 23.88 20.97 2046-2065 22.69 23.37 25.74 29.16 32.02 33.19 33.26 32.35 30.36 28.13 25.25 22.47 2080-2099 24.33 24.18 27.32 30.53 33.78 35.15 35.96 34.98 32.84 29.95 26.13 23.43
Hình 3.4. Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP8.5 so với thời kỳ nền
Theo kịch bản RCP8.5 nhiệt độ trung bình tháng có xu hƣớng tăng cao so với thời kỳ nền và càng tăng nhanh hơn ở thời kỳ sau đó. Tháng có nhiệt độ trung bình
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TB THÁNG KỊCH BẢN RCP8.5 TK Nền 2016-2035 2046-2065 2080-2099 Tháng Nh iệt độ (0C )
43
thấp nhất là tháng XII của thời kỳ 2016-2035 (20,96 0C). Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng VII thời kỳ 2080-2099 (35,96 0C).
b. Kịch bản biến đổi khí hậu đối với lƣợng mƣa
Kịch bản mƣa đối với trạm khí tƣợng Đông Hà theo từng giai đoạn của các kịch bản nhƣ sau:
Bảng 3.4. Giá trị lƣợng mƣa tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP4.5
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
TK Nền 57.26 53.08 51.14 62.42 141.45 80.84 68.80 174.97 368.71 623.36 415.93 212.60
2016-2035 55.75 76.93 46.52 39.48 145.95 28.26 67.16 144.02 467.88 589.88 863.46 284.53
2046-2065 56.42 83.56 50.16 42.39 158.56 36.61 73.16 171.14 343.24 701.53 969.32 268.03
2080-2099 51.47 55.40 47.90 56.58 203.33 29.00 134.47 118.20 422.12 504.02 1127.30 337.66
Hình 3.5. Biểu đồ thay đổi lƣợng mƣa tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP4.5 so với thời kỳ nền
Theo kịch bản RCP4.5 lƣợng mƣa tháng ở từng thời kỳ có sự biến động không đồng nhất, có những tháng thời kỳ nền cao hơn những thời kỳ khác nhƣ tháng I, III, IV, VI, VIII. Tháng có lƣợng mƣa thấp nhất theo kịch bản RCP4.5 rơi vào tháng VI của thời kỳ 2016-2035 (28.26 mm). Tháng có lƣợng mƣa cao nhất là tháng XI của thời kỳ 2080-2099 (1127.30 mm). 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI LƢỢNG MƢA THÁNG KỊCH BẢN RCP4.5 TK Nền 2016-2035 2046-2065 2080-2099 Tháng L ƣợn g m ƣa (m m )
44
Bảng 3.5. Giá trị lƣợng mƣa tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP8.5
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
TK Nền 57.26 53.08 51.14 62.42 141.45 80.84 68.80 174.97 368.71 623.36 415.93 212.60
2016-2035 43.08 50.22 38.65 33.68 208.88 34.45 86.78 232.29 430.51 609.26 960.74 276.49
2046-2065 56.14 59.49 45.27 38.96 176.33 30.33 67.30 103.63 446.23 551.95 809.90 285.75 2080-2099 54.56 67.88 51.06 41.20 189.37 45.58 57.40 91.10 326.07 547.21 860.66 368.55
Hình 3.6. Biểu đồ thay đổi lƣợng mƣa tháng tại trạm Đông Hà của kịch bản RCP8.5 so với thời kỳ nền
Theo kịch bản RCP8.5 lƣợng mƣa tháng có sự biến động theo từng thời kỳ. Trong đó các tháng I, IV, VI và X là những tháng có thời kỳ nền cao hơn những thời kỳ khác, ngoài ra còn những tháng II, III (2016-2035); tháng II, VII, VIII (2046-2065) và tháng VII, VIII, IX (2080-2099) đều có lƣợng mƣa thấp hơn thời kỳ nền. Tháng có lƣợng mƣa thấp nhất theo kịch bản RCP8.5 rơi vào tháng VI của thời kỳ 2046-2065 (30.33 mm). Tháng có lƣợng mƣa cao nhất là tháng XI của thời kỳ 2016-2035 (960.74 mm).
Xét lƣợng mƣa tháng từng thời kì so với giai đoạn nền, lƣợng mƣa trung bình các tháng trong giai đoạn tƣơng lai có sự biến động không đồng nhất với nhau nhƣng đều có xu thế chung là mƣa nhiều từ tháng IX đến tháng XI và giảm dần từ tháng I đến tháng VIII. 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI LƢỢNG MƢA THÁNG KỊCH BẢN RCP8.5 TK Nền 2016-2035 2046-2065 2080-2099 Tháng L ƣợn g m ƣa (m m )
45
3.2. Đánh giá tác động tác động của biến đổi khí hậu đến chế độ dòng chảy
Dòng chảy đến các trạm thủy văn và lƣu vực sông Bến Hải đƣợc tính theo 2 kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5 và mỗi kịch bản đƣợc tính cho các thời kỳ: nền1986 -2005, 2016 – 2035, 2046 – 2065, 2080 – 2099. Lƣợng mƣa và bốc hơi tiềm năng đƣợc tính theo tỉ lệ % thay đổi lƣợng mƣa và nhiệt độ tháng theo các kịch bản.
Để đánh giá dòng chảy dƣới tác động của BĐKH luận văn đã sử dụng mô hình Mike Nam kết hợp với bộ số liệu khí tƣợng đƣợc dự báo bằng mô hình Precip ở trạm Đông Hà.
Mô hình Mike Nam sử dụng bộ thông số mà tác giả đã trình bày ở Bảng 2.3 đế tính toán biến động của dòng chảy dƣới tác động của biến đổi khí hậu
3.2.1.Dòng chảy năm
Tổng dòng chảy năm trên hệ thống lƣu vực sông Bến Hải tăng dần theo các thời kỳ ở kịch bản RCP4.5 và giảm dần vào thời kỳ cuối 2080 – 2099 ở kịch bản RCP8.5
- Thời kỳ từ 2016 – 2035:
Kết quả tính toán mô hình cho thấy kịch bản RCP8.5 tăng cao hơn so với kịch bản RCP4.5 và cao hơn rất nhiều so với thời kỳ nền (RCP8.5 tăng 32.7% so với thời kì nền và tăng 10.98% so với kịch bản RCP4.5)
- Thời kỳ 2046 – 2065:
Ở gian đoạn này, dòng chảy năm ở cả 2 kịch bản đều tăng so với thời kì trƣớc đó. Ở kịch bản RCP4.5 tăng 29.25% so với thời kì nền. Kịch bản RCP8.5 lại giảm so với kịch bản RCP4.5 (giảm -4.77%)
- Thời kỳ 2080 – 2099:
Dòng chảy năm kịch bản RCP4.5 tiếp tục tăng nhanh (đạt 35,88% so với thời kỳ nền) trong khi lƣu lƣợng dòng chảy ở kịch bản RCP8.5 lại giảm (giảm -5,22%) so với thời kỳ trƣớc đó và giảm -14.14% so với kịch bản RCP4.5 ở cùng thời kì.
46
Hình 3.7. Xu thế lƣu lƣợng trung bình nhiều năm theo các kịch bản BĐKH
Qua quá trình phân tích xu thế có thể thấy diễn biến xu thế ở kịch bản RCP8.5 qua các thời kì có sự biến động không đồng nhất. Lƣu lƣợng đạt cao nhất vào thời kì đầu và giảm dần ở các thời kì sau đó. Điều này cũng đống nhất và phù hợp với diễn biến xu thế mƣa theo kịch bản biến đổi khí hậu tại trạm Gia Vòng (đƣợc sử dụng từ kịch bản BĐKH tại trạm Đông Hà).
3.2.2.Dòng chảy tháng
a. Kịch bản RCP 4.5
Theo kịch bản RCP4.5 mức độ thay đổi lƣu lƣợng dòng chảy theo các tháng trung nhiều năm qua 3 giai đoạn cho ra kết quả nhƣ Bảng 3.6 và Hình 3.9
Bảng 3.6. Giá trị lƣu lƣợng dòng chảy tháng tại trạm Gia Vòng theo kịch bản RCP4.5
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
KB Nền 283.86 142.72 106.61 100.00 166.12 112.30 62.80 120.09 561.66 1711.60 1330.49 788.02 2016-2035 414.40 277.62 162.75 79.21 105.80 53.90 51.75 69.20 535.97 1416.59 2372.55 1020.97 2046-2065 444.97 307.91 179.18 91.94 125.37 74.37 78.98 100.82 383.38 1562.66 2655.37 1085.91 2080-2099 460.10 251.32 164.63 102.82 194.43 107.56 196.97 80.71 498.22 1125.74 2976.05 1296.08 Thời kỳ nền 1986-2005 Thời kỳ 2016-2035 5486.27 6560.71 7090.86 7454.63 5486.27 7281.15 6752.92 6400.72 5000.00 5500.00 6000.00 6500.00 7000.00 7500.00 8000.00 1986-2005 2016-2035 2046-2065 2080-2099 Lƣu lƣợ ng (m 3/s)
XU THẾ LƢU LƢỢNG TRUNG BÌNH NĂM TRẠM GIA VÒNG
RCP4.5 RCP8.5
47
Thời kỳ 2046-2065 Thời kỳ 2080-2099
Hình 3.8. Biểu đồ phân phối dòng chảy tháng tại trạm Gia Vòng trên lƣu vực sông Bến Hải theo kịch bản RCP4.5
Hình 3.9. Biểu đồ thay đổi lƣu lƣợng dòng chảy tháng tại trạm Gia Vòng của kịch bản RCP4.5 so với thời kỳ nền
Ở kịch bản RCP4.5 cả 3 thời kỳ đều có sự thay đổi về tháng có lƣu lƣợng dòng chảy cực đại. Ở thời kỳ nền, tháng có lƣu lƣợng dòng chảy lớn nhất là tháng X (1711.60 m3/s) thì ở cả 3 thời kỳ tƣơng lai lại có sự dịch chuyển lƣu lƣợng lớn nhất sang tháng XI. Thời kỳ 2080-2099 đạt lƣu lƣợng lớn nhất là 2976.05 (m3/s) tăng 123.68% so với thời kỳ nền.
b. Kịch bản RCP8.5
Theo kịch bản RCP4.8 mức độ thay đổi lƣu lƣợng dòng chảy theo các tháng trung nhiều năm qua 3 giai đoạn cho ra kết quả nhƣ Bảng 3.7 và Hình 3.11
Bảng 3.7. Giá trị lƣu lƣợng dòng chảy tháng tại trạm Gia Vòng theo kịch bản RCP8.5
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
TK Nền 283.86 142.72 106.61 100.00 166.12 112.30 62.80 120.09 561.66 1711.60 1330.49 788.02
2016-2035 388.43 217.22 137.62 71.90 269.21 82.82 101.01 279.24 566.17 1436.48 2627.31 1103.74
2046-2065 402.94 231.13 150.03 75.74 170.98 80.39 59.38 42.89 481.65 1267.52 2157.68 1080.40 2080-2099 312.21 211.82 130.99 100.77 121.83 47.46 45.22 123.88 97.06 1480.46 1471.23 912.92
48
Thời kỳ nền 1986-2005 Thời kỳ 2016-2035
Thời kỳ 2046-2065 Thời kỳ 2080-2099
Hình 3.10. Biểu đồ phân phối dòng chảy tháng tại trạm Gia Vòng trên lƣu vực sông Bến Hải theo kịch bản RCP8.5
Hình 3.11. Biểu đồ thay đổi lƣu lƣợng dòng chảy tháng tại trạm Gia Vòng của kịch bản RCP8.5 so với thời kỳ nền
Ở kịch bản RCP8.5 qua các thời kỳ đều có sự thay đổi về tháng có lƣu lƣợng dòng chảy cực đại. Ở thời kỳ nền, tháng có lƣu lƣợng dòng chảy lớn nhất là tháng X (1711.60 m3/s) thì ở cả 3 thời kỳ tƣơng lai lại có sự dịch chuyển lƣu lƣợng lớn nhất
49
sang tháng XI. Thời kỳ 2016-2035 đạt lƣu lƣợng lớn nhất là 2627.31 (m3/s) tăng 97.47% so với thời kỳ nền.
Theo biểu đồ phân phối dòng chảy đƣợc thể hiện ở Hình 3.8 và Hình 3.11 nhận thấy đƣờng trung bình phân phối dòng chảy có sự phân chia các tháng theo từng mùa và có sự dịch chuyển về mùa ở cả 3 thời kỳ. Kết quả đƣợc thể hiện trong Bảng 3.8:
Bảng 3.8. Kết quả phân mùa dòng chảy theo từng thời kỳ
Giai đoạn Mùa lũ Mùa kiệt 1986-2005 IX - XII I - VIII
2016-2035 X - XII I - VIII
2046-2065 X - XII I - VIII
2080-2099 X - XII I - VIII
3.2.3.Dòng chảy mùa
3.2.3.1. Dòng chảy mùa kiệt
Theo các kịch bản biến đổi khí hậu, tổng lƣợng trung bình mùa cạn trên toàn lƣu vực đều giảm dần theo thời gian. Mùa kiệt kéo dài từ tháng I đến tháng VIII
a. Kịch bản RCP4.5
Thời kỳ 2016 – 2035:
Hình 3.12. Xu thế lƣu lƣợng mùa kiệt thời kỳ 2016 - 2035 kịch bản RCP4.5
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00
I II III IV V VI VII VIII
L ƣu lƣ ợn g (m 3/s)
XU THẾ LƢU LƢỢNG MÙA KIỆT THỜI KỲ 2016-2035
RCP4.5 KB Nền
Tháng
50
Bảng 3.9. Tỷ lệ thay đổi thời kỳ 2016-2035 so với thời kỳ nền kịch bản RCP4.5