Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CỰC TRỊ DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC THÀNH PHỐ HÀ NỘI Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy không phải là một lưu vực lớn, nhưng có vị trí địa lý đặc biệt, đóng...
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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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) 9 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 10 KH KTTV& MT Khoa học Khi tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng WHO World Health Organization [...]... 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... 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. .. 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... Lưu vực sông Đáy Lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội với chiều dài 114 km Các chi lƣu của sông Đáy: sông Tích, sông Bùi, sông Thanh Hà Nói chung 85% lƣợng dòng chảy trên lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có nguồn gốc từ sông Hồng chuyển sang, chỉ 15% còn lại bắt nguồn từ lƣu vực Trong mùa mƣa, mực nƣớc và lƣu lƣợng các sông suối lớn thay đổi nhanh, tốc độ dòng chảy đạt từ 2-... 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. .. xã Hà Đông và chảy vào sông Đáy tại thành phố Phủ Lý Nƣớc sông Tô Lịch thƣờng xuyên xả vào sông Nhuệ với lƣu lƣợng trung bình từ 11-17m3/s, lƣu lƣợng cực đại đạt 30m3/s Các sông chính trong lƣu vực: sông Nhuệ, sông Thanh Hà, sông Tích, sông Bùi và Sông Tô Lịch là nhánh chính của sông Nhuệ, nhận nƣớc từ sông Lừ, Kim Ngƣu, Sét Ngoài 2 sông chính ra có rất nhiều các chi lƣu nhƣ: sông Tích, sông Bùi, sông. .. 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. .. 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... chảy thẳng vào sông Đáy Diện tích lƣu vực là 271 km2, sông dài 40 km, chiều rộng trung bình lƣu vực 9 km Chế độ thủy văn lƣu vực sông Đáy không những chịu ảnh hƣởng của các yếu tố mặt đệm trên bề mặt lƣu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng chảy của nƣớc sông Hồng và các sông khác Vì thế mà chế độ thủy văn ở đây rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sông Dòng chảy. .. 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 . 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. 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
![phổ biến của hiệu sai kịch bản biến đổi khí hậu từ mơ hình khí tƣợng vào mơ hình thủy văn, tuy số hạng trong công thức có biến đổi qua từng nghiên cứu [16, 18] - Luận văn thạc sĩ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CỰC TRỊ DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY THUỘC THÀNH PHỐ HÀ NỘI](https://media.store123doc.com/figures/002/155/hieu-kich-bien-doi-tong-thuy-doi-nghien-2155090.png)
