Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến biến động tài nguyên nước trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc thành phố Hà Nội

hứa trong tầng rễ cây. Sau khi phân chia mưa giữa dòng chảy mặt và dòng thấm xuống tầng ngầm, lượng nước mưa còn lại sẽ đóng góp vào lượng chứa ẩm (L) trong lượng trữ tầng thấp một lượng ∆L. ∆ = − −N OFL P Q G (3.6) Dòng chảy cơ bản Dòng chảy cơ bản BF từ lượng trữ tầng ngầm được tính toán như dòng chảy ra từ một hồ chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF. 3.2. MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE 11[12] là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực một chiều, thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch. Mô đun mô hình thuỷ động lực (HD) là một phần trung tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun MIKE 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng (phương trình Saint Venant). Các ứng dụng liên quan đến mô đun MIKE 11 HD bao gồm: Dự báo lũ và vận hành hồ chứa; Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ; Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước mặt; Thiết kế các hệ thống kênh dẫn và Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô đun tổng hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. MIKE bao gồm các mô đun bổ sung đối với: 1) Thuỷ văn; 2) Tải khuyếch tán; 3)Các mô hình chất lượng nước; 4) Vận chuyển bùn cát có cấu kết; 5) Vận chuyển bùn cát không cấu kết. Hệ phương trình cơ bản của MIKE 11 là hệ phương trình Saint Venant viết cho trường hợp dòng chảy một chiều trong lòng kênh dẫn hở, bao gồm: q t A x Q =∂ ∂+∂ ∂ (3.7) 34 α t Q ∂ ∂ + x∂ ∂ (β A Q 2 ) + gA x h ∂ ∂ + g RA2C |Q|Q = 0 (3.8) Trong đó: Q: Lưu lượng qua mặt cắt (m3/s) Q: Lưu lượng qua mặt cắt (m3/s) A: Diện tích mặt cắt ướt (m2) x: Chiều dài theo dòng chảy (m) t: Thời gian tính toán (s) q: Lưu lượng nhập lưu α: Hệ số động năng β: Hệ số phân bố lưu tốc g: Gia tốc trọng trường g= 9.81 m/s2 C: Hệ số Sê-zi R: Bán kính thủy lực Mô hình MIKE 11 sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott. Để giải hệ phương trình Saint-Venant. Sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm như sau (hình 3.1. 3.2): Hình 3.1: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott Hình 3.2: Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t Điều kiện biên: Các điều kiện biên gồm có điều kiện mực nước theo thời gian và lưu lượng theo thời gian tại vị trí các mặt cắt khống chế cửa ra và cửa vào của đoạn sông tính toán. Điều kiện ban đầu: Các điều kiện ban đầu bao gồm các điều kiện về mực nước, lưu lượng trên khu vực nghiên cứu (thường lấy lưu lượng bằng 0, mực nước bằng mực nước trung bình). Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện sau: - Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một cách thoả đáng. Giá trị tối đa cho phép đối với ∆x phải được chọn trên cơ sở này. - Bước thời gian ∆t phải đủ nhỏ để cho ta một thể hiện chính xác về sóng. 35 Chẳng hạn bước thời gian tối đa để mô phỏng thủy triều nói chung khoảng 30 phút. - Điều kiện Courant dưới đây có thể dùng như một hướng dẫn để chọn bước thời gian sao cho đồng thời thoả mãn được các điều kiện trên. Điển hình, giá trị của Cr là 10 đến 15, nhưng các giá trị lớn hơn (lên đến 100) đã được sử dụng: x ghVt C r ∆ +∆= )( (3.9) Trong đó: V : vận tốc; h : độ sâu dòng chảy. Cr thể hiện tốc độ nhiễu động sóng tại nước nông (biên độ nhỏ). Số Courant biểu thị số các điểm lưới trong một bước sóng, phát sinh từ một nhiễu động nhỏ, sẽ di chuyển trong một bước thời gian. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng trong MIKE 11 (sơ đồ 6 điểm ẩn Abbott), cho phép số Courant từ 10 - 20, nếu dòng chảy dưới phân giới (số Froude nhỏ hơn 1). Tính toán với số Courant bằng 250 cho kết quả có sai số nhỏ hơn 2% trong một số trường hợp đặc biệt. 3.3. THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU a) Số liệu mô hình NAM Số liệu đầu vào. Các số liệu đầu vào phục vụ cho mô hình cũng đóng vai trò rất quan trọng đối với kết quả tính toán. Các số liệu chính xác, có độ tin cậy cao sẽ cho ta kết quả tốt hơn nhiều so với các số liệu có độ chính xác không cao. Sai số của số liệu đo đạc có thể do nhiều nguyên nhân, cả về phía khách quan lẫn chủ quan của người đo, ví dụ như tay nghề không tốt, nhập dữ liệu vào sai.v.v. Do vậy, trước khi áp dụng số liệu tính toán cho mô hình, chúng ta cần phải thực hiện công tác chỉnh lý, đánh giá mức độ tin cậy của số liệu có được và các biện pháp khắc phục trong những trường hợp như không có số liệu, thiếu số liệu và đủ số liệu theo các phương pháp khoa học đã biết. Đối với mô hình mưa dòng chảy NAM, các số liệu yêu cầu phục vụ cho mô hình: Số liệu thông số lưu vực: Số liệu về diện tích lưu vực; số liệu khí tượng gồm số liệu bốc hơi tiềm năng và số liệu mưa ngày trên các trạm khí tượng trên lưu vực; số liệu thủy văn: tất cả số liệu lưu lượng trung bình ngày của các trạm thủy văn chính trên hệ thống sông được thu thập để làm cơ sở cho hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Dữ kiệu đầu ra của mô hình. Dữ liệu đầu ra của mô hình bao gồm giá trị lưu lượng tại các trạm thủy văn và các vị trí cần quan tâm trên lưu vực nghiên cứu. Phân chia lưu vực và số liệu sử dụng. Lưu vực nghiên cứu được tiến hành 36 phân chia thành các lưu vực nhỏ, tính toán quá trình lưu lượng tại các vị trí nhập lưu của các nhành sông phụ lưu. b) Số liệu mô hình thủy lực MIKE 11 Do hiện trạng lưu vực sông Nhuệ - Đáy có hiện trạng số liệu thưa thớt và không đầy đủ, nên việc hiệu chỉnh bộ thông bằng mô hình Nam chỉ tiến hành được trên 2 lưu vực và áp dụng cho các lưu vực khác. Đế xác định lại bộ thông số của lưu vực áp dụng bộ thông số có tốt hay không, tiến hành kiểm tra một lần nữa bằng mô hình thủy lực. Luận văn này, lựa chọn mô hình MIKE 11. Yêu cầu số liệu đầu vào. 1) Tài liệu địa hình lòng dẫn; 2) Mạng lưới sông và sơ đồ tính; 3) Điều kiện biên:biên trên là quá trình lưu lượng tại các vị trí thượng lưu, biên dưới: Qúa trình mực nước tại trạm thủy văn hạ lưu; 4)- Tài liệu khí tượng thủy văn Số liệu đầu ra của mô hình. Số liêụ đầu ra của mô hình thủy lực MIKE 11 là quá trình H,Q tại tất cả các mặt cắt trên sông và quá trình diễn biến mực nước dọc sông cho từng thời điểm mà người sử dụng mô hình yêu cầu. 3.4. HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH a) Số liệu dùng để hiệu chỉnh mô hình Hiệu chỉnh mô hình là công việc rất quan trọng trong việc xây dựng và áp dụng mô hình toán. Các phương pháp để tiến hành hiệu chỉnh mô hình bao gồm phương pháp thử sai và phương pháp tối ưu. Phương pháp thử sai chủ yếu là phương pháp dò tìm bằng cách thay giá trị của các thông số để tìm ra bộ thông số thích hợp nhất. Phương pháp này thường đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nhưng tận dụng được kinh nghiệm và kiến thức của người hiệu chỉnh nhiều hơn phương pháp tối ưu. Bảng 3.2: Các trạm mưa sử dụng để tính toán cho lưu vực Nhuệ - Đáy Lưu vực Vị trí cửa ra Diện tích (km2) Trạm bốc hơi Trạm mưa Thời gian Bôi - Hoàng Long Hưng Thi 686.3 Nho Quan, Láng, Hòa Bình Hưng Thi, Lâm Sơn,Ba Thá, Láng 1972- 1973 Sông Đáy Ba Thá 1579 Nho Quan, Láng, Hòa Bình Hưng Thi, Lâm Sơn,Ba Thá, Láng 1972- 1973 37 Mô hình mưa – dòng chảy NAM được hiệu chỉnh dựa vào số liệu thời đoạn 1 ngày. Số liệu mưa tại các trạm đo mưa và bốc hơi được sử dụng để tính toán như bảng 3.1. Số liệu lưu lượng thực đo từ tháng 01/1972 đến tháng 12/1973 được dùng để hiệu chỉnh mô .Giá trị các thông số trong mô hình mưa dòng chảy (NAM) sau khi hiệu chỉnh được ghi trong bảng 3.4. Bảng 3.3: Các trạm mưa ể tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long Lưu vực Diện tích (km2) Trạm đo Q Thời gian Mục đích Bôi - Hoàng Long 686.3 Hưng Thi 1972-1973 Hiệu chỉnh Sông Đáy 1579 Ba Thá 1972-1973 Hiệu chỉnh Bảng 3.4: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long Sông Trạm đo Thời gian Mục đích Bôi - Hoàng Long Gián Khẩu 1972-1973 Hiệu chỉnh Sông Đáy Phủ Lý 1972-1973 Hiệu chỉnh Nhận xét: Trên toàn bộ lưu vực có 2 trạm đo lưu lượng là: Hưng Thi trên sông Bôi và Ba Thá trên sông Đáy. Tuy nhiên, cả 2 trạm đo này đã ngừng đo từ những năm 80 của thế kỷ trước. Luận văn, lựa chọn 2 năm 1972 và 1973 tiến hành hiệu chỉnh bộ thông số mô hình. b) Quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình Việc hiệu chỉnh thông số mô hình được tiến hành bằng cách điều chỉnh các thông số mô hình bằng phương pháp thử-sai. Sơ đồ các bước hiệu chỉnh mô hình như hình dưới. Hình 3.3: Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình 38 Quá trình hiệu chỉnh có thể tóm tắt thành các bước sau đây: Bước 1: Giả thiết bộ thông số, điều kiện ban đầu. Bước 2: Sau khi đã có bộ thông số giả thiết, tiến hành chạy mô hình. Bước 3: So sánh kết quả tính toán với số liệu thực đo tại các trạm có số liệu đo đạc lưu lượng và mực nước. c) Kết quả hiệu chỉnh mô hình Sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo trong bước hiệu chỉnh mô hình được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe. 2 , , 2 1 2 , 1 1 n obs i sim i i n obs i obs i Q Q R Q Q = = ⎡ ⎤−⎣ ⎦= − ⎡ ⎤−⎣ ⎦ ∑ ∑ Trong đó: Qobs, i: lưu lượng thực đo tại thời điểm thứ i; Qsim, i: lưu lượng tính toán tại thời điểm thứ i; obsQ : lưu lượng thực đo trung bình các thời đoạn. Kết quả hiệu chỉnh đường quá trình lưu lượng tính toán và đường quá trình lưu lượng thực đo được trình bày trong các hình 3.4 đến 3.7. Trên các hình này, nhận thấy sự trùng lặp khá tốt giữa số liệu đo đạc và kết quả tính toán bằng mô hình đã được ghi nhận.Kết quả nhận thấy: Bảng 3.5: Kết quả hiệu chỉnh mô hình mưa - dòng chảy Sông Tên trạm Chỉ số Nash(%) Mô hình Sông Đáy Ba Thá 85% Nam Bôi - Hoàng Long Hưng Thi 75% Nam Sông Đáy Phủ Lý 88% Mike 11 Sông Bôi- Hoàng Long Gián Khẩu 90% Mike 11 39 17-12-1971 5-2-1972 26-3-1972 15-5-1972 4-7-1972 23-8-1972 12-10-1972 1-12-1972 20-1-1973 11-3-1973 30-4-1973 19-6-1973 8-8-1973 27-9-1973 16-11-1973 5-1-1974 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0 320.0 340.0 360.0 380.0 400.0 420.0 440.0 [m^3/s] Time Series Discharge Hình 3.4: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình Nam , trạm Ba Thá năm 1972-1973 17-12-1971 5-2-1972 26-3-1972 15-5-1972 4-7-1972 23-8-1972 12-10-1972 1-12-1972 20-1-1973 11-3-1973 30-4-1973 19-6-1973 8-8-1973 27-9-1973 16-11-1973 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 1100.0 1200.0 1300.0 [m^3/s] Time Series Discharge Hình 3.5: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình Nam trạm Hưng Thi, năm 1972-1973 26-3-1972 15-5-1972 4-7-1972 23-8-1972 12-10-1972 1-12-1972 20-1-1973 11-3-1973 30-4-1973 19-6-1973 8-8-1973 27-9-1973 16-11-1973 5-1-1974 24-2-1 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 [meter] Time Series Water Level Hình 3.6: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình trạm Phủ Lý, 1/1/1972 đến tháng 12/1973 40 13-10-1971 2-12-1971 21-1-1972 11-3-1972 30-4-1972 19-6-1972 8-8-1972 27-9-1972 16-11-1972 5-1-1973 24-2-1973 15-4-1973 4-6-1973 24-7-1973 12-9-1973 1-11-1973 21-12-1973 9-2-1974 31-3-19 er] Time Series Water Level Hình 3.7: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình trạm Gián Khẩu, tháng 1/1972 đến tháng 12/1973 3.5. KIỂM NGHIỆM MÔ HÌNH Kiểm nghiệm mô hình là công tác kiểm tra lại mức độ phù hợp của mô hình với bộ thông số chúng ta tìm được tại lưu vực tính toán nhưng ở giai đoạn thời gian khác có sự tương quan với thời gian chúng ta dùng để hiệu chỉnh mô hình, ví dụ như khi chúng ta xây dựng bộ thông số sử dụng trong mùa lũ thì chúng ta phải kiểm lại bộ thông số đó của mô hình trong mùa lũ khác chứ không thể dùng bộ thông số này để kiểm nghiệm lại mô hình trong mùa kiệt bởi các đặc điểm của lưu vực được biểu diễn bằng các thông số trong mô hình giữa các mùa là khác nhau nên kết quả kiểm nghiệm trong các trường hợp như vậy sẽ không chính xác. Kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy cũng dựa vào số liệu có thời đoạn 1 ngày. Số liệu mưa, bốc hơi tính toán, số liệu lưu lượng và mực nước kiểm định tại các trạm tương tự như trong trường hợp hiệu chỉnh. Thời gian tính toán kiểm định mô hình được lấy từ 1/1/1977 đến 31/12/1977. Kết quả kiệm nghiệm mô hình. Tương tự cách đánh giá như trong trường hợp hiệu chỉnh mô hình, tiến hành đánh giá sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo trong bước hiệu chỉnh mô hình được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe Kết quả kiểm nghiệm các thông số của mô hình được trình bày trong bảng 3.6 và các hình từ 3.11 đến 3.14 nhận thấy có sự phù hợp khá tốt giữa kết quả thực đo và tính toán. 41 Bảng 3.6: Kết quả kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy Lưu vực Tên trạm Chỉ số Nash(%) Mô hình Sông Đáy Ba Thá 82% Nam Bôi - Hoàng Long Hưng Thi 70% Nam Sông Đáy Phủ Lý 92% Mike 11 Sông Bôi- Hoàng Long Gián Khẩu 76% Mike 11 28-2-1977 19-4-1977 8-6-1977 28-7-1977 16-9-1977 5-11-1977 25-12-1977 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 g Hình 3.8: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình Nam trạm Ba Thá, năm 1977 10-3-1977 30-3-1977 19-4-1977 9-5-1977 29-5-1977 18-6-1977 8-7-1977 28-7-1977 17-8-1977 6-9-1977 26-9-1977 16-10-1977 5-11-1977 25-11-1977 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 850.0 900.0 950.0 1000.0 1050.0 Hình 3.9: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình trạm Hưng Thi, năm 1977 42 4-1-1977 24-1-1977 13-2-1977 5-3-1977 25-3-1977 14-4-1977 4-5-1977 24-5-1977 13-6-1977 3-7-1977 23-7-1977 12-8-1977 1-9-1977 21-9-1977 11-10-1977 31-10-1977 20-11-1977 10-12-1977 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 [meter] Time Series Water Level Hình 3.10: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình trạm Phủ Lý năm 1977 13-2-1977 4-4-1977 24-5-1977 13-7-1977 1-9-1977 21-10-1977 10-12-1977 29-1-1978 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 meter] Time Series Water Level Hình 3.11: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình trạm Gián Khẩu năm 1977 Chỉ tiêu đánh giá NASH như trong bảng 3.5 và bảng 3.6 cho thấy kết quả tính toán tại các trạm kiểm tra đa số đạt trên 70%. Như vậy, có thể kết luận bộ thông số tìm được của mô hình có thể mô phỏng tốt ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đến dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy. 3.6. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM VỚI KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Theo kịch bản Biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam và dựa vào các điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế xã hội, dân số và mức độ quan tâm đến môi trường của khu vực. Trong luận văn này đã lựa chọn 2 kịch bản đánh giá mức độ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước: kịch bản phát thải trung bình (A1B) và kịch bản phát thải cao (A2). Các kịch bản lựa chọn tính toán ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới tài 43 nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy đối với khu vực Hà Nội được lấy từ nhóm nghiên cứu REMOCLIC của GS.Phan Văn Tân làm lãnh đạo. Đã xây dựng chi tiết hóa (dowscaling) cho các địa phương trong đó có Hà Nội. Luận văn này đã kế thừa kết quả đó. Số liệu tính toán cho thời kỳ nền được lấy từ số liệu thực đo của các trạm trên lưu vực thời gian tính toán từ năm 1970-1999. Số liệu dự báo Của REMOCLIC đến năm 2020 và 2050 cho từng vị trí trạm được tính toán dựa trên phần trăm thay đổi lượng mưa và bốc hơi năm 2020 và 2050 so với thời kỳ 1970- 1999 tương ứng với mỗi kịch bản. a) Kịch bản A1B Số liệu đầu vào cho kịch bản A1B. Các dữ liệu lưu vực bộ phận, số liệu địa hình, mạng sông, mặt cắt và bộ thông số mô hình được lấy như trong trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định. Số liệu mưa và bốc hơi kịch bản A1B được tính toán từ các mô hình toàn cầu và được tính toán dowscaling cho khu vực Hà Nội. Kêt quả kịch bản phát thải A1B. Dòng chảy năm trên toàn hệ thống sông Nhuệ - Đáy có xu hướng tăng. Tuy nhiên sự biến đổi dòng chảy trên các lưu vực sông có sự khác biệt khá nhỏ. Dòng chảy năm 2020: theo kết quả tính toán mô hình cho thấy mức độ biến đổi lưu lượng trung bình nhiều năm kịch bản phát thải trung bình A1B so với thời kỳ hiện trạng không khác nhau nhiều như trên bảng 3.6 - bảng 3.7 và hình 3.21. Tại các lưu vực sông, dòng chảy trung bình năm tăng khoảng 0,9 – 1.1 % . Với dòng chảy lũ tại các lưu vực tăng lên lớn hơn so với trung bình năm trong khoảng từ xấp xỉ 0.9 % - 1.2%. Với mùa kiệt chưa nhận thấy sự khác biệt giữa kịch bản A1B và hiện trạng. Dỏng chảy đến năm 2050: Đối với mùa kiệt lưu lượng gần như không có sự thay đổi so với hiện trạng: trên toàn bộ lưu vực thu nước mức độ biến đổi lưu lượng trung bình nhiều năm ở kịch bản này tăng cao hơn so với thời kỳ năm 2020. Tại các lưu vực sông lưu lượng tăng từ 0.9 đến 1.2 % so với thời kỳ hiện trạng. Biến thiên lưu lượng dòng chảy lũ tăng hơn so với trung bình nhiều năm. Tại tất cả các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy đều có mức độ thay đổi tăng tương ứng là 0,9%, - 1,2%. Đối với mùa kiệt lưu lượng có biến động so với thời kỳ hiện trạng tuy nhiên là một lượng rất nhỏ. Lưu lượng tăng lên lớn nhất trên lưu vực hạ lưu Nhuệ là 0.07m3/s. So sánh giữa 2 thời kỳ tương lai tại kịch bản này, dòng chảy vào năm 2050 vẫn chưa nhận thấy biến thiên rõ rệt. Dòng chảy tăng lớn nhất đạt được tại lưu vực Phủ Lý – Ninh Bình là 0.8% so với năm 2020. 44 Bảng 3.6: Thay đổi dòng chảy năm theo kịch bản biến đổi khí hậu A1B Hiện trạng 2020 2050 Lưu vực F (km2) Q(m3/s) Mo (ls/km2) Q(m 3/s) Mo (ls/km2) % thay đổi Q(m 3/s) (ls/km Mo 2) % thay đổi Thượng lưu S.Đáy 430 10.4 24.1 10.5 24.4 1.1 10.5 24.4 1.1 Hà Đông 94 2.15 22.8 2.2 23.1 1.1 2.2 23.1 1.1 Thượng lưu Nhuệ 391 9.9 25.3 10.0 25.5 1.1 10.0 25.6 1.1 Hạ lưu Nhuệ 607 16.9 27.9 17.1 28.2 1.1 17.1 28.2 1.1 Phủ lý- Ninh Bình 1027 28.5 27.8 28.8 28.0 0.9 28.8 28.0 0.9 Bôi - Ninh Bình 316 9.5 30.2 9.6 30.4 0.9 9.6 30.4 0.9 Haạ lưu Bôi 658 20.2 30.7 20.4 31.0 0.9 20.4 31.0 0.9 Thượng lưu bôi 636.3 19.5 30.6 19.7 30.9 0.9 19.7 30.9 0.9 Sông Tích 1149 28.4 24.7 28.7 24.9 1.1 28.7 24.9 1.1 Tích - Ba Thá 316.6 8.8 27.8 8.9 28.1 1.1 8.9 28.1 1.1 Bảng 3.7: Thay đổi dòng chảy mùa lũ trung bình nhiều năm theo kịch bản biến đổi khí hậu A1B Hiện trạng 2020 2050 Lưu vực F (km2) Q(m3/s) Mo (ls/km2) Q(m 3/s) Mo (ls/km2) % thay đổi Q(m 3/s) (ls/km Mo 2) % thay đổi Thượng lưu S.Đáy 430 15.5 35.7 15.5 36.1 1.2 15.5 36.1 1.6 Hà Đông 94 3.2 34.1 3.2 34.4 0.9 3.2 34.5 1.1 Thượng lưu Nhuệ 391 14.8 37.3 14.8 37.8 1.2 14.8 37.8 1.2 Hạ lưu Nhuệ 607 25.1 40.8 25.1 41.3 1.2 25.1 41.3 1.2 Phủ lý- Ninh Bình 1027 41.9 40.4 41.9 40.8 1.0 41.9 40.8 1.0 Bôi - Ninh Bình 316 16.4 51.4 16.4 51.8 0.9 16.4 51.9 0.9 Haạ lưu Bôi 658 34.8 52.4 34.8 52.9 0.9 34.8 52.9 0.9 Thượng lưu bôi 636.3 33.6 52.3 33.6 52.8 0.9 33.6 52.8 1.0 Sông Tích 1149 41.6 35.8 41.6 36.2 1.2 41.6 36.2 1.2 Tích - Ba Thá 316.6 13.0 40.7 13.04 41.1 1.2 13.0 41.2 1.2 Từ hình 3.12 nhận thấy sự biến động của dòng chảy có hướng giảm dần từ phía Đông Bắc sang Tây Nam lưu vực. Dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ , Đáy có sự biến động lớn về phía Đông lưu vực phần thuộc các huyện Ứng Hòa, Thướng Tín, Mỹ Đức, Phú Xuyên và Thanh Oai. Biến động dòng chảy lớn hơn 1.1%. Vùng thuộc các huyện như: Lạc Thủy, Gia Viễn, Nho Quan có độ biến động dòng chảy nhỏ nhất tương ứng 0.9%. So với năm 2020 phạm vi biến động của dòng chảy vào năm 2050 có vùng ảnh hưởng lớn hơn, tuy nhiên chưa nhận thấy sự khác biệt lớn. 45 Hình 3.12: Biến động dòng chảy trong các thời kỳ kịch bản A1B 46 b) Kịch bản A2 Số liệu đầu vào cho kịch bản A1B. Tương tự như kịch bản A1B, tính toán cho kịch bản phát thải cao A2. Kêt quả kịch bản phát thải A2. Dòng chảy năm trên toàn hệ thống sông Nhuệ - Đáy ở kịch bản phát thải này có xu hướng tăng lên so với hiện trạng. Tuy nhiên sự biến đổi dòng chảy trên các lưu vực sông có sự khác biệt. Dòng chảy năm 2020: Kết quả tính toán mô hình cho thấy mức độ biến đổi lưu lượng trung bình nhiều năm kịch bản phát thải cao A2 so với thời kỳ hiện trạng đã có sự khác biệt, tuy chưa rõ ràng (bảng 3.8, hình 3.22). Tại các lưu vực thu nước bộ phận, dòng chảy trung bình năm tăng khoảng 0,9 – 1.3% . Với dòng chảy lũ tại các lưu vực tăng lên lớn hơn so với trung bình năm trong khoảng từ xấp xỉ 0.9% - 1.3%. Lưu lượng mùa kiệt có biến động so với hiện trạng, tuy rất nhỏ. Dỏng chảy đến năm 2050: Kết quả tính toán cho thấy mức độ biến đổi lưu lượng trung bình nhiều năm tăng khá rõ rệt. Tại các lưu vực sông lưu lượng tăng 1.1 - 1. 9% so với hiện trạng. Biến thiên lưu lượng dòng chảy lũ tăng hơn so với trung bình nhiều năm. Tại tất cả các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy đều có mức độ thay đổi tăng tương ứng là 1.3% - 2.1%. Đối với mùa kiệt, lưu lượng biến động so với hiện trạng, tuy không lớn là 0.08m3/s. So sánh lưu lượng giữa 2 thời kỳ tương lai tại kịch bản này nhận thấy, dòng chảy đến năm 2020 biến thiên chưa nhận thấy rõ rệt. Đến năm 2050. dòng chảy một số lưu vực tăng lên 2.1%, tức là tăng xấp xỉ 1.5 lần. so với năm 2020, Bảng 3.8: Thay đổi dòng chảy năm theo kịch bản biến đổi khí hậu A2 Hiện trạng 2020 2050 Lưu vực F (km2) Q(m3/s) Mo (ls/km2) Q(m 3/s) Mo (ls/km2) % thay đổi Q(m3/s) Mo (ls/km2) % thay đổi TL S.Đáy 430 10.4 24.1 10.5 24.4 1.2 10.5 24.4 1.5 Hà Đông 94 2.1 22.8 2.2 23.1 1.2 2.2 23.1 1.2 TL sôngNhuệ 391 9.9 25.3 10.0 25.6 1.1 10.0 25.7 1.6 HL sông Nhuệ 607 16.9 27.9 17.1 28.2 1.0 17.3 28.5 1.9 Phủ Lý- Ninh Bình 1027 28.5 27.8 28.8 28.0 0.9 29.0 28.3 1.7 Bôi - Ninh Bình 316 9.5 30.2 9.6 30.4 1.0 9.7 30.6 1.6 HL sông Bôi 658 20.2 30.71 20.4 31.0 0.9 20.5 31.2 1.5 TL sông Bôi 636.3 19.5 30.6 19.7 30.9 1.0 19.8 31.1 1.5 Sông Tích 1149 28.4 24.7 28.7 25.0 1.3 28.8 25.1 1.5 Tích - Ba Thá 316.6 8.8 27.8 8.9 28.1 1.0 9.0 28.4 1.9 47 Hình 3.13: Biến động dòng chảy trong các thời kỳ kịch bản A2 48 Bảng 3.9 : Thay đổi dòng chảy mùa lũ trung bình nhiều năm theo kịch bản biến đổi khí hậu A2 Hiện trạng 2020 2050 Lưu vực F (km2) Q(m3/s) Mo (ls/km2) Q(m 3/s) Mo (ls/km2) % thay đổi Q(m3/s) Mo (ls/km2) % thay đổi TL s.Đáy 430 15.3 35.7 15.5 36.1 1.2 15.6 36.2 1.5 Hà Đông 94 3.2 34.1 3.2 34.5 1.3 3.2 34.6 1.4 TL s.Nhuệ 391 14.6 37.3 14.8 37.8 1.2 14.9 37.9 1.8 HL .s Nhuệ 607 24.8 40.8 25.0 41.2 1.0 25.3 41.6 2.1 Phủ Lý- Ninh Bình 1027 41.5 40.4 41.9 40.8 0.9 42.3 41.2 1.8 Bôi - Ninh Bình 316 16.2 51.4 16.4 51.8 1.0 16.5 52.2 1.6 HL s. Bôi 658 34.5 52.4 34.8 52.8 0.9 35.0 53.2 1.6 TL. s. Bôi 636.3 33.3 52.3 33.6 52.8 1.0 33.8 53.1 1.5 Sông Tích 1149 41.1 35.7 41.6 36.2 1.3 41.7 36.3 1.5 Tích - Ba Thá 316.6 12.9 40.7 13.0 41.1 1.0 13.1 41.5 2.1 Từ hình 3.13 nhận thấy dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ , Đáy giảm dần từ phía Đông Bắc cho tới phía Tây Nam của lưu vực. Vào năm 2020 cả hai kịch bản phát thải chưa nhận thấy sự khác biệt cả về lượng và phạm vi ảnh hưởng. Đến năm 2050 đã nhận thấy sự khác biệt rõ rệt của biến động dòng chảy trên lưu vực. Phần thuộc các huyện Ứng Hòa, Thướng Tín, Mỹ Đức, Phú Xuyên và Thanh Oai. Biến động dòng chảy lớn hơn 1.8%. Vùng thuộc các huyện như: Lạc Thủy, Gia Viễn, Nho Quan có độ biến động dòng chảy nhỏ nhất tương ứng 1.5%. c) So sánh kết quả 2 kịch bản A1B và A2 Tiến hành so sánh dòng chảy trung bình năm của các thời kỳ: năm 2020, năm 2050 của 2 kịch bản A2 và kịch bản A1B. Kết quả so sánh được thể hiện ở bảng 3.10, hình 3.14. Nhận thấy: Dòng chảy trung bình năm vào năm 2020 ít có biến động giữa các kịch bản, chênh lệch nhỏ nhất tại lưu vực Hạ Lưu Nhuệ lệch 0.005 ls/km2, xuất hiện lớn nhất 0.087 ls/km2 trên lưu vực Tích – Ba Thá. Đến năm 2050 đã có sự khác biệt rõ ràng giữa 2 kịch bản, lưu vực có sự chênh lệch nhỏ nhất là Hà Đông cũng đạt tới 0.07 ls/km2 và lớn nhất đạt đến 0.23 ls/km2. 49 Bảng 3.10: Thay đổi dòng chảy nhiều năm theo kịch bản biến đổi khí hậu và các thời kỳ Kịch bản A1B Kịch bản A2 Lưu vực Thời kỳ Diện tích lưu vực Q(m3/s) Mo(ls/km2) Q( m3/s) Mo(ls/km2) Chênh lệch giữa 2 kịch bản 1970-1999 10.4 24.1 10.4 24.1 Năm 2020 10.5 24.4 10.5 24.4 0.031 TL s..Đáy Năm 2050 430 10.5 24.4 10.5 24.450 0.091 1970-1999 2.1 22.8 2.1 22.8 Năm 2020 2.2 23.1 2.2 23.1 0.057 Hà Đông Năm 2050 94 2.2 23.1 2.2 23.1 0.070 1970-1999 9.9 25.3 9.9 25.3 Năm 2020 10.0 25.6 10.0 25.6 0.011 TL s. Nhuệ Năm 2050 391 10.0 25.6 10.0 25.7 0.135 1970-1999 16.9 27.9 16.9 27.9 Năm 2020 17.1 28.2 17.1 28.2 0.005 HL s. Nhuệ Năm 2050 607 17.1 28.2 17.3 28.4 0.231 1970-1999 28.5 27.8 28.5 27.8 Năm 2020 28.8 28.0 28.8 28.1 0.035 Phủ Lý- Ninh Bình Năm 2050 1027 28.8 28.0 29.0 28.3 0.210 1970-1999 9.5 30.2 9.5 30.2 Năm 2020 9.6 30.4 9.6 30.5 0.061 Bôi - Ninh Bình Năm 2050 316 9.6 30.4 9.7 30.6 0.206 1970-1999 20.2 30.7 20.2 30.7 Năm 2020 20.4 31.0 20.4 31.0 0.013 HL s. Bôi Năm 2050 658 20.4 31.0 20.5 31.2 0.205 1970-1999 19.5 30.6 19.5 30. Năm 2020 19.7 30.9 19.7 31.0 0.016 TL. s. Bôi Năm 2050 636.3 19.7 30.9 19.8 31.1 0.175 1970-1999 28.4 24.7 28.4 24.7 Năm 2020 28.7 24.9 28.7 25.0 0.046 Sông Tích Năm 2050 1149 28.7 24.9 28.8 25.1 0.096 1970-1999 8.8 27.8 8.810 27.8 Năm 2020 8.9 28.0 8.9 28.1 0.087 Tích - Ba Thá Năm 2050 316.6 8.9 28.1 10.0 28.4 0.229 50 Hình 3.14: Biến động dòng chảy giữa 2 kịch bản d) So sánh kết quả giữa hiện trạng và các năm 2020, 2050 Từ bảng 3.11, bảng 3.12 và hình 3.15 nhận thấy, vào năm 2020 dòng chảy t ên toàn bộ các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Nhuê – Đáy chưa có sự khác r51 biệt giữa hai kịch bản phát thải. Tỷ lệ thay đổi dòng chảy vào năm 2020 của 2 kịch bản này tương tự nhau xấp xỉ bằng 1%. Nhưng đến năm 2050 đã nhận thấy sự khác biệt về tỷ lệ thay đổi dòng chảy về kịch bản A1B thay đổi dòng chảy không biến đổi nhiều so với năm 2020, ở kịch bản A2 mức thay đổi đã lớn hơn lưu vực thay đổi ít nhất cũng lên đến 1,4% có lưu vực lên đến 1,95%. Bảng 3.11: Biến đổi dòng chảy năm 2020 và 2050 so với hiện trạng 2020 2050 Lưu vực QHT m3/s QA1Bm3/s % thay đổi QA2 m3/s % thay đổi QA1B m3/s % thay đổi QA2 m3/s % thay đổi TL s. Đáy 10.36 10.474 1.10 10.487 1.23 10.474 1.10 10.513 1.48 Hà Đông 2.14 2.1672 1.27 2.173 1.54 2.171 1.45 2.17 1.40 TL s. Nhuệ 9.88 9.9899 1.11 9.994 1.15 9.9903 1.12 10.043 1.65 HL s. Nhuệ 16.94 17.13 1.12 17.133 1.14 17.131 1.13 17.271 1.95 Phủ Lý- Ninh Bình 28.53 28.796 0.93 28.832 1.06 28.803 0.96 29.013 1.69 Bôi - Ninh Bình 9.53 9.6189 0.93 9.638 1.13 9.62 0.94 9.684 1.62 HL s. Bôi 20.23 20.404 0.86 20.412 0.90 20.404 0.86 20.54 1.53 TL. Bôi 19.49 19.674 0.95 19.684 1.00 19.682 0.99 19.787 1.52 Sông Tích 28.36 28.671 1.10 28.724 1.28 28.672 1.10 28.783 1.49 Tích - Ba Thá 8.81 8.8706 0.69 8.898 1.00 8.9102 1.14 8.979 1.92 e) Nhận xét và đánh giá Mục tiêu chính của phần này là đánh giá tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản đã được chọn đến tài nguyên nước các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Trong luận văn này, tính toán sự biến đổi khí hậu tác động đến tài nguyên nước được tính toán so với trung bình thời kỳ 1970 – 1999. Mỗi kịch bản biến đổi khí hậu được tính cho sự thay đổi dòng chảy vào các năm 2020 và 2050. Dòng chảy trên các lưu vực thu nước bộ phận trên sông Nhuệ - Đáy được tính toán cho thời kỳ hiện tại và theo 2 kịch bản biến đổi khí hậu A1B và A2. Thời kỳ hiện trạng được tính toán cho chuỗi thời gian từ 1970-1999, các kịch bản khí hậu được tính cho 2 thời kỳ tương lai, vào năm 2020 và năm 2050. Lượng mưa và bốc hơi tiềm năng được tính theo tỉ lệ % thay đổi lượng mưa và bốc hơi tháng theo các kịch bản của thời kỳ tương lai cho các kịch bản. Nhìn chung, hệ thống sông Nhuệ - Đáy có sự biến thiên dòng chảy trên các lưu vực là khác nhau theo từng kịch bản biến đổi khí hậu. Nhưng có thể nhận thấy rằng, xu thế của dòng chảy trung bình năm tăng lên ở tất cả các lưu vực bộ phận theo thời gian và theo từng kịch bản phát thải. 52 Dòng chảy vào năm 2050 đã có sự khác biệt so với thời kỳ năm 2020 và thời kỳ hiện trạng. Ở kịch bản A1B chưa nhận thấy sự khác biệt giữa hai thời kỳ. Tuy nhiên với kịch bản A2 đã nhận ra sự thay đổi dòng chảy khá rõ trên tất cả các lưu vực bộ phận. Tính toán tại các kịch bản phát thải trên lưu vực Nhuệ - Đáy, nhận thấy mức độ biến thiên dòng chảy lớn nhất thuộc khu vực trung lưu vực phần thuộc các huyện như: Mỹ Đức, Phú Xuyên, Quốc Oai và Thường Tín. Điều này cho thấy mức ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới tài nguyên nước phụ thuộc vào mức độ ứng xử với tài nguyên khí hậu như thế nào. Và sự biến đổi dòng chảy trên lưu vực phù hợp với sự thay đổi của lượng mưa và bốc hơi trên lưu vực theo các kịch bản khác nhau. 53 54 Bảng 3.12: Lưu lượng trung bình tháng các thời kỳ kịch bản A1B tại các lưu vực Lưu vực Thời kỳ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Mùa lũMùa kiệt 1970-1999 5.96 3.262.553.22 5.90 12.3514.5318.4623.5817.2311.00 6.29 10.3615.342 5.379 2000-2020 6.01 3.292.573.26 6.03 12.5714.7118.6623.7917.3611.09 6.35 10.4715.520 5.427 TL. s.Đáy 2020-2050 6.01 3.292.573.26 6.03 12.5714.7118.6623.7917.3611.10 6.35 10.4715.520 5.428 1970-1999 1.21 0.670.520.69 1.39 2.70 3.14 3.85 4.78 3.36 2.15 1.26 2.14 3.204 1.085 Năm 2020 1.22 0.680.530.70 1.42 2.74 3.17 3.89 4.82 3.39 2.17 1.27 2.17 3.239 1.096 Hà Đông Năm 2050 1.22 0.680.530.70 1.42 2.74 3.17 3.89 4.82 3.39 2.17 1.27 2.17 3.239 1.096 1970-1999 5.67 3.092.443.11 5.57 12.0013.7717.5522.3016.3810.65 6.05 9.88 14.595 5.167 Năm 2020 5.71 3.112.473.14 5.70 12.2313.9517.7322.5016.5010.74 6.10 9.99 14.768 5.212 TL. s. Nhuệ Năm 2050 5.71 3.112.473.14 5.70 12.2313.9517.7322.5016.5010.74 6.10 9.99 14.768 5.213 1970-1999 9.89 5.394.295.20 8.74 19.5422.6529.4138.7629.4619.24 10.7116.9424.762 9.124 Năm 2020 9.97 5.434.335.26 8.97 19.9922.9729.7239.0829.6619.38 10.8117.1325.063 9.196 HL. s. Nhuệ Năm 2050 9.97 5.444.335.26 8.97 19.9922.9629.7239.0829.6719.39 10.8117.1325.063 9.198 1970-199917.179.817.438.0414.1128.2137.0847.4069.0253.2032.64 18.2328.5341.504 15.553 Năm 2020 17.299.877.488.1114.3528.8137.5847.8969.4953.4832.83 18.3628.8041.934 15.605 Phủ Lý - Ninh Bình Năm 2050 17.299.877.488.1214.3628.8037.5747.8969.5053.5032.84 18.3628.8041.936 15.606 1970-1999 2.89 1.561.702.77 7.81 13.6315.5220.6424.6415.19 5.24 2.85 9.53 16.236 2.833 Năm 2020 2.90 1.571.712.80 7.96 13.9215.6320.8124.7415.24 5.27 2.87 9.62 16.384 2.854 Bôi - Ninh Bình Năm 2050 2.90 1.571.712.80 7.97 13.9115.6320.8124.7515.24 5.27 2.87 9.62 16.385 2.854 1970-1999 5.96 3.173.706.5317.6929.4332.8643.5751.5731.7610.87 5.65 20.2334.480 5.978 Năm 2020 5.99 3.183.726.6218.0130.0333.0943.9351.7931.8710.93 5.70 20.4034.785 6.022 HL. s. Bôi Năm 2050 5.99 3.183.726.6218.0130.0133.0843.9351.8031.8810.93 5.70 20.4034.787 6.022 1970-1999 5.89 3.093.355.3515.3427.8432.0543.1850.2831.0110.94 5.61 19.4933.285 5.705 Năm 2020 5.93 3.113.385.4315.6528.3732.3143.6150.5331.1211.01 5.65 19.6733.599 5.750 TL s.Bôi Năm 2050 5.93 3.113.385.4315.6528.3632.3043.6150.5531.1411.01 5.65 19.6833.602 5.750 1970-199917.699.667.257.8212.2426.2436.0048.1868.3955.4533.02 18.4328.3641.082 15.643 Năm 2020 17.849.747.317.9212.4826.7136.4748.8369.0655.8333.27 18.5928.6741.564 15.702 Sông Tích Năm 2050 17.849.747.317.9212.4826.7036.4648.8369.0755.8533.28 18.6028.6741.565 15.708 1970-1999 5.15 2.822.232.67 4.51 10.0311.7415.2420.3015.4310.02 5.57 8.81 12.877 4.744 Năm 2020 5.19 2.842.252.70 4.62 10.2611.9115.4020.4615.5310.09 5.62 8.91 13.031 4.781 Tích - Ba Thá Năm 2050 5.19 2.842.252.70 4.63 10.2611.9115.4020.4615.5410.10 5.62 8.91 13.032 4.782 Bảng 3.13: Lưu lượng trung bình tháng các kịch bản A2 tại các lưu vực Lưu vực Thời kỳ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Mùa lũMùa kiệt 1970-19995.96 3.262.553.225.90 12.3514.5318.4623.5817.2311.00 6.29 10.3615.342 5.379 Năm 2020 6.03 3.302.583.266.00 12.4514.6518.7523.9417.4111.12 6.36 10.4915.531 5.443 TL. s.Đáy Năm 2050 6.04 3.302.583.265.97 12.6414.8418.8023.8517.3811.14 6.37 10.5115.579 5.448 1970-19991.21 0.670.520.691.39 2.70 3.14 3.85 4.78 3.36 2.15 1.26 2.14 3.204 1.085 Năm 2020 1.23 0.680.530.701.42 2.73 3.17 3.91 4.85 3.40 2.17 1.28 2.17 3.246 1.099 Hà Đông Năm 2050 1.23 0.680.530.701.41 2.74 3.19 3.91 4.82 3.39 2.17 1.27 2.17 3.242 1.098 1970-19995.67 3.092.443.115.57 12.0013.7717.5522.3016.3810.65 6.05 9.88 14.595 5.167 Năm 2020 5.73 3.122.483.155.66 12.0813.8817.8222.6116.5310.76 6.11 9.99 14.763 5.225 TL. s. Nhuệ Năm 2050 5.75 3.132.483.155.63 12.3414.1317.8922.5716.5310.79 6.13 10.0414.850 5.236 1970-19999.89 5.394.295.208.74 19.5422.6529.4138.7629.4619.24 10.7116.9424.762 9.124 Năm 2020 10.005.454.355.268.85 19.6522.8229.8239.2329.6919.42 10.8217.1125.010 9.205 Năm 2050 10.055.484.365.268.85 20.3223.4130.0839.2829.7719.52 10.8717.2725.285 9.207 1970-199917.179.817.438.0414.1128.2137.0847.4069.0253.2032.64 18.2328.5341.504 15.553 Năm 2020 17.339.907.508.1314.2928.3637.3948.0069.7753.5732.89 18.3828.7941.896 15.603 HL. s. Nhuệ Phủ Lý - Ninh Bình Năm 2050 17.429.947.538.1414.3229.1238.1548.4369.8853.7233.05 18.4629.0142.271 15.608 1970-19992.89 1.561.702.777.81 13.6315.5220.6424.6415.195.24 2.85 9.53 16.236 2.833 Bôi - Ninh Bình Năm 2020 2.91 1.581.722.807.91 13.6515.6820.9224.8715.245.28 2.87 9.62 16.377 2.859 Lưu vực Thời kỳ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Mùa lũMùa kiệt Năm 2050 2.93 1.581.722.807.94 14.1515.8620.9924.8015.285.31 2.88 9.68 16.501 2.867 1970-19995.96 3.173.706.5317.6929.4332.8643.5751.5731.7610.87 5.65 20.2334.480 5.978 Năm 2020 6.00 3.193.746.6117.8929.4733.1944.1552.0631.8610.95 5.69 20.4034.771 6.033 HL. s. Bôi Năm 2050 6.04 3.203.746.6017.9530.5033.5744.2951.9131.9511.02 5.71 20.5435.028 6.052 1970-19995.89 3.093.355.3515.3427.8432.0543.1850.2831.0110.94 5.61 19.4933.285 5.705 Năm 2020 5.95 3.123.405.4215.5327.8932.3543.7950.9731.1211.03 5.66 19.6833.608 5.761 TL s.Bôi Năm 2050 5.97 3.123.395.4015.5928.7132.7043.9450.6631.1811.11 5.67 19.7933.796 5.778 1970-199917.699.667.257.8212.2426.2436.0048.1868.3955.4533.02 18.4328.3641.082 15.643 Năm 2020 17.939.797.357.9212.4026.4036.2548.8069.7056.0733.40 18.6828.7241.605 15.843 Sông Tích Năm 2050 17.959.797.357.9112.4426.7736.6749.1169.3355.9433.47 18.6828.7841.709 15.857 1970-19995.15 2.822.232.674.51 10.0311.7415.2420.3015.4310.02 5.57 8.81 12.877 4.744 Năm 2020 5.21 2.852.252.704.57 10.0811.8315.4520.5415.5510.11 5.62 8.90 13.005 4.791 Tích - Ba Thá Năm 2050 5.23 2.862.262.704.57 10.4212.1415.5920.5715.6010.16 5.65 8.98 13.146 4.813 Thượng lưu Đáy 10.35 10.37 10.39 10.41 10.43 10.45 10.47 10.49 10.51 10.53 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Hà Đông 2.14 2.15 2.15 2.16 2.16 2.17 2.17 2.18 2.18 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Thương lưu Nhuệ 9.85 9.90 9.95 10.00 10.05 10.10 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Hạ lưu Nhuệ 16.90 16.95 17.00 17.05 17.10 17.15 17.20 17.25 17.30 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Phủ lý _ Ninh bình 28.40 28.50 28.60 28.70 28.80 28.90 29.00 29.10 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Bôi _ Ninh bình 9.50 9.55 9.60 9.65 9.70 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Hình 3.15: Thay đổi dòng chảy năm giữa 2 kịch bản A2 và B2 55 Hạ lưu Bôi 20.20 20.30 20.40 20.50 20.60 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Thượng lưu Bôi 19.45 19.55 19.65 19.75 19.85 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Sông Tích 28.30 28.40 28.50 28.60 28.70 28.80 28.90 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Sông Tích 8.80 8.83 8.86 8.89 8.92 8.95 8.98 9.01 1970-1999 Năm 2020 Năm 2050 Thời kỳ Q(m3/s) Kịch bản A1B Kịch bản A2 Hình 3.24: Biến đổi dòng chảy theo thời kỳ của các kịch bản A1B và A2 3.5.CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY Để đánh giá tài nguyên nước, cần phải bàn luận đến hai vấn đề là lượng và chất. Trong luận văn này phần đánh giá về lượng đã được trình bày ở các phần trên, phần chất lượng nước không có tính toán gì thêm. Phần này chỉ nhằm yoongr quan lại các nghiên cứu về chất lượng nước trên lưu vực sông Nhuệ Đấy từ các công trình nghiên cứu trước đây. a) Tình hình ô nhiễm nguồn nước mặt trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy Biến đổi theo không gian. Ở sông Nhuệ nước sông bị ảnh hưởng rất lớn bởi nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp của thành phố Hà Nội. Về mùa cạn chất lượng nước phụ thuộc vào chế độ vận hành cống Liên Mạc, chế độ xả nước đập Thanh Liệt và chế độ lấy nước tưới của hệ thống thuỷ nông. Về mùa lũ thường cống Liên Mạc đóng, nước sông Nhuệ chủ yếu là nước thải thành phố, nước mưa, nước tiêu nông nghiệp, nguồn nước bị ô nhiễm nhưng được bơm thoát nhanh ra sông Đáy. Diễn biến chất lượng nước dọc sông Nhuệ có thể sơ bộ nhận định như sau: Tại cống Liên Mạc: khi cống mở, nước không bị ô nhiễm hoặc ô nhiễm nhẹ, chất lượng nước giống như nước sông Hồng, khi cống đóng mức độ ô nhiễm cao hơn nhưng không đáng kể do nước chảy chậm, giảm sự khuyếch tán của ôxy trong nước. Tại Cầu Diễn, cầu Hà Đông nhận nước tiêu nông nghiệp của huyện Từ Liêm 56 57 và nước thải làng nghề, sinh hoạt ở hai bên sông, nước bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ, cặn lơ lửng và vi khuẩn. Tại cầu Mai Lĩnh - Hà Đông nhận toàn bộ nước thải của thị xã Hà Đông, hàm lượng chất hữu cơ cao, nồng độ COD trong nước sông vượt quá giới hạn cho phép chất lượng nước mặt loại A từ 2-3 lần trong khi nồng độ BOD5 vượt quá giới hạn cho phép chất lượng nước mặt loại A từ 4-6 lần, hàm lượng DO rất thấp chỉ đạt 2.89 mg/l (tháng IV/2003). Chất lượng nước tại đây đạt tiêu chuẩn nước mặt loại B. Tại Cầu Tó huyện Thanh Trì nhận toàn bộ nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội xấp xỉ 500 000 m3/ngày đêm, ngoài ra lượng nước thải sản xuất công nghiệp và các dịch vụ khác khoảng 250.000-300.000 m3/ngày mang theo nhiều chất cặn bã lơ lửng, chất hữu cơ, hoá chất độc hại, vi khuẩn gây bệnh làm cho nước sông Nhuệ tại Cầu Tó bị ô nhiễm nặng, nhất là vào mùa kiệt (khi cống Liên Mạc đóng và nước thải thành phố Hà Nội xả vào, đôi khi xảy ra sự cố môi trường nước ở đoạn sông này. Hàm lượng các chất ô nhiễm đều vượt quá giới hạn cho phép đối với nước mặt loại B). Ở sông Đáy, chất lượng nước sông Đáy thay đổi thất thường và phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng và lưu lượng nước thải từ sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, làng nghề xuống các kênh mương, sông nội địa, sau đó đổ dồn vào sông Đáy dọc theo sông. Diễn biến chất lượng nước của sông Đáy từ thượng lưu xuống hạ lưu có thể mô tả như sau: Về mùa cạn, nước sông Đáy tại đập Đáy ít chịu ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt, công nghiệp nên nước bị ô nhiễm nhẹ. Vào đầu mùa mưa, nước bị ô nhiễm bởi các chất rửa trên bề mặt lưu vực nên hàm lượng các chất hữu cơ cao hơn. Chất lượng nước đạt tiêu chuẩn nước mặt loại B. Tại Ba Thá - Chương Mỹ: nước sông Đáy bị ảnh hưởng chủ yếu bởi nước tiêu nông nghiệp và một phần nước thải sinh hoạt của thị trấn Thanh Oai. Về mùa cạn, nước sông bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ như COD =18-27 mg/l, vượt quá giới hạn cho phép nuớc mặt loại A từ 1.8-2.7 lần, BOD=9-15 mg/l, vượt quá giới hạn cho phép nuớc mặt loại A từ 2.2-4.0 lần, hàm lượng DO thấp khoảng 5.5 mg/l, không đạt tiêu chuẩn nước mặt loại A. Tại cầu Tế Tiêu- Mỹ Đức: Nguồn nước sông tại đây do nước từ thượng nguồn sông Tích đổ về, chảy qua Vân Đình đến Mỹ Đức. Qua quá trình lắng đọng và tự làm sạch nên chất lượng nước được cải thiện thêm chút ít, tuy nhiên hàm lượng DO vẫn còn thấp < 5.0 mg/l, không đạt tiêu chuẩn nước mặt loại A. Biến đổi theo thời gian. Chất lượng nước sông Nhuệ hiện nay đang bị ô 58 nhiễm trầm trọng do phải tiếp nhận nước thải của các hoạt động dân sinh kinh tế trong vùng, đặc biệt là lượng nước thải đổ vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt tại địa phận quận Thanh Trì. Chất lượng nước sông Nhuệ sau khi tiếp nhận nước thải tại đây xấu đi nghiêm trọng, các chỉ số DO, BOD5, COD... đều vượt quá tiêu chuẩn nước mặt loại B gấp nhiều lần, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống trong khu vực. Trong tương lai, với việc gia tăng dân số nhanh cùng với sự phát triển về kinh tế -xã hội dẫn tới lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp tăng, do đó hàm lượng các chất thải trong nước như BOD, COD và SS tăng kéo theo mức độ ô nhiễm càng lớn. Hiện nay, lượng nước thải nước sinh hoạt và công nghiệp của thành phố Hà Nội đổ vào sông Nhuệ trung bình khoảng 5.4 m3/s, điều này đồng nghĩa với việc để cho hàm lượng ô nhiễm BOD không vượt quá tiêu chuẩn nước mặt loại B thì cống Liên Mạc sẽ phải mở với công suất tối đa là khoảng 60m3/s. Dự báo trong tương lai, lượng các chất ô nhiễm thải ra từ thủ đô Hà Nội sẽ còn tiếp tục tăng cao, ngoài ra lượng nước cung cấp sinh hoạt và công nghiệp của Hà Nội cũng tăng lên trong những năm tới. Như vậy, hàm lượng nước thải của Hà Nội vào sông Nhuệ sẽ tăng lên đáng kể là điều khó tránh khỏi. Vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để hạn chế và kiểm soát tình trạng ô nhiễm nước sông Nhuệ hiện nay và trong tương lai, ít nhất cũng phải đảm bảo được tiêu chuẩn nước mặt loại B, tức là để có khả năng cung cấp nước phục vụ cho nông nghiệp. Chất lượng nước của cả các sông nhánh và dòng chính sông Đáy đều bị ô nhiễm ở các mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào từng đoạn sông và từng thời điểm, vào lưu lượng dòng chảy và đặc biệt là lượng và thời điểm xả thải của các nguồn thải. Chất lượng nước các sông nhánh chỉ đạt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt loại B, còn trên sông Đáy tại một số điểm nhập lưu như hợp lưu sông Nhuệ vào sông Đáy thường bị ô nhiễm nặng đặc biệt vào mùa cạn, hàm lượng của các chất hữu cơ đều vượt quá giới hạn cho phép nước mặt loại B. Vì vậy, nước sông Đáy không đảm bảo chất lượng làm nguồn cấp cho mục đích sinh hoạt, có thể tạm chấp nhận cho mục đích tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp, tuy nhiên độ an toàn không cao, với yêu cầu DO ít nhất là 5 mg/l cho bảo vệ thuỷ sinh thì mục đích nuôi trồng thuỷ sản trên sông Đáy cũng không đảm bảo. b) Dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới chất lượng nước Theo báo cáo “Ứng dụng mô hình toán đánh giá một số tác động của biến đổi khí hậu lên chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy’ của tác giả Nguyễn 59 Mạnh Thắng và Trần Hồng Thái- Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn Môi trường, nhận thấy: Tình hình xâm nhập mặn. Xâm nhập mặn không xảy ra trên lưu vực sông Nhuệ. Đối với sông Đáy tình trạng xâm nhập mặn xảy ra lớn nhất vào cuối thế kỷ 21 với độ mặn 1‰ xấp xỉ 29km không ảnh hưởng tới tài nguyên nước mặt vùng nghiên cứu. Tình trạng ô nhiễm hữu cơ. Trong Nghiên cứu của báo cáo khuyến nghị 2 kịch bản tính phát thải chất hữu cơ: Kb1 : Quy hoạch phát triển KT-XH năm 2015, không xử lý; Kb1 : Quy hoạch phát triển KT-XH năm 2020, không xử lý. Kết quả mô phỏng thấy: Tại vị trí Đập Thanh Liệt đến Cầu Tó: hàm lượng BOD đạt giá trị cực đại, do nguồn thải từ Hà Nội vào sông Nhuệ qua Đập Thanh Liệt trong tương lai vẫn là rất lớn . Trong năm 2015 hàm lượng BOD biến đổi trong khoảng 151,2 - 158,5 mg/l, tăng so với hiện nay khoảng 38,2% và vượt tiêu chuẩn hạng B là 5,1 lần. Đến năm 2020 mức độ ô nhiễm tiếp tục tăng , và nếu không có biện pháp khắc phục thì đến năm 2020 hàm lượng BOD tăng lên cực đại 219,5 mg/l, trong khi đo sông Nhuệ chỉ còn nhiệm vụ tiêu thoát nước cho toàn bộ lưu vực , không có đáp ứng bất kỳ nhu cầu dùng nước nào phục vụ đời sống. Đoạn từ Cầu Tó – Đồng Quan hàm lượng BOD có chiều hướng giảm dần từ 128mg/l xuống 108mg/l năm 2015 và 181 xuống 148mg/l năm 2020 có cải thiện nhưng vẫn vượt qua các tiểu chuẩn. 60 KẾT LUẬN Luận văn đã thực hiện được các nội dung cơ bản sau: 1. Đã phân tích các điều kiện tự nhiên và hoạt động dân sinh kinh tế trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc địa bàn thành phố Hà Nội. Qua đó nhận thấy biến đổi khí hậu có ảnh hưởng đến biến động dòng chảy. Các hiện tượng thời tiết cực đoan và úng ngập xảy ra thường xuyên hơn với Thủ đô. 2. Tìm hiểu các nguyên nhân, các nguồn và tình trạng gây ô nhiễm trên lưu vực sông Nhuệ Đáy. Do kiều kiện về thời gian, nên luận văn chưa tính toán mức độ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới chất lượng nước trên lưu vực nghiên cứu. 3. Tổng quan các mô hình khảo sát biến động tài nguyên nước và lựa chọn mô hình NAM làm công cụ chính khảo sát các kịch bản biến đổi khí hậu ảnh hưởng tới tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM với chỉ số Nash đạt trên 70%. 4. Sử dụng hai kịch bản biến đổi khí hậu A1B và A2 trên số liệu quy về địa phương của nhóm REMOCLIC (do GS. TS. Phan Văn Tân lãnh đạo) để khảo sát biến đổi dòng chảy đến năm 2020 và năm 2050 bằng mô hình NAM cho thấy: - Dưới tác động của biến đổi khí hậu, lượng dòng chảy năm trên toàn lưu vực ở tất cả các kịch bản đều tăng; - Đến năm 2020 lượng dòng chảy tăng xấp xỉ 0.88 – 1.2 % đối với kịch bản A1B và 0.9 – 1.3 % đối với kịch bản A2. Đến năm 2050 với kịch bản A1B chỉ tăng xấp xỉ 0.9 – 1.2 % , tuy nhiên với kịch bản A2 dòng chảy đã tăng từ 1.1 – 1.9%. - So sánh cùng một thời kỳ, với kịch bản A2 dòng chảy lớn hơn so với kịch bản A1B, đặc biệt là sau 2020. 5. Do số liệu hiện trạng được tính và dùng làm kịch bản nền từ 1970 đến 1999, chưa qua hiệu chỉnh quan trắc nên các kết quả trên đây mới đánh giá biến động ở mức tương đối về sự biến động còn khong có ý nghĩa dự báo ở giá trị thực của dòng chảy. Để hoàn chỉnh và tiếp tục nghiên cứu theo hướng này, kiến nghị: 1. Cần hoàn thiện và đưa ra giá trị thực (có đối chiếu với số liệu quan trắc khí tượng) để dưa ra trường số liệu cho các mô hình dòng chảy chính xác hơn. 2. Vì mới chỉ sử dụng đến mô hình NAM, và vì thế chưa khảo sát đưc[j diễn 61 biến các kịch bản chất lượng nước. Đây cũng là hạn chế của luận văn này 3. Số liệu địa hình của khu vực nghiên cứu phức tạp, sự biến đổi địa hình vùng đồng bằng tại các lưu vực nghiên cứu không nhiều, và vì thế không có mô hình số độ cao (DEM) chi tiết nên không sử dụng được hết khả năng của các mô hình thủy văn và thủy lực để mô phỏng về diện ngập lụt và sự biến động của các đặc trưng dòng chảy theo không gian. Và đó cũng là hướng đầu tư nghiên cứu tiếp theo của vấn đề này. Hoàn thành luận văn này, không tánh khỏi các khiếm khuyết và hạn chế do tri thức, số liệu và thời gian. Rất mong nhận được sự đóng góp của các nhà khoa học, các thầy cố và đồng nghiệp để công trình được hoàn thiện hơn. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Khung Chương chương trình hành động thích ứng với biến đổi khí hậu của ngành Nông nghiệp và PTNT giai đoạn 2008-2020. 2008 2. Bộ Tài nguyên và Môi trường. Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam. Hà Nội tháng 6 - 2009 . 3. Bộ Tài nguyên và Môi trường. Dự án: “Việt Nam: Chuẩn bị thông báo quốc gia lần thứ hai cho UNFCCC”. Báo cáo Đánh giá chiến lược và các biện pháp ứng phó với biến đổi khí hậu trong lĩnh vực tài nguyên nước ở Việt Nam. Hà Nội, tháng 1 năm 2009. 4. Bộ Tài nguyên và Môi trường. Chương trình mục tiêu quốc gia thích ứng với biến đổi khí hậu. Hà Nội, 2008. 5. Lê Thị Hường, Nguyễn Thanh Sơn, 2010. Ứng dụng mô hình NAM khảo sát hiện trạng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa hoc lần thứ XIII. Tập 2. Thủy văn - Tài nguyên nước và Biển, Môi trường và Đa dạng sinh học. Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Thác Bà - 10/2010, tr. 87-94 6. Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mô hình toán thuỷ văn, Nxb ĐHQGHN. 7. Lê Văn Linh, Nguyễn Thanh Sơn, 2010 Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa hoc lần thứ XIII. Tập 2. Thủy văn - Tài nguyên nước và Biển, Môi trường và Đa dạng sinh học. Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Thác Bà - 10/2010, tr. 95-101 8. Lê Vũ Việt Phong (2006), ‘’Nghiên cứu áp dụng mô hình toán MIKE 11 tính toán chất lượng nước sông Nhuệ và sông Đáy”. Viện Khí tượng Thủy văn và trường Đại học Thủy Lợi. 9. Tống Khánh Thượng (2005), ‘’ứng dụng mô hình đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ phục vụ công tác quản lý môi trường”, luận văn tốt nghiệp, trường ĐHKHTN. 10. Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Viện KH KTTV&MT. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước và các biện pháp thích ứng- Lưu vực sông Hồng-Thái Bình. 2010 11. Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Viện KH KTTV&MT. “Ứng dụng mô hình toán đánh giá một số tác động của Biến đổi khí hậu lên chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy” 2010. 12. DHI – MIKE 11 Reference Manual – DHI software 2004.