Tài liệu đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội đến sự thiếu hụt nước cấp của hồ chứa cẩm quỳ, huyện ba vì, hà nội

LỜI CAM ĐOAN Tôi là Lê Khánh Dương, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu là trung thực. Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 03 năm 2018 Tác giả Lê Khánh Dương i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập, nghiên cứu, được sự giảng dạy, giúp đỡ của các thầy cô giáo trường Đại học Thủy Lợi và sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, đến nay luận văn “Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội đến sự thiếu hụt nước cấp của hồ chứa Cẩm Quỳ, huyện Ba Vì, Hà Nội” đã hoàn thành. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Chín, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Với thời gian và kiến thức có hạn, chắc chắn không tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của thầy cô giáo, các cán bộ khoa học và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 03 năm 2018 Tác giả Lê Khánh Dương ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...............................................................................1 2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .......................................4 2.1. Mục đích ...................................................................................................................4 2.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................4 3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................4 3.1. Cách tiếp cận ............................................................................................................4 3.2. Phương pháp nghiên cứu: .........................................................................................5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................6 1.1. Tổng quan về thiên tai và biến đổi khí hậu ..............................................................6 1.1.1. Tình hình thiên tai và biến đổi khí hậu trên thế giới .............................................7 1.1.2. Tình hình thiên tai và biến đổi khí hậu tại Việt Nam ............................................9 1.2. Các nghiên cứu về Biến đổi khí hậu .......................................................................16 1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu về BĐKH trên thế giới ............................................16 1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu về BĐKH ở Việt Nam ..............................................16 1.2.3. Các kịch bản BĐKH ở Việt Nam ........................................................................20 1.2. Tổng quan về phát triển kinh tế xã hội ...................................................................23 CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CẤP NƯỚC CỦA HỒ CHỨA CẨM QÙY .................26 2.1. Đặc điểm tự nhiên, hiện trạng hệ thống công trình thuỷ lợi hồ chứa Cẩm Qùy, huyện Ba Vì , Hà Nội. ...................................................................................................26 2.1.1. Đặc điểm tự nhiên................................................................................................26 2.1.2. Hiện trạng công trình thủy lợi hồ chứa Cẩm Quỳ ...............................................30 2.2. Tính toán các yếu tố khí tượng thủy văn ................................................................33 2.2.1. Nhiệt độ không khí ..............................................................................................33 2.2.2. Chế độ gió ............................................................................................................34 2.2.3. Độ ẩm không khí .................................................................................................34 2.2.4. Nắng.....................................................................................................................34 2.2.5. Bốc hơi.................................................................................................................35 2.2.6. Tính toán mưa tưới thiết kế .................................................................................35 iii 2.2.7. Tính toán nguồn nước đến hồ Cẩm Quỳ ............................................................. 40 2.3. Tính toán nhu cầu nước của các đối tượng dùng nước trong hệ thống .................. 53 2.3.1. Tính toán nhu cầu nước cho cây trồng thời kỳ cơ sở .......................................... 53 2.3.2. Tính toán nhu cầu nước cho sinh hoạt ................................................................ 70 2.3.3. Tính toán nhu cầu nước cho sinh hoạt của khách du lịch ................................... 71 2.3.4. Tổng hợp nhu cầu dùng nước toàn hệ thống ....................................................... 72 2.4. Tính toán sơ bộ cân bằng nước của hồ chứa Cẩm Quỳ trong điều kiện hiện tại. .. 74 2.5. Đánh giá, xác định sự thiếu hụt nước cấp của hồ chứa Cẩm Quỳ ......................... 75 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA HỒ CHỨA CẨM QUỲ ..................................................... 76 3.1. Tính toán nhu cầu nước theo các kịch bản BĐKH và chiến lược phát triển kinh tế của vùng ........................................................................................................................ 76 3.1.1. Lựa chọn kịch bản BĐKH ................................................................................... 76 3.1.2. Tính toán yêu cầu dùng nước của toàn hệ thống trong tương lai ........................ 80 3.1.3. Tổng hợp nhu cầu dùng nước toàn hệ thống trong tương lai .............................. 87 3.1.4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến ngành nông nghiệp khu vực hồ Cẩm Quỳ89 3.1.5. Ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế - xã hội đến nhu cầu nước trong tương lai 90 3.1.6. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước trong tương lai ................... 91 3.1.7. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự phát triển kinh tế - xã hội đến nhu cầu nước trong tương lai ...................................................................................................... 91 3.2. Tính toán nguồn nước đến dưới ảnh hưởng của BĐKH và chiến lược phát triển kinh tế của vùng ............................................................................................................ 92 3.2.1. Tính toán nguồn nước đến giai đoạn 2016-2035 cho lưu vực hồ Cẩm Quỳ dưới sự tác động của biến đổi khí hậu ................................................................................... 92 2.2.2. Tính toán nguồn nước đến giai đoạn 2046-2065 cho lưu vực hồ Cẩm Quỳ dưới sự tác động của biến đổi khí hậu ................................................................................... 93 3.3. Tính toán cân bằng nước theo các kịch bản BĐKH và phát triển kinh tế - xã hội............... 94 3.3.1. Mục đích, ý nghĩa ................................................................................................ 94 3.3.3. Xác định dung tích chết của hồ chứa .................................................................. 94 3.3.4. Xác định dung tích hữu ích với yêu cầu cấp nước cố định ............................... 100 iv 3.3.5. Tính toán cân bằng nước, xác định dung tích hữu ích V hi giai đoạn 2016-2035 .....................................................................................................................................108 3.3.6. Tính toán cân bằng nước, xác định dung tích hữu ích Vhi giai đoạn 2046-2065.............111 3.3.7. So sánh sự tăng, giảm dung tích hữu ích tại các giai đoạn 2016-2035; 2046-2065 so với giai đoạn cơ sở. .................................................................................................113 3.4. Đánh giá và xác định lượng nước thiếu hụt của hồ chứa theo các kịch bản BĐKH và PTKT ......................................................................................................................114 3.5. Đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình phù hợp nhằm giảm nhỏ sự thiếu hụt nước cấp của hồ chứa Cẩm Quỳ trong điều kiện BĐKH và phát triển kinh tế xã hội ...........................................................................................................................115 3.5.1. Cơ sở đề xuất giải pháp .....................................................................................115 3.5.2. Giải pháp công trình ..........................................................................................116 3.5.2 Giải pháp phi công trình .....................................................................................116 3.6. Áp dụng giải pháp phi công trình cụ thể (Chuyển đổi cơ cấy cây trồng) ............118 3.6.1. Đối với thời kỳ hiện tại ......................................................................................118 3.6.2. Đối với giai đoạn 2016-2035 .............................................................................119 3.6.3. Đối với giai đoạn 2046-2065 .............................................................................120 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ...........................................................................................122 I. Kết luận ....................................................................................................................122 II. Kiến nghị .................................................................................................................123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................125 PHỤ LỤC ....................................................................................................................129 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TẦN SUẤT LÝ LUẬN ................................129 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG .....137 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG ĐẾN HỒ CẨM QUỲ ..........145 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Mức thay đổi kịch bản về nhiệt độ (oC) và lượng mưa năm (%).................. 22 Bảng 1.2. Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ cơ sở ....................... 22 Bảng 1.3. Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở ............................... 22 Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật hồ Cẩm Quỳ .................................................................... 32 Bảng 2.2: Thông số đập chính ....................................................................................... 32 Bảng 2.3: Thông số tràn xả lũ ....................................................................................... 32 Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật các cống lấy nước ........................................................... 33 Bảng 2.5. Đặc trưng nhiệt độ không khí trung bình tháng trong nhiều năm, trạm Ba Vì ....................................................................................................................................... 34 Bảng 2.6. Đặc trưng tốc độ gió trung bình tháng trong nhiều năm, trạm Sơn Tây....... 34 Bảng 2.7. Đặc trưng độ ẩm tương đối trung bình tháng trong nhiều năm, trạm Sơn Tây ....................................................................................................................................... 34 Bảng 2.8. Số giờ nắng trung bình trung bình tháng trong nhièu năm, tại trạm Sơn Tây ....................................................................................................................................... 35 Bảng 2.9. Bốc hơi trung bình tháng trong nhiều năm, trạm Sơn Tây ........................... 35 Bảng 2.10. Kết quả tính toán các thông số thống kê X, Cv, Cs thời kỳ hiện tại ........... 37 Bảng 2.11. Bảng thống kê chọn mô hình mưa đại diện ứng với từng thời vụ trong thời kỳ hiện tại ...................................................................................................................... 38 Bảng 2.12. Bảng tổng hợp mưa thiết kế theo tháng thời kỳ hiện tại ứng với tần suất P=85% ........................................................................................................................... 39 Bảng 2.13. Bảng tổng hợp mưa thiết kế theo tháng thời kỳ cơ sở (1986 –2005) ứng với tần suất P=85%........................................................................................................ 40 Bảng 2.17. Bộ thông số lưu vực Lâm Sơn tính toán từ mô hình Mike Nam ................ 49 Bảng 2.18: Các đặc trưng thông số thống kê dòng chảy năm lưu vực hồ Cẩm Quỳ thời kỳ cơ sở ......................................................................................................................... 51 Bảng 2.19: Phân phối dòng chảy năm ứng với P=85% thời kỳ cơ sở .......................... 51 Bảng 2.18: Các đặc trưng thông số thống kê dòng chảy năm lưu vực hồ Cẩm Quỳ .... 52 Bảng 2.19: Phân phối dòng chảy năm ứng với P=85% thời kỳ hiện tại ....................... 52 Bảng 2.20. Thời vụ cây trồng ........................................................................................ 60 vi Bảng 2.21. Độ ẩm đất canh tác ......................................................................................60 Bảng 2.22. Thời kỳ sinh trưởng và hệ số cây trồng của lúa ..........................................61 Bảng 2.23. Thời kỳ và hệ số cây trồng của cây trồng cạn .............................................61 Bảng 2.24. Chiều sâu bộ rễ của cây trồng cạn...............................................................61 Bảng 2.25. Chỉ tiêu cơ lý của đất ..................................................................................62 Bảng 2.26: Cơ cấu cây trồng giai đoạn cơ sở ................................................................62 Bảng 2.27: Cơ cấu cây trồng thời kỳ hiện tại ................................................................62 Bảng 2.28: Tổng hợp mức tưới cho lúa vụ chiêm thời kỳ cơ sở ...................................66 Bảng 2.29: Tổng hợp mức tưới cho lúa vụ mùa thời kỳ cơ sở ......................................66 Bảng 2.30: Tổng hợp mức tưới cho ngô chiêm thời kỳ cơ sở .......................................67 Bảng 2.31: Tổng hợp mức tưới cho cây đậu tương mùa thời kỳ cơ sở .........................67 Bảng 2.32: Tổng hợp mức tưới cho rau vụ đông ..........................................................67 Bảng 2.33: Tổng hợp nhu cầu nước cho các loại cây trồng ..........................................67 Bảng 2.34: Tổng hợp nhu cầu nước cho nông nghiệp thời kỳ cơ sở .............................68 Bảng 2.35: Tổng hợp nhu cầu nước cho các loại cây trồng ..........................................69 Bảng 2.36: Tổng hợp nhu cầu nước cho nông nghiệp thời kỳ hiện tại .........................69 Bảng 2.37. Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt giai đoạn cơ sở ( 103m3) ...........70 Bảng 2.38. Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt thời kỳ hiện tại ( 103m3) ...........71 Bảng 2.39. Bảng kết quả yêu cầu nước cho khách du lịch ...........................................72 Bảng 2.40. Bảng kết quả yêu cầu nước cho khách du lịch thời kỳ hiện tại ................72 Bảng 2.41. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống thời kỳ cơ sở ..........................................................................................................................72 Bảng 2.42. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống thời kỳ cơ sở ...................................................................................................73 Bảng 2.43. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống thời kỳ hiện tại ......................................................................................................................73 Bảng 2.44. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống thời kỳ hiện tại ................................................................................................74 Bảng 2.45. Kết quả tính toán cân bằng nước sơ bộ trong thời kỳ hiện tại – hồ Cẩm Quỳ .......................................................................................................................................74 vii Bảng 3.1. Mức thay đổi kịch bản về nhiệt độ (oC) và lượng mưa năm (%).................. 78 Bảng 3.2. Mức tăng nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ cơ sở ....................... 78 Bảng 3.3: Nhiệt độ trạm Ba Vì các năm trong tương lai theo kịch bản PCR4.5 (°C) .. 79 Bảng 3.4. Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở ............................... 79 Bảng 3.5: Lượng mưa trong tương lai theo kịch bản RCP4.5 ...................................... 80 Bảng 3.6: Tổng hợp nhu cầu nước cho các loại cây trồng giai đoạn 2016-2035 .......... 80 Bảng 3.7: Cơ cấu sử dụng đất giai đoạn 2016-2035 ..................................................... 81 Bảng 3.8a. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống giai đoạn 2016-2035 dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ................................................. 81 Bảng 3.8b. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống giai đoạn 2016-2035 dưới ảnh hưởng của phát triển kinh tế xã hội..................................... 82 Bảng 3.8c. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống giai đoạn 2016-2035 dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội ..... 82 Bảng 3.9: Tổng hợp nhu cầu nước cho các loại cây trồng giai đoạn 2046-2065 .......... 83 Bảng 3.10: Cơ cấu sử dụng đất giai đoạn 2046 -2065 ................................................. 83 Bảng 3.11a. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống giai đoạn 2046 -2065 dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ................................................ 83 Bảng 3.11b. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống giai đoạn 2046 -2065 dưới ảnh hưởng của phát triển kinh tế xã hội.................................... 84 Bảng 3.11c. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại mặt ruộng của hệ thống giai đoạn 2046 -2065 dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội .... 84 Bảng 3.12: Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt giai đoạn 2016-2035 ( 103m3) .. 86 Bảng 3.13: Bảng kết quả yêu cầu nước cho khách du lịch giai đoạn 2016-2035 (103m3)........................................................................................................................... 86 Bảng 3.14: Bảng kết quả yêu cầu nước cho sinh hoạt giai đoạn 2046-2065 (106m3) ... 87 Bảng 3.15: Bảng kết quả yêu cầu nước cho ngành du lịch giai đoạn 2046-2065 ........ 87 Bảng 3.16: Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước toàn hệ thống thời kỳ dưới tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2016-2035 ............... 87 Bảng 3.17. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống dưới tác động của BĐKH và phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2016-2035 88 viii Bảng 3.18: Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước toàn hệ thống dưới tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2046-2065 ...............................88 Bảng 3.19. Bảng kết quả tổng hợp yêu cầu dùng nước tại công trình đầu mối của toàn hệ thống dưới tác động của BĐKH và phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2046-2065 .88 Bảng 3.20: Mức tăng nhu cầu nước các loại cây trồng trong tương lai so với giai đoạn cơ sở .......................................................................................................................................89 Bảng 3.21: Mức tăng nhu cầu nước của các ngành dưới ảnh hưởng của phát triển kinh tế xã hội trong tương lai so với giai đoạn cơ sở ...................................................................90 Bảng 3.22: Mức tăng nhu cầu nước của các ngành dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu trong tương lai so với giai đoạn cơ sở ....................................................................91 Bảng 3.23: Mức tăng nhu cầu nước của các ngành dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội trong tương lai so với giai đoạn cơ sở ........................91 Bảng 3.24: Phân phối dòng đến hồ Cẩm Quỳ giai đoạn 2016-2035.theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................92 Bảng 3.25:Phân phối dòng đến hồ Cẩm Quỳ giai đoạn 2046-2065 theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................93 Bảng 3.26. Quan hệ giữa cao trình và dung tích hồ, diện tích hồ ...............................104 Bảng 3.27. Xác định dung tích hữu ích V hi khi chưa tính tổn thất .............................105 Bảng 3.28. Xác định tổn thất do thấm và bốc hơi .......................................................106 Bảng 3.29. Xác định dung tích hữu ích V hi khi tính đến tổn thất ...............................107 Bảng 3.30. Kết quả tính toán dung tích hữu ích của hồ chứa nước Cẩm Quỳ khi tính đến tổn thất giai đoạn 2016-2035 dưới tác động của Biến đổi khí hậu .......................109 Bảng 3.31. Kết quả tính toán dung tích hữu ích V hi khi tính đến tổn thất giai đoạn 2016-2035 dưới tác động của phát triển kinh tế xã hội ...............................................109 Bảng 3.32. Kết quả tính toán dung tích hữu ích V hi khi tính đến tổn thất giai đoạn 2016-2035 dưới tác động của BĐKH và phát triển kinh tế xã hội ..............................110 Bảng 3.33. Kết quả tính toán dung tích hữu ích của hồ chứa nước Cẩm Quỳ khi tính đến tổn thất giai đoạn 2046-2065 dưới tác động của Biến đổi khí hậu .......................111 Bảng 3.34. Kết quả tính toán dung tích hữu ích V hi khi tính đến tổn thất giai đoạn 2046-2065 dưới tác động của phát triển kinh tế xã hội ...............................................112 ix Bảng 3.35. Kết quả tính toán dung tích hữu ích V hi khi tính đến tổn thất giai đoạn 2016-2035 dưới tác động của BĐKH và phát triển kinh tế xã hội.............................. 113 Bảng 3.36. Bảng so sánh dung tích hữu ích của hồ Cẩm Quỳ giai đoạn 2016-2035; 2046-2065 so với giai đoạn cơ sở dưới tác động của biến đổi khí hậu ....................... 113 Bảng 3.37. Bảng so sánh dung tích hữu ích của hồ Cẩm Quỳ Giai đoạn 2016-2035 và 2050 so với giai đoạn cơ sở dưới tác động của phát triển kinh tế xã hội .................... 114 Bảng 3.38. Bảng so sánh dung tích hữu ích của hồ Cẩm Quỳ Giai đoạn 2016-2035 và 2046-2065 so với giai đoạn cơ sở dưới tác động của phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu ................................................................................................................... 114 Bảng 3.38. Xác định dung tích hiệu dụng Vhd khi tính đến tổn thất thời kỳ hiện tại 119 (trường hợp thay đổi cơ cấu cây trồng từ 2,9% lúa sang ngô) .................................... 119 Bảng 3.39. Xác định dung tích hiệu dụng V hd khi tính đến tổn thất giai đoạn 20162035 ............................................................................................................................. 120 (trường hợp thay đổi cơ cấu cây trồng từ 9,9% lúa sang ngô) .................................... 120 Bảng 3.39. Xác định dung tích hiệu dụng V hd khi tính đến tổn thất giai đoạn 20462065 ............................................................................................................................. 121 (trường hợp thay đổi cơ cấu cây trồng từ 22,9% lúa sang ngô) .................................. 121 x DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2: Môi trường hiện tại ..........................................................................................6 Hình 2.1: Vị trí hồ Cẩm Quỳ, xã Cẩm Lĩnh, huyện Ba Vì , Hà Nội .............................26 Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng mô hình NAM (Nguồn: Lê Văn Nghinh) ..........................45 Hình 2.2. Mô phỏng đường quá trình lưu lượng lưu vực Lâm Sơn- Hiệu chỉnh ..........50 Hình 2.3. Mô phỏng đường quá trình lưu lượng lưu vực Lâm Sơn – Kiểm định .........50 Hình 2.4. Biểu đồ phân phối dòng chảy năm thiết kế thời kì hiện tại ứng với tần suất P =85% thời kỳ cơ sở ........................................................................................................51 Hình 2.5. Biểu đồ phân phối dòng chảy năm thiết kế thời kì hiện tại ứng với tần suất 52 P =85% thời kỳ hiện tại .................................................................................................52 Hình 2.6. Bảng nhập dữ liệu về khí hậu climate và tính lượng bốc thoát hơi nước chuẩn ET0 ......................................................................................................................63 Hình 2.7. Bảng nhập dữ liệu về mưa (Rainfall) ............................................................64 Hình 2.8. Bảng nhập dữ liệu về cây lúa chiêm .............................................................65 Hình 2.9. Bảng dữ liệu về đất theo số liệu của FAO ....................................................65 Hình 2.10. Kết quả tính toán mức nước tưới cho lúa vụ chiêm thời kỳ cơ sở ..............66 Hình 3.1. Các mực nước đặc trưng và thành phần dung tích hồ chứa ..........................95 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý điều tiết năm một lần, phương án trữ sớm .......................101 xi MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự thay đổi của khí hậu do sự đóng góp trực tiếp hoặc gián tiếp từ các hoạt động của con người làm thay đổi các thành phần của khí quyển. Hiện nay, BĐKH là vấn đề toàn cầu, là thách thức nghiêm trọng đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Trên thế giới và cả Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu về BĐKH tác động đến các lĩnh vực và đời sống của con người. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng BĐKH tác động nghiêm trọng tới hoạt động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người và môi trường sống trên phạm vi toàn cầu, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp dễ bị tổn thương nhất. Trong đó, Việt Nam được xếp ở mức báo động đỏ (Nồng độ khí nhà kính trong khí quyển đã vượt qua ngưỡng 400/106 thể tích so với giới hạn an toàn 350/106 thể tích; Tình trạng ấm lên của khí quyển dẫn đến hiện tượng nước biển dâng và ấm lên, kéo theo sự thay đổi của 1 loạt hiện tượng thời tiết cực đoan như bão lũ, dông sét, lốc tố, hạn hán, mưa lớn...chưa từng có trong lịch sử nhân loại). Có thể nói tất cả các hiện tượng thời tiết cực đoan trên đều có xu hướng gia tăng về cường độ hoặc tần số và ảnh hưởng đến nghiêm trọng đến nước ta. Trong đó đáng chú ý là các đợt nóng dị thường, các đợt mưa cường độ lớn gây ra lũ lụt, lũ quét, các đợt khô hạn kết hợp nắng nóng kéo dài, các cơn bão, lốc tố với cường độ lớn đổ bộ trực tiếp vào đất liền... Việt Nam là một trong những quốc gia đang phát triển và là nước dễ bị tổn thương đặc biệt do tác động của BĐKH gây ra cả về chính trị, kinh tế - xã hội và quốc phòng - an ninh. Tình hình thời tiết, thủy văn trong các năm trở lại đây có diễn biến ngày càng cực đoan. Cụ thể: Theo kịch bản RCP4.5, nhiệt độ tối thấp trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 1,4÷1,6oC vào giữa thế kỷ, từ 1,8÷2,2oC vào cuối thế kỷ. Khu vực ven biển Nam Trung Bộ và Nam Bộ có mức tăng thấp nhất, khoảng 1,3÷1,4oC vào giữa thế kỷ và 1,6÷1,8oC vào cuối thế kỷ. Theo kịch bản RCP8.5, vào giữa thế kỷ, nhiệt độ tối thấp trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 1,6÷2,6oC, tăng cao nhất 1 ở khu vực phía Bắc và Tây Nguyên (2,2÷2,6oC). Các khu vực khác có mức tăng thấp hơn (1,6÷1,8oC). Đến cuối thế kỷ, mức tăng phổ biến từ 3,0÷4,0oC, một số tỉnh phía Bắc có mức tăng cao hơn. Theo kịch bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa năm có xu thế tăng ở hầu hết cả nước, phổ biến từ 5÷10%. Vào giữa thế kỷ, mức tăng phổ biến từ 5÷15%. Một số tỉnh ven biển Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ có thể tăng trên 20%. Đến cuối thế kỷ, mức biến đổi lượng mưa năm có phân bố tương tự như giữa thế kỷ, tuy nhiên vùng có mức tăng trên 20% mở rộng hơn. Theo kịch bản RCP8.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa năm có xu thế tăng ở hầu hếtcả nước, phổ biến từ 3÷10%. Vào giữa thế kỷ, xu thế tăng tương tự như kịch bảnRCP4.5. Đáng chú ý là vào cuối thế kỷ mức tăng nhiều nhất có thể trên 20% ở hầu hếtdiện tích Bắc Bộ, Trung Trung Bộ, một phần diện tích Nam Bộ và Tây Nguyên. Ngày nay, hiện tượng El-Nino, La-Nina càng ngày càng tác động mạnh mẽ đến Việt Nam và gây ra tình trạng nắng nóng kéo dài sẽ gia tăng, mùa đông rét đậm, rét hại không kéo dài. BĐKH thực sự đã làm cho các loại hình thiên tai diễn ra ngày càng phức tạp, khó lường, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng khốc liệt. Hậu quả của BĐKH đối với Việt Nam là rất nghiêm trọng và là một nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói - giảm nghèo, cho việc thực hiện các mục tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của đất nước. Các lĩnh vực, các ngành nghề, địa phương dễ bị tổn thương và chịu tác động mạnh mẽ nhất của BĐKH là tài nguyên nước, hoạt động sản xuất nông nghiệp và an ninh lương thực, sức khỏe con người ở các vùng đồng bằng và duyên hải ven biển. Nó làm tăng mức độ, cường độ các loại thiên tai, lũ lụt và hạn hán ngày càng khốc liệt như hạn hán năm 2008, hạn hán và xâm ngập mặn 2015-2016 ở Đồng bằng sông Cửu Long; Lũ tháng 10/2010 tại Hà Tĩnh, tháng 10/2011 tại Quảng Bình, tháng 9-10/2013 tại các tỉnh miền Trung lũ vào giữa tháng 10 và đầu tháng 11/2016 tại các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên và gần đây nhất là trận lũ lịch sử vào đầu tháng 8/2017 tại các tỉnh Sơn La, Yên Bái, mưa lớn tại các tỉnh miền núi phía bắc vào đầu tháng 10/2017 gây ra lũ quét, sạt lở đất tại Hoà Bình dẫn tới việc hồ Hoà Bình phải mở 8 cửa xả đáy đẫ gây thiệt hại về người và tài sản, làm cho đời sống của người dân vô cùng khó khăn, sản xuất nông nghiệp thiệt hại to lớn với con số hàng nghìn tỷ 2 đồng, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế xã hội của nước ta. Thành phố Hà Nội là một thành phố thuộc miền Bắc nước ta bị ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết khắc nghiệt và thiên tai. Vào mùa khô thường bị hạn hán, dẫn đến tình trạng thiếu nước ngọt cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản. Mùa mưa thường xuất hiện lũ lớn kéo dài, gây ngập lụt nghiêm trọng. Hàng năm, bão, áp thấp nhiệt đới thường xuyên uy hiếp các quận, huyện, thị xã gần sông và ngập úng vùng nội đồng, hạ du các hồ chứa nước lớn gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản, ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế - xã hội và đời sống dân sinh, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp (đặc biệt là trong chăn nuôi, trồng trọt và thuỷ sản). Trước những thực trạng và biến động thời tiết khó lường như vậy, vấn đề đặt ra là chúng ta phải đánh giá được những ảnh hưởng của BĐKH, đồng thời phải có kế hoạch dài hạn nhằm trước hết là phòng ngừa, giảm thiểu các thiên tai, lũ lụt sau đó là có biện pháp ứng phó kịp thời trợ giúp ngành nông nghiệp khắc phục các ảnh hưởng của BĐKH. Hiện nay, có rất ít nghiên cứu về ảnh hưởng của BĐKH tới hệ thống thuỷ lợi nói chung và hệ thống tưới nói riêng, đặc biệt là nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng của BĐKH và phát triển kinh tế-xã hội đến sự thiếu hụt nước phục vụ sản xuất phát triển kinh tế của hạ du hồ chứa. Hồ chứa Cẩm Quỳ thuộc huyện Ba Vì - TP Hà Nội được xây dựng từ năm 1963 và đưa vào sử dụng từ năm 1964 đến nay. Những năm trở lại đây, trong quy hoạch phát triển đô thị của thành phố Hà Nội, dân số tăng nhanh và sự phát triển một cách nhanh chóng, ồ ạt về cơ sở hạ tầng trên địa bàn huyện Ba Vì cùng với chiến lược phát triển kinh tế, công nghiêp, nông nghiệp phía hạ du hồ Cẩm Quỳ đã đặt ra yêu cầu cấp nước rất lớn. Hơn nữa khi quy hoạch để xây dựng hồ chứa trước đây chưa đề cập đến ảnh hưởng của BĐKH và phát triển kinh tế - xã hội trong tương lai, do đó nhu cầu nước cho hạ lưu hồ Cẩm Quỳ cho các giai đoạn sau này là vấn đề phức tạp, cần được giải quyết. Trong những năm gần đây, hồ chứa nước Cẩm Quỳ thường xuyên thiếu nước cấp cho sản suất về mùa khô với các nguyên nhân chính sau: 3 (i). Nhu cầu dùng nước của nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và du lịch tăng mạnh; (ii). Diễn biến thời tiết theo chiều hướng cực đoan (cụ thể lượng mưa tăng về mùa mưa nhưng giảm mạnh về mùa khô); (iii). Hiện nay công trình như đập, cống lấy nước cũng bị xuống cấp hiện tượng rò rỉ, thất thoát nước cũng tăng nhiều; (iv). Hiện nay một số diện tích đất vùng đồi gò cao trồng cây lấy gỗ được nhân dân chuyển đổi sang trồng các loại cây ăn quả, công nghiệp như: chè, ổi, cam, bưởi... Mặt khác, hiện nay chưa có nghiên cứu về ảnh hưởng của BĐKH tới hệ thống thuỷ lợi nói chung và hệ thống tưới nói riêng, đặc biệt là nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng của BĐKH và phát triển kinh tế - xã hội đến sự thiếu hụt nước phục vụ sản xuất phát triển kinh tế của hạ du hồ chứa phía Tây Bắc Hà Nội. Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi thấy rằng việc nghiên cứu: “Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội đến sự thiếu hụt nước cấp của hồ chứa Cẩm Quỳ, huyện Ba Vì, Hà Nội” là hết sức cần thiết. 2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Mục đích Xác định mức độ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội đến nhu cầu nước của hạ du hồ chứa Cẩm Quỳ theo các kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế; Xác định mức độ ảnh hưởng của BĐKH và phát triển kinh tế đến sự thiếu hụt nước cấp của hồ chứa và đề xuất giải pháp để hạn chế và khắc phục những ảnh hưởng của BĐKH nhằm đảo bảo khả năng cấp nước của hồ chứa. 2.2. Phạm vi nghiên cứu Huyện Ba Vì , Hà Nội. 3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Cách tiếp cận - Theo quan điểm hệ thống; 4 - Theo quan điểm thực tiễn và tổng hợp đa mục tiêu; - Theo quan điểm bền vững.; - Theo sự tham gia của người hưởng lợi. 3.2. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp điều tra, thu thập phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu. Phương pháp này ứng dụng trong chương 1 và 2. Cụ thể, điều tra, thu thập và phân tích số liệu cơ bản về khí tượng thủy văn, thổ nhưỡng đất đai và cây trồng... Phương pháp kế thừa có chọn lọc. Phương pháp này kế thừa những một số nội dung, phương pháp nghiên cứu của các nghiên cứu và công trình đã được công bố. Phương pháp phân tích hệ thống, phương pháp thống kê xác xuất. Phương pháp này ứng dụng trong tính toán các yếu tố khí tượng thủy văn, phân tích kết quả tính toán. Phương pháp mô hình toán, thủy văn, thủy lực. Phương pháp này ứng dụng trong nghiên cứu của chương 2 và 3 trong tính toán nhu cầu nước, cân bằng nước, điều tiết... 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về thiên tai và biến đổi khí hậu Hình 1.2: Môi trường hiện tại Hình 1.1: Môi trường trước đây Định nghĩa: Thời tiết là trạng thái tức thời của khí quyển ở một địa điểm cụ thể, được đặc trưng bởi các đại lượng đo được, như nhiệt độ, độ ẩm, gió, lượng mưa,… hoặc các hiện tượng quan trắc được, như sương mù, dông, mưa, nắng,… Thời tiết thường dễ thay đổi trong một thời gian ngắn. Định nghĩa: Khí hậu là sự tổng hợp trạng thái của thời tiết, được đặc trưng bởi các giá trị trung bình thống kê và các cực trị đo được hoặc quan trắc được trong một thời gian nhất định nào đó của các yếu tố (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, lượng bốc thoát hơi nước, mây, gió...) và hiện tượng thời tiết trong một khoảng thời gian dài, thường là hàng chục năm. Như vậy, có thể hiểu khí hậu là trạng thái trung bình và những cực trị của thời tiết trong nhiều năm và nó thường có tính chất ổn định, ít thay đổi. Định nghĩa: “Biến đổi khí hậu là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo”. Biến đổi khí hậu là những biến đổi trong môi trường vật lý hoặc sinh học gây ra những ảnh hưởng có hại đáng kể đến thành phần, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế - xã hội hoặc đến sức 6 khỏe và phúc lợi của con người (Theo công ước chung của LHQ về biến đổi khí hậu). Hiện nay BĐKH hiện đại được nhận biết thông qua sự gia tăng của nhiệt độ trung bình bề mặt Trái đất, dẫn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu. Biểu hiện của BĐKH còn được thể hiện qua sự dâng mực nước biển, hệ quả của sự tăng nhiệt độ toàn cầu. Biến đổi khí hậu diễn ra do các yếu tố tự nhiên và các hoạt động của con người 1.1.1. Tình hình thiên tai và biến đổi khí hậu trên thế giới Trong lịch sử địa chất của trái đất chúng ta, sự biến đổi khí hậu đã nhiều lần xảy ra với những thời kỳ lạnh và nóng kéo dài hàng vạn năm mà chúng ta gọi là thời kỳ băng hà. Xét về nguyên nhân gây nên sự thay đổi khí hậu này, chúng ta có thể thấy đó là do sự biến động và thay đổi độ nghiêng trục quay trái đất, sự thay đổi quỹ đạo quay của trái đất quanh mặt trời, vị trí các lục địa và đại dương và đặc biệt là sự thay đổi trong thành phần khí quyển. Trong khi những nguyên nhân hàng đầu là những nguyên nhân hành tinh, thì nguyên nhân cuối cùng lại có sự tác động rất lớn của con người mà chúng ta gọi đó là sự nóng lên khí quyển hay hiệu ứng nhà kính. Chính lượng khí CO 2 chứa nhiều trong khí quyển sẽ tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ của trái đất. Cùng với khí CO 2 còn có một số khí khác cũng được gọi chung là khí nhà kính như NO x , CH 4 , CFC. Với những gia tăng mạnh mẽ của nền sản xuất công nghiệp và việc sử dụng các nhiên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá..). Nhiệt độ trung bình toàn cầu vào cuối thế kỷ 21 tăng 1,1÷2,6°C (RCP4.5) và 2,6°C÷4,8°C (RCP8.5) so với trung bình thời kỳ 1986-2005. Lượng mưa tăng ở vùng vĩ độ cao và trung bình, giảm ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Vì vậy sẽ kéo theo những nguy cơ ngày càng sâu sắc đối với chất lượng sống của con người. Sự biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng, tình hình thời tiết ngày càng cực đoan. Biểu hiện rõ nhất là sự nóng lên của trái đất, băng tan và nước biển dâng cao; là các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài... dẫn đến thiếu lương thực, thực phẩm, nước uống; xuất hiện hàng loạt dịch bệnh trên người, gia súc, gia cầm; suy thoái kinh tế, xung đột và chiến tranh, 7 mất đi sự đa dạng sinh học và phá huỷ hệ sinh thái. Những minh chứng cho các vấn đề này được biểu hiện qua hàng loạt tác động cực đoan của khí hậu trong thời gian gần đây như đã có khoảng 250 triệu người bị ảnh hưởng bởi những trận lũ lụt ở Nam Á, châu Phi và Mexico. Các nước Nam Âu đang đối mặt nguy cơ bị hạn hán nghiêm trọng dễ dẫn tới những trận cháy rừng, sa mạc hóa, còn các nước Tây Âu thì đang bị đe dọa xảy ra những trận lũ lụt lớn, do mực nước biển dâng cao cũng như những đợt băng giá mùa đông khốc liệt. Những trận bão lớn vừa xẩy ra tại Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ...có nguyên nhân từ hiện tượng trái đất ấm lên trong nhiều thập kỷ qua. Những dữ liệu thu được qua vệ tinh từng năm cho thấy số lượng các trận bão không thay đổi, nhưng số trận bão, lốc cường độ mạnh, sức tàn phá lớn đã tăng lên, đặc biệt ở Bắc Mỹ, tây nam Thái Bình Dương, Ân Độ Dương, bắc Đại Tây Dương. Một nghiên cứu với xác suất lên tới 90%.cho thấy sẽ có ít nhất 3 tỷ người rơi vào cảnh thiếu lương thực vào năm 2100, do tình trạng ấm lên của Trái đất. Sự nóng lên của Trái đất, băng tan đã dẫn đến mực nước biển dâng cao. Theo kịch bản RCP4.5, mực nước biển trung bình toàn cầu dâng 26cm (19cm ÷ 33cm) trong giai đoạn giữa thế kỷ; dâng 47m (32cm ÷ 63cm) trong giai đoạn cuối thế kỷ; dâng 53cm (36cm ÷ 71cm) vào năm 2100. Theo kịch bản RCP4.5, khu vực phía Tây và giữa Thái Bình Dương, phía nam Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương mực nước biển có xu thế tăng cao rõ rệt so với trung bình toàn cầu. Ngược lại, tại khu vực đông nam Thái Bình Dương, bắc Đại Tây Dương và đặc biệt là xung quanh các cực, mực nước biển có xu thế tăng ít hơn so với trung bình toàn cầu.Theo quan sát từ vệ tinh, diện tích các lớp băng ở Bắc cực, Nam cực, băng ở Greenland và một số núi băng ở Trung Quốc đang dần bị thu hẹp. Chính sự tan chảy của các lớp băng cùng với sự nóng lên của khí hậu các đại dương toàn cầu (tới độ sâu 3.000m) đã góp phần làm cho mực nước biển dâng cao. Thời tiết khắc nghiệt, lượng mưa thay đổi: Cũng như những thay đổi khí hậu, thời tiết cực đoan như hạn hán, mưa lớn, bão và lũ lụt đang trở nên thường xuyên hơn hoặc mạnh hơn. Phía nam và trung tâm châu Âu đã thấy sóng nhiệt thường xuyên hơn, cháy rừng và hạn hán. Lượng mưa cũng thay đổi. Tại châu Âu, khu vực Địa Trung Hải đang trở nên khô hơn, thậm chí còn dễ bị hạn hán và cháy rừng. Trong khi đó ở Bắc Âu 8