ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUANG BẢO ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT KHẢO SÁT BIẾN ĐỔI DÒNG CHẢY DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ SỬ DỤNG ĐẤT CHO LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUANG BẢO ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT KHẢO SÁT BIẾN ĐỔI DÒNG CHẢY DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ SỬ DỤNG ĐẤT CHO LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60440224 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THANH SƠN Hà Nội - 2013 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Địa hình, địa mạo 1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 1.1.4 Thảm thực vật 10 1.1.5 Khí hậu 11 1.1.6 Thủy văn 15 1.2 HIỆN TRẠNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ 19 1.2.1 Hiện trạng phát triển kinh tế 19 1.2.1.1 Những hạn chế phát triển kinh tế xã hội 19 1.2.1.2 Những thuận lợi phát triển kinh tế xã hội 19 1.2.2 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị 20 1.2.2.1 Tình hình phát triển dân số, nguồn nhân lực 21 1.2.2.2 Xu phát triển kinh tế - xã hội 21 1.2.2.3 Quy hoạch sử dụng đất chuyển đổi cấu trồng tới năm 2010 23 1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT CỰC ĐOAN 24 1.3.1 Tình trạng hạn hán 24 1.3.2 Tình trạng úng lụt 25 1.3.3 Tình trạng lũ quét 25 CHƯƠNG 26 MÔ HÌNH SWAT 26 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC 26 2.1.1 Cấu trúc mô hình mưa - dòng chảy lưu vực 26 2.1.2 Giới thiệu số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực 28 2.1.2.1 MIKE – SHE 28 2.1.2.2 HEC-HMS 29 2.1.2.3 NASIM 29 2.1.2.4 SAC – SMA (Sacramento) 30 2.1.2.5 HBV 31 2.1.2.6 Mô hình NAM 31 2.1.2.7 Mô hình SCS 32 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT 33 2.2.1 Lịch sử phát triển 33 2.2.2 Tổng quan mô hình SWAT 35 2.2.3 Các ứng dụng mô hình SWAT nước giới 36 2.2.3.1 Thế giới 36 2.2.3.2 Việt Nam 37 2.3 CẤU TRÚC MÔ HÌNH SWAT 37 2.3.1 Mô hình lưu vực 37 2.3.2 Mô hình diễn toán 38 2.4 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH SWAT 39 2.4.1 Dòng chảy mặt 39 2.4.1.1 Phương pháp số đường cong SCS 39 2.4.1.2 Phương pháp thấm Green Ampt 40 2.4.1.3 Hệ số lưu lượng đỉnh lũ 41 2.4.1.4 Hệ số trễ dòng chảy mặt 41 2.4.1.5 Tổn thất dọc đường 42 2.4.2 Bốc thoát 42 2.4.2.1 Vòm 42 2.4.2.2 Bốc thoát tiềm 43 2.4.2.3 Bốc thoát thực tế 43 2.4.3 Chuyển động nước đất 45 2.4.4 Nước ngầm 45 2.4.4.1 Tầng ngậm nước nông 46 2.4.4.2 Tầng ngậm nước sâu 46 2.4.5 Diễn toán dòng chảy sông 46 2.4.6 Diễn toán hồ chứa 47 2.5 THÔNG SỐ MÔ HÌNH 47 2.5.1 Thông số tính toán dòng chảy trực tiếp 47 2.5.2 Thông số tính toán lưu lượng đỉnh lũ 48 2.5.3 Thông số tính hệ số trễ dòng chảy mặt 48 2.5.4 Thông số tính toán tổn thất dọc đường 48 2.5.5 Thông số tính toán tổn thất bốc 48 2.5.6 Thông số tính toán dòng chảy ngầm 48 2.5.7 Thông số diễn toán dòng chảy kênh 48 2.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH 48 CHƯƠNG 50 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ SỬ DỤNG ĐẤT 50 3.1 KHÁI NIỆM KỊCH BẢN 50 3.2 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 51 3.2.1 Sơ lược tình hình biến đổi khí hậu 51 3.2.2 Dao động đặc trưng khí hậu Quảng Trị thập kỷ qua 52 3.2.3 Các kịch biến đổi khí hậu 53 3.3 KỊCH BẢN SỬ DỤNG ĐẤT 55 3.3.1 Kịch 55 3.3.2 Kịch 56 3.3.3 Kịch 56 3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 57 3.4.1 Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu 57 3.4.2 Lựa chọn kịch sử dụng đất 58 3.4.3 Lựa chọn kết hợp kịch biến đổi khí hậu kịch sử dụng đất 58 CHƯƠNG 59 ÁP DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI CÁC KỊCH BẢN ĐÃ LỰA CHỌN 59 4.1 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 59 4.1.1 Số liệu đầu vào 59 4.1.2 Áp dụng mô hình để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Thạch Hãn 59 4.1.3 Kết hiệu chỉnh thông số mô hình 61 4.1.4 Kết kiểm định mô hình 64 4.1.5 Nhận xét chung 65 4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY 65 4.2.1 Kịch B2: 65 4.2.2 Kịch A2 67 4.3 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC 69 4.3.1 Kịch 1: 69 4.3.2 Kịch 70 4.3.3 Kịch 71 4.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY 72 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Thạch Hãn Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông suối lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Thạch Hãn 15 Hình 2.1 Cấu trúc chung mô hình thủy văn 27 Hình 2.2 Sơ đồ lịch sử phát triển mô hình SWAT 33 Hình 2.3 Sự khác phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô theo phương trình Green Ampt thực tế 40 Hình 3.1 Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu (IPCC, 2007) 51 Hình 3.2 Diễn biến lượng mưa năm vùng giới (IPCC, 2007) 52 Hình 3.3 Xu biến đổi nhiệt độ Quảng Trị thập kỷ qua theo số liệu trạm Đông Hà 53 Hình 3.4 Dao động tổng lượng mưa năm theo số liệu trạm Gia Vòng thập niên qua 53 Hình 3.5 Thay đổi diện tích sử dụng đất kịch so với đồ năm 2000 56 Hình 4.1 Lưu vực sông Thạch Hãn chia thành 04 lưu vực sở 60 Hình 4.2 Tiến hành chồng ghép đồ sử dụng đất năm 2000 đồ thảm phủ thực vật năm 2000 tỉnh Quảng Trị 61 Hình 4.3 Đường trình lưu lượng tính toán thực đo trạm thuỷ văn Gia Vòng (NASH = 0,713) 63 Hình 4.4 Quan hệ tương quan lưu lượng tính toán thực đo trạm Gia Vòng (NASH = 0,713) 63 Hình 4.5 Đường trình lưu lượng tính toán thực đo trạm thuỷ văn Gia Vòng (NASH = 0,73) 64 Hình 4.5a Quan hệ tương quan lưu lượng tính toán thực đo trạm Gia Vòng (NASH = 0,73) 64 Hình 4.6 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 66 Hình 4.7 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 66 Hình 4.8 Thay đổi dòng chảy năm kịch biến đổi khí hậu 67 Hình 4.9 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 68 Hình 4.10 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 68 Hình 4.11 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 70 Hình 4.12 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 71 Hình 4.13 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 72 Hình 4.14 Thay đổi dòng chảy năm tương ứng với kết hợp điều kiện khí hậu khác đồ sử dụng đất theo kịch 73 Hình 4.15 Thay đổi dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu 74 Hình 4.16 Biến đổi % dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu A2 – sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu A2 74 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Diễn biến tài nguyên rừng Quảng Trị hiệu 11 Bảng 1.2 Chuẩn mưa năm sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm trạm lưu vực sông Thạch Hãn 11 Bảng 1.3 Các cực trị lượng mưa năm thời kỳ quan trắc (1977 – 2004) 12 Bảng 1.4 Kết phân mùa mưa - khô tỉnh Quảng Trị 12 Bảng 1.5 Phân phối mưa năm theo tháng trạm đo mưa lưu vực sông Thạch Hãn 13 Bảng 1.6 Nhiệt độ bình quân tháng trạm ĐôngHà 13 Bảng 1.7 Độ ẩm tương đối trạm Đông Hà (%) 13 Bảng 1.8 Bốc bình quân tháng trạm Đông Hà 14 Bảng 1.9 Số nắng trạm Đông Hà 14 Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông vùng nghiên cứu 16 Bảng 1.11 Kết phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn 16 Bảng 1.12 Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn 17 Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập lưu vực sông Thạch Hãn 17 Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Thạch Hãn 18 Bảng 1.15 Dân số trung bình phân theo giới tính phân theo khu vực 21 Bảng 1.16 Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân qua thời kỳ (%) 22 Bảng 1.17 Cơ cấu quỹ đất đến 2010 tỉnh Quảng Trị 23 Bảng 1.18 Quy hoạch sử dụng đất đến 2010 tỉnh Quảng Trị 23 Bảng 2.1 Bảng kết đánh giá Mô hình tiêu Nash 49 Bảng 3.1 Các kịch sử dụng đất 56 Bảng 3.2 Gia tăng nhiệt độ theo mùa Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với kịch phát thải (A2 B2) 57 Bảng 3.3 Biến đổi % lượng mưa theo mùa Bắc Trung Bộ thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 tương ứng với kịch phát thải (A2 B2) 58 Bảng 4.1 Kết hiệu chỉnh thông số cho lưu vực sông Thạch Hãn 62 Bảng 4.1a Số liệu thực đo dòng chảy trung bình tháng trạm Gia Vòng giai đoạn 1980 - 1999 65 Bảng 4.2 Thay đổi dòng chảy năm theo kịch biến đổi khí hậu 67 Bảng 4.3 Biến đổi dòng chảy tháng so với số liệu thực đo thời đoạn .67 Bảng 4.4 Thay đổi dòng chảy mùa theo kịch 69 Bảng 4.5 Khoảng dao động biến đổi dòng chảy mùa kịch 70 Bảng 4.6 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch 70 Bảng 4.7 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch 71 Bảng 4.8 Tỉ lệ giảm dòng chảy tháng mùa lũ (%) 71 Bảng 4.9 Thay đổi dòng chảy năm kịch kết hợp biến đổi khí hậu -sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu 73 % 50 40 30 20 10 -10 10 11 12 -20 -30 -40 t (tháng) -50 Hình 4.6 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 Q (m3/s) 70,0 60,0 Q 50,0 Q kịch B2 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 10 11 12 t (tháng) Hình 4.7 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 Quan sát hình ta thấy mức độ biến đổi mạnh dòng chảy Theo xu hướng biến đổi kịch B2: dòng chảy tháng tăng mạnh vào mùa lũ, đồng thời giảm vào mùa kiệt Dòng chảy tháng mùa lũ (từ tháng IX-XII) tăng mạnh từ 7.4% 24.3% so với thời đoạn Trong đó, dòng chảy kiệt lại giảm từ khoảng [-9.2% → - 49.2%] 66 Trong dao động tháng mạnh, dòng chảy năm tăng lên không nhiều, khoảng 11.22% so với thời đoạn tính toán Bảng 4.2 Thay đổi dòng chảy năm theo kịch biến đổi khí hậu A2 17.18 13.3 Q (m /s) Thay đổi (%) B2 16.87 11.22 Giai đoạn 15.17 Bảng 4.3 Biến đổi dòng chảy tháng so với số liệu thực đo thời đoạn Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII B2 (%) 11.9 4.3 -9.2 -19.8 -49.2 9.1 18.9 47.1 24.3 15.4 10.6 7.4 A2 (%) 14.1 7.4 -13.9 -26.7 -56.2 11.2 23.4 58.6 27.2 19.4 11.8 8.1 17,5 17 Q (m3/s) 16,5 16 15,5 15 14,5 14 A2 B2 Giai đoạn Hình 4.8 Thay đổi dòng chảy năm kịch biến đổi khí hậu 4.2.2 Kịch A2 Tương tự kịch B2, kịch này, ta đánh giá biến đồi theo thời đoạn giai đoạn từ 1980-1999 Tác động kịch tương tự kịch B2, song mức độ tác động diễn mạnh dòng chảy năm (Bảng 4.2) lẫn dòng chảy tháng (Bảng 4.3) 67 % 60 40 20 10 11 12 t (tháng) -20 -40 -60 Hình 4.9 Thay đổi % dòng chảy tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 Q (m3/s) 70 60 Q 50 Q kịch A2 40 30 20 10 t (tháng) 10 11 12 Hình 4.10 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 Quan sát hình ta thấy mức độ biến đổi mạnh dòng chảy Theo xu hướng biến đổi kịch A2: dòng chảy tháng tăng mạnh vào mùa lũ, đồng thời giảm vào mùa kiệt Vào tháng mùa lũ (từ tháng IX-XII), dòng chảy tăng mạnh từ 8.1% 27.2% so với thời đoạn Trong đó, dòng chảy kiệt lại giảm từ khoảng [-13.9% → -56.2%] 68 Trong dao động tháng mạnh, dòng chảy năm tăng lên không nhiều, khoảng 13.3% so với thời đoạn tính toán Nhận xét: Xu hướng thay đổi dòng chảy tương ứng với kịch tương tự nhau, xu hướng biến đổi kịch A2 diễn mạnh dòng chảy năm, dòng chảy theo mùa, đồng thời mức độ biến đổi thời kỳ lũ lớn nhiều so với mức độ biến đổi dòng chảy thời kỳ kiệt kịch so với thời đoạn 4.3 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC Tác động thay đổi thảm phủ dòng chảy lưu vực dựa vào kết so sánh dòng chảy thực đo giai đoạn – kết tính cho giai đoạn từ 1978 đến 2006, sử dụng đồ sử dụng đất năm 2000, với kết tính toán cho giai đoạn với điều kiện khí hậu giữ nguyên thay đổi đồ sử dụng đất tương ứng (đã làm lại tương ứng với kịch chọn) Sự thay đổi dòng chảy tính toán với kịch sử dụng đất so với trạng sử dụng đất năm 2000 mô tả tác động thay đổi thảm phủ dòng chảy lưu vực 4.3.1 Kịch 1: Dựa phương hướng phát triển kinh tế, đất nông nghiệp tăng chủ yếu khai thác quỹ đất chưa sử dụng đưa vào sản xuất hàng năm lâu năm, trồng khoanh nuôi phục hồi rừng Trong kịch 1: diện tích đất xám feralit độ cao thấp trồng rau màu công nghiệp ngắn ngày; độ cao trung bình 100m, chuyển thành đất trồng công nghiệp; vùng núi cao chuyển thành đất trồng rừng; vùng đất glay chuyển thành vựa lúa Kết dẫn đến dòng chảy năm trung bình năm giảm 2.32% Xu hướng giảm diện tích đất trống giảm xuống diện tích đất trồng tăng dẫn đến lượng bốc thoát hơi, lượng nước thấm lưu trữ tăng lên ảnh hưởng đến dòng chảy năm Bảng 4.4 Thay đổi dòng chảy mùa theo kịch Thay đổi dòng chảy năm (%) Thay đổi dòng chảy năm (%) - 2.32% Thay đổi dòng chảy theo tháng (%) I- III IV - VI VII VIII - X XI-XII + -7.6 + -8.18 +7.45 16.77 17.34 69 Bảng 4.5 Khoảng dao động biến đổi dòng chảy mùa kịch Tăng Lớn Nhỏ 26.3% 1% Giảm Lớn Nhỏ 11.6% 3.4% Biến đổi lớp phủ theo kịch làm dòng chảy theo mùa biến đổi lớn (Bảng 4.4) khoảng dao động tương đối rộng (Bảng 4.5) Sự giảm dòng chảy thay đổi thảm phủ diễn mạnh vào tháng tháng 9, mức độ giảm nhẹ tháng 4, 8, 10 Dòng chảy từ tháng 12 đến tháng tăng mạnh (hình 4.11) 50 45 40 Q (m3/s) 35 30 25 20 15 10 t (tháng) 10 11 12 số liệu kiểm tra kịch Hình 4.11 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 4.3.2 Kịch Toàn đất đai lưu vực bị hoang mạc hóa khiến dòng chảy năm có xu hướng tăng lên mạnh 13.67% Xu hướng tăng giảm mạnh lượng bốc thoát từ bề mặt Sinh dòng chảy mặt lớn dòng chảy phận giảm, lượng nước chứa tầng nước ngầm giảm Sự thay đổi dẫn đến tổng lượng nước tăng dòng chảy lưu vực lớn Bảng 4.6 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch Thay đổi dòng chảy năm (%) Thay đổi dòng chảy năm (%) + 13.67% I-III + 9.71 Thay đổi dòng chảy theo tháng IV-VI VII(% VIII-X XI-XII +8.11 +)5.73 +6.6 +3.9 70 60 50 Q (m3/s) 40 30 20 10 t (tháng) 10 11 12 Số liệu kiểm tra Kịch Hình 4.12 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 4.3.3 Kịch Trong kịch diện tích rừng chiếm 50% diện tích toàn lưu vực Diện tích rừng tăng mạnh dẫn đến dòng chảy năm có xu hướng giảm 7.3% Xu hướng giảm thực tế lượng bốc thoát hơi, lượng nước thấm lưu trữ từ diện tích rừng nhiều so với đất trồng cỏ bụi Bảng 4.7 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch Thay đổi dòng chảy năm (%) Thay đổi dòng chảy năm (%) -7.3% Thay đổi dòng chảy theo tháng IV-VI VII(% VIIIXII ) -23.08 + -19.56XI +18.7 0.52 I-III + 23.94 Theo số liệu bảng 4.7 cho thấy kịch tác động mạnh đến dòng chảy theo mùa Giảm mạnh vào giai đoạn lũ: giai đoạn mưa phong phú nhiệt độ đủ cao gây bốc thoát tương đối Dòng chảy giảm bản, gây giảm mạnh tổng lượng nước dòng chảy sông Việc giảm lưu lượng xảy trong tháng trước mùa lũ Trong tháng đến 11, tốc độ giảm dòng chảy giảm dần (bảng 4.8) mưa trung bình tháng 11 giảm so với tháng trước nhiệt độ thấp hơn, làm giảm lượng bốc thoát Bảng 4.8 Tỉ lệ giảm dòng chảy tháng mùa lũ (%) VIII -18.82 IX -31.35 X -20.51 71 XI -7.87 Q (m3/s) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 t (tháng) 10 11 12 Lưu lượng kiểm tra Kịch Hình 4.13 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch Theo kết đánh giá cho thấy khả điều tiết dòng chảy theo mùa rừng, điều cần thiết quy hoạch thời gian dài sử dụng đất không để bảo vệ nguồn nước mà quản lý hiệu lũ hạn hán Nhận xét chung: Từ kết đánh giá kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất thấy: đặc trưng lớn kịch biến đổi khí hậu có tác động thay đổi mạnh dòng chảy năm so với kịch biến đổi sử dụng đất Trong kịch biến đổi sử dụng đất lại có tác động mạnh đến điều tiết dòng chảy theo tháng 4.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY Đánh giá tác động tổng hợp biến đổi khí hậu thảm phủ thực vật dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn lấy từ việc so sánh kết chạy mô hình SWAT với liệu đầu vào: đồ sử dụng đất tỉnh Quảng Trị xây dựng lại (như kịch thay đổi thảm phủ 3) kết hợp với điều kiện khí hậu tương ứng kịch biến đổi khí hậu lựa chọn (A2 B2) Tác động điều kiện khí hậu thảm phủ dòng chảy độc lập Tuy nhiên, kết so sánh khác biệt việc kết hợp kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất với thời đoạn nền, khác biệt chúng xu hướng tác động dòng chảy từ thay đổi kết hợp 72 Q (m3/s) Kịch BĐKH 17,2 17 Kịch kết hợp BĐKH-sử dụng đất 16,8 16,6 16,4 16,2 A2 B2 Hình 4.14 Thay đổi dòng chảy năm tương ứng với kết hợp điều kiện khí hậu khác đồ sử dụng đất theo kịch Hình 4.14 thể kết tính toán thay đổi lưu lượng kịch biến đổi khí hậu thay đổi kịch sử dụng đất Trong nhóm, lưu lượng năm từ kịch sử dụng đất khác Bảng 4.9 Thay đổi dòng chảy năm kịch kết hợp biến đổi khí hậu -sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu Kịch biến đổi khí hậu (m /s) Kịch kết hợp biến đổi khí hậu – sử dụng đất (m /s) Thay đổi (%) A2 B2 17.18 16.87 16.95 16.63 1.319 1.395 Qua kết tính toán mô hình 4.14 cho thấy khác biệt tương đối giá trị dòng chảy năm nhóm (Bảng 4.9) thấy quy luật biến đổi dòng chảy nhóm tương tự So sánh với kịch biến đổi khí hậu, kịch kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất làm giảm giá trị dòng chảy tất kịch bản, chi tiết xem bảng 4.9 Và mức độ biến đổi chúng tương tự nhau, xấp xỉ 1.3% -1.4% 73 Q (m3/s) Kịch A2 70 60 50 Kịch A2 kết hợp với kịch sử dụng đất 40 30 20 10 10 11 12 t (tháng) Hình 4.15 Thay đổi dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu Kết thay đổi dòng chảy theo tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất kịch biến đổi khí hậu thể hình 4.15 cho thấy kịch kết hợp tác động đến phân bố dòng chảy theo mùa, thay đổi theo mùa thấy rõ hình 4.16 Qua kết tính toán đó, chứng tỏ nắm bắt xu hướng tác động không tuyến tính biến đổi khí hậu sử dụng đất tới dòng chảy sử dụng kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất tính toán cho lưu vực % 60 40 20 t (tháng) -20 10 11 12 -40 -60 Hình 4.16 Biến đổi % dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu A2 – sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu A2 Việc kết hợp với kịch tăng diện tích rừng cho thấy: dòng chảy trung bình năm có xu hướng giảm so với dòng chảy có tác động biến đổi khí hậu Đồng 74 thời tác động đến phân phối dòng chảy năm, tăng dòng chảy kiệt, giảm dòng chảy lũ Nhận xét: Kết tính toán tác động kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất làm thay đổi dòng chảy lũ dòng chảy kiệt 75 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Thạch Hãn thấy lưu vực sông Thạch Hãn có điều kiện tự nhiên địa hình, khí hậu, đất đai đa dạng Tuy nhiên vùng chưa tận dụng tối đa hiệu sử dụng đất, diện tích đất trống chiếm diện tích lớn, thảm thực vật nghèo nàn Nền kinh tế mang tính địa phương cao, chậm phát triển công nghệ Tìm hiểu mô hình SWAT ứng dụng mô hình SWAT để khảo sát kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn Mô hình SWAT mô tính toán phục vụ việc khảo sát kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn – tỉnh Quảng Trị, cho kết sau: Về biến đổi khí hậu cho thấy diễn biến khí hậu theo xu hướng kịch A2 B2 gây tác động mạnh tượng cực đoan kỷ XXI Sự biến đổi khí hậu làm lưu lượng đỉnh lũ tăng tối đa đến khoảng 20%, dòng chảy vào tháng kiệt giảm khoảng 27% Với đặc điểm lũ lụt hạn hán lưu vực sông Thạch Hãn điều gây hậu khó lường trước Khác với tác động biến đổi khí hậu, tác động thay đổi thảm thực vật từ xu hướng khác sử dụng đất, chí thay đổi cực đoan gây nh ng thay đổi nhỏ đối v i dòng chảy năm, n lại gây biến đổi mạnh dòng chảy theo mùa Điều chứng tỏ thay đổi sử dụng đất có khả làm thay đổi biểu đồ thủy văn năm lưu vực thực vật biến đổi theo mùa với tác động đến lượng bốc thoát Với khả điều tiết dòng chảy theo mùa chứng tỏ với phương án phát triển sử dụng đất phù hợp có khả giảm lũ vào mùa lũ, tính khắc nghiệt hạn hán mùa khô, đồng thời cải thiện tình hình kinh tế, phát triển bền vững lưu vực Theo kết đánh giá tác động kịch kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất cho kết khác so với kết kịch biến đổi yếu tố Nó tác động vừa làm thay đổi dòng chảy năm, vừa điều tiết dòng chảy theo mùa, với kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất đánh giá cho thấy làm giảm dòng chảy năm (giảm từ 1,3% - 1,4%), đồng thời vừa làm giảm dòng chảy mùa lũ (giảm từ 2% - 59%), vừa tăng dòng chảy mùa kiệt (tăng từ 11% 76 - 48%) Có nghĩa việc kết hợp có khả khắc phục biến đổi cực đoan biến đổi khí hậu sử dụng đất gây Từ kết mở phương án giảm nhẹ tác động biến đổi khí hậu không mong muốn môi trường tài nguyên nước quy hoạch sử dụng đất nhằm đạt hiệu mong muốn lưu vực 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Tài nguyên Môi trường (2009), Kịch biến đổi khí hậu nư c biển dâng, NXB Tài nguyên – Môi trường Bản đồ Việt Nam, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trường (2012), Kịch biến đổi khí hậu nư c biển dâng, NXB Tài nguyên – Môi trường Bản đồ Việt Nam, Hà Nội Cục Thống kê Quảng Trị (2005), Báo cáo kế hoạch phát triển kinh tế, xã hội năm 2006- 2010, Quảng Trị Cục thống kê tỉnh Quảng Trị (2012), Niên giám thống kê 2011, NXB Thống kê Nguyễn Tiền Giang (2007), Đánh giá trạng ô nhiễm nguồn nư c nuôi trồng thủy sản, vấn đề xâm nhập mặn tỉnh Quảng Trị đề xuất giải pháp g p phần phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trường, Báo cáo đề tài chuyển giao công nghệ với Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Trị Nguyễn Thị Hiền (2008), Ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá tác động trình sử dụng đất rừng đến x i mòn lưu vực sông Cả, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học KHTN Nguyễn Đức Ngữ (2008), Biến đổi khí hậu, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu (2004), Khí hậu tài nguyên khí hậu Việt Nam, Viện KTTV, NXB Nông nghiệp Nguyễn Ý Như (2009), Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu sử dụng đất đến dòng chảy sông Bến Hải, Khóa luận tốt nghiệp hệ Đại học chất lượng cao, Trường Đại học KHTN 10 Nguyễn Viết Phổ nnk (2003), Tài nguyên nư c Việt Nam, Nhà xuất nông nghiệp, Hà Nội 11 Nguyễn Thanh Sơn (2006), Quy hoạch tổng hợp tài nguyên nư c tỉnh Quảng Trị đến 2010 c định hư ng 2020, Đề tài cấp Tỉnh, Hợp đồng khoa học với Sở TN&MT tỉnh Quảng Trị, Hà Nội 12 Ngô Chí Tuấn (2009), Tính toán cân nư c hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học KHTN 78 13 Trần Tuất, Nguyễn Đức Nhật (1980), Khái quát địa lý thuỷ văn sông ngòi Việt Nam, Tổng cục KTTV, Hà Nội 14 UBND tỉnh Quảng Trị (1996), Báo cáo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị thời kỳ 1996-2010, Quảng Trị 15 UBND tỉnh Quảng Trị (2004), Chiến lược phát triển lâm nghiệp tỉnh Quảng Trị giai đoạn 2004 - 2010 định hư ng đến năm 2020, Quảng Trị 16 UBND tỉnh Quảng Trị (2006), Báo cáo tổng hợp điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 lập kế hoạch sử dụng đất 2006/2010 tỉnh Quảng Trị, Quảng Trị 17 Viện quy hoạch thiết kế nông nghiệp (2004), Báo cáo rà soát, điều chỉnh quy hoạch nông - lâm nghiệp, thủy lợi tỉnh Quảng Trị, Hà Nội 18 Trần Thanh Xuân (2002), Đặc điểm thủy văn tỉnh Quảng Trị, Sở KHCN&MT tỉnh Quảng Trị, UBND tỉnh Quảng Trị, Hà Nội 19 Trần Thanh Xuân (2007), Đặc điểm thủy văn nguồn nư c sông Việt Nam, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Tiếng Anh 20 DHI (2007), Mike 11 – User’s Manual 21 IPCC (2007), Climate Change 2007: Synthesis Report 22 Manoj Jha, Jeffrey G Arnold, Philip W Gassman, Filippo Giorgi, and Roy R Gu (2006), Climate change sensitivity assessment on upper Mississippi River Basin streamflows using SWAT, Journal of American Water Resources Association 23 Michal Jenicek (2007), Rainfall-runoff modelling in small and middle-large catchments – an overview 24 P W Gassman, M R Reyes, C H Green, J G Arnold (2007), The soil and water assessment tool: historical development, applications, and future research directions, Soil & Water Division of ASABE 79 25 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams (2001), Soil and water assessment tool theoretical documentation, USDA_ARS Publications 26 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams (2001), Arcview interface for SWAT 2000, USDA_ARS Publications 27 S.L.Neitsch, J.G Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams (2001), Soil and water assessment tool user’s manual, USDA_ARS Publications 28 US Army Corps of Engineers (2001), Hydrology Model System HEC-HMS Users’ Manual 80 [...]... sông Thạch Hãn nói riêng để phục vụ cho bài toán quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn • Chứng minh mức độ phù hợp của việc ứng dụng mô hình SWAT cho lưu vực sông Thạch Hãn trong tính toán dòng chảy • Khảo sát tác động của sử dụng đất và biến đổi khí hậu đối với dòng chảy của lưu vực sông Thạch Hãn 6 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU • Đối tượng: Dòng chảy của sông Thạch Hãn dưới tác động của biến đổi. .. đổi khí hậu và sử dụng đất • Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Thạch Hãn 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ứng dụng mô hình SWAT 5 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Luận văn gồm 4 chương chính cùng phần mở đầu, kết luận, phụ lục, tài liệu tham khảo: • Chương 1: Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Thạch Hãn • Chương 2: Mô hình SWAT • Chương 3: Kịch bản biến đổi khí hậu và sử dụng đất • Chương 4: Ứng dụng mô hình SWAT tính toán cho. .. và các điều kiện môi trường trên toàn cầu Đồng thời, mô hình SWAT còn được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông Từ những ưu điểm đó, sau khi cân nhắc nghiên cứu, luận văn đã lựa chọn sử dụng mô hình SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài Do vậy, Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy do biến. .. bài toán biến đổi dòng chảy ở lưu vực sông Thạch Hãn trong điều kiện số liệu dòng chảy không đầy đủ, việc sử dụng các mô hình diễn toán mưa – dòng chảy là cần thiết Một số mô hình mưa - dòng chảy được ứng dụng nhiều như: SWAT, HEC-HMS, MIKE-SHE, SAC-SMA, NASIM, HBV v.v… Trong đó, Mô hình SWAT (Arnold và cộng sự, 2002) đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả để đánh giá tài nguyên nước và ô nhiễm... TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực Sông Thạch Hãn nằm trong phạm vi từ 16 018 đến 16054’ vĩ độ Bắc và từ 106036’ đến 107018’ kinh độ Đông Phía đông giáp Biển Đông, phía tây giáp lưu vực sông Sê Pôn phía nam giáp lưu vực sông Ô Lâu và tỉnh Thừa Thiên Huế, phía bắc giáp lưu vực sông Bến Hải Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Thạch Hãn Sông Thạch Hãn bắt... rộng trung bình lưu vực là 36,8 km, mật độ lưới sông là 0,92 (hình 1.2 và bảng 1.10) [18, 19] Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông suối và lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn 15 Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông trong vùng nghiên cứu Tên sông Thạch Hãn 2 Diện tích lưu vực (km ) Cửa sông 2660 Chiều dài dòng chính (km) 150 Cao độ bình quân lưu vực (m) 301 Độ rộng bình quân lưu vực (m) 38.6... trình dựa vào số liệu khí tượng) Dòng chảy mặt từ các lưu vực: phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là thủy văn đơn vị UH và các biến đổi khác (Clark’s, Snyder’s, SCS) Người sử dụng cũng có thể sử dụng các phương pháp khác dựa vào mô hình sóng động học hoặc phương pháp sai phân hữu hạn Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa: có vài phương pháp được sử dụng, như phương pháp CN SCS, mà được sử dụng để... suất căng và nước tự do, đới thấp hơn gồm dòng chảy cơ sở và nước ứng suất (tension water ) và nước tự do bổ sung Dòng chảy vượt quá hình thành một vài dạng dòng chảy: [9, 22] • Dòng chảy trực tiếp • Dòng chảy mặt • Dòng chảy sát mặt (dòng chảy nhập lưu) • Dòng chảy cơ sở ban đầu • Dòng chảy cơ sở bổ sung Trong khi Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu thổ nhưỡng – độ dẫn... hình cụ thể, phần lớn sử dụng phương pháp dựa vào mô hình tầng tuyến tính, giảm theo hàm mũ hoặc dòng chảy cố định Mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều, 3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn cũng được sử dụng phổ biến Dòng chảy trong lòng dẫn hở: mô hình mưa – dòng chảy áp dụng các phương pháp được gọi là diễn toán thủy văn như phương pháp Muskingum – Cunge, mô hình Lag, mô hình sóng động học hoặc... thủy văn hoặc các dạng biến đổi khác được sử dụng (Clark’s, Snyder’s, SCS) Cũng có thể sử dụng phương pháp sóng động học • Mô đun dòng chảy cơ sở - người sử dụng có thể lựa chọn, ví dụ mô hình bể chứa tuyến tính, giảm theo hàm mũ, hoặc mô đun dòng chảy cố định • Mô đun diễn toán – phương pháp Muskingum, mô hình Lag, mô hình sóng động học hoặc các biến đổi của chúng • Các mô hình khác – trong trường