STT Tên trạm Số liệu thực đo sử dụng
Mưa Bốc hơi Nhiệt độ Lưu lượng Mực nước
1 Nam Đông 1977-2010 1977-2010 1974-2010 2 A Lưới 1977-2010 1977-2010 3 Huế 1977-2010 1977-2010 1977-2010 4 Thượng Nhật 1979-2010 1981-2010 5 Kim Long 1977-2012 6 Phú Ốc 1980-2010 1977-2012
1.3.1.2 Phương pháp đánh giá xu thế
(1) Phương pháp kiểm định Mann-Kendall [39, 81]: Phương pháp kiểm định Mann-Kendall là phương pháp kiểm định phi tham số để xác định xu thế đơn điệu của chuỗi dữ liệu thời gian. Phương pháp này so sánh độ lớn tương đối của các
phần tử trong chuỗi chứ khơng xét chính giá trị của các phần tử. Nói cách khác, các thành phần trong chuỗi thời gian được so sánh với nhau theo thứ hạng lớn bé và
khơng tính đến giá trị của chúng sai khác nhau bao nhiêu. Điều này giúp tránh được
xu thế giả tạo do một vài giá trị cực trị cục bộ gây ra nếu sử dụng phương pháp tính tốn xu thế tuyến tính bằng bình phương tối thiểu thơng thường [39, 40].
Giả sử ta có chuỗi thời gian {xt, t = 1...n} trong đó: xj, xk là giá trị dữ liệu tại
năm j và năm k. Mỗi một thành phần trong chuỗi sẽ được so sánh với tất cả các thành phần cịn lại đứng sau nó (về thời gian). Giá trị thống kê Mann – Kendall (S)
ban đầu được gán bằng 0 (tức là chuỗi khơng có xu thế). Nếu thành phần sau lớn hơn thành phần trước thì tăng S lên 1 đơn vị. Ngược lại, nếu thành phần sau nhỏ hơn thành phần trước thì S bị trừ đi 1 đơn vị. Nếu hai thành phần có giá trị bằng
nhau thì S sẽ không thay đổi. Tổng S sau tất cả các lần so sánh sẽ được dùng để
đánh giá xu thế chung của chuỗi. Tức là ta có: 1 1 1 ) sgn( n k n k j k j x x S Trong đó:
Giá trị tuyệt đối của S càng lớn thì xu thế càng rõ. S dương thể hiện xu thế
tăng của chuỗi và S âm thể hiện xu thế giảm của chuỗi.
Thay cho S ta tính đại lượng thống kê Z gọi là hệ số tương quan Mann- Kendall:
(1.2) (1.1)
Trong đó VAR(S) là phương sai của S được tính theo cơng thức:
) 5 2 )( 1 ( ) 5 2 )( 1 ( 18 1 ) ( 1 p p g p p t t t n n n S VAR
Trong đó: n là dung lượng mẫu, g là số các nhóm có các giá trị dữ liệu giống
nhau, tp là số các điểm dữ liệu trong nhóm thứ p.
Biến Z đã được chứng minh là có phân bố chuẩn chuẩn hóa, giá trị Z dương thể hiện chuỗi có xu thế tăng, Z âm thể hiện chuỗi có xu thế giảm.
Trong tính tốn thực hành, xu thế của chuỗi được kiểm tra bằng giá trị Z.
Nếu |Z| > Z1-α/2 (tra bảng phân phối chuẩn) ta kết luận chuỗi có xu thế thỏa mãn mức ý nghĩa α, ngược lại, nếu |Z| < Z1-α/2 thì chuỗi khơng có xu thế thỏa mãn mức ý nghĩa α. Trong nghiên cứu này, các giá trị xu thế được chỉ ra với mức ý nghĩa 5%, nghĩa là xác suất phạm sai lầm loại 1 là 5%.
(2) Phương pháp Sen [79, 88]: Sen đã phát triển một phương pháp phi tham
số dùng để ước tính độ dốc xu thế tuyến tính của một mẫu N cặp dữ liệu:
(với i=1, 2,…, N)
Trong đó: xk: dữ liệu quan trắc tại thời gian thứ k xj: dữ liệu quan trắc tại thời gian thứ j (j>k) Nếu chuỗi số có n dữ liệu quan trắc thì N = n(n-1)/2
Sắp xếp N giá trị Qi này theo trị số từ nhỏ đến lớn thì trung vị của độ dốc,
hay còn gọi là chỉ số độ dốc Sen được tính bằng:
Qtv =
Dấu của Qtv phản ánh xu thế của chuỗi, còn trị số của Qtv biểu thị độ dốc. Để
xác định độ dốc trung vị này có khác biệt thống kê với giá trị 0 cần xác định khoảng
tin cậy của Qtv theo cách sau:
Trong đó:
Z1-/2 được ước tính từ bảng phân bố chuẩn đơn vị.
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
Sau đó, tính tốn M1 = (N-C)/2 và M2 = (N+C)/2, tìm Qmin, Qmax tương ứng
vị trí thứ M1, M2 của chuỗi số đã được sắp xếp ở trên (nếu không trùng với số thứ tự thì nội suy). Độ dốc Qtv sẽ có khác biệt thống kê với 0 nếu Qmin, Qmax có cùng dấu.
1.3.2 Xu thế biến đổi một số yếu tố khí tượng
1.3.2.1 Xu thế biến đổi nhiệt độ trung bình năm
Diễn biến nhiệt độ trung bình hàng năm ở các trạm trên lưu vực xem hình 1.6, các kết quả kiểm định xu thế được tóm tắt theo bảng 1.6.
Hình 1.6: Biến đổi nhiệt độ trung bình năm trên lưu vực sông Hương Bảng 1.6: Kết quả kiểm định xu thế nhiệt độ trung bình năm Chuỗi nhiệt độ
trung bình năm n Test Z
Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann-Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (oC/năm) Tn Huế 34 -0,70 1,96 Xu thế giảm -0,005 Tn A Lưới 34 2,57 1,96 Xu thế tăng 0,017
Tn Nam Đông 37 3,60 1,96 Xu thế tăng 0,030
Kết quả kiểm định cho thấy, nhiệt độ trung bình hàng năm ở trạm Nam Đơng
và A Lưới có xu thế tăng thỏa mãn mức ý nghĩa 5%, tại Nam Đông xu thế tăng 0,03
o
C/năm, tại A Lưới xu thế tăng 0,017 oC/năm. Tại Huế nhiệt độ trung bình năm có xu hướng giảm nhưng khơng thỏa mãn mức ý nghĩa 5%, mức độ giảm hầu như không đáng kể 0,005 oC/năm. Nhìn chung, kết quả tính tốn theo xu thế Sen khá
phù hợp với các nghiên cứu trước đây [6, 7, 39, 40], đồng thời mức ý nghĩa của xu thế cũng đã được kiểm định.
1.3.2.2 Xu thế biến đổi mưa năm, mưa mùa
Xu thế mưa năm: Diễn biến lượng mưa năm các trạm được thể hiện ở hình 1.7, kết quả kiểm định ở bảng 1.7.
Hình 1.7: Biến đổi lượng mưa năm trên lưu vực sông Hương Bảng 1.7: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa năm Bảng 1.7: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa năm
Chuỗi mưa năm n Test Z Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann-Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (mm/năm) Xn Huế 34 1,25 1,96 Xu thế tăng 16,8 Xn A Lưới 34 2,31 1,96 Xu thế tăng 32,5 Xn Thượng Nhật 32 1,28 1,96 Xu thế tăng 16,4 Xn Phú Ốc 31 0,75 1,96 Xu thế tăng 10,4
Kết quả kiểm định cho thấy trên lưu vực sơng Hương, lượng mưa năm có xu thế tăng trên khắp các trạm và biến động theo khơng gian, nhưng nhìn chung là không rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%).
Xu thế mưa mùa: Diễn biến lượng mưa mùa mưa (IX –XII), mùa khô (I–
VIII) ở hình 1.8-1.9. Kết quả kiểm định xu thế ở bảng 1.8.
Hình 1.8: Biến đổi lượng mưa mùa mưa trên lưu vực sông Hương
Lượng mưa mùa mưa và mùa khô tại tất cả các trạm trên lưu vực sông
Hương đều có xu thế tăng, tuy nhiên không thật rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%); theo kiểm định Sen xu thế tăng lượng mưa mùa mưa từ 11-24 mm/năm, mùa khô từ 3-8 mm/năm. Xu thế tăng lượng mưa mùa tại trạm A Lưới thỏa mãn mức ý nghĩa 5%, đây là trạm tuy gần kề với lưu vực sơng Hương nhưng chịu ảnh
Hình 1.9: Biến đổi lượng mưa mùa khô trên lưu vực sông Hương Bảng 1.8: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa mùa Bảng 1.8: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa mùa
Chuỗi mưa mùa n Test Z Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann- Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (mm/năm)
X mùa mưa Huế 30 1,10 1,96 Xu thế tăng 13,6
X mùa mưa A Lưới 38 2,19 1,96 Xu thế tăng 24,9
X mùa mưa Thượng Nhật 32 1,35 1,96 Xu thế tăng 19,8
X mùa mưa Phú Ốc 31 0,68 1,96 Xu thế tăng 11,9
X mùa mưa Nam Đông 34 1,72 1,96 Xu thế tăng 24,2 X mùa khô Huế 34 1,57 1,96 Xu thế tăng 7,7
X mùa khô A Lưới 38 2,14 1,96 Xu thế tăng 7,7
X mùa khô Thượng Nhật 32 0,76 1,96 Xu thế tăng 3,1 X mùa khô Phú Ốc 31 1,22 1,96 Xu thế tăng 7,8
1.3.2.3 Lượng mưa một, ba, năm, bảy ngày liên tục lớn nhất
Kết quả đánh giá xu thế biến đổi lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất tại Nam Đông và Huế theo kiểm định Mann-Kendall và Sen thể hiện ở bảng 1.9.
Bảng 1.9: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất Chuỗi mưa 1,3,5,7 Chuỗi mưa 1,3,5,7
ngày max n Test Z
Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann-Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (mm/năm)
X1max Huế 35 1,09 1,96 Xu thế tăng 2,2 X3max Huế 35 0,74 1,96 Xu thế tăng 2,4 X5max Huế 35 0,34 1,96 Xu thế tăng 1,3 X7max Huế 35 0,28 1,96 Xu thế tăng 1,1
X1max Nam Đông 34 1,19 1,96 Xu thế tăng 2,1
X3max Nam Đông 34 1,22 1,96 Xu thế tăng 4,4
X5max Nam Đông 34 1,27 1,96 Xu thế tăng 5,4
X7max Nam Đông 34 1,30 1,96 Xu thế tăng 6,8
Lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất tại trạm Nam Đông và Huế đều
có xu thế tăng, tuy nhiên không thật rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%), mức tăng từ 2,1-6,8 mm/năm tại Nam Đông, từ 1,1-2,4 mm/năm tại Huế.
Nhận xét chung về xu thế biến đổi mưa: Các yếu tố lượng mưa mùa mưa,
mùa khô, lượng mưa năm và lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất tại tất cả
các trạm trên lưu vực sơng Hương đều có xu thế tăng, trong đó mức tăng lượng mưa
ở vùng núi cao hơn mức tăng lượng mưa ở vùng đồng bằng, phía bắc mức tăng thấp hơn phía nam lưu vực.
1.3.2.4 Xu thế biến đổi lượng bốc hơi năm
Diễn biến lượng bốc hơi năm tại Huế và Nam Đơng như hình 1.10. Kết quả đánh giá kiểm định (bảng 1.10) cho thấy lượng bốc hơi năm tại 2 trạm đều có xu thế
giảm, thỏa mãn mức ý nghĩa 5%. Theo kiểm định Sen, xu thế giảm lượng bốc hơi
Hình 1.10: Biến đổi lượng bốc hơi năm tại Huế và Nam Đông Bảng 1.10: Kết quả kiểm định xu thế lượng bốc hơi năm Chuỗi bốc hơi năm n Test Z Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann- Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (mm/năm) Zn Huế 34 -2,85 1,96 Xu thế giảm 8,5
Zn Nam Đông 34 -4,51 1,96 Xu thế giảm 10,2
1.3.2.5 Xu thế bão và lũ lụt
Bão và áp thấp nhiệt đới: từ 1952 đến 2012 (61 năm) có 37 cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến Thừa Thiên Huế (hình 1.11), trung bình mỗi năm có
0,6 cơn bão, năm nhiều bão nhất là 3 cơn (1970, 1971), có nhiều năm khơng có bão,
tần suất chiếm trên 54%. Bão ở Thừa Thiên Huế xuất hiện nhiều nhất là tháng IX
chiếm 32,6% và tháng X chiếm 21,6%. Bão và áp thấp nhiệt đới thường gây ra mưa lũ lớn gây nhiều thiệt hại cho tỉnh Thừa Thiên Huế.
Về lũ lụt, trong 50 năm trở lại đây, trên sông Hương đã xuất hiện những trận lũ lớn tại Kim Long có mực nước lớn nhất trong năm vượt +4,50 m với tần suất
ngày càng tăng, đó là các năm 1953 (+5,48), 1983 (+4,88), 1990 (+4,56), 1995
(+4,65), 1996 (+4,55), 1999 (+5,81), 2009 (+4,57). Kết quả nghiên cứu [72] cho thấy từ 1977-2006 trên sông Hương tại Kim Long, trung bình hàng năm có 3,5 trận lũ lớn hơn hoặc bằng mức báo động II (+2,0 m), năm nhiều nhất có 7 trận, năm ít nhất có 1 trận, trong đó có 36% lũ lớn và đặc biệt lớn. Trong 3 năm từ 2007 đến 2009, tại Kim Long đã xuất hiện tới 19 đỉnh lũ có mực nước đạt trên báo động II,
trong đó năm 2008 có đến 8 đỉnh. Số lần xuất hiện đỉnh lũ trên báo động II tại Kim
Long (+2,0 m) được trình bày ở hình 1.12.
Hình 1.11: Số trận bão ảnh hưởng đến Thừa Thiên Huế từ năm 1950-2009 [60]
Hình 1.12: Số lần xuất hiện đỉnh lũ trên báo động II tại Kim Long [60] 1.3.3 Xu thế biến đổi một số yếu tố thủy văn 1.3.3 Xu thế biến đổi một số yếu tố thủy văn
1.3.3.1 Xu thế biến đổi dịng chảy tại Thượng Nhật trên sơng Tả Trạch
Trên lưu vực sông Hương chỉ có trạm thủy văn Thượng Nhật (thượng lưu
sông Tả Trạch) có số liệu quan trắc dịng chảy khá dài; diễn biến lưu lượng trung bình hàng năm, mùa cạn (tháng I-IX) và mùa lũ (tháng X-XII) trình bày ở hình
Hình 1.13: Biến đổi lưu lượng trung bình mùa hàng năm tại Thượng Nhật
Hình 1.14: Biến đổi lưu lượng 1, 3 tháng liên tiếp nhỏ nhất, lớn nhất tại Thượng Nhật Kết quả kiểm định xu thế biến đổi dòng chảy (bảng 1.11) cho thấy các đặc
trưng lưu lượng tại Thượng Nhật đều có xu thế tăng, nhưng không rõ ràng (không
Bảng 1.11: Kết quả kiểm định xu thế dòng chảy tại trạm Thượng Nhật
Chuỗi lưu lượng n Test Z Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann- Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (m3/s/năm) Qn 30 0,40 1,96 Xu thế tăng 0,07 Q mùa kiệt 30 1,43 1,96 Xu thế tăng 0,08 Q mùa lũ 30 0,25 1,96 Xu thế tăng 0,20 Q 1 tháng min 30 1,07 1,96 Xu thế tăng 0,03 Q 1 tháng max 30 0,32 1,96 Xu thế tăng 0,22 Q 3 tháng min 30 0,61 1,96 Xu thế tăng 0,02 Q 3 tháng max 30 0,39 1,96 Xu thế tăng 0,22
1.3.3.2 Xu thế biến đổi mực nước tại vùng hạ lưu
Trạm Kim Long và Phú Ốc phản ánh chế độ mực nước ở vùng đồng bằng hạ
du lưu vực sông Hương. Từ năm 2006 ở hạ lưu sơng Hương có đập ngăn mặn Thảo
Long nên chế độ mực nước ở các trạm hạ lưu không chỉ phụ thuộc vào chế độ dòng chảy từ thượng lưu mà còn chịu chi phối bởi chế độ vận hành của đập Thảo Long, vì vậy chỉ xét xu thế biến đổi mực nước tại các trạm đến 2006, khi dòng chảy còn ở trạng thái tự nhiên, chưa có sự điều tiết của cơng trình (hình 1.15).
Kết quả kiểm định xu thế thay đổi của các đặc trưng mực nước tại Kim Long và Phú Ốc đều có xu thế tăng (bảng 1.12). Tại Kim Long, mực nước cao nhất hàng
năm (Hmax) có xu thế tăng 2,94 cm/năm, mực nước trung bình hàng năm (Htb) tăng 0,33 cm/năm và mực nước thấp nhất hàng năm (Hmin) tăng 0,35 cm/năm. Tại Hmax, Htb, Hmin tăng lần lượt là 2,47-0,37-0,33 cm/năm.
Bảng 1.12: Kết quả kiểm định xu thế biến đổi mực nước hạ lưu sông Hương
Chuỗi đặc trưng mực nước n Test Z Z1-α/2 (α = 5%) Kết luận theo Mann-Kendall Độ dốc của xu thế theo Sen (cm/năm) Htb Phú Ốc 30 1,52 1,96 Xu thế tăng 0,37 Hmax Phú Ốc 30 2,12 1,96 Xu thế tăng 2,47 Hmin Phú Ốc 30 1,61 1,96 Xu thế tăng 0,33
Htb Kim Long 30 2,49 1,96 Xu thế tăng 0,33
Hmax Kim Long 30 1,27 1,96 Xu thế tăng 2,94
Hmin Kim Long 30 2,77 1,96 Xu thế tăng 0,35
1.3.4 Đánh giá chung về xu thế diễn biến một số yếu tố khí tượng, thủy văn và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho lưu vực sông Hương kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho lưu vực sông Hương
Các kết quả đánh giá xu thế biến đổi một số yếu tố khí tượng, thủy văn trên
lưu vực sông Hương theo phương pháp kiểm định Mann Kendall và Sen cho thấy xu
thế biến đổi mưa và nhiệt độ nhìn chung khá phù hợp với các kết quả đã được công bố trước đây của Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số nghiên cứu khác. Các đặc
trưng lưu lượng tại trạm Thượng Nhật có xu thế tăng nhẹ, phù hợp với xu thế tăng lượng mưa ở khu vực này. Các đặc trưng mực nước ở khu vực hạ du sơng Hương có
xu thế tăng, với mức tăng của từng yếu tố khác nhau tùy theo vị trí cụ thể.
Như vậy có thể nhận định một số yếu tố khí hậu, thủy văn trên lưu vực sơng