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
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 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
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
– dòng chảy
Chƣơng 3. Đánh giá biến động của dòng chảy cực đoan dƣới tác động của
biến đổi khí hậu
12
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 khí hậu (BĐKH) đã đƣợc Svante Arrhenius, một nhà khoa
học ngƣời Thủy Điển, đề cập đến lần đầu tiên năm 1896, cho rằng sự đốt cháy nhiên
liệu hóa thạch sẽ dẫn đến khả năng cao hiện tƣợng nóng lên toàn cầu. Nghiên cứu
về vấn đề này bị gián đoạn do vào thời điểm đó ảnh hƣởng của con ngƣời là không
đáng kể so với yếu tố thiên nhiên. Đến cuối thập niên 1980, khi nhiệt độ bắt đầu
tăng lên nhanh thì hiện tƣợng nóng lên toàn cầu lại đƣợc chú 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 khí hậu Trái Đất và trở thành một
cơ sở khoa học khi nghiên cứu về vấn đề này. Dựa trên việc mở rộng, cải thiện khối
lƣợng lớn dữ liệu quan trắc và phân tích có độ tin cậy cao, IPCC đã đƣa ra những
bằng chứng mạnh mẽ rằng hiện tƣợng nóng lên toàn cầu quan trắc thấy trong 50
năm qua là do các hoạt động của con ngƣời. Đồng thời, sự hợp nhất cả nhân tố tự
nhiên và con ngƣời trong kết quả quan trắc và tính toán mô hình trong 140 năm
Những thay đổi trong khí hậu khu vực cho thấy tác động đến hệ thống sinh thái, vật
lý và có dấu hiệu về tác động của nó đối với hệ thống kinh tế, xã hội. Xu hƣớng
tăng nhiệt độ đã tác động đến hệ thống tài nguyên nƣớc và các hệ sinh thái ven biển,
trong lục địa ở nhiều nơi trên thế giới, dẫn tới chi phí kinh tế xã hội tăng lên do biến
tăng mạnh trong 75 năm qua với bƣớc thời gian thay đổi là 15 năm. Để giải quyết
bài toán này, phải giải quyết nhiều vấn đề nảy sinh khi sử dụng chuỗi dữ liệu toàn
cầu nhƣ sự không đồng bộ trong độ dài chuỗi dữ liệu, hay thiếu số liệu. Mặc dù đã
cung cấp một cái nhìn tổng quan về xu hƣớng biến đổi dòng chảy toàn cầu, dòng
14
chảy tăng 4% với 1
o
C tăng lên của nhiệt độ; thực tế phần lớn các nghiên cứu theo
hƣớng này lại đƣợc thực hiện trên quy mô khu vực, vì thế vấn đề cần chuỗi số liệu
dài và tƣơng đối đầy đủ là bức thiết. Hƣớng nghiên cứu chuỗi lịch sử đƣợc thực
hiện ở hầu hết các nghiên cứu. Những thay đổi nhiệt độ không khí trung bình đƣợc
bổ sung bằng cách tăng những lƣợng cụ thể vào chuỗi nhiệt độ lịch sử và thay đổi
lƣợng mƣa bằng phép toán tích với hệ số xác định.
Hƣớng tiếp cận này có khả năng cung cấp những thông tin hữu ích về các
đặc tính thủy văn trong điều kiện khí hậu tƣơng lai. Tuy nhiên, do hầu hết các mô
hình thủy văn sử dụng các giá trị điểm hay trung bình lƣu vực của dữ liệu khí tƣợng
nên đã vấp phải một vấn đề là đầu ra của mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) quá lớn,
phải đƣợc chuyển sang phạm vi nhỏ hơn phù hợp với các đánh giá tác động trên quy
mô địa phƣơng. Xu Z.X. (2008) [38] sử dụng 4 kết quả của mô hình khí hậu toàn
cầu GCMs, và phƣơng pháp chi tiết hóa thống kê để xây dựng các biến khí hậu địa
phƣơng mƣa và nhiệt độ trong tƣơng lai. Dữ liệu này đƣợc sử dụng làm đầu vào cho
mô hình thủy văn phân bố SWAT để tính toán chế độ dòng chảy tƣơng lai tƣơng
ứng trong lƣu vực thƣợng nguồn Yellow. Kết quả cho thấy xu hƣớng giảm dòng
chảy trung bình năm và tăng lƣợng thiếu hụt tài nguyên nƣớc trên lƣu vực nghiên
cứu, tuy nhiên biến động thủy văn tƣơng ứng với mỗi số liệu biến đổi GCMs tƣơng
đối lớn. Kim U. & nnk (2008) [29] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối
với cả chế độ thủy văn và tài nguyên nƣớc trên lƣu vực thƣợng lƣu sông Blue Nile ở
Ethiopia, khu vực có dữ liệu quan trắc hạn chế. Nghiên cứu này cũng sử dụng đầu
ra của mô hình khí hậu GCMs làm đầu vào cho mô hình thủy văn 2 bể chứa đơn.
phƣơng pháp này yêu cầu một hệ thống máy tính lớn để lƣu trữ và thực hiện các
phép tính toán. Tuy nhiên trong nghiên cứu lại không đề cập đến phƣơng pháp tính
hệ số tỉ lệ cho việc chỉnh sai. Với phƣơng pháp nội suy phi tuyến yêu cầu phải nắm
rõ tác động từ các nút đến điểm trạm. Trong trƣờng hợp không xác định rõ đƣợc
trọng số của các nút thì việc sử dụng phƣơng pháp này sẽ ảnh hƣởng đến kết quả
nội suy. Kết quả đều rất tốt đối với cả mƣa và nhiệt độ tháng. Kết quả hiệu chỉnh
mô hình thủy văn khá tốt thông qua chỉ số Nash 0.77 với sai số dòng chảy tổng vƣợt
5.5%, đƣợc thực hiện tại trạm Hà Nội. Phƣơng pháp chỉnh sai có thể mô phỏng tốt
Copyright: Tài liệu đại học ©