TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Vị trí địa lý
Hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn là một trong chín hệ thống sông lớn ở nước ta và là hệ thống sông lớn nhất ở khu vực Nam Trung Bộ
Hình 1 Bản đồ lưu vực sông Vu Gia đến trạm Thành Mỹ
Phía Bắc lưu vực giáp lưu vực sông Cu Đê
Phía Nam lưu vực giáp lưu vực sông Trà Bồng và Sê San
Phía Tây giáp Lào, giới hạn bởi khối núi Nam – Ngãi – Định thuộc phần đầu dãy Trường Sơn Nam với những đỉnh núi cao trên 2000m
Phía Đông giáp Biển Đông và lưu vực sông Tam Kì
Sông Vu Gia, bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, được hình thành từ sự hợp nhất của các nhánh sông Cái, sông Bung và sông Côn, có diện tích lưu vực khoảng 5.500 km² Sông chảy qua các huyện Đông Giang, Tây Giang, Nam Giang, Phước Sơn, Đại Lộc và Điện Bàn, với diện tích lưu vực tính đến trạm thủy văn Thành Mỹ khoảng 1.800 km² Ngoài ra, sông Vu Gia còn liên kết với hệ thống sông Thu Bồn thông qua sông Quảng Huế.
Địa hình
Lưu vực Vu Gia có địa hình phức tạp và bị chia cắt mạnh, với xu hướng nghiêng từ Tây sang Đông Điều này tạo nên sự đa dạng trong cấu trúc địa hình, bao gồm núi, trung du và đồng bằng.
Vùng núi ở sườn Đông dãy Trường Sơn Nam là thượng nguồn của các dòng sông, với địa hình dốc và bị chia cắt mạnh Khu vực này có độ cao từ 1000m trở lên, nổi bật với những đỉnh núi cao như Núi Mang (1768m) và Bà Nà (1467m).
A Tuất (2500m), Lum Heo (2045m), núi Tiên (2032m) ở thƣợng nguồn sông Vu Gia, Ngọc Linh (2598m), Hòn Ba (1358m) ở thƣợng nguồn sông Tranh
Vùng trung du là khu vực chuyển tiếp giữa núi và đồng bằng, có độ cao từ 100m đến dưới 800m Địa hình nơi đây có độ dốc giảm dần từ Bắc vào Nam, bắt đầu từ huyện Trà My và kết thúc tại huyện Duy Xuyên Trong khi đó, đồng bằng sông Vu Gia nằm ở độ cao dưới 30m, với địa hình tương đối bằng phẳng, chủ yếu tập trung ở phía Đông lưu vực Đặc điểm của lưu vực này là các đồi núi gần biển, khiến cho đồng bằng trở nên nhỏ hẹp và kéo dài theo hướng Bắc – Nam.
Địa chất
Lưu vực sông Vu Gia thuộc lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, nằm trong ba đới kiến tạo Khâm Đức, A Vương – Sê Kông và Nông Sơn Đới A Vương – Sê Kông chiếm diện tích lớn phía Bắc lưu vực, hình thành một nếp lớn có trục á vĩ tuyến, được giới hạn phía Bắc bởi đứt gãy Sơn Trà – A Trép và phía Nam bởi đứt gãy Tam Kỳ – Phước Sơn Phức hệ này đặc trưng bởi tổ hợp đá phun trào mafic và trầm tích silic Đới Nông Sơn nằm ở trung tâm vùng nghiên cứu, với giới hạn phía Bắc là đứt gãy sông Vu Gia, phía Nam là đứt gãy Thăng Bình – Hiệp Đức, và phía Tây là đứt gãy sông Tranh, bao gồm bốn phức hệ khác nhau.
- Phức hệ tiền Cambri gồm các thành tạo hệ tầng Khâm Đức lộ ra ở Thành
- Phức hệ Seriot clorit gồm đá phiến sericot clorit, đá phiến thạch anh sericot clorit, đá phiến thạch anh seriot clorit
Phức hệ hoạt hóa Paleozoi thượng – Mesozoi hạ được đặc trưng bởi sự kết hợp của trầm tích lục nguyên, hoạt động phun trào từ hệ tầng sông Bung, cùng với các thành tạo magma của phức hệ Bến Giằng và Quế Sơn.
Phức hệ Mesozoi thượng bao gồm các trầm tích than thuộc hệ tầng Nông Sơn, Bàn Cờ, Khe Rèn và Hữu Chánh Khu vực Đới Khâm Đức có cấu trúc phức tạp, được giới hạn với các đới khác bởi đứt gãy Tam.
Kì – Phước Sơn ở phía Bắc, đứt gãy Hương Nhượng – Tà Vi ở phía Nam, đứt gãy Pô
Cô ở phía Tây, nơi có các phức hệ địa chất quan trọng như phức hệ tiền Cambri, phức hệ paleozoi hạ và phức hệ Kainozoi hạ, bao gồm thành tạo basalt và trầm tích đệ tứ.
Thổ nhƣỡng
Lưu vực hệ thống sông Vu Gia gồm các nhóm đất chính sau:
Nhóm đất cồn cát và đất cát biển có diện tích khoảng 9.779ha, được hình thành dọc ven biển từ Đà Nẵng đến Duy Nghĩa, với các dải cát có chiều rộng khác nhau.
- Nhóm đất mặn: nhóm này có diện tích khoảng 3.058ha, phân bố ở vùng phía Đông huyện Duy Xuyên, Hội An
- Nhóm đất phèn: Phân bố ở vùng đông huyện Điện Bàn, chiếm diện tích khoảng 629 ha
- Nhóm đất phù sa: phân bố ở hạ lưu sông Thu Bồn và một số vùng trung lưu
- Nhóm đất xám bạc màu: phân bố ở hầu hết các huyện vùng trung du sông Thu Bồn, diện tích 12.910ha
- Nhóm đất vàng phân bố ở các huyện trung du và miền núi nhƣ Trà My, Tiên Phước, Quế Sơn, Hiệp Đức… chiếm diện tích 275.041ha
- Nhóm đất mùn đỏ trên núi phân bố chủ yếu ở vùng núi cao Trà My
- Nhóm đất thung lung dốc tụ phân bố ở vùng trung du và núi cao Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn, chiếm diện tích 3.997ha.[6]
Thực vật
Là nơi giao lưu của nhiều luồng thực vật, nên thành phần thực vật trong lưu vực sông Vu Gia khá đa dạng, phong phú với các kiểu rừng:
- Kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới, phân bố từ độ cao trên 1.000m
- Kiểu rừng kín nửa rụng lá hơi ẩm nhiệt đới
- Kiểu rừng thƣa lá cây rộng hơi khô nhiệt đới
- Kiểu rừng thƣa cây lá kim hơi khô nhiệt đới
- Kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới núi thấp, phân bố ở độ cao dưới 1.000m
Tính đến đầu 12/1998, diện tích rừng tỉnh Quảng Nam là 439.748ha, chiếm 38.5% diện tích toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng tự nhiên 405.050ha, rừng trồng 34.968ha.[6]
Mạng lưới sông suối
Hệ thống Vu Gia do dòng chính sông sông Vu Gia tạo thành Sông Vu Gia có một số nhánh lớn gồm:
Sông Cái bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2.000m ở biên giới Tây Nam tỉnh Quảng Nam, với đầu nguồn nằm tại tỉnh Kon Tum và chiều dài sông trên địa phận tỉnh này khoảng 38km Sông chảy theo hướng từ nam đến bắc, sau đó chuyển sang hướng tây nam đến đông bắc Diện tích lưu vực sông Cái tính đến trạm thủy văn Thành Mỹ là 1.850km², trong khi chiều dài lòng sông chính đạt 130km.
Sông Bung bắt nguồn từ vùng núi cao phía Tây Bắc tỉnh Quảng Nam và chảy theo hướng từ Tây sang Đông Với diện tích lưu vực lên tới 2.297 km², sông Bung có chiều dài chính ấn tượng.
130km Sông Bung có nhiều nhánh, trong đó nhánh sông A Vương là lớn nhất có chiều dài 84km
Sông Côn bắt nguồn từ vùng núi Tây Bắc huyện Hiên, tỉnh Quảng Nam, với diện tích lưu vực lên tới 765 km² Chiều dài của sông Côn tính đến cửa ra là 54 km, nằm cách cửa sông Bung khoảng 15 km về phía hạ lưu.
Hệ thống sông ở miền Trung - Tây Nguyên, đặc biệt là sông Vu Gia - Thu Bồn tại Quảng Nam, có tiềm năng thủy điện lớn nhờ lượng mưa hàng năm cao (≥ 2.000 mm) Theo Công ty Tư vấn xây dựng điện 1, khu vực này có 10 công trình thủy điện với tổng công suất lắp máy 1.279 Mw, gấp 1,76 lần Nhà máy Thủy điện Yaly, sản lượng điện trung bình hàng năm đạt 4.751,3 tỷ kWh.
Khí hậu
Hệ thống sông Vu Gia thuộc khu vực Trung Trung Bộ, nơi có khí hậu nhiệt đới gió mùa đặc trưng Lưu vực của sông nằm ngay phía Nam dãy Bạch Mã, tạo nên những đặc điểm khí hậu riêng biệt cho khu vực này.
Mã và sườn phía đông dãy Trường Sơn được bao quanh bởi các đồi núi cao ở phía Bắc, Tây và Nam, trong khi phía Đông giáp biển, tạo nên khí hậu đặc trưng cho lưu vực Vu Gia.
Số giờ nắng trung bình hàng năm dao động từ 1800 đến 2260 giờ, với mức trung bình hàng tháng đạt từ 200 đến 255 giờ trong mùa hè và dưới 150 giờ trong mùa đông Tháng Bảy ghi nhận số giờ nắng cao nhất, trong khi tháng Mười Hai có số giờ nắng thấp nhất.
Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 24 đến 26 độ C, với xu hướng cao hơn ở các đồng bằng ven biển và thấp hơn ở miền núi, giảm dần theo độ cao Nhiệt độ không khí thay đổi theo mùa, trong đó tháng 6 và tháng 7 thường có nhiệt độ trung bình cao nhất, vượt quá 29 độ C, trong khi tháng 1 là tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất Nhiệt độ cao tuyệt đối có thể đạt được trong năm.
35 o C Nhiệt độ trung bình tối thấp tuyệt đối dưới 15 o C.[6]
Tốc độ gió trung bình hàng năm dao động từ 0,8 m/s đến 1,8 m/s, và chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện địa hình Trong năm, có hai mùa gió chính: gió mùa tây nam xuất hiện vào các tháng 5, 6, 7 với tần suất 20-30%, mang theo không khí nóng khô; và gió mùa đông bắc thịnh hành trong các tháng 11, 12, 1, 2, mang lại không khí lạnh.
Độ ẩm không khí có mối liên hệ chặt chẽ với nhiệt độ và lượng mưa Trong mùa mưa, độ ẩm không khí ở vùng đồng bằng ven biển có thể đạt từ 85-88%, trong khi vùng núi có thể lên tới 90-95% Ngược lại, vào mùa khô, độ ẩm ở đồng bằng ven biển giảm xuống dưới 80%, còn vùng núi dao động từ 80-85% Trong những ngày có độ ẩm thấp nhất, chỉ số này có thể xuống tới 20-30% Đặc biệt, độ ẩm tương đối trung bình trong các tháng mùa đông xuân thường khá cao.
(từ tháng IX đến tháng IV) và thấp trong các tháng cuối hè đầu thu (tháng V – VIII), thấp nhất vào tháng V có thể đạt trên 40%.[6]
Khả năng bốc hơi phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu như nhiệt độ không khí, ánh nắng, gió và độ ẩm Lượng bốc hơi tiềm năng trung bình hàng năm dao động từ khoảng 1000 mm ở vùng núi cao đến gần 1500 mm ở vùng đồng bằng ven biển Trong các tháng mùa hè thu (III-X), lượng bốc hơi tiềm năng trung bình tháng thường lớn hơn 100 mm, đạt đỉnh vào tháng Năm với 120-130 mm ở miền núi và 150-160 mm ở đồng bằng Trong khi đó, vào mùa đông xuân, lượng bốc hơi tiềm năng trung bình tháng chỉ đạt 50-100 mm, thấp nhất vào tháng Mười Hai với 50-70 mm.
Lượng mưa trung bình hàng tháng trong năm không phân phối đều, với hai đỉnh rõ rệt Đỉnh phụ xảy ra vào tháng 5-6 do ảnh hưởng của mưa tiểu mãn, đặc biệt rõ nét hơn ở phía Tây, tạo thành thời kỳ tiểu mãn trên lưu vực sông Bung Đỉnh mưa lớn nhất trong năm thường rơi vào tháng 10.
XI Mùa mưa hàng năm thường chỉ kéo dài 4 tháng, từ tháng IX đến tháng XII, nhƣng lƣợng mƣa mùa này chiếm tới (70-80)% lƣợng mƣa năm Mùa khô (từ tháng I đến tháng VIII) tuy kéo dài tới 8 tháng, nhƣng lƣợng mƣa chỉ chiếm (20-30)% lƣợng mƣa năm, trong đó lƣợng mƣa của 3 tháng liên tục nhỏ nhất chỉ chiếm (3-6)% và thường xuất hiện vào các tháng I-III ở phần phía tây lưu vực và các tháng II-IV ở các nơi khác
Hầu hết các huyện trên lưu vực Vu Gia trải qua mùa khô kéo dài từ tháng I đến hết tháng IV, trong khi tháng V và tháng VI có mưa tiểu mãn nhưng không đáng kể Mùa mưa chứng kiến lượng mưa tăng đột biến, với tháng X thường cao gần gấp đôi tháng IX, dẫn đến nguy cơ lũ cường độ lớn ở vùng miền núi do độ dốc cao của sông Nếu mưa kéo dài, hiện tượng lũ kép và ngập lụt ở vùng hạ du có thể xảy ra Đồng thời, vào mùa mưa, hàm lượng chất hữu cơ và sắt trong nước tăng nhanh, ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước.
Dưới đây là bảng lượng mưa trung bình năm tại một số trạm trên lưu vực lớn
Bảng 1 Lượng mưa trung bình tháng, năm tại một số trạm trên lưu vực sôngVu Gia - Thu Bồn
TT Tên trạm Thời kỳ quan trắc
Lƣợng mƣa trung bình tháng, năm (mm)
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Nguồn: Trung tâm Khí Tượng Thủy Văn Trung Ương
Hình 2 Phân phối lượng mưa trung bình tháng, năm tại một số trạm trong lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn
Đặc điểm thủy văn
Lưu vực sông Vu Gia, nằm trong khu vực có địa hình cao nhất ở trung tâm dải duyên hải Trung bộ, có khả năng đón gió thuận lợi, mang lại nguồn ẩm phong phú cho khu vực Hoàn lưu Tây Nam kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới gây ra mưa lớn từ tháng 5 đến tháng 8, dẫn đến hiện tượng mưa tiểu mãn và lũ tiểu mãn Trong khi đó, hoàn lưu Đông Bắc cùng với các nhiễu động khí quyển cung cấp lượng mưa lớn cho toàn lưu vực trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12.
Mặc dù khu vực nghiên cứu sở hữu nguồn nước mưa phong phú, nhưng lượng mưa lại phân phối không đều và chịu ảnh hưởng lớn từ biến động thời tiết, dẫn đến sự dao động dòng chảy trên các sông suối trong nhiều năm qua rất lớn.
Sự biến đổi dòng chảy qua các năm
Sự biến động lượng mưa mạnh mẽ là nguyên nhân chính gây ra sự biến động dòng chảy qua các năm ở khu vực duyên hải Nam Trung bộ và lưu vực sông nghiên cứu Khu vực này có hệ số biến động lượng mưa lớn, dao động từ 0,20 đến 0,30 Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hệ số biến động dòng chảy Cv phụ thuộc lớn vào diện tích lưu vực; thường thì Cv giảm khi diện tích lưu vực tăng Mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa hai yếu tố này rất chặt chẽ, với hệ số tương quan đạt 0,8.
Sự biến đổi dòng chảy trong năm
Mùa lũ trên sông kéo dài từ 3 đến 4 tháng, chiếm tới 60-70% tổng lượng dòng chảy hàng năm, và trong một số năm, tỷ lệ này có thể vượt quá 80% Theo số liệu trung bình nhiều năm, mùa lũ trên lưu vực nghiên cứu diễn ra từ tháng X đến tháng XII, đóng góp từ 60-67% tổng lượng dòng chảy hàng năm với modun trung bình mùa lũ từ 165 đến 224 l/s.km² Tháng có dòng chảy lớn nhất là tháng XI, chiếm từ 27-30% lượng dòng chảy năm, với modun dòng chảy tháng đạt tối đa 210 l/s.km².
Khu vực này có lượng dòng chảy mùa lũ lớn, chiếm tỷ lệ cao so với toàn lãnh thổ Việt Nam, với chỉ số đạt 300 l/s/km² [TS Phan Thị Thanh Hằng].
Mùa kiệt kéo dài từ tháng 1 đến tháng 9, với modun dòng chảy khá cao (35-40 l/s.km²) so với các khu vực khác ở Việt Nam Địa hình dốc và lớp thổ nhưỡng mỏng khiến khả năng giữ nước kém, do đó, lượng dòng chảy trong sông chủ yếu phụ thuộc vào nước mưa, trong khi nước ngầm chỉ chiếm 20-25% tổng lượng dòng chảy Hoàn lưu Tây Nam mang đến nguồn ẩm cho lưu vực, gây mưa từ tháng 5 đến tháng 8, dẫn đến hiện tượng lũ tiểu mãn trong tháng 5 và 6, làm giảm bớt mùa khô hạn với modun dòng chảy trung bình đạt 27-35 l/s.km² Tháng có dòng chảy nhỏ nhất thường rơi vào tháng 4 hoặc tháng 8, chỉ chiếm 2-3% lượng dòng chảy năm, với modun dòng chảy tối thiểu đạt 20-22 l/s.km² Tuy nhiên, do địa hình dốc, khu vực này thường xuyên thiếu nước cho sinh hoạt, góp phần làm mặn xâm nhập sâu vào đất liền trong mùa kiệt.
Bảng 2 Đặc trưng dòng chảy trên sông Vu Gia
Năm Mùa lũ Mùa kiệt
Nguồn: TS Phan Thị Thanh Hằng
Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn và điện báo trên lưu vực hệ thống sông Vu Gia
Vu Gia a/ Thông tin về mạng lưới trạm
Lưu vực sông Vu Gia sở hữu một mạng lưới trạm khí tượng thủy văn dày đặc, với danh sách các trạm được trình bày chi tiết trong bảng dưới đây.
Bảng 3 Danh sách các trạm KTTV trên lưu vực
TT Tên trạm Tên sông
Diện tích lưu vực (km 2 )
Yếu tố quan trắc Thời gian quan trắc
1 Thành Mỹ Vu Gia 1850 Q, H, X, ρ 1976 - Nay
4 Cẩm Lệ Vu Gia X, H 1976 - Nay
5 Ái Nghĩa Vu Gia X, H 1977 - Nay
6 Khâm Đức Vu Gia X 1978 - Nay
8 Hội Khách Vu Gia X 1976 - Nay
Mặc dù có nhiều trạm đo khí tượng thủy văn, nhưng chúng không được phân bố đồng đều trên lưu vực Phần lớn các trạm tập trung ở hạ lưu, trong khi ở thượng lưu và vùng núi cao, nơi có lượng mưa lớn và nước tập trung nhanh, lại hầu như không có trạm đo nào.
Điều kiện kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
Lưu vực Vu Gia nằm trong hệ thống sông lớn Vu Gia – Thu Bồn, tọa lạc ở vị trí trung độ trên tuyến Bắc – Nam của Việt Nam Thành phố Đà Nẵng, thuộc trung ương, là một đầu mối giao thông quan trọng với các phương tiện đường sắt, đường bộ và hàng không, đồng thời là cửa ngõ ra biển cho các khu vực Tây Nguyên, Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan.
Lưu vực Vu Gia, nằm chủ yếu ở tỉnh Quảng Nam và một phần thành phố Đà Nẵng, sở hữu nhiều tiềm năng kinh tế Những năm gần đây, nỗ lực phát triển kinh tế đã mang lại kết quả khả quan, với tốc độ tăng trưởng bình quân vượt 10% Cơ cấu kinh tế đang chuyển dịch theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, và các ngành dịch vụ chất lượng cao ngày càng đa dạng, đáp ứng nhu cầu sản xuất và đời sống Đặc biệt, ngành du lịch đang dần trở thành một lĩnh vực kinh tế mũi nhọn.
21 nhọn trong khu vực Trên lưu vực hình thành nền kinh tế đa dạng nông lâm nghiệp, công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và thương mại dịch vụ
Lưu vực Vu Gia, nằm trong hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn, có đặc điểm dân số tương đồng Do hạn chế về số liệu, khóa luận này sẽ sử dụng dữ liệu dân cư tổng thể của toàn bộ lưu vực Vu Gia – Thu Bồn để phân tích.
Đến năm 2013, lưu vực Vu Gia – Thu Bồn có dân số đạt 2,012,122 người, chiếm 73.7% tổng dân số của tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng, với mật độ dân số là 186.26 người/km².
Dân cư trên địa bàn lưu vực phân bố không đồng đều, tập trung chủ yếu ở các thị trấn, thành phố và vùng đồng bằng với mật độ cao như Hội An đạt 1.499 người/km² Ngược lại, các huyện miền núi như Đông Giang và Tây Giang có mật độ dân số rất thấp, chỉ từ 19 đến 30 người/km² Khu vực thành thị chiếm 44,83% tổng dân số, với tỷ lệ tăng dân số tự nhiên trong lưu vực đạt 1,6%, trong đó Quảng Nam là 1,69% và thành phố Đà Nẵng là 1,52%.
Khu vực này có sự đa dạng về cộng đồng dân tộc, với dân tộc Kinh chiếm ưu thế, trong khi các dân tộc thiểu số như Kà Tu, Xơ Đăng, Cor và Giẻ Triêng cũng góp mặt.
Hình 3 Biểu đồ dân số lưu vực Vu Gia – Thu Bồn năm 2009 – 2013
Dâ n s ố Th àn h t h ị N ô n g t h ô n Dâ n s ố Th àn h t h ị N ô n g t h ô n Dâ n s ố Th àn h t h ị N ô n g t h ô n Dâ n s ố Th àn h t h ị N ô n g t h ô n Dâ n s ố Th àn h t h ị N ô n g t h ô n
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH BTOPMC
Tổng quan về mô hình mƣa – dòng chảy
Chế độ thủy văn của lưu vực sông chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ việc sử dụng đất và biến đổi khí hậu Để nghiên cứu những tác động này, cần hiểu rõ mối tương tác giữa các yếu tố khí hậu, địa hình, đất và thảm thực vật Những tương tác này được mô phỏng qua các mô hình mưa – dòng chảy Mặc dù các mô hình truyền thống trước đây chỉ khả thi cho những vùng nghiên cứu nhỏ và tốn thời gian tính toán, nhưng nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin và máy tính, mô hình mưa – dòng chảy đã được cải tiến, trở thành công cụ quan trọng trong nghiên cứu thủy văn.
Mô hình mưa – dòng chảy có nhiều ứng dụng quan trọng, với cấu trúc đặc trưng bắt nguồn từ lưu vực đơn giản như hệ thống bể chứa thẳng đứng, tạo ra mô hình tầng tuyến tính Các bể chứa chính bao gồm mưa, bốc thoát hơi (bao gồm cả phần nước giữ lại bởi thảm phủ), dòng chảy trực tiếp, dòng chảy trong đới bão hòa, dòng chảy ngầm và dòng chảy trong lòng dẫn Để tính toán các quá trình trong mỗi bể chứa, nhiều phương trình được áp dụng.
Hình 4 Cấu trúc chung của mô hình thủy văn [5]
Phân loại mô hình mưa – dòng chảy
Mô hình có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào quan điểm của người phân loại Một phương pháp phân loại phổ biến là dựa trên sự phân bố của các biến vào và ra trong hệ thống theo không gian và thời gian Dưới đây là sơ đồ phân loại mô hình mưa - dòng chảy.
Hình 5 Sơ đồ phân loại mô hình mưa – dòng chảy
Một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực
Khóa luận đã nghiên cứu và phân tích một số mô hình mưa dòng chảy, bao gồm cả mô hình thông số tập trung và mô hình thông số phân bố.
Mô hình mưa – dòng chảy MIKE – SHE của Viện Thủy lực Đan Mạch thuộc nhóm mô hình phân bố, bao gồm nhiều thành phần tính toán dòng chảy và phân bố theo các pha riêng biệt trong quá trình dòng chảy.
Giáng thủy – Số liệu đầu vào
Bốc thoát hơi, bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thực vật– Số liệu đầu vào
Dòng chảy mặt – tính bằng phương pháp sai phân hữu hạn 2 chiều
Dòng chảy trong lòng dẫn được mô phỏng bằng diễn toán một chiều của Mike 11, với các phương pháp như Muskingum, phương trình khuếch tán và phương pháp giải phương trình St Venant Những phương pháp này giúp tối ưu hóa việc phân tích và dự đoán dòng chảy, đảm bảo tính chính xác trong các nghiên cứu thủy văn.
Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – mô hình 2 lớp , mô hình trọng số hoặc mô hình dựa vào phương trình Richard
Dòng chảy cơ sở - MIKE SHE tích hợp mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều và 3 chiều thông qua phương pháp sai phân hữu hạn Bộ dữ liệu thổ nhưỡng bao gồm các đặc tính thủy văn của đất như độ lỗ hổng và độ dẫn thấm thủy lực Sự kết hợp với phần mềm ESRI Arcview 3.x hoặc ArcGIS 9.1 giúp xử lý dữ liệu đầu vào hiệu quả.
Geomodel đƣợc sử dụng để lấy các thông tin địa chất; DaisyGIS mô tả tất cả các quá trình quan trọng gắn với hệ sinh thái nông nghiệp
Mô hình có chế độ hiệu chỉnh tự động thông qua AUTOCAL, đưa ra phương án tốt nhất theo điều kiện biên và ban đầu [3]
NAM là mô hình mưa - dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) và là một phần của mô hình MIKE 11 Đây là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục, được thiết kế để ước lượng mưa - dòng chảy dựa trên cấu trúc bán kinh nghiệm NAM có khả năng mô phỏng mưa trong nhiều năm hoặc điều chỉnh bước thời gian để mô phỏng các trận mưa và bão cụ thể Để đánh giá sự thay đổi của các thuộc tính thủy văn trong lưu vực, mô hình chia lưu vực thành nhiều lưu vực con khép kín Quá trình diễn toán được thực hiện bởi mô đun diễn toán thủy động lực trong kênh của MIKE 11, cho phép áp dụng các tham số khác nhau của NAM cho từng lưu vực con, làm cho nó trở thành một mô hình phân bố hiệu quả.
Giáng thủy – Số liệu đầu vào Trong đó mô đun tuyết đƣợc tính toán thông qua chỉ số nhiệt độ
Bốc thoát hơi, bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thực vật– Số liệu đầu vào
Dòng chảy mặt – biến đổi tuyến tính theo lượng ẩm tương đối của đất, và tính theo hệ số dòng chảy mặt
Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa được xác định dựa trên lượng trữ ẩm, độ ẩm tương đối, hệ số dòng chảy sát mặt và ngưỡng sinh dòng chảy sát mặt.
Có thể sử dụng chức năng tự hiệu chỉnh thông qua AUTOCAL bằng cách cung cấp số liệu lưu lượng theo bước thời gian tính toán vào mô hình [3]
Mô hình HEC-HMS là phiên bản tiếp của HEC-1, phát triển từ thập kỷ 60 của quân đội Mỹ Thành phần cơ bản của mô hình bao gồm:
Lượng mưa hiệu quả – tính bằng các phương pháp như SCS, Green-Ampt hoặc SMA
Lưu lượng dòng chảy trực tiếp – sử dụng phương pháp đường đơn vị, các dạng biến đổi khác (Clark, Snyder, SCS), hoặc sử dụng phương pháp sóng động học
Người sử dụng có thể lựa chọn từ nhiều phương pháp khác nhau để xác định dòng chảy cơ sở, bao gồm phương pháp bể chứa tuyến tính, phương pháp dạng hàm mũ, hoặc phương pháp dòng chảy cơ sở hằng số theo từng tháng.
Mô đun diễn toán – phương pháp Muskingum, phương pháp trễ, mô hình sóng động học hoặc các biến đổi của chúng
Ngoài ra mô hình còn mô hình hóa một số công trình trên sông nhƣ hồ chứa, công trình phân nước
Mô hình HEC-HMS được mở rộng với giao diện Arcview thông qua HEC-GeoHMS, giúp người dùng dễ dàng đọc và phân tích các đặc tính thủy văn cơ bản của lưu vực, như hướng dòng chảy và độ dốc.
Mô hình mưa – dòng chảy NASIM (Niederschlag – Abfluss Simulation Model) của Viện Thủy văn Đức, được phát triển từ thập niên 80, thuộc nhóm mô hình bán phân bố, tất định và nhận thức Mô hình này bao gồm các thành phần cơ bản quan trọng, giúp mô phỏng quá trình dòng chảy và lượng mưa một cách chính xác.
Số liệu giáng thủy – để xác định dạng giáng thủy, mô hình sử dụng phương pháp chỉ số nhiệt độ
Phân phối mƣa theo không gian – chuyển đổi từ các giá trị tại các điểm thành giá trị mƣa cho khu vực
Dòng chảy được phân chia thành hai thành phần chính: dòng chảy trong đới chưa bão hòa (dòng nhập lưu) và đới bão hòa (dòng chảy cơ sở), áp dụng mô hình tầng tuyến tính và phi tuyến Đối với dòng chảy mặt, phương pháp đường đơn vị được sử dụng để phân tích.
Dòng chảy trong lòng dẫn – sử dụng phương pháp Kalinin – Miljukov
Kết hợp với Arcview 3.x, việc phân tích dữ liệu được hỗ trợ hiệu quả, đặc biệt qua hai công cụ quan trọng là “Zfl” và “Verchneidung” Công cụ “Zfl” giúp thiết lập hàm diện tích – thời gian của lưu vực, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa phân tích.
“Verchneidung” xây dựng các đặc tính cơ bản của lưu vực
Mô hình hiện tại chưa tích hợp công cụ tự điều chỉnh và nhạy cảm với các thông số đặc trưng của đất, bao gồm độ dẫn thấm thủy lực theo cả hai phương ngang và thẳng đứng, độ lỗ hổng và tốc độ thấm.
Tính toán độ ẩm đất tại Sacramento là một phần của thư viện công nghệ mô hình của hệ thống NWSRFS, được phát triển từ thập kỷ 70 bởi Viện Khí hậu Quốc gia Mỹ Mỗi lưu vực được chia thành các đới và kết nối với hệ thống bể chứa, chủ yếu gồm hai đới: đới cao hơn chứa nước có áp và nước tự do, trong khi đới thấp hơn bao gồm dòng chảy cơ sở cùng với nước có áp và nước tự do bổ sung Dòng chảy tràn sẽ tạo ra nhiều dạng dòng chảy khác nhau.
Dòng chảy cơ sở ban đầu
Dòng chảy cơ sở bổ sung
Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu thổ nhƣỡng – độ dẫn thấm thủy lực, độ lỗ hổng
Sacramento hỗ trợ cả hiệu chỉnh tự động và hiệu chỉnh thông thường Cùng với
24 thông số có thể đƣợc hiệu chỉnh, và đƣợc phân loại theo đới riêng [5]
Mô hình thủy văn HBV, được phát triển từ thập niên 70 tại Viện Khí tượng và Thủy văn Thụy Điển, là một phần quan trọng của hệ thống mô hình thủy văn kết hợp IHMS Mô hình này bao gồm các thành phần đặc trưng, giúp tối ưu hóa việc quản lý nguồn nước và dự báo thủy văn.
Modun tuyết – xác định dựa vào nhiệt độ theo ngày
Modun độ ẩm đất – thành phần tính toán chính của dòng chảy mặt
Modun dòng chảy – dựa vào phương pháp đường đơn vị
Mô hình TOP (Topography Model) được phát triển bởi giáo sư Mike Kirkby từ Đại học Địa lý Leeds vào năm 1974, dưới sự bảo trợ của Hội đồng nghiên cứu môi trường thiên nhiên Vương quốc Anh Năm 1975, Keith Beven đã bắt đầu xây dựng chương trình TOPMODEL bằng ngôn ngữ Fortran IV, với mục tiêu mô phỏng mối quan hệ giữa mưa và dòng chảy Mô hình này hoạt động dựa trên các mô tả gần đúng về thủy văn và thủy lực, sử dụng các hàm số để biểu diễn sự biến đổi của các trạng thái và tính chất nội bộ của các lưu vực con Đặc biệt, mô hình được thiết kế đơn giản để dễ dàng sửa đổi, phù hợp với nhận thức và sự khác biệt của từng lưu vực, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng Sự đơn giản trong khái niệm và cấu trúc là điểm mạnh của mô hình này.
Các số liệu đầu vào của mô hình
Yêu cầu số liệu đầu vào của mô hình được biểu diễn dưới hai dạng: dạng số liệu không gian và số liệu thuộc tính
Số liệu không gian dưới dạng dữ liệu bản đồ bao gồm:
Mô hình độ cao số hóa DEM (Digiatal Elevation Model)
The Digital Elevation Model (DEM) can be obtained from the "Global 30 Arc-Second Elevation Dataset (GTOPO30)" website GTOPO is a comprehensive global digital elevation model that provides valuable topographical data.
(DEM) với khoảng cách một ô lưới là 30 arc – giây (tương đương với 0,008333 độ hoặc khoảng 1km) trong đó hệ tọa độ sử dụng là hệ quy chiếu WGS84
Bản đồ thảm phủ có thể lấy từ trang web “European Commission - Global Land Cover 2000” (http://bioval.jrc.ec.europa.eu/products/glc2000/glc2000.php)
Bản đồ thảm phủ mới nhất được xây dựng vào năm 2000 bởi Trung tâm Hợp tác Nghiên cứu Quốc tế "The Joint Research Center" Các chú thích cho từng loại thảm phủ trong bản đồ được thực hiện theo hệ thống phân loại của FAO và UNEP.
Bản đồ loại đất có thể lấy từ nguồn của hiệp hội quốc tế FAO – UNESCO (http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/metadata.show?id116)
Bản đồ được thiết kế dưới dạng vector với tỉ lệ 1:5.000.000, trong đó các loại đất được phân loại và chú thích bởi hiệp hội FAO – UNESCO, sử dụng mã màu và mã số riêng biệt để dễ nhận diện.
Số liệu khí tƣợng bao gồm:
Mô hình nghiên cứu không chỉ sử dụng 3 bản đồ để mô phỏng hình dạng và đặc trưng lưu vực, mà còn tích hợp dữ liệu khí tượng không gian nhằm xây dựng đặc điểm khí tượng của khu vực Các số liệu khí tượng được áp dụng dưới dạng trung bình năm hoặc trung bình nhiều năm để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong phân tích.
- Độ che phủ của mây
- Nhiệt độ trung bình tháng
- Nhiệt độ trung bình ban ngày
- Chỉ số thực vật NDVI
Nguồn số liệu trong bài viết được trích xuất từ trang web của Trung tâm Phân phối Dữ liệu Toàn cầu IPCC, có địa chỉ tại http://www.ipcc-data.org/observ/clim/get_30yr_means.html Dữ liệu này bao gồm chuỗi số liệu trung bình cho ba giai đoạn 30 năm: 1901 – 1930, 1931 – 1960 và 1961 – 1990.
1960 và 1961 – 1990 Sinh viên sử dụng chuỗi số liệu gần với giai đoạn tính toán nhất là 1961 – 1990 cho bài nghiên cứu này
Ngoài các số liệu dưới dạng không gian như trên, mô hình sử dụng các số liệu thuộc tính bao gồm:
- Số liệu thực đo lưu lượng
- Số liêu thực đo mưa của các trạm trong và xung quanh lưu vực
Số liệu về đất bao gồm: loại đất, đặc tính loại đất theo lớp của các phẫu diện đất theo quy ƣớc của FAO – UNESCO
Số liệu về thảm phủ bao gồm: các loại thảm phủ trong lưu vực cũng theo quy ƣớc của hiệp hội FAO – UNESCO
ÁP DỤNG MÔ HÌNH BTOPMC MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG VU GIA TÍNH ĐẾN TRẠM THỦY VĂN THÀNH MỸ
Các bước tiến hành và chỉ tiêu sử dụng trong đánh giá mô hình
3.1.1 Để tiến hành mô phỏng dòng chảy bằng BTOPMC, khóa luận tiến hành các bước sau:
Bước 1: Chuẩn bị bộ số liệu đầu vào
Bước 2: Hiệu chỉnh bằng phương pháp thử dần để tăng độ chính xác từ kết quả hiệu chỉnh tự động của mô hình
Bước 3: Kiểm định mô hình bằng bộ thông số vừa hiệu chỉnh So sánh giữa đường lưu lượng tính toán và thực đo
Bước 4: Ứng dụng mô hình đã xây dựng mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Vu gia theo kịch bản BĐKH
Mô hình sử dụng chỉ tiêu Nash – Sutcliffe
Trong đó, N là chỉ số Nash – Sutcliffe sử dụng để đánh giá khả năng mô phỏng của dòng chảy
Tiêu chuẩn đánh giá nhƣ sau:
Xây dựng mô hình BTOPMC mô phỏng dòng chảy sông Vu Gia đến trạm Thành Mỹ
Cơ sở dữ liệu và thiết lập mô hình
Từ bộ dữ liệu dạng bản đồ gồm có ở trên, sinh viên sử dụng phần mềm ARCGIS:
Khoanh vùng và tiến hành cắt lưu vực cần tính đối với từng loại dữ liệu thuộc dạng không gian
Thay đổi khoảng cách giữa 1 ô lưới về 0,008333 độ sao cho số hàng và số cột của tất cả các bản đồ phải khớp nhau
Chuyển đổi dữ liệu từ dạng vecto sang raster rồi đƣa dữ liệu về dạng cuối cùng
ASCII trong định dạng file txt được sử dụng cho 9 bộ dữ liệu khí tượng Vì các bộ dữ liệu này thuộc dạng vùng, sinh viên cần tiếp tục sử dụng phần mềm ARCGIS kết hợp với các công cụ mô hình đi kèm để thực hiện phân tích.
- Khoanh vùng và cắt vùng cần tính dựa trên tọa độ 4 điểm của lưu vực
- Sau khi cắt, mỗi bộ dữ liệu sẽ thu được 12 mảnh bản đồ dạng raster tương ứng với trung bình của 12 tháng trong giai đoạn 1961 – 1990
Đối với mỗi bộ dữ liệu, chúng tôi tiến hành chồng ghép 12 mảnh bản đồ để tạo ra một mảnh cuối cùng duy nhất, phản ánh giá trị trung bình nhiều năm trong giai đoạn nghiên cứu.
Sau khi thu thập 9 mảnh bản đồ tương ứng với 9 bộ dữ liệu, cần điều chỉnh khoảng cách 1 ô lưới của từng mảnh về 0,008333 độ Mục tiêu là đảm bảo số hàng và số cột của 9 mảnh bản đồ này khớp với số hàng và số cột của 3 dạng dữ liệu bản đồ DEM, thảm phủ và loại đất.
- Chuyển đổi 9 mảnh bản đồ cuối cùng thu đƣợc ở trên về dạng cuối cùng ASCII dưới định dạng file txt
Sau khi hoàn tất việc xử lý dữ liệu, sinh viên sẽ nhập file đầu vào cho ba loại dữ liệu chính: mô hình số hóa độ cao DEM, dữ liệu thảm phủ và dữ liệu loại đất, như được minh họa trong các hình 7 đến 9.
Dữ liệu mô hình số hóa độ cao DEM
Hình 7 Dữ liệu mô hình số hóa độ cao DEM khu vực tỉnh Quảng Nam và Đà Nẵng
Dữ liệu mô phỏng lớp thảm phủ
Hình 8 Dữ liệu mô phỏng loại thảm phủ khu vực tỉnh Quảng Nam và Đà Nẵng
Dữ liệu mô phỏng loại đất
Hình 9 Dữ liệu mô phỏng loại đất khu vực tỉnh Quảng Nam và Đà Nẵng
Từ các file đầu vào trên, sinh viên tiến hành mô phỏng, hiệu chỉnh và kiểm định cho lưu vực Vu Gia tính đến trạm thủy văn Thành Mỹ
Hình 10 Mô phỏng mạng lưới trạm thủy văn và trạm mưa lưu vực Vu Gia đến trạm
Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình BTOPMC với dòng chảy ngày
Dựa trên chuỗi số liệu khí tượng thủy văn thu thập được, khóa luận đã chọn giai đoạn từ 1/1/1994 đến 31/12/1996 để hiệu chỉnh bộ thông số mô hình, và giai đoạn từ 01/01/1997 đến 31/12/1999 để kiểm định bộ thông số.
Bộ thông số hiệu chỉnh và kiểm định bao gồm:
- Ngƣỡng thấm của các loại thảm phủ và từng thành phần có trong đất
Chuỗi đầu vào là số liệu mưa thực đo ngày tại 5 trạm: Hội An, Tiên Phước, Trà
Mô hình tại Nông Sơn, Khâm Đức đã được đánh giá thông qua việc so sánh kết quả đầu ra với số liệu thực đo lưu lượng trung bình ngày tại trạm thủy văn Thành Mỹ.
Quá trình hiệu chỉnh được thực hiện bằng phương pháp thử sai nhằm xác định bộ thông số phù hợp Kết quả cho thấy sự so sánh giữa giá trị lưu lượng mô phỏng và giá trị thực đo trong giai đoạn 1994 cho thấy tính chính xác của mô hình.
1996 đƣợc trình bày trên hình 13 Sử dụng chỉ tiêu Nash-Sutcliffe đánh giá đạt 0,63 theo tiêu chuẩn của WMO xếp loại Khá
Giữ nguyên bộ thông số đã thu đƣợc, tiến hành kiểm định với chuỗi số liệu 1997-1999 (Hình 14), kết quả đánh giá theo chỉ tiêu Nash-Sutcliffe 0,6 đạt loại Khá
Kết quả tính toán từ hình 11 – 12 cho thấy sự phù hợp giữa quá trình dòng chảy tính toán và thực đo Mô hình có khả năng mô phỏng biến động dòng chảy theo thời gian, nhưng độ chính xác đối với các đỉnh lũ vẫn chưa đạt yêu cầu.
Hình 11 Kết quả hiệu chỉnh mô hình BTOPMC giai đoạn 1994 – 1996
Hình 12 Kết quả kiểm nghiệm mô hình BTOPMC giai đoạn 1997 – 1999
Bộ thông số đã được hiệu chỉnh và kiểm định có thể được áp dụng để tính toán dòng chảy cho các bài toán khác liên quan đến lưu vực sông Vu Gia, đặc biệt tại trạm thủy văn Thành Mỹ.
Kết quả mô phỏng cho thấy, mùa lũ trên lưu vực sông Vu Gia kéo dài 3 tháng từ tháng X đến tháng XII, trong khi mùa kiệt kéo dài 9 tháng từ tháng I đến tháng IX Tháng có dòng chảy lớn nhất là tháng XI, chiếm 27-30% tổng lượng dòng chảy hàng năm, trong khi tháng có dòng chảy nhỏ nhất thường rơi vào tháng IV hoặc tháng VIII, chỉ chiếm 2-3% tổng lượng dòng chảy hàng năm.
Kết quả kiểm định cho thấy mô hình mô phỏng lưu lượng nước đạt chỉ số Nash 0.63, cho thấy mức độ phù hợp khá tốt Mô hình có khả năng phản ánh biến động dòng chảy theo thời gian, tuy nhiên chưa hoàn toàn khớp với thực tế, đặc biệt là trong việc xác định đỉnh lũ, khi giá trị mô phỏng thường thấp hơn và thời gian xuất hiện đỉnh chưa chính xác Do dữ liệu sử dụng là chuỗi số liệu ngày, nên kết quả chưa hoàn toàn tương thích Mặc dù vậy, mô hình vẫn cho thấy tiềm năng ứng dụng trong việc đánh giá tài nguyên nước, nhưng cần cải tiến thêm để phục vụ cho dự báo lũ hiệu quả hơn.
Áp dụng mô hình BTOPMC theo kịch bản biến đổi khí hậu
Kịch bản là hình ảnh tương lai, không phải là dự đoán hay dự báo Mỗi kịch bản tạo ra một bức tranh về sự phát triển có thể xảy ra, giúp nắm bắt các khả năng phát triển trong tương lai của các hệ thống phức tạp.
Một số hệ thống cho phép chúng ta hiểu biết đầy đủ và mô hình hóa thông tin với độ tin cậy cao, đặc biệt trong các ngành vật lý Nhờ đó, trạng thái tương lai của các hệ thống này có thể được dự đoán chính xác.
Kịch bản là công cụ quan trọng giúp kết nối và tổng hợp các cốt truyện tương lai, đồng thời định lượng các chi tiết cụ thể dựa trên các mô hình Công cụ này nâng cao hiểu biết về cách các hệ thống vận hành, phản ứng và tiến triển Kịch bản cũng rất hiệu quả cho các đánh giá khoa học, nghiên cứu hệ thống phức tạp và thiết lập chính sách, cung cấp cái nhìn chính xác về hiểu biết hiện tại cũng như những điều chưa chắc chắn.
Do vậy, chúng ta sử dụng những điểm mạnh của các kịch bản để hỗ trợ cho việc đánh giá biến đổi khí hậu trong tương lai
Cung cấp những cơ sở tương tự với những can thiệp về chính trị để giảm phát thải KNK và phát triển, quy hoạch đất phù hợp
Cung cấp đầu vào cho việc định ra khả năng ứng phó và giảm thiểu tác động không mong muốn.[5]
Sơ lược tình hình biến đổi khí hậu hiện nay
Biến đổi khí hậu, theo định nghĩa của IPCC, là sự thay đổi trong trạng thái khí hậu được nhận biết qua những thay đổi về giá trị trung bình hoặc tính chất của khí hậu trong một khoảng thời gian dài, thường là hàng thập kỷ hoặc hơn Khái niệm này bao gồm mọi thay đổi của khí hậu theo thời gian, bất kể là do nguyên nhân tự nhiên hay do tác động của con người.
Theo quan sát, từ cuối thế kỷ XIX đến nay, nhiệt độ trung bình của không khí và đại dương toàn cầu đã gia tăng Các nghiên cứu chỉ ra rằng thập kỷ 1990 là thời kỳ nóng nhất trong thiên niên kỷ vừa qua (IPCC, 2001).
Từ năm 1995 đến 2006, có 11 năm nằm trong số 12 năm có nhiệt độ cao nhất theo số liệu toàn cầu từ năm 1850 Trong giai đoạn 100 năm từ 1906 đến 2005, nhiệt độ trung bình tăng 0,74°C (trong khoảng 0,56-0,92°C), cao hơn so với giai đoạn 100 năm trước đó (1901-2000) với mức tăng 0,6°C (0,4-0,8°C) Xu hướng tăng nhiệt độ trong 50 năm từ 1956 đến 2005 đạt 0,13°C (0,10 đến 0,16°C), gần gấp đôi so với giai đoạn 100 năm.
Nhiệt độ ở Bắc bán cầu đã tăng trung bình gần gấp đôi so với toàn cầu trong 100 năm qua, đặc biệt ở các vĩ độ cao Nhiệt độ trên đất liền tăng nhanh hơn so với đại dương, với sự gia tăng nhiệt độ ở đại dương được ghi nhận ở độ sâu tối thiểu 3000 m kể từ năm 1961 Đại dương hiện chiếm 80% lượng nhiệt trong hệ thống khí hậu Phân tích từ khinh khí cầu và vệ tinh cho thấy tốc độ nóng lên ở giữa tầng đối lưu và dưới thấp tương tự như tốc độ tăng nhiệt độ bề mặt.
Hiện tượng mưa đã có sự biến động rõ rệt từ năm 1900 đến 2005, với lượng mưa gia tăng đáng kể ở các khu vực phía Tây Bắc và Nam Mỹ, Châu Âu, cũng như Bắc và Trung Á Ngược lại, lượng mưa lại giảm ở các khu vực như Sahel, Địa Trung Hải, Bắc Phi và Nam Á.
Sự nóng lên toàn cầu dẫn đến mực nước đại dương tăng cao do băng tan và giãn nở nhiệt Từ năm 1961 đến 2003, mực nước biển tăng trung bình 1,8 mm mỗi năm, trong khi giai đoạn 1993-2003, tốc độ này đạt 3,1 mm mỗi năm Đồng thời, sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu cũng đi kèm với sự phân bố bất thường của nhiệt độ, đặc biệt là ở các đại lục Bắc bán cầu, nơi gần đây ghi nhận nhiều kỷ lục về nhiệt độ cao và thấp.
3.3.3 Đối với kịch bản thay đổi lƣợng mƣa, có 3 loại kịch bản nhƣ sau[7]:
Kịch bản phát thải thấp: Đến cuối thế kỷ 21, lƣợng mƣa năm tăng phổ biến khoảng trên 6%, riêng khu vực Tây Nguyên có mức tăng ít hơn
Kịch bản phát thải trung bình(B2): Đến cuối thế kỷ 21, lƣợng mƣa năm tăng trên hầu hết lãnh thổ Mức tăng phổ biến từ 2-7%
Theo kịch bản phát thải cao (A2), lượng mưa hàng năm ở nước ta dự kiến sẽ tăng từ 2-10% vào cuối thế kỷ 21, ảnh hưởng đến hầu hết các khu vực Trong nghiên cứu này, sinh viên đã áp dụng kịch bản phát thải trung bình để phân tích tình hình khí hậu.
Bảng 4 Mức thay đổi (%) lượng mưa năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2)
TT Tỉnh Các mốc thời gian của thế kỉ 21
Nguồn: Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam (2012)
Trong nghiên cứu này lựa chọn kịch bản phát thải trung bình (B2) và kịch bản phát thải cao (A2)
Theo kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam năm 2012, có bảng thay đổi lƣợng mƣa nhƣ sau:
Bảng 5 Bảng thay đổi lượng mưa theo mùa theo kịch bản B2
Tỉnh Mốc Mùa lũ Mùa kiệt Năm Các trạm mƣa
2050 Tăng 5% Giảm 4% Tăng 1,98% Hội An
Tiên Phước Trà My Nông Sơn Khâm Đức
Theo nghiên cứu "Tác động của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước và các biện pháp thích ứng lưu vực sông Thu Bồn (2010)", lượng mưa trong khu vực đã có sự thay đổi đáng kể Những biến động này ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước và khả năng thích ứng của các cộng đồng sống quanh lưu vực Việc nắm bắt và phân tích dữ liệu lượng mưa là rất quan trọng để xây dựng các chiến lược quản lý tài nguyên nước hiệu quả trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
Bảng 6 Bảng thay đổi lượng mưa theo mùa theo kịch bản A2
Tỉnh Mốc Mùa lũ Mùa kiệt Năm Các trạm mƣa
2050 Tăng 3,65% Giảm 1,67% Tăng 1,8% Hội An
Tiên Phước Trà My Nông Sơn Khâm Đức
Mô phỏng dòng chảy lưu vực Vu Gia trạm thủy văn Thành Mỹ theo kịch bản
Nghiên cứu này phân tích sự thay đổi lượng mưa từ năm 1980 đến 1999 nhằm đánh giá khả năng mô phỏng tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy Để thực hiện điều này, cần có chuỗi số liệu mưa dài hạn Tuy nhiên, do hạn chế về dữ liệu đầu vào và thời gian, khóa luận chỉ tập trung thử nghiệm với chuỗi số liệu dòng chảy hàng ngày từ ngày 01/01/1995.
Vào ngày 31 tháng 3 năm 1996, một nghiên cứu đã được thực hiện nhằm đánh giá khả năng mô phỏng các tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) đối với dòng chảy hàng ngày trong năm trên lưu vực sông Vu Gia, đến trạm Thành Mỹ.
Mô phỏng dòng chảy theo kịch bản BĐKH phát thải trung bình B2
Với kịch bản BĐKH theo kịch bản phát thải trung bình B2, nghiên cứu mô phỏng chuỗi dòng chảy ngày theo kịch bản 2 năm 2050 và 2100
Kết quả mô phỏng đƣợc trình bày:
Hình 13 Kết quả mô phỏng dòng chảy theo kịch bản B2 năm 2050
Tổng lƣợng dòng chảy thực đo W TD = 4,37 km 3
Tổng lƣợng dòng chảy theo kịch bản W 2050 = 4,8 km 3
Qua 2 biểu đồ, có thể thấy sự thay đổi rõ rệt của dòng chảy khi lƣợng mƣa thay đổi Sự chênh lệch giữa 2 tổng lƣợng thực đo và kịch bản nhƣ sau: ΔW = W kb - W TD = 0,43 km 3
Vậy tổng lƣợng dòng chảy tăng 9,8%
Kết quả mô phỏng đƣợc trình bày nhƣ hình:
Hình 14 Kết quả mô phỏng dòng chảy theo kịch bản B2 năm 2100
Tổng lƣợng dòng chảy theo kịch bản W 2100 = 4,82 km 3
Qua 2 biểu đồ, có thể thấy sự thay đổi rõ rệt của dòng chảy khi lƣợng mƣa thay đổi Sự chênh lệch giữa 2 tổng lƣợng thực đo và kịch bản nhƣ sau: ΔW = W kb - W TD = 0,48 km 3
Tổng lƣợng dòng chảy tăng 11,02%
Mô phỏng dòng chảy theo kịch bản BĐKH phát thải cao A2
Với kịch bản BĐKH theo kịch bản phát thải cao A2, nghiên cứu mô phỏng chuỗi dòng chảy ngày theo kịch bản 2 năm 2050 và 2100
Kết quả mô phỏng đƣợc trình bày:
Hình 15 Kết quả mô phỏng dòng chảy theo kịch bản A2 năm 2050
Tổng lƣợng dòng chảy thực đo W TD = 4,37 km 3
Tổng lƣợng dòng chảy theo kịch bản W 2050 = 4,81 km 3
