Tài liệu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy năm hệ thống sông vệ tỉnh quảng ngãi

ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... I MỤC LỤC ..................................................................................................................... II TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................. VI DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... VIII DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... XI MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài: ............................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .............................................................................. 3 4. Nội dung nghiên cứu: .................................................................................................. 3 5. Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................................ 3 6. Ý nghĩa thực tiễn đề tài................................................................................................ 3 7. Bố cục và nội dung luận văn. ...................................................................................... 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................... 5 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu .......................................................... 5 1.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên: .............................................................................. 5 a. Vị trí địa lý ................................................................................................. 5 b. Đặc điểm địa hình ...................................................................................... 7 c. Đặc điểm địa chất ....................................................................................... 8 1.1.2. Điều kiện khí tượng, thủy văn ...................................................................... 9 a. Khí Tượng: ................................................................................................. 9 b. Thủy Văn: ................................................................................................ 14 c. Các đặc trưng thủy văn dòng chảy ........................................................... 15 d. Chế độ thủy triều ...................................................................................... 17 1.2. Điều kiện kinh tế xã hội.......................................................................................... 18 1.2.1. Tổ chức hành chính trên lưu vực ................................................................ 18 1.2.2. Tình hình dân sinh kinh tế .......................................................................... 18 a. Dân số ....................................................................................................... 18 b. Lao động .................................................................................................. 19 1.2.3. Nông nghiệp ................................................................................................ 19 iii a. Hiện trạng sản xuất nông nghiệp: ............................................................. 19 b. Hiện trạng ngành chăn nuôi: .................................................................... 20 1.2.4. Lâm nghiệp: ................................................................................................ 21 1.2.5. Thủy sản:..................................................................................................... 22 1.2.6. Công nghiệp: ............................................................................................... 23 1.2.7. Dịch vụ - Du lịch: ....................................................................................... 23 1.2.8. Giao thông – Vận tải: .................................................................................. 25 1.2.9. Xây dựng – đô thị: ...................................................................................... 25 a. Xây dựng .................................................................................................. 25 b. Đô thị ........................................................................................................ 26 1.2.10. Y tế:........................................................................................................... 26 1.2.11. Giáo dục, đào tạo: ..................................................................................... 27 1.3. Tình hình thiên tai và thiệt hại khu vực nghiên cứu ............................................... 27 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ................................................ 30 2.1. Tổng quan Mô hình thủy văn ................................................................................. 30 2.2. Giới thiệu mô hình MIKE SHE .............................................................................. 32 2.2.1. Tổng quan về mô hình MIKE SHE ............................................................ 32 2.2.2. Lịch sử phát triển của mô hình MIKE-SHE. .............................................. 33 2.2.3. Lý thuyết cơ bản của mô hình MIKE-SHE ................................................ 33 a. Mưa .......................................................................................................... 33 b. Bốc hơi ..................................................................................................... 34 c. Dòng không bão hòa ................................................................................ 35 d. Dòng chảy mặt: ........................................................................................ 36 e. Dòng chảy trên sông:................................................................................ 36 g. Dòng chảy trong đô thị............................................................................. 37 h. Dòng chảy ngầm ...................................................................................... 38 i. Công trình thủy lợi .................................................................................... 39 2.3. Thiết lập mô hình MIKE SHE ................................................................................ 40 2.3.1. Phạm vi mô phỏng ...................................................................................... 40 2.3.2. Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán mô phỏng ................................................. 41 a. Bản đồ số độ cao ...................................................................................... 41 b. Bản đồ sử dụng đất ................................................................................... 41 iv c. Bản đồ đất................................................................................................. 42 d. Trạm mưa tính toán .................................................................................. 42 e. Mạng lưới sông......................................................................................... 43 g. Số liệu khí tượng thủy văn ....................................................................... 43 h. Một số dữ liệu cần thiết khác ................................................................... 43 2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE SHE ...................................................... 43 2.4.1. Hiệu chỉnh mô hình..................................................................................... 43 2.4.2. Kiểm định mô hình ..................................................................................... 44 2.4.3. Nhận xét kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ................................................. 46 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI DÕNG CHẢY ........................................................................................................................... 47 3.1. Tổng quan về Biến đổi khí hậu............................................................................... 47 3.1.1. Cơ sở khoa học của biến đổi khí hậu .......................................................... 47 a. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu ........................................................... 47 b. Kịch bản nồng độ khí nhà kính ................................................................ 49 c. Biến đổi khí hậu quy mô toàn cầu ............................................................ 49 3.1.2. Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở Việt Nam ................................................ 52 a. Nhiệt độ .................................................................................................... 52 b. Lượng mưa ............................................................................................... 52 3.1.3. Kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam ................................................... 53 a. Nhiệt độ .................................................................................................... 54 b. Lượng mưa ............................................................................................... 55 3.2. Xây dựng kịch bản Biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu .............................. 57 3.3. Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu tới dòng chảy khu vực nghiên cứu ......... 58 3.3.1. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí Nhánh 1 ...................................................................................... 59 3.3.2. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí Nhánh 2 ...................................................................................... 64 3.3.3. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí Nhánh 3 ...................................................................................... 70 3.3.4. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí Nhánh 4 ...................................................................................... 76 v 3.3.5. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí An Chỉ thượng............................................................................ 82 3.3.6. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí trạm An Chỉ ................................................................................ 88 3.3.7. Kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí trạm Sông Vệ ............................................................................. 94 3.3.8. Phân tích kết quả mô phỏng các thời kỳ tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu tại các vị trí .............................................................................. 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 101 1. Kết luận.................................................................................................................... 101 2. Kiến nghị ................................................................................................................. 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 103 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN TẦN SUẤT ...................................................................... 105 vi TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI DÒNG CHẢY NĂM HỆ THỐNG SÔNG VỆ TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Trần Đỉnh Chương. Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy Mã số: 60.58.02.02. Khóa: K35-CTT.QNg. Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN. Tóm tắt - Biến đổi khí hậu xuất phát từ sự gia tăng lượng khí thải nhà kính được nhìn nhận là một trong những thách thức lớn cho nhân loại trong thế kỷ thứ 21. Hiện tượng này được dự đoán là sẽ làm gia tăng. Hậu quả của nó sẽ tác động đến mọi mặt của đời sống xã hội loài người. Do đó cần có những đánh giá thật đầy đủ và chính xác về sự thay đổi của các yếu tố tự nhiên do hậu quả của biến đổi khí hậu, để có thể cung cấp những căn cứ cần thiết cho việc xây dựng các biện pháp giảm thiểu và thích ứng với sự thay đổi này. Vì vậy, việc nghiên cứu, tính toán đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy năm hệ thống sông Vệ là hết sức cần thiết, làm cơ sở để các cấp cơ quan nhà nước xây dựng phương án phòng chống thiên tai trên lưu vực sông Vệ. Luận văn đã xây dựng mô hình thủy văn MIKE SHE được hiệu chỉnh và kiểm định với mức độ tin cậy khá cao. Dựa trên mô hình thủy văn đã thiết lập, học viên sử dụng số liệu thay đổi mưa và các yếu tố khác của Kịch bản Biến đổi khí hậu do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành năm 2016 để tiến hành đánh giá sự thay đổi của dòng chảy sông Vệ nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn toàn diện về sự biến đổi của các yếu tố tự nhiên liên quan tới sự ấm lên của Trái Đất trong tương lai tại lưu vực sông Vệ, tỉnh Quảng Ngãi. Với những yêu cầu thực tế như trên, luận văn đã đóng góp không nhỏ đến sự phát triển kinh tế xã hội của khu vực phía Nam tỉnh Quảng Ngãi, thiên tai ngập lụt, hạn hán liên quan tới dòng chảy sông Vệ cũng có những tác động không nhỏ tới dân cư trong khu vực. Từ khóa: sông Vệ, dòng chảy, mô hình Mike SHE, biến đổi khí hậu ASSESSING THE IMPACT OF CLIMATE CHANGE TO THE FLOW YEAR VE RIVER SYSTEM OF QUANG NGAI PROVINCE Student name: Trần Đỉnh Chương. Major: Irrigation construction engineering ID: 60.58.02.02. Course: K35-CTT.QNg. University of science and technology ĐHĐN. Abstract - Climate change due to the increase of greenhouse gas emissions is considered to be one of the major challenges to the human beings in 21st century. It will lead to changes in precipitation, atmospheric moisture, increase in evaporation and probably raise the frequency of extreme events. The consequences of these phenomena will influence on many aspects of human society. Particularly at river deltas, coastal regions and developing countries, the impacts of climate change to vii socio-economic development are more serious. So there is a need to have a robust and accurate estimation of variation of natural factors due to climate change, at least in the hydrological cycle and flooding events to provide a strong basis for mitigating the impacts of climate change and adapt to these challenges. Therefore, the study, calculation and assessment of the impacts of climate change on the flow of Ve river are essential, as a basis for the state agencies at all levels to develop plans for natural disaster prevention in Ve river basin. The thesis has built the MIKE SHE hydrological model to be calibrated and verified with a high level of reliability. Based on the established hydrological model, participants use rainfall change data and other elements of the Climate Change Scenario issued by the Ministry of Natural Resources and Environment in 2016 to conduct a change assessment of Ve river flow aims to provide a comprehensive view of the variation of natural factors related to future global warming in the Ve basin, Quang Ngai province. With the above practical requirements, the thesis has contributed significantly to the socio-economic development of the southern region of Quang Ngai province, natural disasters flooded, droughts related to the flow of Ve river also have some significant impact on the population in the area. Key words: Ve river, flow, SHE model, climate change viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại đất và tổng hợp các loại đất tỉnh Quảng Ngãi .................................9 Bảng 1.2. Mạng lưới trạm quan trắc các yếu tố khí tượng - thủy văn...........................10 Bảng 1.3. Bảng đặc trưng nhiệt độ trung bình năm ở các khu vực của Quảng Ngãi ....11 Bảng 1.4. Bảng độ ẩm trung bình tháng, năm (%) ........................................................11 Bảng 1.5. Bảng độ ẩm trung bình thấp nhất tháng (%) .................................................12 Bảng 1.6. Số giờ nắng bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm (giờ) ....................12 Bảng 1.7. Bảng khả năng bốc hơi trung bình tháng (mm) ............................................12 Bảng 1.8. Bảng lượng mưa trung bình nhiều năm (mm) ..............................................13 Bảng 1.9. Đặc trưng hình thái lưu vực sông Vệ tỉnh Quảng Ngãi ................................ 15 Bảng 1.10. Đặc trưng dòng chảy của sông Vệ ..............................................................16 Bảng 1.11. Phần trăm xuất hiện lũ vào các tháng trong năm tại các trạm trong vùng nghiên cứu .....................................................................................................................16 Bảng 1.12. Lưu lượng lớn nhất và nhỏ nhất ở các vị trí trạm trong và lân cận vùng nghiên cứu .....................................................................................................................16 Bảng 1.13. Tần suất triều thiên văn mực nước lớn nhất năm........................................18 Bảng 1.14. Tần suất triều thiên văn mực nước thấp nhất năm ......................................18 Bảng 1.15. Diện tích và đơn vị hành chính vùng nghiên cứu .......................................18 Bảng 1.16. Dân số trung bình tỉnh theo đơn vị huyện. ..................................................19 Bảng 1.18. Bảng diện tích cây nông nghiệp trong vùng nghiên cứu ............................20 Bảng 1.19. Số lượng gia súc trong vùng nghiên cứu ....................................................20 Bảng 1.20. Giá trị sản xuất ngành lâm nghiệp ..............................................................21 Bảng 1.21. Diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản tỉnh Quảng Ngãi ..........................22 Bảng 1.22. Diện tích mặt nước – sản lượng tôm nuôi trong vùng nghiên cứu .............22 Bảng 1.23. Cơ sở sản xuất công nghiệp trong vùng nghiên cứu ...................................23 Bảng 1.24. Giá trị sản xuất ngành công nghiệp trong vùng nghiên cứu .......................23 Bảng 1.25. Cơ sở kinh doanh ngành dịch vụ theo thành phần kinh tế trong vùng nghiên cứu .................................................................................................................................24 Bảng 1.26. Cơ sở kinh doanh ngành dịch vụ trong vùng nghiên cứu ...........................24 Bảng 1.27. Bảng thống kê chi tiết số trường học trong vùng nghiên cứu .....................27 ix Bảng 1.28. Tóm tắt tác động của lũ lụt..........................................................................28 Bảng 2.1. Các chỉ số của mô hình MIKE SHE sau khi hiệu chỉnh ...............................44 Bảng 2.2. Các chỉ số của mô hình MIKE SHE sau khi kiểm định ................................ 45 Bảng 2.3. Bảng tiêu chuẩn đánh giá hiệu suất mô hình (Wang et al., 2012) ................45 Bảng 2.4. Các tham số của mô hình ..............................................................................46 Bảng 3.1. Đặc trưng các kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kỳ tiền công nghiệp 49 Bảng 3.2. Thay đổi lượng mưa (%) trong 57 năm qua (1958-2014) ở các vùng khí hậu .......................................................................................................................................53 Bảng 3.3. Biến đổi trung bình của lượng mưa các mùa (%) so với thời kỳ cơ sở ........57 Bảng 3.4. Hệ số thay đổi lượng mưa các thời kỳ so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................58 Bảng 3.5. Hệ số thay đổi lượng mưa các thời kỳ so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................................................58 Bảng 3.6. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 1....................................63 Bảng 3.7. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 1 .......................................................................................................................................63 Bảng 3.8. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 1 .................................64 Bảng 3.9. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 1 .....................................................................................................................................64 Bảng 3.10. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 2..................................69 Bảng 3.11. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 2 .....................................................................................................................................69 Bảng 3.12. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 2 ...............................69 Bảng 3.13. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 2..........................................................................................................................69 Bảng 3.14. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 3..................................74 Bảng 3.15. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 3 .....................................................................................................................................74 Bảng 3.16. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 3 ...............................75 Bảng 3.17. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 3..........................................................................................................................75 Bảng 3.18. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 4..................................80 x Bảng 3.19. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại Nhánh 4 .....................................................................................................................................80 Bảng 3.20. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 4 ...............................81 Bảng 3.21. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại Nhánh 4..........................................................................................................................81 Bảng 3.22. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại An Chỉ thượng .......................86 Bảng 3.23. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại An Chỉ thượng ............................................................................................................................86 Bảng 3.24. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại An Chỉ thượng ....................87 Bảng 3.25. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại An Chỉ thượng .....................................................................................................................87 Bảng 3.26. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại trạm An Chỉ ...........................92 Bảng 3.27. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại trạm An Chỉ............................................................................................................................92 Bảng 3.28. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại trạm An Chỉ ........................93 Bảng 3.29. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại trạm An Chỉ............................................................................................................................93 Bảng 3.30. Tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại trạm Sông Vệ .........................98 Bảng 3.31. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất lưu lượng lũ theo các kịch bản tại trạm Sông Vệ .........................................................................................................................98 Bảng 3.32. Tần suất lưu lượng kiệt theo các kịch bản tại trạm Sông Vệ ......................99 Bảng 3.33. Tỷ lệ phần trăm thay đổi tần suất kiệt theo các kịch bản tại trạm Sông Vệ 99 xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ngãi ...............................................................6 Hình 1.2: Bản đồ lưu vực sông Vệ tỉnh Quảng Ngãi ......................................................7 Hình 1.3. Bản đồ mạng lưới trạm KTTV vùng và lân cận vùng nghiên cứu ................10 Hình 2.1. Lưu vực sông như một hệ thống thủy văn [21] .............................................31 Hình 2.2. Sơ đồ mô hình hóa quá trình thủy văn cho lưu vực ......................................31 Hình 2.3. Cấu trúc tổng quát của mô hình MIKE SHE .................................................33 Hình 2.4. Sơ đồ quá trình bốc hơi trong mô hình MIKE SHE (DHI,2012) ..................34 Hình 2.5. Rời rạc hóa vùng không bão hòa theo phương đứng.....................................35 Hình 2.6. Quá trình hình thành dòng chảy trong mô hình MIKE SHE (DHI 2012) .....36 Hình 2.7. Couple link MIKE SHE và MIKE 11 (DHI 2012) ........................................36 Hình 2.8. Kết nối giữa mô hình MIKE 11 với các ô lưới trong mô hình MIKE SHE ..37 Hình 2.9. Liên kết điển hình giữa MIKE SHE và MIKE 11 (DHI 2012) .....................37 Hình 2.10. Kết nối giữa MIKE SHE và MIKE URBAN (DHI 2012) ..........................38 Hình 2.11. Cơ chế kết nối giữa MIKE SHE và MIKE URBAN (DHI 2012) ...............38 Hình 2.12. Cấu trúc mô hình MIKE SHE với các mô đun hồ chứa tuyến tính cho vùng bão hòa (DHI, 2012e) ....................................................................................................39 Hình 2.13. Sơ đồ dòng chảy dựa trên các tiểu lưu vực, mô đun dòng chảy hồ chứa tuyến tính (DHI, 2012e) ................................................................................................ 39 Hình 2.14. Các thành phần thiết lập trong MIKE SHE .................................................40 Hình 2.15. Phạm vi khu vực tính toán lưu vực Sông Vệ...............................................40 Hình 2.16. Bản đồ số độ cao lưu vực Sông Vệ .............................................................41 Hình 2.17. Bản đồ sử dụng đất lưu vực Sông Vệ ..........................................................41 Hình 2.18. Bản đồ đất lưu vực Sông Vệ ........................................................................42 Hình 2.19. Trạm mưa tính toán lưu vực Sông Vệ .........................................................42 Hình 2.20. Mạng lưới Sông Vệ .....................................................................................43 Hình 2.21. Kết quả hiệu chỉnh của MIKE SHE cho lưu lượng tại trạm An Chỉ từ năm 1995-2004 ......................................................................................................................44 Hình 3.1. Sơ đồ truyền bức xạ và các dòng năng lượng (W/m2) trong hệ thống khí hậu .......................................................................................................................................48 xii Hình 3.2. Nồng độ khí CO2, áp suất riêng của CO2 ở bề mặt đại dương và nồng độ PH .......................................................................................................................................48 Hình 3.3. Chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu thời kỳ 1850-2012 (so với thời kỳ 1961-1990).....................................................................................................................50 Hình 3.4. Chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu (oC) thời kỳ 1950-2015 ...................50 Hình 3.5. Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1901-2012 .............................51 Hình 3.6. Biến đổi của lượng mưa năm thời kỳ 1901-2010 và thời kỳ 1951-2010 .....51 Hình 3.7. Thay đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) thời kỳ 1958-2014 ...........................52 Hình 3.8. Thay đổi lượng mưa năm (%) thời kỳ 1958-2014.........................................53 Hình 3.9. Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (oC) theo kịch bản RCP4.5 ...............54 Hình 3.10. Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (oC) theo kịch bản RCP8.5 .............55 Hình 3.11. Kich bản biến đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) ở khu vực Nam Trung Bộ .......................................................................................................................................55 Hình 3.12. Biến đổi của lượng mưa năm theo kịch bản RCP4.5 ..................................56 Hình 3.13. Biến đổi của lượng mưa năm theo kịch bản RCP8.5 ..................................56 Hình 3.14. Biến đổi của lượng mưa năm theo kịch bản RCP8.5 ..................................57 Hình 3.15. Các vị trí đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Vệ .59 Hình 3.16. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP4.5 ................59 Hình 3.17. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP8.5 ................60 Hình 3.18. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP4.5 ....................................................................................................................60 Hình 3.19. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP8.5 ....................................................................................................................61 Hình 3.20. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP4.5 ..................61 Hình 3.21. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP8.5 ..................62 Hình 3.22. Dòng chảy năm max tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP4.5 ............................62 Hình 3.23. Dòng chảy năm max tại Nhánh 1 theo kịch bản RCP8.5 ............................63 Hình 3.24. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP4.5 ................65 Hình 3.25. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP8.5 ................65 Hình 3.26. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP4.5 ....................................................................................................................66 xiii Hình 3.27. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP8.5 ....................................................................................................................66 Hình 3.28. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP4.5 ..................67 Hình 3.29. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP8.5 ..................67 Hình 3.30. Dòng chảy năm max tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP4.5 ............................68 Hình 3.31. Dòng chảy năm max tại Nhánh 2 theo kịch bản RCP8.5 ............................68 Hình 3.32. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP4.5 ................70 Hình 3.33. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP8.5 ................71 Hình 3.34. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP4.5 ....................................................................................................................71 Hình 3.35. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP8.5 ....................................................................................................................72 Hình 3.36. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP4.5 ..................72 Hình 3.37. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP8.5 ..................73 Hình 3.38. Dòng chảy năm max tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP4.5 ............................73 Hình 3.39. Dòng chảy năm max tại Nhánh 3 theo kịch bản RCP8.5 ............................74 Hình 3.40. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP4.5 ................76 Hình 3.41. Dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP8.5 ................77 Hình 3.42. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP4.5 ....................................................................................................................77 Hình 3.43. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP8.5 ....................................................................................................................78 Hình 3.44. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP4.5 ..................78 Hình 3.45. Dòng chảy trung bình năm tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP8.5 ..................79 Hình 3.46. Dòng chảy năm max tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP4.5 ............................79 Hình 3.47. Dòng chảy năm max tại Nhánh 4 theo kịch bản RCP8.5 ............................80 Hình 3.48. Dòng chảy trung bình tháng tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP4.5 ......82 Hình 3.49. Dòng chảy trung bình tháng tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP8.5 ......83 Hình 3.50. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP4.5 ....................................................................................................83 Hình 3.51. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP8.5 ....................................................................................................84 xiv Hình 3.52. Dòng chảy trung bình năm tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP4.5 ........84 Hình 3.53. Dòng chảy trung bình năm tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP8.5 ........85 Hình 3.54. Dòng chảy năm max tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP4.5 .................85 Hình 3.55. Dòng chảy năm max tại An Chỉ thượng theo kịch bản RCP8.5 .................86 Hình 3.56. Dòng chảy trung bình tháng tại Trạm An Chỉ theo kịch bản RCP4.5.........88 Hình 3.57. Dòng chảy trung bình tháng tại Trạm An Chỉ theo kịch bản RCP8.5.........89 Hình 3.58. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại trạm An Chỉ theo kịch bản RCP4.5 ............................................................................................................89 Hình 3.59. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại trạm An Chỉ theo kịch bản RCP8.5 ............................................................................................................90 Hình 3.60. Dòng chảy trung bình năm tại trạm An Chỉ theo kịch bản RCP4.5 ............90 Hình 3.61. Dòng chảy trung bình năm tại trạm An Chỉ theo kịch bản RCP8.5 ............91 Hình 3.62. Dòng chảy năm max tại trạm An Chỉ theo kịch bản RCP4.5......................91 Hình 3.63. Dòng chảy năm max tại trạm An Chỉ theo kịch bản RCP8.5......................92 Hình 3.64. Dòng chảy trung bình tháng tại Trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP4.5 ......94 Hình 3.65. Dòng chảy trung bình tháng tại Trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP4.5 ......95 Hình 3.66. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP4.5 ............................................................................................................95 Hình 3.67. Tỷ lệ phần trăm thay đổi dòng chảy trung bình tháng tại trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP8.5 ............................................................................................................96 Hình 3.68. Dòng chảy trung bình năm tại trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP4.5 ..........96 Hình 3.69. Dòng chảy trung bình năm tại trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP8.5 ..........97 Hình 3.70. Dòng chảy năm max tại trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP4.5 ...................97 Hình 3.71. Dòng chảy năm max tại trạm Sông Vệ theo kịch bản RCP8.5 ...................98 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Quảng Ngãi là một tỉnh ven biển ở vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ, có diện tích tự nhiên 5.152,49km2; gồm 14 huyện, thành phố với dân số khoảng 1.247.644 người [15]. Trên bình diện địa hình, vùng Quảng Ngãi có 04 con sông lớn là Trà Bồng, Trà Khúc, sông Vệ và sông Trà Câu. Các con sông này có đặc trưng chung là đều có hướng chảy cơ bản từ Tây sang Đông, phân bố khá đều trên vùng đồng bằng Quảng Ngãi. Sông Vệ là hệ thống sông lớn thứ hai tỉnh Quảng Ngãi. Tương tự các sông trong khu vực, Sông Vệ bắt nguồn từ rừng núi phía Tây của huyện Ba Tơ. Sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc, giữa các huyện Nghĩa Hành, Tư Nghĩa, Mộ Đức đổ ra biển Đông tại cửa Cổ Lũy và cửa Lở. Sông có đặc điểm dòng sông ngắn, độ dốc cao, lòng sông cạn và hẹp nên vào mùa mưa, dòng chảy cường độ mạnh, thường gây ra lũ lụt lớn, gây tác hại cho sản xuất và đời sống, mặt khác cũng mang về cho đồng bằng một lượng phù sa đáng kể. Sông có chiều dài khoảng 90km, trong đó 2/3 chiều dài chảy trong vùng núi có độ cao 100 - 1.000m. Diện tích lưu vực là 1.263 km2, chiếm 24,51% diện tích tự nhiên của tỉnh, đây là một trong những lưu vực sông lớn và quan trọng của tỉnh. Lượng mưa trong khu vực có xu hướng giảm từ Bắc vào Nam và. Vùng mưa lớn ở vùng núi cao như Ba Tơ, Giá Vực từ 3200–3800mm và vùng trung du, đồng bằng ven biển lượng mưa chỉ còn 1600 - 2500mm. Căn cứ vào tài liệu thực đo tại An Chỉ, khống chế diện tích lưu vực 854 km 2 cho thấy lưu lượng dòng chảy năm đạt 63,2 m3/s, ứng với mô số 74,0 l/s/km2 và tổng lượng dòng chảy đạt 2,0 tỷ m3 nước. Hiện nay, tình hình thời tiết diễn biến phức tạp, cường độ mưa lớn, tập trung thành nhiều đợt, tâm mưa thường ở vùng núi thượng lưu sông, kết hợp với đặc điểm địa hình của sông Vệ nên nước tập trung nhanh, biên độ lũ rất lớn, thời gian truyền lũ ngắn, gây ngập lụt vùng đồng bằng hạ du sông Vệ; cụ thể những đợt mưa, lũ điển hình như: - Năm 1999, mưa lớn kéo dài trong khoảng 3 ngày, lượng mưa phổ biến trên 400÷600mm, một số nơi có lượng mưa rất to như: Ba Tơ: 1.924mm, Minh Long: 1.803mm, Sơn Giang: 1.916mm, dẫn đến xuất hiện lũ lớn trên sông Vệ, mực nước sông Vệ tại cầu sông Vệ là 5,99m cao hơn mức BĐ3 là 1,49m. Lũ lụt làm cho 108 người chết, hơn 4.000 ngôi nhà bị sập đổ, hơn 13.000 ngôi nhà bị hư hỏng; tổng giá trị thiệt hại về kinh tế là 505 tỷ đồng. 2 - Năm 2009 (mưa, lũ do ảnh hưởng của bão Ketsana), mưa lớn từ đêm ngày 28/9 đến ngày 29/9/2009 đã gây đợt lũ lịch sử trên sông Trà Bồng và lũ lớn trên sông Vệ; mưa, lũ và bão làm cho 51 người chết, hơn 60.000 ngôi nhà bị hư hỏng; tổng giá trị thiệt hại về kinh tế hơn 4.400 tỷ đồng - Đợt mưa, lũ từ 14/11 - 17/11/2013, lượng mưa phổ biến từ 250-500mm, một số nơi có lượng mưa to hơn như: Minh Long: 906mm, Ba Tơ: 837.2mm, An Chỉ: 770mm, Sơn Giang: 608mm, gây lũ lịch sử trên sông Vệ (cao hơn đỉnh lũ năm 1999 là 4cm) và lũ lớn trên các sông trên địa bàn tỉnh đã làm cho 25 người chết, hơn 1.000 ngôi nhà bị sập đổ, giá trị thiệt hại về kinh tế khoảng 1.700 tỷ đồng. - Đợt mưa, lũ từ 04/11 - 07/11/2017, lượng mưa phổ biến 550 - 850mm, một số nơi có lượng mưa đặc biệt lớn như Ba Tơ 1.399mm, Giá Vực 968mm và Minh Long 865mm. Trên Sông Vệ tại trạm Sông Vệ: 5.93m, trên mức BĐ3: 1.43m, thấp hơn đỉnh lũ lịch sử năm 2013: 0,10m và lũ lớn trên các sông còn lại. Trong đợt mưa, lũ này đã làm cho 06 người chết, hơn 400 ngôi nhà bị hư hỏng, tổng giá trị thiệt hại về kinh tế hơn 900 tỷ đồng. Theo kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2016 thì biến đổi của nhiệt độ trung bình năm và lượng mưa so với thời kỳ cơ sở (1986-2005) theo kịch bản RCP4.5 của tại tỉnh Quảng Ngãi theo từng giai đoạn như sau: giai đoạn 2016-2035 nhiệt độ tăng từ 0,40C đến 1,20C, lượng mưa tăng từ 12,9 đến 23,2%; giai đoạn 2046-2065 nhiệt độ tăng 1,00C đến 2,10C, lượng mưa tăng từ 14,0 đến 38,3% và 0,86% diện tích tỉnh Quảng Ngãi có nguy cơ ngập do biến đổi khí hậu ứng với mực nước biển dâng 100cm. Vì vậy, việc nghiên cứu, tính toán đánh giá tác động ảnh hưởng của các yếu tố biến đổi khí hậu đến vấn đề dòng chảy hệ thống sông Vệ là hết sức cấp thiết, làm cơ sở để các cấp cơ quan nhà nước xây dựng phương án phòng chống thiên tai trong thời kỳ biến đổi khí hậu toàn cầu trên địa bàn lưu vực sông Vệ nói riêng và tỉnh Quảng Ngãi nói chung. Xuất phát từ những lý do trên, tôi thực hiện đề tài: “ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI DÒNG CHẢY NĂM HỆ THỐNG SÔNG VỆ TỈNH QUẢNG NGÃI”. Kết quả nghiên cứu hy vọng cung cấp cho chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý thiên tai trên địa bàn những thông tin cần thiết để giúp chủ động đối phó cũng như giảm thiểu thiệt hại do các tác động của biến đổi khí hậu trong thời gian tới. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Xây dựng phần mềm thủy văn mô phỏng thủy văn lưu vực sông Vệ. - Chạy các kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Vệ. - Cung cấp thông tin và đưa ra các khuyến nghị cần thiết cho các cơ quan quản lý nhà nước và phòng chống thiên tai giúp ứng phó kịp thời và giảm nhẹ thiệt hại cho khu vực hạ du sông Vệ trong các tình huống nêu trên. 3 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Chế độ thủy văn lưu vực sông Vệ. - Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Vệ. 4. Nội dung nghiên cứu: - Xây dựng phần mềm thủy văn mô phỏng quá thủy văn lưu vực sông Vệ. - Chạy các kịch bản biến đổi khí hậu cho lưu vực sông Vệ. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu: a) Cách tiếp cận: - Đánh giá diễn biến chế độ thủy văn lưu vực sông Vệ. - Sưu tập các tư liệu về lý thuyết cũng như các giải pháp xử lý, các mô hình thủy lực và thủy văn để tham khảo, chọn lọc, từ đó xây dựng mô hình thủy văn sông Vệ. b) Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp phân tích tài liệu; - Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan; - Phương pháp mô hình hóa; - Phương pháp nghiên cứu trường hợp điển hình; - Phương pháp thống kê khách quan. 6. Ý nghĩa thực tiễn đề tài Cung cấp thông tin và đưa ra các khuyến nghị cần thiết cho các cơ quan quản lý nhà nước và phòng chống thiên tai giúp ứng phó kịp thời và giảm nhẹ thiệt hại cho khu vực hạ du sông Vệ trong các tình huống nêu trên. 7. Bố cục và nội dung luận văn. Luận văn gồm phần Mở đầu, 03 chương và phần kết luận, kiến nghị. Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài . 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Nội dung nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu. 6. Ý nghĩa thực tiễn đề tài . 4 7. Bố cục và nội dung luận văn. Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 1.3 Tình hình thiên tai thiệt hại khu vực nghiên cứu Chương 2: Xây dựng mô hình thủy văn. 2.1 Tổng quan về mô hình 2.2 Giới thiệu về mô hình MIKE SHE 2.3 Thiết lập mô hình 2.4 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE SHE Chương 3: Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy. 3.1 Tổng quan về Biến đổi khí hậu 3.2 Xây dựng kịch bản Biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu 3.3 Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu tới dòng chảy khu vực nghiên cứu. Kết luận và kiến nghị. 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên: a. Vị trí địa lý Quảng Ngãi nằm ở khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, có tọa độ địa lý 14o32’ 15o25’ vĩ Bắc, 108o06’ - 109o04’ kinh Đông; phía bắc giáp tỉnh Quảng Nam trên ranh giới các huyện Bình Sơn, Trà Bồng và Tây Trà; phía nam giáp tỉnh Bình Định trên ranh giới các huyện Đức Phổ, Ba Tơ; phía tây, tây bắc giáp tỉnh Quảng Nam và tỉnh Kon Tum trên ranh giới các huyện Tây Trà, Trà Bồng, Sơn Tây và Ba Tơ; phía tây nam giáp tỉnh Gia Lai trên ranh giới huyện Ba Tơ; phía đông giáp biển Đông; có đường bờ biển dài gần 130km với 6 cửa biển chính là Sa Cần, Sa Kỳ, cửa Đại, Lở, Mỹ Á và Sa Huỳnh. Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 5.152,49 km2, bằng 1,7% diện tích tự nhiên cả nước, gồm 14 huyện, thành phố với dân số khoảng 1.247.644 người. Trên địa bàn tỉnh, hiện nay có 01 thành phố, 06 huyện miền núi, 06 huyện đồng bằng và 01 huyện đảo [15]. Quảng Ngãi là tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung, có nhiều thuận lợi giao lưu với bên ngoài bởi cảng nước sâu Dung Quất, kết nối với sân bay Chu Lai tỉnh Quảng Nam, hệ thống Quốc lộ 1, đường sắt Bắc Nam chạy qua và đường Quốc lộ 24 kết nối tỉnh Kom Tum tạo động lực phát triển với khu vực Tây Nguyên, Lào và Campuchia. Bờ biển Quảng Ngãi chạy từ Bình Sơn đến Đức Phổ, có đồng bằng chạy dọc theo với nhiều bãi tắm đẹp (Khe Hai, Lệ Thủy, Mỹ Khê, Đức Minh, Sa Huỳnh,...) và các đầm lớn (Lâm Bình, An Khê, Nước Mặn) tạo thuận lợi phát triển nông, ngư, diêm nghiệp và thương mại, du lịch. Vùng nghiên cứu thuộc lưu vực sông Vệ. Lưu vực sông Vệ nằm trên địa bàn 6 huyện, thành phố là huyện Ba Tơ, Minh Long, Nghĩa Hành, Mộ Đức, Tư Nghĩa và thành phố Quảng Ngãi. Diện tích lưu vực là 1.263 km2, chiếm 24,51% diện tích tự nhiên của tỉnh, đây là một trong những lưu vực sông lớn và quan trọng của tỉnh. Vùng nghiên cứu có vị trí địa lý: - Từ 14032’ đến 15005’ Vĩ độ Bắc. - Từ 108036’ đến 108053’ Kinh độ Đông. Ranh giới lưu vực: - Phía Bắc giáp lưu vực sông Trà Khúc. - Phía Nam giáp lưu vực sông Trà Câu. - Phía Tây giáp tỉnh lưu vực sông Sê San, Trà Khúc. - Phía Đông giáp biển Đông. 6 Hình 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ngãi 7 Hình 1.2: Bản đồ lưu vực sông Vệ tỉnh Quảng Ngãi b. Đặc điểm địa hình Quảng Ngãi là tỉnh thuộc duyên hải Trung Trung Bộ với đặc điểm chung là núi lấn sát biển, địa hình có tính chuyển tiếp từ địa hình đồng bằng ven biển ở phía đông đến địa hình miền núi cao ở phía tây. Miền núi chiếm khoảng 3/4 diện tích tự nhiên toàn tỉnh, đồng bằng nhỏ hẹp chiếm 1/4 diện tích tự nhiên. Cấu tạo địa hình Quảng Ngãi gồm các thành tạo đá biến chất, đá magma xâm nhập, phun trào và các thành tạo trầm tích có tuổi từ tiền Cambri đến Đệ tứ. Địa hình tỉnh Quảng Ngãi có hướng dốc chủ yếu từ Tây sang Đông. Phía Tây tỉnh có độ cao trung bình từ 800m đến 1.000m, có những đỉnh núi cao trên 1.000m như Cà Đam cao 1.413m, núi Đá Vách cao 1.115m, núi U Bò cao 1.100m, núi Cao Muôn cao 1.085m; xen giữa là vùng trung du có độ cao trung bình từ 400m đến 600m, còn đồng bằng có độ cao trung bình từ 20m đến 50m, vùng ven biển cao từ 2m đến 5m. Các dạng địa hình chính của tỉnh Quảng Ngãi sau: