Phương trình cân bằng nước cho một kho chứa (hồ):
(2.23) Trong đó:
V là tổng lượng nước trữ trong hồ tại thời điểm cuối ngày (m3
), Vstored là tổng lượng nước trữ trong hồ tại thời điểm đầu ngày (m3), Vflowin là tổng lượng nước đi vào hồ trong một ngày (m3),
Vflowout là tổng lượng nước ra khỏi hồ trong một ngày (m3), Vpcp là tổng lượng mưa rơi vào hồ trong một ngày (m3), Vevap là tổng lượng bốc hơi từ hồ trong một ngày (m3),
Vseep là tổng lượng nước thấm vào đáy hồ trong một ngày (m3).
Ngoài ra mô hình SWAT còn diễn toán các thành phần khác như bùn cát, các chất hoá học, các chất dinh dưỡng, ... , tuy nhiên giới hạn của nghiên cứu chỉ tính toán dòng chảy trên lưu vực sông, nên các phương trình cân bằng, phương trình diễn toán các thành phần này sẽ không được trình bày trong báo cáo này.
bnk ch
out in stored
stored V V V tloss E div V
V ,2 ,1 seep evap pcp flowout flowin stored V V V V V V V
47 2.5. THÔNG SỐ MÔ HÌNH
Tuỳ thuộc lựa chọn phương pháp tính toán của người sử dụng, mô hình sẽ có các thông số khác nhau:
2.5.1. Thông số tính toán dòng chảy trực tiếp
Sử dụng phương pháp chỉ số SCS
CN2 CN2: Chỉ số CN ứng với điều kiện ẩm II
Sử dụng phương pháp Green và Ampt
SOL_K Ksat: Độ dẫn thủy lực ở trường hợp bão hoà (mm/giờ)
CN2 CN2: Chỉ số CN ứng với điều kiện ẩm II SOL_BD b: Mật độ khối của lớp đất (Mg/m3
):
CLAY mc: % đất sét
SAND ms: % đất cát
2.5.2. Thông số tính toán lưu lượng đỉnh lũ
OV_N n: Hệ số nhám sườn dốc
CH_N(1) n: Hệ số nhám kênh dẫn
2.5.3. Thông số tính hệ số trễ dòng chảy mặt
SURLAG surlag: hệ số trễ dòng chảy mặt
2.5.4. Thông số tính toán tổn thất dọc đường
CH_K(1) Kch: độ dẫn thủy lực của kênh dẫn (mm/giờ)
2.5.5. Thông số tính toán tổn thất bốc hơi
CANMX canmx: lượng trữ lớn nhất của vòm cây ESCO esco: hệ số bốc hơi của đất
2.5.6. Thông số tính toán dòng chảy ngầm
GWQMN aqshthr,q: Ngưỡng sinh dòng chảy ngầm (mm) ALPHA_BF gw: Hệ số triết giảm
REVAPMN aqshthr,rvp: Ngưỡng sinh dòng thấm xuống tầng ngậm nước sâu (mm)
2.5.7. Thông số diễn toán dòng chảy trong kênh chính
Phương pháp lượng tr CH_N(2) n: Hệ số nhám của kênh chính Phương pháp Muskinggum MSK_X X: hệ số trọng số MSK_CO 1 coef1: Hệ số C1 MSK_CO 2 coef2: Hệ số C2 Tính toán tổn thất dọc đường
48
CH_K(2) Kch: Hệ số dẫn thủy lực của kênh chính (mm/giờ)
Tính toán tổn thất bốc hơi
EVRCH coefev: Hệ số hiệu chỉnh bốc hơi của kênh chính
Ngoài ra, còn có các thông số tính toán lượng bùn cát, chất dinh dương, và diễn toán qua hồ chứa
2.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Hiệu quả của mô hình được đánh giá bằng cách so sánh kết quả chạy mô hình với số liệu thực đo dòng chảy năm, tháng, ngày.
Để đánh giá mô hình SWAT, luận văn dùng chỉ tiêu của Nash – Sutcliffe (1970). Chỉ tiêu đó được viết như sau:
2 2 2 1 1 2 1 n n i i i i i n i i x x x x R x x (2.24) Trong đó:
R2 : Hệ số hiệu quả của mô hình i : Chỉ số
xi : Giá trị đo đạc
x’i : Giá trị tính toán theo mô hình : Giá trị thực đo trung bình
Bảng 2.1. Bảng kết quả đánh giá Mô hình bằng chỉ tiêu Nash
Hệ số hiệu quả Kết quả
1,0 ≥ R2≥ 0,9 tốt
0,9 ≥ R2≥ 0,7 khá
0,7 ≥ R2≥ 0,5 trung bình
49
CHƯƠNG 3
KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ THAY ĐỔI MẶT ĐỆM
3.1 KHÁI NIỆM KỊCH BẢN
Kịch bản là hình ảnh của tương lai. Chúng không phải là dự đoán hay dự báo. Mỗi kịch bản là một bức tranh về sự phát triển có thể xảy ra ở tương lai. Chúng tham gia vào việc nắm bắt sự phát triển khả thi trong tương lai của các hệ thống phức tạp. Trong đó, với một số hệ thống chúng ta có được hiểu biêt khá đầy đủ, các thông tin hoàn chỉnh, có thể mô hình hóa với mức độ tin cậy nhất định, thường thấy trong các ngành vật lý, như vậy trạng thái trong tương lai của chúng có thể dự đoán được. Tuy nhiên, có rất nhiều hệ vật lý hay xã hội khác mà chúng ta không mấy hiểu biết rõ, các thông tin được cung cấp còn thiếu hụt và do đó chúng ta chỉ đánh giá được chúng qua trực giác, và một trong những cách tốt nhất là sử dụng các hình ảnh hay câu chuyện mô tả. Dự đoán là không thể trong trường hợp này.
Kịch bản được xem là công cụ kết nối để tổng hợp việc định lượng các cốt truyện về tương lai và việc định tính những chi tiết cụ thể dựa vào các mô hình. Cũng nhờ vậy nâng cao hiểu biết của chúng ta về các hệ thống vận hành, phản ứng và tiến triển như thế nào. Kịch bản là công cụ hiệu quả cho các đánh giá về mặt khoa học, cho việc nghiên cứu các hệ thống phức tạp và cho việc thiết lập các chính sách, là công cụ tương đối chính xác để nắm bắt về những hiểu biết hiện tại và cả những điều chưa chắc chắn.
Do vậy, chúng ta sử dụng những điểm mạnh của các kịch bản để hỗ trợ cho việc đánh giá biến đổi khí hậu, thay đổi mặt đệm trong tương lai, tác động, hiểm họa, giảm thiểu và thích ứng.
Cung cấp những cơ sở tương tự với những can thiệp về chính trị để giảm phát thải KNK và phát triển, quy hoạch đất phù hợp.
50 3.2 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
3.2.1 Sơ lược tình hình biến đổi khí hậu hiện nay
Từ khoảng giữa thế kỷ XIX, theo số liệu quan sát cho thấy xu thế chung từ cuối thế kỷ XIX đến nay, nhiệt độ trung bình không khí và đại dương toàn cầu tăng lên.
Kết quả đo đạc và nghiên cứu cho thấy thập kỷ 1990 là thập kỷ nóng nhất trong thiên niên kỷ vừa qua (IPCC, 2007). Từ 1995-2006 có đến 11 năm nằm trong số 12 năm nhiệt độ lớn nhất theo số liệu đo đạc nhiệt độ toàn cầu từ 1850. Nhiệt độ trong 100 năm 1906-2005 tăng 0.74°C [(0.56÷0.92)°C] lớn hơn so với giai đoạn 100 năm 1901-2000 là 0,6°C [(0.4÷0.8)°C]. Xu hướng trong 50 năm từ 1956-2005 là 0,13°C [(0.10-0.16)°C] gần gấp đôi so với giai đoạn 100 năm từ 1906 đến 2005 (Hình 3.1). Nhiệt độ tăng lên cao hơn ở các vĩ độ cao ở bắc bán cầu: nhiệt độ ở bắc bán cầu trung bình tăng gần gấp đôi của toàn cầu trong giai đoạn 100 năm qua. Nhiệt độ ở đất liền tăng nhanh hơn đại dương. Theo quan sát từ 1961 thì nhiệt độ đại dương tăng ở cả độ sâu ít nhất là 3000m. Đại dương đã chiếm 80% lượng nhiệt của hệ thống khí hậu.Theo kết quả phân tích từ khinh khí cầu và vệ tinh thì tốc độ nóng lên ở giữa tầng đối lưu và thấp hơn giống với tốc độ của nhiệt độ bề mặt. [21]
51
Trong 100 năm qua, lượng mưa có xu hướng tăng ở khu vực vĩ độ cao hơn 30o. Tuy nhiên, lượng mưa lại có xu hướng giảm ở khu vực nhiệt đới từ giữa những năm 1970 (Hình 3.2). Hiện tượng mưa lớn có dấu hiệu tăng ở nhiều khu vực trên thế giới (IPCC, 2007).
Hình 3.2. Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng trên thế giới (IPCC, 2007)
Tương ứng với sự nóng lên toàn cầu, mực nước trung bình đại dương cũng tăng lên do bằng tan và sự giãn nở nhiệt đại dương. Mực nước biển tăng với tốc độ trung bình 1.8mm/năm trong giai đoạn 1961-2003. Tốc độ là 3.1mm/năm trong giai đoạn 1993-2003. Cùng với xu thế tăng nhiệt độ toàn cầu là sự phân bố dị thường của nhiệt độ. Trên các đại lục ở Bắc Bán Cầu, trong những năm gần đây xuất hiện hàng loạt kỷ lục về nhiệt độ cao và thấp.
3.2.2. Dao động các đặc trưng khí hậu của Quảng Trị trong 3 thập kỷ qua.
Trung bình nhiệt độ lớn nhất trong thập kỷ 90-99 nhiệt độ tăng đến 0.15°C so với thập kỷ trước từ 29.4°C đến 29.55°C. Xu thế biến đổi nhiệt độ ở Việt Nam trong 70 năm qua: nhiệt độ trung bình tăng 0.1°C trên một thập kỷ (Nguyễn Đức Ngữ, Biến đổi khí hậu), dao động từ 0.07°C đến 0.15°C. Ở Quảng Trị trong 3 thập kỷ gần đây đã đạt mức tối đa này. Hơn nữa dao động nhiệt độ thập kỷ cuối theo xu hướng mạnh hơn rõ rệt so với thập kỷ trước đó.
52
Dao động lượng mưa theo tháng qua các năm: hầu hết các tháng đều có xu thế lượng mưa giảm, riêng trong tháng 3,8 và 12 là những tháng mưa biến đổi theo xu thế ngược lại.
Hình 3.3. Xu thế biến đổi nhiệt độ của Quảng Trị trong 3 thập kỷ qua theo số liệu của trạm Đông Hà
Hình 3.4. Dao động tổng lượng mưa năm theo số liệu trạm Gia Vòng trong 3 thập niên qua
3.2.3. Các kịch bản biến đổi khí hậu
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