BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU ĐẾN LŨ VÀ NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

MẠC ĐÌNH NAM

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU ĐẾN LŨ VÀ NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA

MẠC ĐÌNH NAM

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 62.44.02.24
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS TRẦN HỒNG THÁI

HÀ NỘI, NĂM: 2017


TÁC GIẢ LUẬN VĂN Học
viên thực hiện

Mạc Đình Nam


22

LỜI CẢM ƠN
Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Hồng Thái đã tận tình
hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, qua đây
học viên cũng bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới ThS. Hoàng Văn Đại đã có những
định hướng bước đầu khi tác giả bắt đầu thực hiện luận văn, cùng các Thầy, Cô
trong Trường Đại học tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Đặc biệt là các Thầy, Cô
trong Khoa Khí tượng Thủy văn đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá
trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây học viên cũng gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo, đồng nghiệp Đài Khí
tượng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình
tham gia khóa học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian cũng như hạn chế về
nguồn số liệu thực đo nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong
nhận được sự cảm thông và những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để
em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Học viên

Mạc Đình Nam


33

thiết

nghiên

cứu

1.
Mục
tiêu...................................................................................................................2
2.
Nội
dung
nghiên
...............................................................................................2

cứu

3.
Phương
pháp
cứu.........................................................................................2

nghiên

III. Cấu trúc luận văn ..................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU..........................................................4
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu lũ và ngập lụt........................................................4
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu lũ và ngập lụt trong và ngoài nước ........................4
1.1.2. Tổng quan về lũ và ngập lụt hạ lưu sông Ba.....................................................8
1.2.

hậu

1.2.3.
Đặc
điểm
thủy
[11]...................................................................................25

văn


44

1.2.4. Hệ thống hồ chứa và quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ lưu vực sông
Ba
...................................................................................................................................2
6
1.2.5.
Các
hình
thế
thời
.........................................................29

tiết

gây

1.2.6.
Đặc


lũ

và

ngập

lụt


55

2.2. Lựa chọn mô hình toán ......................................................................................33
2.2.1. Các mô hình toán thủy văn, thủy lực ứng dụng trong tính toán lũ, ngập lụt ..33
2.2.2. Lựa chọn công cụ tính toán mô phỏng, đánh giá lũ và ngập lụt .....................35
2.3. Cơ sở lý thuyết và thiết lập mô hình thủy văn ...................................................36
2.3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................36
2.3.2. thiết lập mô hình
...............................................................................................41
2.4. Cơ sở lý thuyết và thiết lập mô hình MIKE 11 .................................................43
2.4.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................43
2.4.2. Thiết lập mô hình thủy lực ..............................................................................47
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN LŨ,
NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA...........................................................................52
3.1. Tham số hóa mô hình mô phỏng thủy văn, thủy lực, ngập lụt...........................52
3.1.1 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình thủy văn ..........................................................52
3.1.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực.....................................................55
3.1.3. Mô phỏng kiểm tra ngập lụt ............................................................................59
3.2. Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu hạ lưu sông Ba ..........................................61
3.2.1. Biến đổi của nhiệt độ không khí .....................................................................61

Khí tượng thủy văn

NTB

Nam Trung Bộ

KBN

Kịch bản nền

RCP4.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp

RCP8.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao


77

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tốc độ gió trung bình tháng và năm (Đơn vị: m/s) ..................................18
Bảng 1.2: Nhiệt độ trung bình tháng và năm (Đơn vị: 0C) .......................................20
Bảng 1.3: Một số năm đặc trưng mưa (Đơn vị: mm)................................................22
Bảng 1.4: Lượng mưa trung bình nhiều năm các tháng (Đơn vị: mm).....................23
Bảng 1.5: Độ ẩm tuyệt đối trung bình tháng và năm (mb) .......................................24
Bảng 1.6: Độ ẩm tương đối trung bình tháng và năm (Đơn vị: %) ..........................25
Bảng 1.7: Lưu lượng lũ lớn nhất tại một số trạm trên lưu vực sông Ba ...................26
Bảng 1.8: Bảng thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa chính lưu vực sông Ba27

Bảng 3.15: Biến đổi của lượng mưa mùa xuân (%) so với thời kỳ cơ sở .................65
Bảng 3.16: Biến đổi của lượng mưa mùa hè (%) so với thời kỳ cơ sở .....................66
Bảng 3.17: Biến đổi của lượng mưa mùa thu (%) so với thời kỳ cơ sở....................67
Bảng 3.18: Mực nước biển dâng theo kịch bản cho khu vực nghiên cứu.................67
Bảng 3.19: Lưu lượng trung bình tháng các thời kỳ, kịch bản RCP8.5 tại các trạm
thủy văn
.....................................................................................................................68
Bảng 3.20: Lưu lượng trung bình tháng các thời kỳ, kịch bản RCP4.5 tại các trạm
thủy văn
.....................................................................................................................69
Bảng 3.21: Lưu lượng đỉnh lũ 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm
thủy văn trên hệ thống sông Ba theo kịch bản RCP8.5.............................................70
Bảng 3.22: Lưu lượng đỉnh lũ 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm
thủy văn trên hệ thống sông Ba theo kịch bản RCP4.5.............................................71
Bảng 3.23: Mực nước đỉnh lũ tại trạm Phú Lâm các kịch bản .................................73
Bảng 3.24: Diện tích ngập ứng với mức ngập lớn nhất các kịch bản .......................76
Bảng 3.25: Tác dụng điều tiết của hồ chứa (diện tích ngập lụt giảm) ......................76
Bảng 3.26: Thay đổi diện tích ngập ứng với mức ngập lớn nhất..............................76
Bảng 3.27: Thay đổi diện tích ngập ứng với mức ngập lớn nhất..............................77


viii
1
0

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới sông lưu vực sông Ba ..................................................10
Hình 1.2: Bản đồ khu vực tỉnh Phú Yên (Tỉ lệ 1:600 000) .......................................11
Hình 1.3: Bản đồ địa hình lưu vực sông Ba ..............................................................14
Hình 1.4: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Ba ........................................................16

1

DANH MỤC HÌNH
Hình 3.11: Mực nước đỉnh lũ tại Phú Lâm thay đổi so với KBN .............................74
Hình 3.12: Mực nước đỉnh lũ tại Phú Lâm thay đổi so với KBN .............................75
Hình 3.13: Diện tích ngập thay đổi so với KBN trong trường hợp ..........................77
Hình 3.14: Diện tích ngập thay đổi so với KBN trong trường hợp ..........................77


1
x
2

THÔNG TIN LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Mạc Đình Nam
+ Lớp: CH2AT Khoá: 2
+ Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Trần Hồng Thái
+Tên đề tài: “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và
ngập lụt hạ lưu sông Ba’’
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Đánh giá được dòng chảy mùa lũ, mực nước lũ, đỉnh lũ, mức độ ngập lụt
trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
- Đề xuất các giải pháp thích ứng và giảm thiểu rủi ro.
Nghiên cứu đã sử dụng mô hình NAM, MIKE11, để đánh giá được dòng chảy
mùa, lũ mực nước lũ, đỉnh lũ và sử dụng công cụ ArcGIS để phân tích mực nước lũ
ảnh hưởng đến quá trình ngập lụt vùng hạ lưu. Và bên cạnh đó, các phương pháp
truyền thống cũng được sử dụng một cách linh hoạt để có được kết quả chính xác
và khách quan. Cụ thể luận văn đã sử dụng kết hợp phương pháp kế thừa, phương
pháp thống kê, phương pháp phân tích tổng hợp, và phương pháp chuyên gia.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

ở Việt Nam cho thấy với sự tăng nhiệt độ và bốc hơi, dòng chảy tăng vào mùa lũ gây lũ lụt nghiêm trọng thêm và giảm vào mùa cạn gây hạn hán khốc liệt hơn[1].
- Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực được đánh giá có TNN vào loại
không phong phú. Dòng chảy trên lưu vực sông Ba không lớn, mô đun dòng chảy
năm đạt khoảng 25,72 l/s.km2. Trong đó, lượng dòng chảy lại tập trung chủ yếu vào
3 - 4 tháng mùa lũ và chiếm khoảng 70-75% lượng dòng chảy năm. [2] Do vậy, đề
tài luận văn “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và
ngập lụt hạ lưu sông Ba” là cơ sở khoa học và thực tiễn ứng phó với lũ lụt trên lưu
vực sông góp phần giảm nhẹ thiên tai và phát triển kinh tế xã hội của lưu vực sông
Ba trong bối cảnh biến đổi khí hậu.


2

II. Mục têuvà phương pháp nghiên cứu
1. Mục têu
- Đánh giá được diễn biến lũ, lụt và ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và
ngập lụt hạ lưu sông Ba.
- Bước đầu đề xuất được một số giải pháp ứng phó với lũ lụt trên lưu vực
sông nghiên cứu trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
2. Nội dung nghiên cứu
 Tổng quan về vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế vùng nghiên
cứu, đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Ba,
 Phương pháp, lựa chọn mô hình và thu thập số liệu.
- Nghiên cứu một số mô hình toán thủy văn, thủy lực ứng dụng trong tính toán
lũ, ngập lụt
- Lựa chọn công cụ tính toán mô phỏng, đánh giá lũ và ngập lụt
- Thu thập số liệu khí tượng thủy văn
 Thiết lập mô hình thủy văn, hiệu chỉnh mô hình và kiểm định mô hình
 Thiết lập mô hình thủy lực diễn toán dòng chảy hạ lưu, hiệu chỉnh và kiểm
định

trưởng kinh tế, đô thị hóa, công nghiệp hóa, phá rừng, mở rộng khu dân cư, di
canh, di cư... đã làm cho xã hội trở nên dễ bị tổn thương hơn trước từ các hiểm
họa tự nhiên.
a. Các nghiên cứu lũ và ngập lụt nước ngoài
Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng mô hình dự báo lũ bao gồm: Mô
hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô hình Mike 11 tính toán thủy
lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Mô hình này được áp dụng
rộng rãi và thành công ở nhiều nước trên thế giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình
đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu
vực sông ở Bangladesh và Indonesia. Tác giả Wallingford kết hợp với Hacrow đã
xây dựng phần mềm ISIS cho tính toán dự báo lũ và ngập lụt. Phần mềm bao gồm
các môđun: Mô hình đường đơn vị tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; mô
hình ISIS tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt.
Phần mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đã được
áp dụng cho sông Mê Kông trong chương trình Sử dụng Nước do ủy hội Mê Kông
Quốc tế chủ trì thực hiện. Ở Việt Nam, mô hình ISIS được sử dụng để tính toán
trong dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài trợ
[14,15].
Năm 2007, tác giả Edna Mathew Ruji đã sử dụng mô hình 2 chiều SOBEK
tính toán ngập cho 1 nhánh sông dài 30 km của Sungai Sarawak huyện Sarawak tỉnh
Malaysia. Dữ liệu địa hình sử dụng là bản đồ số hóa DEM của LiDar. Kết quả tính
toán thể hiện được khu vực ngập [18].
Vào năm 2008, P.Vanderkimpen đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng lũ bằng
ứng dụng mô hình MIKE FLOOD để kịp thời cho công tác di tản dân cư ở khu vực


đồng bằng ven biển của Bỉ. Bằng mô hình thủy lực MIKE FLOOD, các chuyên gia đã
tìm ra được khả năng ảnh hưởng của lũ, diện ngập có thể xảy ra qua đó ước tính



tỉnh Quảng Bình sử dụng mô hình MIKE FLOOD. Các tài liệu lưu lượng đầu vào
được mô phỏng từ mưa bằng mô hình NAM. Bộ thông số mô hình kết nối 1-2 chiều


6

được hiệu chỉnh và kiểm định bằng tài liệu thực đo mực nước hai trận lũ lớn
năm


7

1999 và 2000 tại trạm Lệ Thủy nằm giữa khu vực nghiên cứu kết hợp với các tài
liệu đo đạc diện ngập lụt của trận lũ lịch sử 1999. Kết quả tính toán bằng mô hình
tương đối phù hợp với thực đo chứng tỏ khả năng ứng dụng của mô hình trong
công tác xây dựng bản đồ ngập lụt và cảnh báo thiên tai lũ lụt cho khu vực hạ lưu
[3].
Năm 2012, tác giả Vũ Thị Thu Lan nghiên cứu biến động của thiên tai ngập
lụt và hạn hán tỉnh Quảng Nam trong bối cảnh Biến đổi khí hậu bằng cách sử dụng
mô hình Mike 11 - GIS. Kết quả tính toán cho thấy việc áp dụng mô hình Mike 11 –
GIS là phù hợp với điều kiện tự nhiên, số liệu, tài liệu hiện có. Mô hình được áp
dụng trong quá trình dự báo, cảnh báo thiên tai nhằm quản lý rủi ro, giảm thiểu
thiệt hại do lũ gây ra [4].
Năm 2012 tác giả Trần Ngọc Anh và nnk đã giới thiệu kết quả tính toán mức
độ ngập lụt tỉnh Hưng Yên từ các kết quả mô phỏng bằng mô hình thủy lực kết nối
1-2 chiều MIKE FLOOD. Bộ mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với các đợt ngập
lụt do mưa gây ra năm 2004 và 2008; sau đó tiến hành mô phỏng ngập lụt với các
kịch bản mưa tần suất 1%, 5%, 10%. Từ đó đánh giá nguy cơ ngập lụt các khu vực
trũng trên địa bàn tỉnh, sản phẩm được thể hiện dưới dạng bản đồ ngập lụt,
thuận tiện cho các cơ quan quản lý có kế hoạch phòng chống lũ, ngập úng cũng

thông số mô hình kết nối 1-2 chiều được hiệu chỉnh và kiểm định với các chuỗi số
liệu thực đo vào tháng 9, 10 các năm 2000 đến 2007. Ngoài ra mô hình cũng được
kiểm định với các số liệu đo tăng cường vào các tháng 6 năm 2009 và tháng 4 năm
2013. Dựa trên các kết quả tính toán thủy lực ứng với các tổ hợp xả lũ hồ Dầu Tiếng
với các điều kiện mưa và triều ở hạ du, bài báo sẽ xác định khu vực ảnh hưởng
chính của xả lũ, triều hoặc vùng ảnh hưởng triều và lũ kết hợp trên sông Sài Gòn.
Việc phân vùng ảnh hưởng là cơ sở cho việc xây dựng quy trình vận hành đảm bảo
an toàn hạ du công trình của hồ Dầu Tiếng, cũng như hỗ trợ các cơ quan hữu quan
đưa ra các giải pháp chống ngập thích hợp với từng vùng [7].
Nghiên cứu của Huỳnh Thị Lan Hương về “Nghiên cứu đánh giá tác động của
biến đổi khí hậu đến ngành nông nghiệp tỉnh Quảng Ngãi” đã sử dụng mô hình
MKIE 11 để tính toán khả năng ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Trà Khúc và
sông Vệ do tá động của BĐKH. Kết quả cho thấy, trong bối cảnh BĐKH, nước biển
có khả năng dâng cao, gây ngập lụt vùng đồng bằng ven biển. Theo tính toán,
BĐKH sẽ diễn ra ở Quảng Ngãi chủ yếu theo hướng tăng nhiệt độ trong các tháng
mùa đông và thay đổi quy luật phân bố của nhiệt độ và mưa; các tác động của
BĐKH đến sản xuất nông nghiệp của thể hiện chủ yếu qua sự suy giảm năng suất
cây lúa và diện tích đất nông nghiệp có nguy cơ bị ngập do BĐKH và NBD lớn nhất
theo kịch bản A2 giai đoạn 2080 - 2099 chiếm 6,21% tổng diện tích toàn tỉnh và
23,5% tổng diện tích đất nông nghiệp [8].
TS.Trần Duy Kiều và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trong đề tài:
“Nghiên cứu nhận dạng lũ lớn, phân vùng nguy cơ lũ lớn và xây dựng bản đồ ngập
lụt phục vụ cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Lam”. Kết quả cho thấy, nhóm tác giả đã
áp dụng thành công một số phương pháp, mô hình nhận dạng lũ như HEC, SSARR,