ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------
Nguyễn Ý Nhƣ
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CỰC TRỊ
DÒNG CHẢY TRÊN LƢU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC THÀNH
PHỐ HÀ NỘI
Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 60 44 90
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Thanh Sơn
Hà Nội - 2011
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn
khoa học của PGS. TS. Nguyễn Thanh Sơn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân
thành tới thầy, người đã đã hết lòng động viên, tận tình giúp đỡ và quan tâm tới
từng bước nghiên cứu của học viên.
Để thực hiện luận văn, tác giả đã được sự hỗ trợ về mặt tài chính của đề tài
cấp Đại học Quốc gia mã số QGTD.10.06, cũng như sự giúp đỡ về thời gian, điều
kiện nghiên cứu thuận lợi từ các thầy cô trong Bộ môn Thủy văn, các thầy cô giáo,
đồng nghiệp trong khoa và bè bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Nguyễn Ý Nhƣ
2
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................5
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT..................................................................8
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................11
Chƣơng 1 TỔNG QUAN ..........................................................................................12
1.1 Tình hình nghiên cứu tài nguyên nƣớc trên thế giới liên quan tới biến đổi
khí hậu ..................................................................................................................12
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ................................................................15
1.3 Một số thảo luận ............................................................................................16
1.4 Điều kiện địa lý tự nhiên – kinh tế xã hội lƣu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc
địa phận thành phố Hà Nội ................................................................................17
1.4.1 Điều kiện địa lý tự nhiên ..........................................................................17
1.4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội .........................................................................22
1.4.3 Hiện trạng tài nguyên nƣớc ......................................................................23
1.4.4 Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lƣu vực sông Nhuệ - Đáy ..................24
Chƣơng 2 LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MÔ HÌNH MÔ
PHỎNG KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY .......................................................................26
2.1 Kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu ..................................26
2.1.1 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu .........................................................26
2.1.2 Một số công cụ đƣợc sử dụng xây dựng kịch bản ...................................27
2.1.3 Phƣơng pháp nội suy ................................................................................28
2.1.4 Hệ số chỉnh sai .........................................................................................29
3
2.2 Các mô hình khí hậu – dòng chảy ...............................................................31
2.2.1 Giới thiệu một số mô hình khí hậu – dòng chảy ......................................31
2.2.2 Nhận xét và lựa chọn mô hình .................................................................37
2.3 Mô hình thủy văn cho lƣu vực nghiên cứu .................................................38
2.3.1 Cấu trúc của mô hình NAM .....................................................................38
2.3.2 Các yếu tố chính ảnh hƣởng đến dòng chảy trong mô hình NAM ..........40
2.3.3 Các thông số cơ bản của mô hình NAM ..................................................43
2.3.4 Điều kiện ban đầu của mô hình ................................................................44
2.3.5 Hàm mục tiêu ...........................................................................................44
Chƣơng 3 ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY DƢỚI TÁC ĐỘNG
CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ......................................................................................45
3.1 Cơ sở dữ liệu ..................................................................................................45
3.1.1 Số liệu đầu vào mô hình NAM ................................................................45
3.1.2 Số liệu sử dụng đánh giá biến đổi ............................................................46
3.2 Áp dụng mô hình cho khu vực nghiên cứu .................................................48
3.2.1 Chỉ tiêu đánh giá hoạt động mô hình .......................................................49
3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mƣa dòng chảy NAM ........................50
3.3 Đánh giá biến động cực trị dòng chảy .........................................................52
3.3.1 Biến động các đặc trƣng dòng chảy lũ .....................................................52
3.3.2 Biến động các đặc trƣng dòng chảy kiệt ..................................................65
KẾT LUẬN ...............................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................83
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Sơ đồ lƣu vực hệ thống sông Nhuệ - Đáy ................................................19
Hình 2. 1. Sơ đồ nội suy lƣỡng tuyến tính. ...............................................................28
Hình 2. 2. So sánh mƣa, bốc hơi tháng nhiều năm quan trắc và nội suy từ mô hình
RegCM3 ....................................................................................................................30
Hình 2. 3. Cấu trúc của mô hình NAM .....................................................................39
Hình 3. 1. Lƣu vực cơ sở và mạng lƣới trạm trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy..............46
Hình 3. 2. So sánh độ lệch chuẩn của chuỗi quan trắc, RegCM và RegCM đã hiệu
sai ..............................................................................................................................47
Hình 3. 3a. Hiệu chỉnh mô hình NAM xây dựng cho tiểu lƣu vực ND1 - Ba Thá
(1972-1974).. .............................................................................................................51
Hình 3. 3b. Kiểm định mô hình NAM xây dựng cho tiểu lƣu vực ND1 - Ba Thá
(1976-1978).. .............................................................................................................51
Hình 3. 4. Diễn biến dòng chảy tháng trung bình nhiều năm trên các tiểu lƣu vực
cho từng thời kỳ thuộc lƣu vực sông Nhuệ Đáy .......................................................53
Hình 3. 5a. Tỉ lệ biến động dòng chảy 6 tháng và 4 tháng mùa lũ giữa kịch bản A1B
và giai đoạn nền (1970 – 1999) .................................................................................54
Hình 3. 5b. Tỉ lệ biến động dòng chảy 6 tháng và 4 tháng mùa lũ giữa kịch bản A2
và giai đoạn nền (1970 – 1999) .................................................................................54
Hình 3. 6. Biến động theo không gian của các đặc trƣng dòng chảy lũ trên hệ thống
lƣu vực sông Nhuệ Đáy theo kịch bản A1B .............................................................56
Hình 3. 7. Đƣờng quá trình dòng chảy tháng cực đại tại các tiểu lƣu vực sông Nhuệ
Đáy cho thời kỳ nền, kịch bản A1B và kịch bản A2.................................................58
Hình 3. 8. Biến động dòng chảy ngày cực đại theo thập niên trên lƣu vực Nhuệ Đáy
theo kịch bản A1B .....................................................................................................59
5
Hình 3. 9a. So sánh mức độ phù hợp giữa đƣờng tần suất lý luận và đƣờng thực
nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lƣu vực ND1 – Giai đoạn nền ..................61
Hình 3. 9b. So sánh mức độ phù hợp giữa đƣờng tần suất lý luận và đƣờng thực
nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lƣu vực ND1 – Kịch bản A1B..................61
Hình 3. 9c. So sánh mức độ phù hợp giữa đƣờng tần suất lý luận và đƣờng thực
nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lƣu vực ND1 – Kịch bản A2 ....................61
Hình 3. 10. Thay đổi cƣờng độ dòng chảy ứng với các tần suất khác nhau trên 5 tiểu
lƣu vực cho 2 kịch bản A1B và A2 ...........................................................................64
Hình 3. 11. Biến động dòng chảy kiệt theo không gian kịch bản A1B trên lƣu vực
sông Nhuệ Đáy thuộc địa phân thành phố Hà Nội. ...................................................67
Hình 3. 12. Biến động dòng chảy kiệt trên các tiểu vùng thuộc lƣu vực sông Nhuệ
Đáy theo kịch bản A1B qua từng thập niên và từng thời kỳ.....................................68
Hình 3. 13a. Đƣờng cong thời khoảng dòng chảy tháng theo các điều kiện khí hậu
khác nhau tại lƣu vực ND1 .......................................................................................70
Hình 3. 13b. Đƣờng cong thời khoảng dòng chảy tháng theo điều kiện khí hậu giai
đoạn nền cho từng tiểu lƣu vực .................................................................................70
Hình 3. 14a. So sánh mức độ phù hợp giữa đƣờng tần suất lý luận và đƣờng thực
nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lƣu vực ND1 – Giai đoạn nền ..................74
Hình 3. 14b. So sánh mức độ phù hợp giữa đƣờng tần suất lý luận và đƣờng thực
nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lƣu vực ND1 – Kịch bản A1B..................74
Hình 3. 14c. So sánh mức độ phù hợp giữa đƣờng tần suất lý luận và đƣờng thực
nghiệm của dòng chảy tháng kiệt nhất – lƣu vực ND1 – Kịch bản A2 ....................74
Hình 3. 15a. Dòng chảy kiệt và đặc trƣng khô hạn năm 1977 ..................................76
Hình 3. 15b. Dòng chảy kiệt và đặc trƣng khô hạn năm 2040..................................76
6
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1. Trạm đo mƣa và trọng số theo phƣơng pháp đa giác Thiessen đƣợc sử
dụng để tính toán dòng chảy cho các tiểu lƣu vực thuộc lƣu vực Nhuệ Đáy ...........48
Bảng 3. 2. Mức độ mô phỏng của mô hình tƣơng ứng với chỉ số Nash ...................49
Bảng 3. 3. Bộ thông số tối ƣu cho lƣu vực sông Nhuệ Đáy......................................52
Bảng 3. 4. Thay đổi của một số đặc trƣng dòng chảy lũ của lƣu vực ND1 ..............55
Bảng 3. 5. Phân bố tần suất dòng chảy 3 ngày lớn nhất ...........................................63
Bảng 3. 6. Thay đổi cƣờng độ vƣợt quá của Qx .......................................................72
Bảng 3. 7. Tần suất dòng chảy tháng kiệt nhất .........................................................75
7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
A1B, A2
Các kịch bản phát thải khí nhà kính IPCC
ANN
Artificial Neural Network (Mạng thần kinh nhân tạo)
AQUASIM
A Computer Program for the Identification and
Simulation of Aquatic Systems (Phần mềm sinh thái)
BĐKH
Biến đổi khi hậu
BOD
Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa)
COD
Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)
DEM
Digital Elevation Model (Mô hình độ cao số hóa)
DHI
Danish Hydraulic Institute (Viện nghiên cứu thủy lực
Đan Mạch)
ECHAM
European Centre Hamburg Model (Mô hình khí hậu
toàn cầu của Trung tâm châu Âu tại Hamburg)
ESRI
Environmental Systems Research Institute (Viện nghiên
cứu hệ thống môi trƣờng)
FDC
Flow duration curve (Đƣờng cong thời khoảng dòng
chảy)
GCM
Global Climate Model (Mô hình khí hậu toàn cầu)
HBV
Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (Mô hình
cân bằng nƣớc thủy văn)
HEC-HMS
Hydrologic Engineering Center’s Hydrologic Modelling
System (Hệ thống mô hình hóa thủy văn trung tâm kỹ
thuật thủy văn)
HIRLAM
High Resolution Limited Area Model (Mô hình khu vực
hạn chế độ phân giải cao)
Hydro-BEAM
Hydrological River Basin Environment Assessment
Model (Mô hình đánh giá môi trƣờng lƣu vực sông)
8
IHMS
Integrated Hydrological Modelling System hệ thống mô
hình thủy văn kết hợp
IPCC
Intergovernmental Panel on Climate Change (Ban Liên
chính phủ về Biến đổi khí hậu)
KNK
Khí nhà kính
KT – XH
Kinh tế - Xã hội
MIKE – SHE
Système Hydrologique Européen (Mô hình hệ thống
thủy văn Châu Âu)
NAM
Nedbør - Afstrømnings – Models (Mô hình mƣa – dòng
chảy)
NASIM
Niederschlag – Abfluss Simulation Model (Mô hình
tính mƣa – dòng chảy
ND1 – ND5
Tiểu lƣu vực thuộc Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy
ND
Nhuệ - Đáy
NNK
những ngƣời khác (chỉ các đồng tác giả của một công
trình, bài báo …)
NSE
Nash–Sutcliffe efficiency (hệ số Nash–Sutcliffe)
NWSRFS
National Weather Service River Forecasting System (Hệ
thống dự báo thời tiết quốc gia)
OPYC
Ocean General Circulation Model (Mô hình hoàn lƣu
chung đại dƣơng)
QUAL2E
Enhanced Stream Water Quality Models (Mô hình chất
lƣợng nƣớc)
RegCM
REGional Climate Model (Mô hình khí hậu khu vực của
ICTP)
SAC – SMA
Sacramento Soil Moisture Accounting (Mô hình tính
toán hàm lƣợng ẩm đất)
SCS
Soil Conservation Service (Phƣơng pháp bảo tồn đất)
SWAT
Soil and Water Assessment Tool
9
KH KTTV& MT
Khoa học Khi tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng
WHO
World Health Organization
10
MỞ ĐẦU
Lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy không phải là một lƣu vực lớn, nhƣng có vị
trí địa lý đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của cả nƣớc nói chung,
của vùng đồng bằng sông Hồng nói riêng. Sông Nhuệ và sông Đáy là hai con sông
cung cấp nguồn nƣớc ngọt quan trọng cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và
dân sinh cho cộng đồng dân cƣ, đang chịu áp lực mạnh mẽ của sự gia tăng dân số,
quá trình đô thị hoá, cũng nhƣ các hoạt động kinh tế xã hội (KT – XH) diễn ra trên
lƣu vực. Trƣớc những yêu cầu lớn đặt ra với nguồn nƣớc của lƣu vực này để đáp
ứng nhu cầu sử dụng nƣớc ngày càng cao về số lƣợng do sự phát triển dân sinh KT XH cũng nhƣ đòi hỏi nguồn nƣớc để duy trì hệ sinh thái, hạn chế ô nhiễm nguồn
nƣớc, trong xu thế tài nguyên nƣớc đang suy giảm cả về chất và lƣợng, dƣới tác
động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con ngƣời và cả tác động của biến
đổi khí hậu. Đối với lƣu vực vấn đề đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến các
cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn thành phố Hà Nội
nhằm tạo tiền đề cho việc xây dựng các giải pháp giảm thiểu những tác hại do biến
đổi khí hậu, giúp các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách xác định chiến
lƣợc phát triển kinh tế bền vững và đảm bảo an sinh xã hội là vấn đề có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn. Luận văn đƣợc bố cục thành 3 chƣơng, ngoài mở đầu, kết
luận, tài liệu tham khảo nhƣ sau:
Chƣơng 1. Tổng quan
Chƣơng 2. Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu và mô hình mô phỏng khí hậu
– dòng chảy
Chƣơng 3. Đánh giá biến động của dòng chảy cực đoan dƣới tác động của
biến đổi khí hậu
11
Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI LIÊN
QUAN TỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Vấn đề biến đổi khí hậu (BĐKH) đã đƣợc Svante Arrhenius, một nhà khoa
học ngƣời Thủy Điển, đề cập đến lần đầu tiên năm 1896, cho rằng sự đốt cháy nhiên
liệu hóa thạch sẽ dẫn đến khả năng cao hiện tƣợng nóng lên toàn cầu. Nghiên cứu
về vấn đề này bị gián đoạn do vào thời điểm đó ảnh hƣởng của con ngƣời là không
đáng kể so với yếu tố thiên nhiên. Đến cuối thập niên 1980, khi nhiệt độ bắt đầu
tăng lên nhanh thì hiện tƣợng nóng lên toàn cầu lại đƣợc chú ý đến. Lý thuyết về
hiệu ứng nhà kính ra đời và Tổ chức Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu của Liên
Hiệp quốc (IPCC) đã đƣợc thành lập qua Chƣơng trình Môi trƣờng Liên Hiệp quốc
và Tổ chức Khí tƣợng thế giới.
Năm 1990, các nghiên cứu về biến đổi khí hậu của IPCC đƣợc công bố, bao
gồm hiện tƣợng nóng lên toàn cầu, khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính, nƣớc biển
dâng, các tác nhân khí hậu, lịch sử thay đổi của khí hậu Trái Đất và trở thành một
cơ sở khoa học khi nghiên cứu về vấn đề này. Dựa trên việc mở rộng, cải thiện khối
lƣợng lớn dữ liệu quan trắc và phân tích có độ tin cậy cao, IPCC đã đƣa ra những
bằng chứng mạnh mẽ rằng hiện tƣợng nóng lên toàn cầu quan trắc thấy trong 50
năm qua là do các hoạt động của con ngƣời. Đồng thời, sự hợp nhất cả nhân tố tự
nhiên và con ngƣời trong kết quả quan trắc và tính toán mô hình trong 140 năm
Những thay đổi trong khí hậu khu vực cho thấy tác động đến hệ thống sinh thái, vật
lý và có dấu hiệu về tác động của nó đối với hệ thống kinh tế, xã hội. Xu hƣớng
tăng nhiệt độ đã tác động đến hệ thống tài nguyên nƣớc và các hệ sinh thái ven biển,
trong lục địa ở nhiều nơi trên thế giới, dẫn tới chi phí kinh tế xã hội tăng lên do biến
đổi khí hậu khu vực và thời tiết nguy hiểm tăng lên [30].
Biến đổi khí hậu có khả năng ảnh hƣởng đến rất nhiều lĩnh vực trong đó có
tài nguyên nƣớc. Trong khoảng 10 – 15 năm qua đã có nhiều nhà thủy văn trên thế
12
giới nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đối với tài nguyên nƣớc. Trong
những nghiên cứu này vận dụng nhiều cách tiếp cận các mô hình khác nhau. Dù là
theo cách tiếp cận nào thì mục tiêu chính của các hoạt động nghiên cứu tài nguyên
nƣớc liên quan đến biến đổi khí hậu là nhằm đánh giá tác động của biến đổi khí hậu
đối với tài nguyên nƣớc.
Liên quan tới bài toán biến đổi khí hậu, nhiều nghiên cứu đã kết hợp mô hình
khí hậu toàn cầu với các mô hình thủy văn quy mô lớn. Feddes & nnk (1989) [23]
đã đề cập đến khả năng sử dụng mô hình khí quyển – cây trồng – nƣớc – đất 1 chiều
nhƣ một cơ sở cho việc thông số hóa trong các mô hình thủy văn. Với cách tiếp cận
này, mô hình thủy văn đƣợc xây dựng có thể phù hợp với quy mô lƣới của mô hình
khí hậu toàn cầu (30x30km), khác một cách cơ bản so với quy mô lƣới đƣợc sử
dụng trong đa số các mô hình thủy văn hiện tại. Nó cho phép thể hiện quá trình
tƣơng tác giữa khí tƣợng và thủy văn, dẫn tới kết quả tính toán các đặc trƣng khí
hậu và thủy văn đáng tin cậy hơn. Tuy nhiên, để thực hiện bài toán hiệu chỉnh và
các thông số là những hàm chƣa biết của khí hậu, đất, thực vật, địa lý, sử dụng đất
và địa mạo nên khối lƣợng dữ liệu đƣợc yêu cầu là rất lớn. Hƣớng tiếp cận này
không thể thực hiện cho các lƣu vực quy mô nhỏ vì độ phân giải lƣới thô. Vì thế,
các mô hình thủy văn qui mô dƣới lƣới vẫn cần thiết để giải quyết bài toán biến đổi
khí hậu liên quan đến các hiện tƣợng thủy văn trên quy mô nhỏ.
Một số nghiên cứu thông qua phân tích sự biến đổi trong thời gian dài của số
liệu thủy văn và khí tƣợng quan trắc để đánh giá tác động biến đổi khí hậu. Labat D.
& nnk (2004) [21], tập trung vào tác động của biến đổi khí hậu lên vòng tuần hoàn
thủy văn trên quy mô toàn cầu, dựa trên dữ liệu quan trắc chứng minh mối liên kết
giữa hiện tƣợng ấm lên và sự gia tăng của vòng tuần hoàn thủy văn trên toàn cầu.
Trên cơ sở đó, ông đƣa ra những kết luận cho thấy dòng chảy toàn cầu có xu hƣớng
tăng mạnh trong 75 năm qua với bƣớc thời gian thay đổi là 15 năm. Để giải quyết
bài toán này, phải giải quyết nhiều vấn đề nảy sinh khi sử dụng chuỗi dữ liệu toàn
cầu nhƣ sự không đồng bộ trong độ dài chuỗi dữ liệu, hay thiếu số liệu. Mặc dù đã
cung cấp một cái nhìn tổng quan về xu hƣớng biến đổi dòng chảy toàn cầu, dòng
13
chảy tăng 4% với 1oC tăng lên của nhiệt độ; thực tế phần lớn các nghiên cứu theo
hƣớng này lại đƣợc thực hiện trên quy mô khu vực, vì thế vấn đề cần chuỗi số liệu
dài và tƣơng đối đầy đủ là bức thiết. Hƣớng nghiên cứu chuỗi lịch sử đƣợc thực
hiện ở hầu hết các nghiên cứu. Những thay đổi nhiệt độ không khí trung bình đƣợc
bổ sung bằng cách tăng những lƣợng cụ thể vào chuỗi nhiệt độ lịch sử và thay đổi
lƣợng mƣa bằng phép toán tích với hệ số xác định.
Hƣớng tiếp cận này có khả năng cung cấp những thông tin hữu ích về các
đặc tính thủy văn trong điều kiện khí hậu tƣơng lai. Tuy nhiên, do hầu hết các mô
hình thủy văn sử dụng các giá trị điểm hay trung bình lƣu vực của dữ liệu khí tƣợng
nên đã vấp phải một vấn đề là đầu ra của mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) quá lớn,
phải đƣợc chuyển sang phạm vi nhỏ hơn phù hợp với các đánh giá tác động trên quy
mô địa phƣơng. Xu Z.X. (2008) [38] sử dụng 4 kết quả của mô hình khí hậu toàn
cầu GCMs, và phƣơng pháp chi tiết hóa thống kê để xây dựng các biến khí hậu địa
phƣơng mƣa và nhiệt độ trong tƣơng lai. Dữ liệu này đƣợc sử dụng làm đầu vào cho
mô hình thủy văn phân bố SWAT để tính toán chế độ dòng chảy tƣơng lai tƣơng
ứng trong lƣu vực thƣợng nguồn Yellow. Kết quả cho thấy xu hƣớng giảm dòng
chảy trung bình năm và tăng lƣợng thiếu hụt tài nguyên nƣớc trên lƣu vực nghiên
cứu, tuy nhiên biến động thủy văn tƣơng ứng với mỗi số liệu biến đổi GCMs tƣơng
đối lớn. Kim U. & nnk (2008) [29] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối
với cả chế độ thủy văn và tài nguyên nƣớc trên lƣu vực thƣợng lƣu sông Blue Nile ở
Ethiopia, khu vực có dữ liệu quan trắc hạn chế. Nghiên cứu này cũng sử dụng đầu
ra của mô hình khí hậu GCMs làm đầu vào cho mô hình thủy văn 2 bể chứa đơn.
Điểm đáng chú ý ở đây là đã sử dụng tổ hợp kết quả của 6 mô hình GCMs khác
nhau theo trọng số dựa trên độ chính xác của từng mô hình trong kết quả tính toán
mƣa và nhiệt độ cho khu vực nghiên cứu, theo nguyên tắc sai số tuyệt đối trung
bình của từng mô hình càng nhỏ thì trọng số càng lớn. Trong nghiên cứu của
Andersen H.E. & nnk (2006) [18], sử dụng dữ liệu biến đổi khí hậu đƣợc dự đoán
bằng mô hình ECHAM4/OPYC và đƣợc chi tiết hóa động lực bằng mô hình khí hậu
khu vực HIRHAM với độ phân giải lƣới 25 km và sử dụng số liệu này làm đầu vào
14
cho mô hình thủy văn Mike 11 – TRANS với cố gắng cải thiện kết quả từ mô hình
khí hậu khu vực bằng hệ số tỉ lệ thay đổi giá trị mƣa, nhiệt độ và bốc hơi theo tháng.
Mặc dù nghiên cứu có đề cập đến giá trị cực đoan, nhƣng chỉ mới dừng lại ở dòng
chảy trung bình mùa lũ và mùa kiệt. Ngoài ra còn dùng chỉ số dòng chảy cơ sở và
thấy xu hƣớng tăng dòng chảy lũ và giảm dòng chảy kiệt mặc dù nƣớc ngầm vẫn
giữ xu hƣớng tăng.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC
Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị tác động nhiều nhất của
BĐKH mà cụ thể là hiện tƣợng nƣớc biển dâng cao - hậu quả của sự tăng nhiệt độ
làm bề mặt Trái Đất nóng lên do phát thải khí nhà kính (KNK). Đã có rất nhiều
chƣơng trình nghiên cứu nhằm đƣa ra các giải pháp giảm nhẹ và ứng phó với
BĐKH trên các quy mô khác nhau. Sapkota M. & nnk (2010) [35] đã nghiên cứu
tác động của biển đổi khí hậu đối với dòng chảy sông Hồng ở Hà Nội - Việt Nam,
sử dụng mô hình thủy văn phân bố Hydro-BEAM (Hydrological River Basin
Environment Assessment Model). Mô hình sử dụng số liệu khí tƣợng từ đầu ra của
mô hình GCM với độ phân giải cao (20km không gian và từng giờ theo thời gian)
ứng với kịch bản A1B của IPCC. Nghiên cứu giả thiết số liệu đầu ra của mô hình và
số liệu quan trắc có cùng một hàm phân bố, và số liệu khí tƣợng đƣợc hiệu chỉnh
bằng phƣơng pháp dựa thống kê để cải thiện mƣa và nhiệt độ, sử dụng phƣơng pháp
nội suy kriging. Với mô hình toàn cầu có độ phân giải cao 20km có lợi thế là nghiên
cứu không cần phải thực hiện thêm bất cứ một mô hình chi tiết hóa nào, đồng thời
phƣơng pháp này yêu cầu một hệ thống máy tính lớn để lƣu trữ và thực hiện các
phép tính toán. Tuy nhiên trong nghiên cứu lại không đề cập đến phƣơng pháp tính
hệ số tỉ lệ cho việc chỉnh sai. Với phƣơng pháp nội suy phi tuyến yêu cầu phải nắm
rõ tác động từ các nút đến điểm trạm. Trong trƣờng hợp không xác định rõ đƣợc
trọng số của các nút thì việc sử dụng phƣơng pháp này sẽ ảnh hƣởng đến kết quả
nội suy. Kết quả đều rất tốt đối với cả mƣa và nhiệt độ tháng. Kết quả hiệu chỉnh
mô hình thủy văn khá tốt thông qua chỉ số Nash 0.77 với sai số dòng chảy tổng vƣợt
5.5%, đƣợc thực hiện tại trạm Hà Nội. Phƣơng pháp chỉnh sai có thể mô phỏng tốt
15
hơn khi kịch bản GCM qua giai đoạn đỉnh lũ và có xu thế đƣờng quá trình. Xét về
thời gian trễ, mô hình hiện chƣa đáp ứng đƣợc, ở đây chỉ có cƣờng độ mƣa đƣợc
hiệu chỉnh mà bỏ qua tần suất. Kết quả bƣớc đầu của nghiên cứu cho thấy xu hƣớng
ngày càng ác liệt của lũ và sự thay đổi khác biệt trong mùa mƣa.
Nghiên cứu của Vũ Văn Minh & nnk (2011) [5] đã thực hiện đánh giá xu
hƣớng thay đổi của dòng chảy lũ, nhƣng chỉ dừng lại ở phân tích mực nƣớc lũ lớn
nhất trên phạm vi rộng của cả lƣu vực sông Hồng – Thái Bình. Kết quả cho thấy
dòng chảy lũ dự tính trên lƣu vực sông Hồng-Thái Bình tăng dần qua từng thời kỳ.
Một nghiên cứu khác, của cùng nhóm tác giả, mặc dù đề cập đến cả dòng chảy kiệt
và dòng chảy lũ, nhƣng chỉ dừng ở giá trị trung bình của mùa lũ, kiệt mà chƣa phân
tích các đặc trƣng của chúng. Kết quả cũng cho thấy dòng chảy trung bình có xu
hƣớng tăng trên lƣu vực sông Hồng – Thái Bình, trong đó dòng chảy lũ có xu
hƣớng tăng, dòng chảy kiệt có xu hƣớng giảm.
Trần Thanh Xuân (2011) [17] ngoài việc tập trung vào dòng chảy trung bình
năm, mùa, còn đề cập đến dòng chảy lớn nhất tƣơng ứng với các tần suất khác nhau.
Kết quả cho thấy giá trị lƣu lƣợng đỉnh lũ lớn nhất năm (Qmax) tƣơng ứng với các
tần suất đều tăng trên phần lớn các sông với mức tăng khoảng 5 ÷ 22%, nhất là ở
các sông nhánh.
1.3 MỘT SỐ THẢO LUẬN
Từ việc tổng quan các tài liệu nghiên cứu có thể đƣa ra các kết luận rằng:
1/. Không có sự thống nhất trong các phƣơng pháp đánh giá tài nguyên nƣớc
dƣới tác động của biến đổi khí hậu.
2/. Mặc dù có nhiều phƣơng pháp khác nhau để hiệu chỉnh số liệu khí tƣợng,
nhƣng phần lớn các nhà nghiên cứu đều sử dụng phƣơng pháp hạ quy mô để thực
hiện bài toán.
3/. Một trong những vấn đề của hệ thống thủy văn đối với biến đổi khí hậu là
tính toán những dao động cực trị, thông qua các đặc trƣng của lũ và hạn hán. Hầu
16
hết các công trình khoa học đã công bố rộng rãi ở Việt Nam gần đây chỉ mới tập
trung sự thích ứng này ở đại lƣợng dòng chảy trung bình.
4/. Các nghiên cứu trong nƣớc hiện chỉ tập trung vào những lƣu vực có quy
mô lớn hệ thống sông Hồng – Thái Bình hay sông Mê Công mà chƣa có những
nghiên cứu cho các lƣu vực nhỏ, nhƣ lƣu vực sông Nhuệ - Đáy, một lƣu vực đóng
vai trò đặc biệt với Thủ đô Hà Nội, nơi tập trung đông dân cƣ và quá trình đô thị
hóa diễn ra mạnh.
Đề tài luận văn Nghiên cứu tác động của Biến đổi khí hậu đến cực trị dòng
chảy trên lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn Thành phố Hà Nội đã đƣợc hình
thành, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc. Tiếp theo, luận văn đi vào tổng
quan các đặc điểm địa lý tự nhiên và tài nguyên nƣớc của lƣu vực sông Nhuệ - Đáy
trong phần tiếp theo.
1.4 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN – KINH TẾ XÃ HỘI LƢU VỰC SÔNG
NHUỆ ĐÁY THUỘC ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
1.4.1 Điều kiện địa lý tự nhiên
Vị trí địa lý: Lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có diện tích là
1900km2, lƣu vực sông Nhuệ có diện tích khoảng 603km2. Lƣu vực nằm trong
phạm vi: phía Bắc và phía Đông đƣợc bao bởi đê sông Hồng kể từ ngã ba Trung Hà
tới cửa Ba Lạt với chiều dài khoảng 242 km, phía Tây Bắc giáp sông Đà từ Ngòi
Lát tới Trung Hà với chiều dài khoảng 33 km, phía Tây giáp Hòa Bình, phía Nam
giáp Hà Nam [4].
Địa hình: Xét về mặt cấu trúc ngang đi từ Tây sang Đông có thể chia địa
hình khu vực nghiên cứu thành vùng chính nhƣ sau:
a) Vùng đồi núi. Địa hình núi phân bố ở phía Tây và Tây Nam, chiếm
khoảng 30% diện tích, có hƣớng thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam ra biển và
thấp dần từ Tây sang Đông. Địa hình đồi núi đƣợc tách ra với địa hình núi và đồng
17
bằng độ chênh cao <100m, độ phân cắt sâu từ 15-100m. Trong phạm vi lƣu vực
sông Nhuệ - Đáy, địa hình đồi chiếm khoảng 10% diện tích có độ cao dƣới 200m.
b) Vùng đồng bằng. Diện tích vùng đồng bằng chiếm khoảng 60% lãnh thổ,
địa hình khá bằng phẳng có độ cao < 20m và thấp dần từ Tây sang Đông, từ Tây
Bắc xuống Đông Nam. Hƣớng chảy của sông Nhuệ - Đáy luôn thay đổi: thƣợng
nguồn hƣớng Bắc-Nam; trung lƣu và hạ lƣu hƣớng Tây Bắc-Đông Nam. Thƣợng
lƣu sông uốn khúc quanh co, hẹp và dốc, nhiều thác ghềnh, nƣớc chảy xiết là nguy
cơ tạo ra các hiện tƣợng xói lở, lũ quét.
Địa chất – Thổ nhưỡng: Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy đƣợc cấu thành bởi các
đá biến chất, trầm tích, trầm tích phun trào, các đá xâm nhập và trầm tích bở rời tuổi
từ Protezozoi đến hiện đại. Dựa vào thành phần thạch học, các thông số địa chất
thuỷ văn và đặc điểm thuỷ động lực có thể phân chia vùng nghiên cứu thành 7 tầng
chứa nƣớc.
Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy gồm có các nhóm đất chính: Nhóm đất mặn; phù
sa; xám; vàng đỏ; đất xói mòn trơ sỏi đá.
Thảm phủ thực vật: Do lƣu vực sông Nhuệ - Đáy có địa hình đa dạng, với
các vùng đồi, núi và 2/3 diện tích là đồng bằng, nên trên lƣu vực có nhiều hệ sinh
thái khác nhau nhƣ rừng trên núi đất, núi đá vôi, các hệ sinh thái thủy vực nƣớc
ngọt, các vùng đất ngập nƣớc. Hiện nay rừng đầu nguồn lƣu vực sông đang bị tàn
phá nghiêm trọng. Diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp đáng kể. Theo số liệu khảo sát
gần đây nhất, diện tích rừng trên lƣu vực thuộc địa bàn Hà Nội chiếm 160.84km2,
trong đó có 55.2km2 là rừng dự trữ; 105.64km2 là rừng dày – nghèo.
Khí hậu lƣu vực sông Nhuệ - Đáy khá tiêu biểu cho kiểu khí hậu Bắc Bộ với
đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng, mƣa nhiều và mùa đông lạnh,
mƣa ít. Lƣợng mƣa phân bố không đồng đều, trung bình hàng năm 1.800mm. Hữu
ngạn của lƣu vực mƣa khá lớn (X > 1800mm), nhất là vùng đồi núi phía Tây (X
>2000mm). Trung tâm mƣa lớn nhất ở thƣợng nguồn sông Tích thuộc núi Ba Vì
(X=2200-4000mm). Phần tả ngạn lƣu vực lƣợng mƣa tƣơng đối nhỏ (X=1500-
18
1800mm), nhỏ nhất ở thƣợng nguồn sông Đáy, sông Nhuệ (X=1500mm), và lại tăng
dần ra phía biển (1800-2000mm).
Hình 1. 1. Sơ đồ lƣu vực hệ thống sông Nhuệ - Đáy
19
Khu vực ô trũng đầm lầy về mùa mƣa, thƣờng xuyên bị úng ngập, đặc biệt
những khu vực nằm trong vùng phân lũ của sông Đáy, bởi vậy mỗi khi có báo động
III hoặc phân lũ thì bị ngập nƣớc ở độ sâu từ 1- 4m.
Trên toàn lƣu vực, mùa mƣa bắt đầu từ tháng IV-V và kết thúc vào tháng XXI, tập trung tới 70-90% lƣợng mƣa cả năm.
Chế độ nhiệt phân hoá khá rõ rệt theo đai cao trong khu vực nghiên cứu.
Nhiệt độ trung bình năm ở vùng thấp đạt từ 25 – 27oC, ở vùng đồi núi phía Tây và
Tây Bắc nhiệt độ trung bình năm xấp xỉ 24oC.
Lƣợng bức xạ tổng cộng trung bình hàng năm là 122,8 kcal/cm2 và nhiệt độ
không khí trung bình hàng năm từ 15-24oC. Mùa đông gió có hƣớng thịnh hành là
Đông Bắc, tần suất đạt 60 - 70%. Một số nơi do ảnh hƣởng của địa hình, hƣớng gió
đổi thành Tây Bắc và Bắc, tần suất đạt 25 - 40%. Mùa hè các tháng V, VI, VII
hƣớng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam, tần suất đạt khoảng 60 70%. Tháng VIII hƣớng gió phân tán, hƣớng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất
20 - 25%. Các tháng chuyển tiếp hƣớng gió không ổn định, tần suất hƣớng thay đổi
trung bình từ 10 - 15%.
Bốc hơi là một trong những thành phần chính của cán cân nhiệt và cán cân
nƣớc. Lƣợng bốc hơi từ bề mặt trải trên lƣu vực chủ yếu quyết định bởi tiềm năng
nhiệt và ẩm. Do đó, sự phân bố của lƣợng bốc hơi năm phụ thuộc vào sự phân bố
không gian của nhiệt và ẩm. Ngoài yếu tố mƣa, yếu tố bốc hơi từ bề mặt lƣu vực
cũng tham gia trực tiếp vào cán cân nƣớc, ảnh hƣởng rõ rệt tới sự hình thành dòng
chảy. Do nền nhiệt độ trên lƣu vực cao làm cho quá trình bốc hơi trên lƣu vực diễn
ra đều khá lớn. Lƣợng bốc năm dao động trong khoảng 900-1000mm. Do chịu ảnh
hƣởng của biển độ ẩm tƣơng đối trung bình hàng năm của lƣu vực là 75-80%, lớn
nhất vào đầu mùa mƣa, và thấp nhất trong mùa khô.
Thủy văn Mạng lƣới sông ngòi khu vực nghiên cứu tƣơng đối phát triển, mật
độ lƣới sông đạt 0,7 - 1,2km/km2 Lƣu vực có dạng dài, hình nan quạt, gồm:
20
- Xem thêm -