Đang tải... (xem toàn văn)
Sử dụng kiểm định Mann-Kendall phân tích xu thế của chuỗi số liệu lượng mưa tại 9 trạm quan trắc mưa và lưu lượng dòng chảy tại 2 trạm thủy văn Tà Lài và Thanh Bình từ năm 1983-2012, bài báo đánh giá xu thế thay đổi lượng mưa và lưu lượng ở vùng thượng lưu lưu vực sông (LVS) Đồng Nai. Đồng thời, bài viết cũng đưa ra nhận định về mối liên hệ giữa sự biến đổi dòng chảy với diễn biến mưa trong khu vực trước khi bậc thang 4 Nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai 5 đi vào hoạt động dựa trên phân tích hệ số tương quan Pearson.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XU THẾ BIẾN ĐỔI LƯỢNG MƯA VÀ DÒNG CHẢY VÙNG THƯỢNG LƯU LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI TRONG GIAI ĐOẠN 1983-2012 Vũ Thị Vân Anh (1) Bùi Thị Tuyết Nguyễn Thị Phương Chi Trương Thị Thu Hằng2 TÓM TẮT Sử dụng kiểm định Mann-Kendall phân tích xu chuỗi số liệu lượng mưa trạm quan trắc mưa lưu lượng dòng chảy trạm thủy văn Tà Lài Thanh Bình từ năm 1983-2012, báo đánh giá xu thay đổi lượng mưa lưu lượng vùng thượng lưu lưu vực sông (LVS) Đồng Nai Đồng thời, báo đưa nhận định mối liên hệ biến đổi dòng chảy với diễn biến mưa khu vực trước bậc thang Nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai vào hoạt động dựa phân tích hệ số tương quan Pearson Kết cho thấy, lượng mưa toàn khu vực nghiên cứu chủ yếu thể xu tăng, tập trung nhiều tháng 1, tháng Kết phân tích dòng chảy cho thấy, thượng lưu vùng nghiên cứu thể xu tăng tương đối rõ rệt, khi, khu vực hạ lưu, dòng chảy khơng thể xu Kết nghiên cứu mối tương quan đa dạng dòng chảy trung bình lượng mưa trung bình tháng năm với độ tin cậy 95%, đó, giai đoạn mùa lũ, đầu cuối mùa kiệt, hệ số tương quan cao, đạt 0,65; tháng lại hệ số tương quan đạt xấp xỉ 0,5 Nghiên cứu tiền đề cho việc đánh giá mối liên hệ mưa - dòng chảy, tác động bậc thang thủy điện đến thay đổi dòng chảy LVS Đồng Nai Từ khóa: Xu biến đổi, lượng mưa, dòng chảy, kiểm định Mann-Kendall, hệ số tương quan Pearson, LVS Đồng Nai Mở đầu Có nhiều chứng diễn biến phức tạp yếu tố khí hậu tồn giới năm gần [1,2] Sự ảnh hưởng biến đổi khí hậu (BĐKH), cụ thể thay đổi lượng mưa có tác động đến dòng chảy LVS, cụ thể dòng chảy mùa lũ có xu hướng tăng dòng chảy mùa kiệt có xu hướng giảm, đưa nguy tăng lũ lụt hạn hán LVS Sự thay đổi dòng chảy LVS chịu ảnh hưởng phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH), bao gồm q trình thị hóa, thay đổi sử dụng đất, thay đổi hình thức mục đích khai thác tài nguyên nước [3] Trong bối cảnh đó, việc đánh giá xu biến đổi lượng mưa dòng chảy, mối liên hệ hai yếu tố có vai trò quan trọng việc đánh giá dự báo tiềm nguồn nước phục vụ phát triển KT- XH BVMT sinh thái LVS Lưu vực hệ thống sông Đồng Nai LVS có vai trò quan trọng phát triển KT- XH khu vực phía Nam nói riêng, có vùng kinh tế trọng điểm phía Nam kinh tế quốc gia nói chung Với diện tích 37.400 km2, lưu vực chiếm 14% tổng diện tích nước, bao gồm 11 tỉnh: Lâm Đồng, Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh, Đồng Nai, TP Hồ Chí Minh phần tỉnh Đắk Nơng, Long An, Bình Thuận, Ninh Thuận, Bà Rịa - Vũng Tàu LVS nằm khu vực đón gió mùa Tây Nam, lượng mưa lớn, trung bình từ 2000 - 2800 mm/năm [4] Trường Đại học Tài nguyên Môi trường TP HCM Trường Đại học Thủy Lợi Chuyên đề I, tháng năm 2017 17 Mục tiêu báo phân tích xu biến đổi theo thời gian không gian lượng mưa dòng chảy dựa liệu khí tượng thủy văn quan trắc vùng thượng lưu lưu vực dòng sơng Đồng Nai, phía Hồ Trị An (diện tích vùng nghiên cứu khoảng 14.025 km2) giai đoạn từ năm 1983 2012 Đây giai đoạn vùng nghiên cứu có đập thủy điện hoạt động phía thượng nguồn lưu vực đập Đa Nhim hoàn thành năm 1964 đập Đại Ninh hoàn thành năm 2008 Đồng thời, mối tương quan xu lượng mưa dòng chảy vùng nghiên cứu tính tốn đánh giá Nghiên cứu giúp hiểu rõ phân phối lượng mưa dòng chảy mối liên hệ hai yếu tố vùng thượng lưu sông Đồng Nai giai đoạn trước bậc thang Nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai vào hoạt động Nghiên cứu tiền đề cho việc đánh giá mối liên hệ mưa - dòng chảy tác động bậc thang thủy điện đến thay đổi dòng chảy LVS Đồng Nai ▲Hình 1.1 Vị trí địa hình vùng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 2.1 Số liệu quan trắc Số liệu mưa ngày trạm quan trắc mưa khu vực sử dụng, bao gồm trạm: Đà Lạt, Thanh Bình, Liên Khương, Thác Cạn, Di Linh, Đắk Nông, Bảo Lộc, Bù Đăng, Tà Lài Giai đoạn lấy số liệu 30 năm từ 1983 - 2012 Các giá trị mưa trung bình tháng trung bình năm tính tốn từ giá trị mưa ngày Số liệu lưu lượng dòng chảy trung bình tháng dòng sơng Đồng Nai lấy vị trí trạm thủy văn Thanh Bình trạm Tà Lài Chuỗi số liệu liên tục sử dụng từ năm 1983 - 2012 Diện tích lưu vực dòng sơng Đồng Nai đến vị trí trạm Thanh Bình 294 km2, đến trạm Tà Lài 8.850 km2 18 Chuyên đề I, tháng năm 2017 2.2 Phương pháp phân tích xu kiểm nghiệm Mann-Kendall Kiểm nghiệm Mann-Kendall kiểm nghiệm phi tham số để xác định xu chuỗi số liệu xếp trình tự theo thời gian [6] Việc kiểm nghiệm so sánh độ lớn tương đối thành phần tập mẫu khơng phải xét giá trị thành phần mẫu Điều giúp tránh xu giả tạo số giá trị cực trị cục gây sử dụng phương pháp tính tốn xu tuyến tính thơng thường Bên cạnh đó, phương pháp khơng cần biết tập mẫu tuân theo luật phân bố Trong nghiên cứu này, kiểm nghiệm MannKendall sử dụng để xác định xu biến đổi lượng mưa dòng chảy tương ứng với mức độ tin cậy khác 2.3 Phương pháp phân tích mối liên hệ hệ số tương quan Pearson Trong thống kê, hệ số tương quan cho biết độ mạnh mối tương quan tuyến tính hai biến số ngẫu nhiên Hệ số tương quan Pearson tính cách chia hiệp phương sai hai biến với tích độ lệch chuẩn chúng [7] Trong báo này, hệ số tương quan Pearson sử dụng để đánh giá tương quan mưa trung bình có trọng số (được xác định thơng qua phương pháp đa giác Thieesen) dòng chảy trung bình tháng tháng năm vị trí trạm Tà Lài mà khơng phân tích trạm Thanh Bình Nguyên nhân trạm Thanh Bình thượng nguồn vùng nghiên cứu, lưu lượng nhỏ (lưu lượng bình quân năm trạm Thanh Bình 8,94 m3/s, trạm Tà Lài 347,2 m3/s), nữa, lượng mưa tính tốn mang tính cục bộ, khơng phản ánh đặc điểm mưa toàn khu vực 2.4 Phương pháp nội suy khoảng cách nghịch đảo có trọng số Phương pháp nội suy nghịch đảo có trọng số (Inverse Distance Weighted) sử dụng để tìm phân bố theo khơng gian xu lượng mưa Phương pháp áp dụng để nội suy kết tính tốn xu Mann-Kendall tất trạm khí tượng khu vực Kết 3.1 Xu biến đổi lượng mưa Kết nghiên cứu thể khác biệt rõ rệt chuỗi số liệu trạm đo với xu tăng giảm khác tháng riêng biệt (Bảng 3.1) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ▲Hình 3.1 Phân bố xu biến đổi lượng mưa tháng (bên trái) tháng (bên phải) toàn khu vực Bảng 3.1 Số lượng trạm (tổng số trạm) thể xu biến đổi lượng mưa theo kiểm định Mann-Kendall ứng với độ tin cậy >90% >80% Tháng Xu tăng Xu giảm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII > 90% 2 1 - - - - > 80% 4 - - 1 > 90% - - - - - - 1 - - - > 80% - - - - - 1 - - - Cụ thể, mùa mưa, chuỗi số liệu tháng thể xu biến đổi rõ rệt nhất, với 4/9 trạm thể xu tăng trạm thể xu giảm ứng với mức độ tin cậy 80% Đối lập tháng tháng 8, kết kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall thể xu giảm với mức độ tin cậy 90% Vào mùa khô, kết tính xu mưa tháng 1, tháng tháng thể rõ xu tăng với mức độ tin cậy đạt 90% Các tháng lại xu tăng giảm khơng rõ rệt (1-2 trạm thể xu tăng với độ tin cậy >80%) Hình 3.1 thể phân bố xu biến đổi lượng mưa tháng (điển hình cho mùa khơ) tháng (điển hình cho mùa mưa) toàn khu vực Kết kiểm định Mann-Kendall lượng mưa tháng toàn vùng nghiên cứu ứng với độ tin cậy 85% thể Bảng 3.2 Tóm lại, kết kiểm định Mann-Kendall cho thấy, lượng mưa theo vùng có xu khác theo không gian Ở khu vực thượng lưu vùng nghiên cứu (các trạm Đà Lạt, Thanh Bình, Liên Khương Thác Cạn) tháng cho thấy, xu tăng, khơng có xu Bảng 3.2 Xu biến đổi lượng mưa trạm theo tháng (độ tin cậy 85%) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Đà Lạt + Thanh Bình Liên Khương + Thác Cạn + Di Linh + + + + - + Bảo Lộc Tà Lài + + Đắk Nông Bù Đăng + + + + + + + + + (-) thể xu giảm, (+) thể xu tăng + + - - - Chuyên đề I, tháng năm 2017 19 ▲Hình 3.2 Kiểm định Mann-Kendall trạm Thanh Bình trạm Tà Lài (Độ tin cậy + tương ứng với xu tăng; độ tin cậy – tương ứng với xu giảm) đáng kể xác định tháng lại Khu vực vùng nghiên cứu nơi thể xu tăng rõ rệt nhất, đặc biệt kết kiểm nghiệm MannKendall trạm Di Linh cho thấy, xu tăng tháng năm, trạm Bù Đăng tháng năm Ở hạ lưu vùng nghiên cứu (gần hồ Trị An), khu vực trạm Tà Lài thể xu lượng mưa giảm tương đối đáng kể (tháng 6, 8) 3.2 Xu biến đổi dòng chảy Dòng chảy trung bình tháng kiểm định phi tham số theo phương pháp Mann-Kendall trạm Thanh Bình (thượng lưu vùng nghiên cứu) trạm Tà Lài (hạ lưu vùng nghiên cứu) (Hình 3.3) Tại trạm Thanh Bình, xu tăng dòng chảy thể rõ nét Cụ thể, vào tháng mùa khô từ tháng - tháng 5, kết cho thấy, xu tăng với độ tin cậy 90% Ngồi ra, tháng giai đoạn mùa mưa khơng thể xu với độ tin cậy cao Trong đó, vị trí hạ lưu, kết kiểm định trạm Tà Lài cho thấy, xu đáng kể dòng chảy Tương tự lưu lượng lớn hàng năm dòng chảy trung bình năm trạm Tà Lài, phép phân tích kiểm định Mann-Kendall tuyến tính khơng cho thấy xu hướng thay đổi cụ thể dòng chảy 3.3 Mối liên hệ lượng mưa dòng chảy Tại khu vực Tà Lài, tương quan mưa trung bình có trọng số dòng chảy trung bình tháng cho thấy, dòng chảy có mối tương quan đồng biến với lượng mưa thời đoạn Với độ tin cậy 95%, hệ số tương quan Pearson tháng dao động từ 0,475 - 0,825 Ngồi ra, dòng chảy có trễ pha so với lượng mưa, trạm Tà Lài nằm phía hạ lưu khu vực nghiên cứu (Hình 3.5) Tuy nhiên, lượng mưa lượng dòng chảy đạt đỉnh (giá trị lớn vào tháng 9) Có thể thấy, mùa lũ, hệ số tương quan vào mùa lũ đạt giá trị tương đối cao Cụ thể, tháng 7, 8, hệ số tương quan lớn 0,65 Các tháng đầu cuối mùa lũ hệ số tương quan đạt 0,47 - 0,48 Điển hình tháng 10, trình mưa ▲Hình 3.3 Đường q trình mưa - dòng chảy tháng trạm Tà Lài ▲Hình 3.4 Đường q trình mưa - dòng chảy tháng 10 trạm Tà Lài 20 Chuyên đề I, tháng năm 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ▲Hình 3.5 Hệ số tương quan Pearson dòng chảy lượng mưa với độ tin cậy 95% (hình bên trái) phân bố lượng mưa - dòng chảy theo tháng năm trạm Tà Lài (hình bên phải) trung bình năm có xu hướng gia tăng q trình dòng chảy lại có xu giảm nhẹ (Hình 3.4) Điều có nghĩa đầu cuối mùa lũ, yếu tố mặt đệm (bao gồm sử dụng đất, thay đổi địa hình địa mạo, khai thác sử dụng nước) có ảnh hưởng lớn đến q trình hình thành dòng chảy Giữa mùa lũ, tầng đất có độ ẩm cao, hệ số tương quan mưa - dòng chảy cao hơn, nhiên đạt giá trị cao vào tháng (0,7) Trong mùa kiệt, hệ số tương quan đầu cuối mùa kiệt cao, đạt 0,63 - 0,825 Sự tương quan thể rõ nét tháng với hệ số tương quan 0,825 Tháng mùa kiệt, đồng thời tháng kiệt (tháng 1), hệ số tương quan đạt thấp 0,5 Có thể nhận thấy, tháng mùa khô, mưa yếu tố định đến chế độ dòng chảy mặt Dòng chảy sơng ngòi cung cấp chủ yếu nhờ nước ngầm Chính vậy, dù lượng mưa tháng có xu hướng gia tăng rõ rệt (Hình 3.3) dòng chảy trung bình tháng năm chí có xu hướng giảm nhẹ, hệ số tương quan mưa - dòng chảy thấp Kết luận Trong nghiên cứu này, lượng mưa dòng chảy giai đoạn 1983 - 2012 phân tích đánh giá nhằm xác định xu thay đổi theo thời gian, đa dạng phân bố theo không gian mối tương quan hai yếu tố lượng mưa dòng chảy giai đoạn trước bậc thang Nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai vào hoạt động Xu mưa khu vực đặc biệt thời điểm mùa mưa yếu tố quan trọng sông Đồng Nai đặc biệt khu vực hạ lưu lưu vực Qua việc áp dụng kiểm định Mann-Kendall chuỗi số liệu lượng mưa mức độ tin cậy khác nhau, xu mưa theo thời gian toàn khu vực nghiên cứu chủ yếu xu tăng, tập trung nhiều tháng 1, tháng Điều phù hợp với Kịch BĐKH Bộ TN&MT Ngoài ra, lượng mưa tháng gia tăng gia tăng lượng mưa ngày cực trị, hiểm họa lũ cực trị Bên cạnh đó, thơng qua sử dụng phương pháp nội suy khoảng cách nghịch đảo có trọng số, phân bố theo khơng gian xu thay đổi lượng mưa thể với tập trung xu tăng lượng mưa khu vực vùng nghiên cứu xu giảm khu vực hạ lưu vùng nghiên cứu (gần hồ Trị An) Kiểm định xu tương tự chuỗi số liệu dòng chảy cho thấy, dòng chảy khu vực thượng lưu khu vực thể xu tăng tương đối rõ rệt Trong khi, khu vực hạ lưu vùng nghiên cứu, dòng chảy khơng thể xu Nghiên cứu mối tương quan đa dạng tháng năm dòng chảy trung bình lượng mưa trung bình với độ tin cậy 95% Trong đó, giai đoạn mùa lũ, đầu cuối mùa kiệt, hệ số tương quan cao, đạt 0,65; tháng lại hệ số tương quan đạt xấp xỉ 0,5 Như vậy, thấy mối quan hệ mưa - dòng chảy khu vực không túy đồng biến Hệ số tương quan hai đại lượng không cao Điều cho thấy, mưa ra, yếu tố khác mặt đệm, việc khai thác sử dụng đất nước lưu vực cần xem yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến dòng chảy mặt khu vực thượng lưu sông Đồng Nai Bằng phương pháp tương quan đơn giản, dựa kịch BĐKH, theo dự tính chế độ mưa tương lai, sơ ước tính dòng chảy mặt tương ứng Phương pháp chưa hẳn có độ tin cậy cao, nhiều sở để định lượng dòng chảy mặt từ mưa, từ tiền đề cho nghiên cứu sâu mối liên hệ mưa - dòng chảy lưu vực ảnh hưởng bậc thang thủy điện đến dòng chảy tự nhiên lưu vực■ Chuyên đề I, tháng năm 2017 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dự án “Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước LVS Đồng Nai Viện quy hoạch Thủy lợi Miền Nam thực năm 2008 IPCC 2001a, Climate Change 2001: Synthesis Report A contribution of working groups I, II and III In: Watson, R.T., and the Core Writing Team (Eds.), Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Cambridge University Press, Cambridge, UK, 398 pp Kundzewicz, Z.W., 2005 Flood risk in the changing world—Yangtze floods In: Jiang, T., King, L., Gemmer, M., Kundzewicz, Z.W (Eds.), Climate Change and Yangtze Floods Science Press, Beijing, pp 246–258 Labat, D., Godderis, Y., Probst, J.L., Guyot, J.L., 2004 Evidence for global runoff increase related to climate warming Advances in Water Resources 27, 631–642 Buishand, T.A., 1982 Some methods for testing the homogeneity of rainfall records Journal of Hydrology 58, 11–27 Kendall, M.G., Rank Correlation Methods, Charles Griffin, London, 272 pp, 1975 Real Statistics Using Excel: Correlation: Basic Concepts, retrieved 2015-02-22 TRENDS OF RAINFALL AND RUNOFF AT UPSTREAM OF ĐONG NAI RIVER BASIN IN 1983-2012 Vũ Thị Vân Anh, Bùi Thị Tuyết, Nguyễn Thị Phương Chi Ho Chi Minh University of Natural Resources and Environment Trương Thị Thu Hằng Thuy loi Water Resources University ABSTRACT Using Mann-Kendall test to analyze the time series of daily rainfall at meteorological stations and runoff data at hydrological stations from 1983 to 2012, this paper examines the trends of rainfall and changes in hydrologic characteristics at the upstream area of Dong Nai River Basin At the same time, the paper assesses the linkage between runoff and rainfall in the region before the operation of four terraced hydropower plants Dong Nai 2, Dong Nai 3, Dong Nai 4, Dong Nai based on Pearson correlation coefficient The result shows that there was a significant positive trend of rainfall at all stations, especially in January, March and July The runoff analysis shows that there was a significant positive trend of runoff at the upstream area, but it was unclear at the downstream area The result also shows a diverse correlation between the average runoff and the average rainfall in different months of the year at 95% confidence level, in which Pearson correlation coefficient reaches over 0.65 in the middle of flood seasons, the beginning and the end of dry seasons, while this correlation coefficient is only approximately 0.5 in the remaining months The research is a precondition for assessing the relationship of rainfall - runoff as well as the impacts of terraced hydro-electric constructions on water flows of the Dong Nai river basin Keywords: Rainfall trend, runoff trend, Mann-Kendall test, Pearson correlation coefficient, Dong Nai river basin 22 Chuyên đề I, tháng năm 2017 ... tố lượng mưa dòng chảy giai đoạn trước bậc thang Nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai vào hoạt động Xu mưa khu vực đặc biệt thời điểm mùa mưa yếu tố quan trọng sông Đồng. .. điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai vào hoạt động Nghiên cứu tiền đề cho việc đánh giá mối liên hệ mưa - dòng chảy tác động bậc thang thủy điện đến thay đổi dòng chảy LVS Đồng Nai. .. tương quan xu lượng mưa dòng chảy vùng nghiên cứu tính tốn đánh giá Nghiên cứu giúp hiểu rõ phân phối lượng mưa dòng chảy mối liên hệ hai yếu tố vùng thượng lưu sơng Đồng Nai giai đoạn trước