Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ (tt)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NAM TRUNG BỘ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số chuyên ngành: 62-44-02-24 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018 Cơng trình hồn thành Trƣờng Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Ngô Lê Long Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Trần Thanh Tùng Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Kiên Dũng Phản biện 2: PGS.TS Dương Văn Tiển Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu thách thức lớn nhân loại kỷ 21 Tác động tiêu cực biến đổi khí hậu dự báo nghiêm trọng gây tượng mưa, lũ cực đoan ngày nhiều, làm thiệt hại nghiêm trọng người tài sản, gây hậu nặng nề lâu dài xã hội, kinh tế mơi trường nhiều quốc gia nói chung Việt Nam nói riêng Đặc biệt khu vực Nam Trung Bộ, nơi có nhiều cơng trình hồ chứa bị an tồn tương lai biến đổi khí hậu Trong Kịch BĐKH nước biển dâng Bộ TNMT công bố nghiên cứu trước đây, hầu hết kết nghiên cứu tính tốn mưa, lũ có xét đến biến đổi khí hậu lấy trung bình hóa từ kết mơ hình khí hậu tồn cầu với lưới tính tốn theo phạm vi quốc gia, khơng chi tiết cho vùng nhỏ gây sai số lớn Chính việc định lượng giá trị mưa hay lũ tương lai để tính tốn thiết kế cơng trình thuộc lưu vực nhỏ gặp nhiều khó khăn Chính cần phải có nghiên cứu để chi tiết hóa kết tính tốn mơ hình khí hậu tồn cầu cho phạm vi nhỏ với lưới tính tốn chi tiết nhằm định lượng giá trị mưa ngày lớn nhất, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu để phục vụ tính toán thiết kế đa ngành Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết Nghiên cứu sinh lựa chọn luận án nghiên cứu với nội dung “Nghiên cứu tính tốn mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ” với mong muốn nghiên cứu sở khoa học chi tiết hóa phân vùng mưa ngày lớn nhất, đỉnh lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu từ mơ hình khí hậu tồn cầu khác nhau, phục vụ cho thiết kế đa ngành ứng dụng khác bối cảnh biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ Mục tiêu nghiên cứu • Nghiên cứu, tính tốn phân vùng lượng mưa ngày lớn khu vực Nam Trung Bộ phương pháp chi tiết hóa lượng mưa, từ 11 mơ hình khí hậu tồn cầu khác • Xác định phương pháp tính lũ thiết kế có xét đến BĐKH, phân vùng xây dựng đồ gia tăng đỉnh lũ thiết kế cho lưu vực Nam Trung Bộ Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu • Đối tượng nghiên cứu Luận án mưa lũ thiết kế có xét đến BĐKH • Phạm vi nghiên cứu Luận án khu vực Nam Trung Bộ, bao gồm thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú n, Khánh Hồ, Ninh Thuận Bình Thuận Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu đề ra, tác giả thu thập số liệu, tài liệu cần thiết, tiến hành nghiên cứu tổng quan nghiên cứu mưa, lũ có xét đến biến đổi khí hậu, mơ hình khí hậu tồn cầu sử dụng nước giới từ lựa chọn hướng tiếp cận phù hợp, vừa mang tính kế thừa vừa đảm bảo tính sáng tạo nghiên cứu Các phương pháp sử dụng luận án bao gồm: • Phương pháp phân tích thống kê • Phương pháp chi tiết hóa lượng mưa trạm • Phương pháp mơ hình tốn Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết phân tích, đánh giá tác động BĐKH đến lượng mưa ngày lớn cho vùng nghiên cứu, có xét đến khác biệt mơ hình khí hậu cho khu vực Nam Trung Bộ, có đóng góp khoa học phương pháp luận tính tốn mưa, lũ xét đến BĐKH Mặt khác việc phân vùng gia tăng mưa, lũ thiết kế cần thiết phục vụ cho thiết kế đa ngành ứng dụng khác phát triển kinh tế, xã hội khu vực Nam Trung Bộ Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị, luận án trình bày chương: Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu Chƣơng 2: Cơ sở khoa học thực tiễn tính mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu, Chƣơng 3: Tính tốn mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 1.1 Tổng quan nghiên cứu mƣa, lũ nƣớc giới Mưa, lũ tượng tự nhiên gây tác động to lớn đến người, xã hội môi trường, có nhiều nghiên cứu mưa, lũ thực với mục đích khác Một số nghiên cứu điển hình mưa phải kể đến Frich( 2002), Alexander( 2006) nghiên cứu số liệu mưa quan trắc quy mơ tồn cầu Hay nghiên cứu quy mơ châu lục tiêu biểu cơng trình Re Barros năm 2009, xu biến đổi mưa lớn khu vực lòng chảo La Plata thuộc Châu Mỹ Penalba Robledo, 2009 đánh giá theo mùa Một số khu vực giới Châu Âu, khu vực Nam Á, Trung Á Đông Nam Á hay quốc gia khác Úc, Fiji, New Caledonia, French Polynesia Nhật Bản có nhiều nghiên cứu mưa Việc tính lũ thiết kế trải qua q trình dài nghiên cứu mang tính kế thừa phát triển nhằm xác đại hóa nhằm phục vụ xây dựng cơng trình, an toàn mùa mưa lũ, đặc biệt điều kiện biến đổi khí hậu Một số nghiên cứu lũ thiết kế điển hình kể đến nghiên cứu Chow Show(1964), Chow Maidment (1988), Vijay (2002), Raghunath (2006) nhiều nghiên cứu khác giới Về phương pháp tính dựa lý thuyết nguyên dòng chảy cách chuyển đổi mưa hiệu thành dòng chảy Các nghiên cứu tính lũ thiết kế Việt Nam đề cập nhiều tài liệu, tiêu chuẩn, quy chuẩn, giáo trình, đề tài, luận án QP.TL C-6-77(1977), LATS nghiên cứu mưa, lũ cực hạn cho Việt Nam Lê Đình Thành (1997), LATS Doãn Thị Nội (2016), Sổ tay Kỹ thuật Thủy Lợi (2008), Tiêu chuẩn Việt Nam 9845(2013), đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu cảnh báo dự báo lũ vượt thiết kế - Giải pháp tràn cố” tiến hành xây dựng phần mềm tính lũ thiết kế Phạm Ngọc Quý nnk (2005), Giáo trình Thủy văn cơng trình GS Hà Văn Khối nnk(2012),… Các nghiên cứu trình bày phương pháp tính lũ nay, mơ hình thủy văn tính tốn dòng chảy, xây dựng phần mềm tính lũ thiết kế hay đề xuất phương pháp tính lũ thiết kế cho cơng trình hồ chứa có xét tới biến đổi khí hậu 1.2 Sơ lƣợc biến đổi khí hậu kịch Cuối kỷ 20 thập niên đầu kỷ 21, IPCC đưa kịch biến đổi khí hậu theo giai đoạn, lần năm 1990 SRES hạn chế kết kịch biến đổi khí hậu thiết lập bốn họ kịch tương ứng với tình xảy tương lai giới A1, A2, B1 B2 Năm 2013, IPCC công bố kịch cập nhật, đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện, RCP sử dụng để thay cho kịch SRES Các RCP lựa chọn cho đại diện nhóm kịch phát thải đảm bảo bao gồm khoảng biến đổi nồng độ khí nhà kính tương lai cách hợp lý Các RCP đảm bảo tính tương đồng với kịch SRES Hình 1.1 Hai cách tiếp cận xây dựng kịch biến đổi khí hậu IPCC Các tiêu chí để xây dựng RCP (Moss nnk, 2010) bao gồm: (1) Các RCP phải dựa kịch cơng bố trước đó, RCP phải mô tả hợp lý quán tương lai (khơng có chồng chéo RCP); (2) Các RCP phải cung cấp thông tin tất thành phần xạ ; (3) Các RCP cho phép chuyển đổi phân tích thời kỳ sở tương lai; (4) Các RCP xây dựng cho khoảng thời gian tới năm 2100 vài kỷ sau 2100 Trên sở tiêu chí trên, bốn kịch RCP (RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6) xây dựng Tên kịch ghép RCP độ lớn xạ tác động tổng cộng khí nhà kính khí đến thời điểm vào năm 2100 Bảng 1.1 Các kịch Biến đổi khí hậu Kịch RCP Bức xạ tác động năm 2100 Nồng độ CO2tđ năm 2100 (ppm) Tăng nhiệt độ toàn cầu ( o C) vào năm 2100 so với thời kỳ sở (1986-2005) RCP2.6 2,6W/m2 490 1,5 RCP4.5 4,5W/m2 650 2,4 RCP6.0 6,0W/m2 850 3,0 RCP8.5 8,5W/m2 1370 4,9 1.3 1.3.1 Đặc điểm đường phân bố cưỡng bức xạ tới năm 2100 Đạt cực đại 3,0 W/m2 giảm Tăng dần ổn định Tăng dần ổn định Tăng liên tục Kịch SRES tương đương Khơng có B1 B2 A1FI Tổng quan tác động biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến mưa, lũ Nhiều nghiên cứu cho thấy mối liên hệ thiên tai nói với biến đổi khí hậu Nhiều nghiên cứu nhà khoa học đưa cho kết khả quan Hilton Silveira Pinto nnk (2014), Schoenwiese nnk (1994), Schoenwiese Rapp (1997) nghiên cứu thay đổi lượng mưa có xét đến biến đổi khí hậu Hay nghiên cứu lũ quốc gia Thuỵ Điển, Hà Lan xem xét tác động BĐKH tới lũ thiết kế an toàn đập Ở Úc, Trung Quốc, Malaysia,…cũng tính lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu Bộ Mơi trường New Zealand cơng bố hướng dẫn tính tốn lũ tác động biến đổi khí hậu Các nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến cường độ chế độ lũ Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu chưa đưa số định lượng ảnh hưởng nói trên, tiêu chuẩn cho việc tính tốn lũ thiết kế có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu 1.3.2 Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến mưa, lũ Việt Nam Việc đẩy mạnh nghiên cứu Biến đổi khí hậu nhận nhiều quan tâm quan, Viện nghiên cứu nhà khoa học Điển hình phải kể đến Bộ Tài nguyên Môi trường với kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cập nhật qua giai đoạn, Viện Khoa học Thủy Lợi, Viện Khí tượng Thủy Văn, Viện Thủy văn Mơi trường Biến đổi khí hậu,… Các tác giả Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu, Nguyễn Ngọc Huấn, Trần Việt Liễn,… tham gia thực dự án “ Biến đổi khí hậu Châu Á” Trong khn khổ Chương trình KC.08/06-10, Bộ Khoa học Cơng nghệ đưa dự báo lượng mưa mùa nhiệt độ trung bình mùa sở phương pháp thống kê Hay Vũ Thanh Tâm nnk (2013), La Đức Dũng (2017), Ngô Lê An nnk (2015),Ngô Lê Long nnk(2015),… có nghiên cứu biến đổi mưa, lũ có xét đến BĐKH Ngồi có nhiều nghiên cứu, tài liệu khác tác động biến đổi khí hậu đến mưa, lũ nước Các kết nghiên cứu, tài liệu hầu hết cho thấy gia tăng bất thường mưa, lũ an tồn cơng trình hồ chứa, giao thông, v.v… 1.3.3 Những hạn chế nghiên cứu tính tốn mưa, lũ có xét đến biến đổi khí hậu Việt Nam Qua nghiên cứu, phân tích đánh giá tổng quan tài liệu, nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến mưa, lũ Việt Nam có số hạn chế định như: i) Hầu hết nghiên cứu dừng lại việc xem xét thay đổi lượng mưa, độ ẩm, nhiệt độ,… hay tần suất xuất lũ lớn khứ mà chưa rõ tác động biến đổi khí hậu tương lai ảnh hưởng đến yếu tố ii) Các kịch biến đổi khí hậu nhiều nghiên cứu hầu hết sử dụng theo kịch biến đổi khí hậu Bộ Tài nguyên Môi trường công bố năm 2012 A1B, A1FI, A2, B1, B2 iii) Việc sử dụng mơ hình khí hậu tồn cầu hạn chế, hầu hết nghiên cứu sử dụng một vài mơ hình khí hậu tồn cầu để áp dụng tính tốn iv) Trong “Kịch Biến đổi khí hậu nước biển dâng” Bộ Tài nguyên Môi trường công bố năm 2016 dựa báo cáo đánh giá lần thứ IPCC, sử dụng phương pháp chi tiết hóa động lực kết hợp với phương pháp hiệu chỉnh sai số thống kê Tuy nhiên phương pháp chi tiết hố động lực đòi hỏi nhiều tài ngun máy tính, thời gian thực mơ dài Kết cơng bố bị trung bình hố báo cáo năm 2012 1.4 Tổng quan khu vực nghiên cứu Khu vực Nam Trung Bộ bao gồm tỉnh: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú n, Khánh Hồ, Ninh Thuận, Bình Thuận, có hệ thống sơng ngòi ngắn dốc, bờ biển sâu với nhiều đoạn khúc khuỷu, thềm lục địa hẹp, có hai hệ thống sơng lớn là: sơng Vu Gia – Thu Bồn sơng Ba (sơng Đà Rằng), ngồi có sơng Trà Khúc, sơng Kơn, sơng Cái, sông Sắt nhiều sông nhỏ khác Mùa mưa chiếm 65 - 80% lượng mưa năm, thời kỳ mưa lớn vùng nghiên cứu thường tập trung vào tháng tháng X tháng XI, thành phần lượng mưa tháng chiếm 40 - 50% lượng mưa năm, lũ lớn thường xuất tháng mưa nhiều, mưa lớn 1.5 Định hƣớng nghiên cứu luận án Từ hạn chế nghiên cứu mưa lũ có xét đến biến đổi khí hậu, luận án định hướng nghiên cứu sử dụng mơ hình khí hậu tồn cầu, chi tiết hóa lượng mưa (thời đoạn ngày) để làm đầu vào cho phần tính tần suất mưa, lũ khu vực Nam Trung Bộ i) Nghiên cứu sở lý thuyết điều kiện ứng dụng, yêu cầu số liệu theo mơ hình phương pháp lựa chọn ii) Nghiên cứu đặc trưng mưa: gồm biến động mưa lũ thơng qua thống kê đánh giá hình thời tiết gây mưa lũ khu vực; biến động mưa lũ theo không gian thời gian, phân tích xu mưa, lũ theo tiểu vùng khác khu vực iii) Ứng dụng mơ hình khí hậu tồn cầu, phương pháp “chi tiết hóa thống kê” để chi tiết số liệu khí hậu từ lưới khí hậu mơ hình tồn cầu điểm 10 GCM mơ tả đặc trưng khí đại dương với lưới chiều, độ phân giải phổ biến khoảng 200km số mực thẳng đứng từ 20-50 mực theo CSIRO, từ năm đầu thập kỷ 90 kỷ 20, mơ hình khí hậu hạn chế áp dụng vào nghiên cứu khí hậu khu vực thông qua kỹ thuật lồng ghép chiều, mơ hình khí hậu khu vực RCM, phương pháp lồng ghép thường gọi hạ thấp quy mơ động lực, RCM tích phân với độ phân giải ngang mịn nhiều sử dụng IC LBC phụ thuộc thời gian 2.1.3 Tổ hợp mơ hình khí hậu IPCC CMIP5 thực với tổ hợp 50 mơ hình tồn cầu từ 20 nhóm mơ hình khác Điểm khác biệt quan trọng CMIP5 so với CMIP3 mơ hình CMIP5 tính tốn theo kịch nồng độ khí nhà kính RCP Về mặt khoa học, CMIP5 tập trung vào ba khía cạnh mà CMIP3 hạn chế, cụ thể là: (i) Đánh giá chế định khác biệt mơ mơ hình chu trình các-bon mây; (ii) Đánh giá khả mô mơ hình tượng có quy mơ thập kỷ; (iii) Tìm ngun nhân dẫn tới việc mơ hình mơ khác kịch 2.1.4 Lựa chọn mơ hình khí hậu sử dụng Luận án Bảng 2.1 Các mơ hình khí hậu lựa chọn TT Tên mơ hình Trung tâm Quốc gia Độ phân giải ACCESS 1.3 Cục Khí tượng Úc 1,875o x 1,25o CanESM2 Trung tâm Mơ hình phân tích khí hậu Canada 2,81o x 2,79o CMCC-CMS Trung tâm Địa Trung Hải BĐKH Italia 1,875o x 1,865o CNRM-CM5 Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí tượng Pháp 1,40o x 1,40o CSIRO-MK3.6 Tổ chức Nghiên cứu KH Công nghiệp Liên bang Úc 1,875o x 1,865o FGOALS-g2 Viện Vật lý Khí quyển, Viện Khoa học Trung Quốc 2,81o x 2,79o GFDL-ESM2G Phòng thí nghiệm động lực học địa vật lý Mỹ 2,50o x 2,00o HadGEM2-CC Trung tâm Met Office Hadley Anh 1,875o x 1,25o IPSL-CM5A-MR Viện Pierre Simon Laplace Pháp 2,50o x 1,268o 10 MIROC5 Viện Nghiên cứu khí đại dương Nhật Bản 1,40o x 1,40o 11 MPI-ESM Viện Khí tượng Max Planck Đức 1,875o x 1,865o 13 Do điều kiện hạn chế tiếp cận liệu mơ mơ hình RCM, việc đánh giá mức độ bất định biến đổi khí hậu tương lai cần dựa nhiều kết từ nhiều mơ hình khí hậu khác nhau, đồng thời phương pháp nghiên cứu luận án ứng dụng GCM RCM, nên luận án sử dụng liệu từ mơ hình GCM cung cấp miễn phí từ trang web IPCC Sau phân tích, đánh giá, phân tích độ phân giải mơ hình khí hậu khác nhau, luận án kiến nghị sử dụng 11 mô hình khí hậu GCM thường sử dụng nghiên cứu giới, có thời đoạn mơ ngày với phạm vi không gian mô bao trùm vùng Nam Trung Bộ 2.2 Cơ sở lý thuyết chi tiết hóa kịch BĐKH Dựa phân tích ưu nhược điểm phương pháp thu hẹp quy mô ứng dụng điều kiện Việt Nam, với u cầu tốn, cơng cụ sẵn có, luận án lựa chọn phương pháp thu hẹp quy mô theo phương pháp thống kê Một số trạm đo có chuỗi số liệu ngắn khắc phục cách tính tốn bổ sung dựa phân tích quan hệ với trạm đo mưa lân cận 2.3 Sơ đồ 1: Lựa chọn phương pháp chi tiết hóa Phƣơng pháp thống kê chi tiết hóa Phương pháp biến đổi thống kê nhằm tìm hàm h mà vẽ biến tính tốn Pm hàm phân bố phù hợp với phân bố biến thực đo Po (trong Pm Po lượng mưa tính tốn mưa thực đo) Hàm biến đổi trình bày cơng thức: Po = h(Pm) 14 Các hàm biến đổi thống kê ứng dụng phép biển đổi tích phân xác suất phân bố biến nghiên cứu biết hàm biến đổi định nghĩa theo Ines Hansen (2006), Piani nnk (2010) )) Trong Fm phân bố xác suất luỹ tích Pm hàm ngược phân bố luỹ tích tương ứng với Po Hình 2.4 Phân bố tần suất mưa thực đo hiệu chỉnh 2.4 Kịch BĐKH liệu sử dụng luận án Dựa điều kiện số liệu thu thập kịch khuyến cáo sử dụng báo cáo Kịch BĐKH nước biển dâng cho Việt Nam (2016), luận án sử dụng kịch RCP 4.5 RCP 8.5 đại diện cho kịch trung bình cao với thời kỳ khứ từ năm 1970 – 2005 thời kỳ tương lai (2006 – 2100) Bảng 2.2 Thống kê số trạm mưa số năm quan trắc sử dụng tính tốn Số năm sử dụng cho thời kỳ >=25 năm 20-24 năm 15-19 năm 10-14 năm Tổng Số trạm 87 2 93 2.5 Phƣơng pháp tính tốn lũ thiết kế Tính tốn lũ thiết kế giới: 15 Sơ đồ 2: Các phương pháp tính lũ thiết kế Tính tốn lũ thiết kế theo phương pháp thường dùng Việt Nam: Đối với tính tốn lũ thiết kế Việt Nam thường theo Quy phạm QPTL C6-77 ứng dụng công thức tính đỉnh lũ thiết kế QmaxP sau: việc tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tùy theo diện tích lưu vực, sử dụng cơng thức đây: Sơ đồ 3: Phương pháp tính lũ thiết kế Luận án 2.6 Kết luận chƣơng Trên sở hướng tiếp cận xác định chương 1, luận án nghiên cứu xây dựng sở khoa học tính mưa lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu bao gồm: - Xây dựng sở lý thuyết mơ hình khí hậu tồn cầu, phân tích đánh giá lựa chọn 11 mơ hình ứng dụng luận án Xây dựng lựa chọn phương pháp chi tiết hóa thống kê kịch khí hậu 16 - Thiết lập sở khoa học để phân tích lựa chọn hàm thống kê hiệu chỉnh sai số liệu sau sử dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê để chi tiết hóa liệu từ liệu 11 mơ hình GCM trạm khu vực nghiên cứu - Đã xây dựng sở kịch biến đối khí hậu theo IPPC, phân tích lựa chọn kịch tính tốn luận án là: RCP4.5, RCP8.5 - Khái quát phương pháp tính lũ thiết kế cho lưu vực vừa nhỏ Đặc biệt luận án xây dựng mơ hình thơng số bán phân bố dựa mơ hình mưa dòng chảy NAM mơ hình diễn tốn dòng chảy Muskingum để mơ dòng chảy cho lưu vực có diện tích lớn thuộc khu vực nghiên cứu CHƢƠNG TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.1 3.1.1 Tính tốn mƣa ngày lớn có xét đến biến đổi khí hậu Kết chi tiết hóa lượng mưa trạm hiệu chỉnh sai số Thực bước hiệu chỉnh sai số kết mô từ mơ hình GCM với số liệu đo trạm thời kỳ theo phương pháp định bậc kinh nghiệm Kết cho thấy, bước hiệu chỉnh sai số làm giảm sai số mô mơ hình so với trước thực bước hiệu chỉnh So sánh trung bình trị số lượng mưa ngày lớn trước sau hiệu chỉnh 11 mơ hình GCM 93 trạm đo mưa khu vực nghiên cứu lân cận cho thời kỳ Kết cho thấy, lượng mưa ngày khứ mơ có phù hợp đáng kể với điều kiện địa phương sau thực bước hiệu chỉnh sai số Trước hiệu chỉnh, chênh lệch trung bình độ lệch chuẩn lượng mưa ngày lớn mơ hình với thực đo lớn Lượng mưa ngày lớn nhìn chung nhỏ so với trung bình thực đo từ 50mm 150mm, đặc biệt có trường hợp chênh lệch đến 250mm mơ hình CSIRO-QCCCE, CMCC-CMS, IPSL 17 Hình 3.1 Trung bình (a) độ lệch chuẩn (b) sai số lượng mưa tính tốn ngày lớn 11 mơ hình GCM với số liệu thực đo 93 trạm mưa khu vực nghiên cứu Sau thực bước hiệu chỉnh sai số, lượng mưa trung bình ngày lớn (tính trung bình cho 93 trạm đo) mơ hình xấp xỉ với thực đo (dao động khoảng ± 5mm) Tương tự, trị số độ lệch chuẩn trung bình cải thiện từ chênh lệch -10mm đến -70mm xuống ± 5mm (xét phạm vi phân vị 25% đến 75%) Các mơ hình CMCC-CMS, CNRMCM5, FGoals, HadGEM2 thể phù hợp tốt giá trị trung bình độ lệch chuẩn chuỗi mưa ngày lớn Mơ hình CSIRO-QCCCE cho kết mơ trung bình sai số độ lệch chuẩn sai số thấp nhiều so với thực đo sau hiệu chỉnh sai 3.1.2 Phân tích kết lượng mưa ngày lớn có xét đến BĐKH số lưu vực điển hình khu vực Để đánh giá chi tiết biến động lượng mưa ngày lớn nhất, luận án xem xét biến động lượng mưa ngày lớn cho số lưu vực 18 khu vực là: Nơng Sơn, Thành Mỹ, Kôn, Ba biến động lượng mưa ngày lớn Lượng mưa ngày lớn lưu vực tính trung bình từ tất lượng mưa ngày lớn trạm đo nằm phạm vi lưu vực Hình 3.2 Kết biến động lượng mưa ngày lớn lưu vực Nông Sơn Kịch RCP8.5 - Giai đoạn 2040-2069 3.1.3 Xây dựng đồ biến động lượng mưa ngày lớn khu vực Nam Trung Bộ Để mô tả biến động lượng mưa ngày lớn theo thời gian không gian, luận án nghiên cứu xây dựng đồ biến động lượng mưa ngày lớn tương lai cho toàn khu vực Nam Trung Bộ Từ kết mô lượng mưa ngày tương lai theo kịch 11 mô hình sau hiệu chỉnh sai số trạm đo, luận án sử dụng phương pháp nội suy không gian IDW nhằm mô tả lượng mưa diện Hàm nội suy IDW mô tả sau: ∑ ∑ [ [ ] ] Trong Xtt giá trị cần nội suy, Xi giá trị đo đạc lân cận, n số điểm đo, di khoảng cách từ vị trí cần nội suy đến vị trí quan trắc i, k số mũ = 1, 2, 3,… thường lấy 19 Sự biến động lượng mưa ngày lớn theo hai kịch RCP 4.5, RCP 8.5 tương ứng cho giai đoạn 2040-2069 2070-2099 khu vực nghiên cứu lấy trung bình theo 11 mơ hình Cơng thức tính tốn biến động trình bày phương trình sau: ̅ ) Trong đó, ̅ , ̅ ̅ ̅ ) *100% tương ứng giá trị trung bình thời kỳ tính tốn giá trị trung bình thời kỳ Hình 3.3 – Hình 3.15: Sự biến động (%) lượng mưa 1ngày lớn so với thời kỳ kịch RCP4.5 giai đoạn 2040-2069 2070-2099 Sự biến động lượng mưa ngày lớn theo mơ hình khác thể cho số lưu vực đại biểu khu vực Nam Trung Bộ số khu vực lân cận Luận án tính tốn biến động lượng mưa ngày lớn cho số lưu vực Vu Gia Thu Bồn (VGTB), Trà Khúc (TK), sông Cái Nha Trang (Cai), sơng Ba, Kơn, Sêsan Srêpơk Ngồi ra, lượng mưa trung bình tồn khu vực nghiên cứu (TBKV) xem xét 20 Theo đó, biến động trung bình lượng mưa ngày lớn lưu vực thể hình hộp thể phân vị Nét ngang hộp tương ứng với phân vị 50%, hình thoi tương ứng với giá trị trung bình Phần râu kéo dài đến phạm vi 1,5 lần khoảng cách phân vị phần hộp Dấu (+) bên thể giá trị ngoại lệ Hình 3.4 Biến động trung bình lượng mưa ngày lớn số lưu vực so với thời kỳ Kết biến động lượng mưa ngày lớn khu vực cho thấy: Ngoại trừ trường hợp kịch RCP 4.5 mô giai đoạn ứng với lượng mưa ngày lớn có sai khác tăng giảm lượng mưa lớn so với thời kỳ nền, mơ hình nhìn chung cho kết lượng mưa lớn tăng lưu vực dù có sai khác rõ rệt lượng mô hình Mức độ chênh lệch mơ hình (xét phân vị 25% đến 75%) biến động từ 10% 50% (đặc biệt lưu vực sông Srêpôk) thể rõ tính bất định mơ mưa mơ hình GCM Mặt khác, nhiều mơ hình cho thấy thay đổi giảm lượng mưa trung bình ngày lớn lưu vực Ba, Kôn, Srêpôk Cái Nha Trang cho dù xét trung bình lượng mưa lưu vực có gia tăng 21 Tính tốn lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ có xét đến biến đổi khí hậu 3.2 3.2.1 Tính tốn lũ thiết kế cho khu vực vừa nhỏ Xây dựng tiêu chí chung phân vùng cho vùng Nam Trung Bộ dự kiến chia thành vùng khác với tiêu chí cụ thể sau: • Vùng 1: Lưu vực mà dòng chảy lũ thiết kế có khả tăng mạnh, đa số (2/3 số mơ hình) mơ hình, Q> 10%, CV>0 so với thời kỳ sở • Vùng 2: Lưu vực mà dòng chảy lũ thiết kế có khả tăng vừa, tương tự vùng trung bình CV giảm, có 50% số mơ hình thể gia tăng dòng chảy lũ, so với thời kỳ sở • Vùng 3: Các vùng lại vùng khơng có nguy gia tăng dòng chảy lũ thiết kế Bảng 3.1 Tiêu chí phân loại vùng nguy biến động dòng chảy lũ Nhóm Số mơ hình cho dòng chảy lũ tăng/tổng số mơ hình Sự thay đổi Qmax trung bình mơ hình GCM Sự thay đổi hệ số phân tán CV trung bình (Tăng nhiều) > 2/3 >10% >=0 > 2/3 >10% 1/2 >0 >=0 (Tăng ít) (Khơng thay đổi) < 1/2 Từ tiêu chí phân loại vùng nguy biến động dòng chảy lũ này, luận án xây dựng đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ tương lai dựa biến động lượng mưa ngày lớn cho giai đoạn: 2040 – 2069 2070 – 2099 22 Hình 3.19- Hình 3.20: Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2040-2069 2070 – 2099 3.2.2 Tính tốn lũ thiết kế cho lưu vực có diện tích lớn Đối với lưu vực có diện tích lớn khơng có số liệu dòng chảy thực đo, dòng chảy lũ thiết kế thường tính tốn dựa công thức triết giảm từ lưu vực tương tự Việc sử dụng mơ hình bán phân bố (kết hợp mơ hình NAM Muskingum) giúp cho việc mơ dòng chảy thời đoạn ngày cho lưu vực theo 11 mơ hình khí hậu tồn cầu khác từ 2006 đến 2100 Từ chuỗi số liệu dòng chảy ngày, chuỗi số liệu lưu lượng đỉnh lũ xác định từ phương trình quan hệ lưu lượng đỉnh lũ lưu lượng ngày lớn xây dựng Lưu lượng đỉnh lũ thiết tính toán dựa chuỗi số liệu lưu lượng đỉnh lũ Dựa vào tiêu chí phân vùng đề xuất, luận án đánh giá nguy gia tăng lưu lượng đỉnh lũ cho lưu vực nghiên cứu Nhìn chung, trung bình dòng chảy lũ lớn hàng năm có xu tăng Các mơ hình cho xu thay đổi khác cho lưu vực giai đoạn Dựa bảng phân loại tiêu chí (bảng 3.1 mục 3.2.1), luận án phân vùng nguy biến động dòng chảy lũ dựa việc tính tốn thay đổi dòng chảy 23 lũ số lưu vực điển hình mơ hình bán phân bố, cụ thể bảng 3.5 3.6 Sơ đồ 4: Kết tính lũ thiết kế phân vùng biến động dòng chảy lũ Bảng 3.2 Đánh giá khả gia tăng dòng chảy lũ thiết kế số lưu vực giai đoạn 2040-2069 Lưu vực Sự thay đổi trung bình Số mơ hình cho xu tăng/giảm tương tự Trị số CV thay đổi Kết luận Nông Sơn +27% 21/22 +0,1% Tăng nhiều Thành Mỹ +12% 16/22 +6% Tăng nhiều Bình Tường -0,4% 12/22 -15% Khơng thay đổi Củng Sơn +27% 18/22 +10% Tăng nhiều Bảng 3.3 Bảng đánh giá khả gia tăng dòng chảy lũ thiết kế số lưu vực giai đoạn 2070-2099 Lưu vực Sự thay đổi trung bình Số mơ hình cho xu tăng/giảm tương tự Trị số CV thay đổi Kết luận Nông Sơn +30% 22/22 +5% Tăng nhiều 24 Thành Mỹ +18% 17/22 +11% Tăng nhiều Bình Tường +3,0% 12/22 -16% Không thay đổi Củng Sơn +35% 16/22 +10,5% Tăng nhiều 3.3 Ứng dụng đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ vào tính tốn dòng chảy lũ thiết kế Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy cho lưu vực vừa nhỏ (hình 3.19 3.20) cho lưu vực lớn (bảng 3.5, bảng 3.6) mơ tả khả thay đổi dòng chảy lũ thiết kế tương lai dựa việc phân tích đánh giá biến động dòng chảy lũ 11 mơ hình khí hậu tồn cầu kết hợp kịch BĐKH RCP4.5 RCP8.5 Bản đồ bảng chia thành nhóm nhóm có khả tăng nhiều (xấp xỉ 10%), tăng (xấp xỉ 5%) không tăng (không thay đổi so với thời kỳ nền) 3.4 Kết luận chƣơng Từ kết mô lượng mưa ngày tương lai theo kịch 11 mơ hình sau hiệu chỉnh sai số trạm đo, luận án xây dựng đồ biến động lượng mưa ngày lớn tương lai.Nhìn chung khu vực Nam Trung Bộ có xu hướng tăng với mức tăng phổ biến từ 10-20%, giai đoạn 2070-2099, mức tăng phổ biến từ 20-30% theo kịch RCP4.5 RCP8.5 Trên sở kết lượng mưa ngày max, luận án đánh giá thay đổi dòng chảy lũ tương lai (cụ thể lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmaxp) cho số lưu vực cụ thể chia thành hai trường hợp: lưu vực có diện tích vừa nhỏ, lưu vực có diện tích lớn (>1000km2) Đối với lưu vực có diện tích vừa nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ tính tốn theo cơng thức Cường độ giới hạn Xokolopsky Trường hợp lưu vực diện tích lớn sử dụng cơng thức triết giảm tính tốn theo lưu vực tương tự 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu luận án Luận án phân tích ưu nhược điểm phương pháp tính chi tiết hóa lượng mưa theo kịch biến đổi khí hậu Kết cho thấy, với kịch RCP8.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-600mm giai đoạn 2040 2069, 100mm-700mm giai đoạn 2070 -2099 Với kịch RCP4.5, mức độ dao động phổ biến từ 100mm-500mm giai đoạn từ 2040 - 2069, 100mm-600mm giai đoạn 2070 -2099 Mặt khác, Luận án đưa bảng tiêu chí phân loại vùng nguy biến động dòng chảy lũ dựa biến động lượng mưa ngày lớn mơ hình trung bình 11 mơ hình tiến hành xây dựng đồ nguy biến động dòng chảy lũ có xét đến biến đổi khí hậu cho lưu vực vừa nhỏ Những đóng góp luận án Xác định tác động biến đổi khí hậu đến định lượng lượng mưa ngày lớn cho khu vực Nam Trung Bộ có xét đến khác biệt mơ hình khí hậu Xây dựng đồ phân vùng nguy gia tăng lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho khu vực Nam Trung Bộ, làm sở cho việc tính tốn lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu Hướng nghiên cứu phát triển tiếp luận án Tiếp tục thu thập cập nhật bổ sung số liệu theo kịch BĐKH mơ hình khí hậu khác nhau, nghiên cứu thêm phương pháp chi tiết hố, hiệu chỉnh sai số nhằm tìm phương pháp hợp lý cho toán nghiên cứu mở rộng đối tượng nghiên cứu tổng lượng lũ, đường trình lũ mở rộng phạm vi áp dụng khác Việt Nam 26 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 1/ Lê Thị Hải Yến, Trần Thanh Tùng, Lê Anh Tuấn, “Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến mưa ngày lớn thiết kế vùng Nam Trung Tây nguyên”, Tuyển tập Hội nghị KHTN, Đại học Thủy Lợi, Tháng 11/2017, Trang 566-568 2/ Lê Thị Hải Yến, Ngô Lê An, “Xây dựng mơ hình bán phân bố mơ dòng chảy cho số lưu vực sông lớn vừa khu vực Nam Trung bộ”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi, Số 39 - 2017, ISSN 1859-4255, Trang 105-113 3/ Lê Thị Hải Yến, Ngô Lê An, Nguyễn Thị Thu Hà, Ngô Lê Long, “Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến mưa lớn vùng Nam Trung Tây nguyên Việt Nam theo mơ hình khí hậu tồn cầu khác nhau”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, Số 57 (6/2017), ISSN 1859-3941 Trang 63-70 4/ Ngô Lê An, Lê Thị Hải Yến, Ngô Lê Long, Nguyễn Thị Thu Hà (2017), “Phân Tích, đánh giá số phương pháp thống kê hiệu chỉnh sai số từ mơ hình mưa ngày trạm mưa- ứng dụng cho trạm mưa thuộc tỉnh Bình Định”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, Số 56(3/2017), ISSN 1859-3941 Trang 143-149 5/ Ngơ Lê An, Ngơ Lê Long, Hồng Thị Tâm, Lê Thị Hải Yến, “Tính tốn lại lũ thiết kế hồ chứa A Vương có xét đến tác động biến đổi khí hậu”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy lợi, Số 29 (12/2015), ISSN 1859-4255 Trang 18 6/ Lê Thị Hải Yến, Tống Thị Châm, Nguyễn Hồng Sơn, Ngơ Lê Long, “Ứng dụng phương pháp thống kê lượng mưa ngày lớn theo kịch biến đổi khí hậu cho lưu vực sơng Kone”, Tuyển tập Hội Nghị KHTN, Đại học Thủy Lợi, Tháng 11/2015, Trang 401-403 7/ Ngơ Lê Long, Ngơ Đình Tuấn, Ngơ Lê An, Lê Thị Hải Yến, “Đánh giá phương pháp tính tốn lũ thiết kế bối cảnh biến đổi khí hậu”, Tuyển tập Hội nghị KHTN, Đại học Thủy Lợi, Tháng 11/2015, Trang 374-376 27 ... quan nghiên cứu mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu Chƣơng 2: Cơ sở khoa học thực tiễn tính mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu, Chƣơng 3: Tính tốn mưa, lũ thiết kế có xét đến biến. .. chuẩn cho việc tính tốn lũ thiết kế có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu 1.3.2 Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến mưa, lũ Việt Nam Việc đẩy mạnh nghiên cứu Biến đổi khí hậu nhận nhiều... xét đến biến đổi biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 1.1 Tổng quan nghiên cứu mƣa, lũ nƣớc giới Mưa, lũ tượng tự