Luận văn Nghiên cứu đánh giá biến động của tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến đổi khí hậu lưu vực sông Bùi

ng mô hình MIKE BASIN để xác định lượng nước thiếu hụt trong tương lai cho các hộ dùng nước và sự thay đổi của sản lượng điện dưới tác động của BĐKH. Kết quả cho thấy lượng nước đến trên toàn lưu vực có xu hướng giảm 16 xuống, lượng nước thiếu trên toàn vùng tăng mạnh từ 13 triệu m3 đến 220 triệu m3 vào cuối thế kỷ 21, sản lượng điện giảm ở tất cả các công trình thủy điện do lượng nước đến giảm. - Đồng bằng sông Cửu Long Mô hình SWAT và IQQM đã được sử dụng để tính toán sự thay đổi của dòng chảy sông Cửu Long [62].Kết quả cho thấy tác động của BĐKH sẽ làm cho dòng chảy năm của sông Cửu Long tăng lên. Mức tăng trung bình trong thời kỳ 2010-2050 của dòng chảy năm của sông Cửu Long tại Kratie và Tân Châu tăng tương ứng khoảng 7% và 4% đối với kịch bản B2; 12,5% và 7,6% đối với kịch bản A2 so với thời kỳ 1985-2000. - Lưu vực sông Bùi Trên LVS Bùi, Viện KHKTTV&MT (2010) đã ứng dụng mô hình MIKE NAM và MIKE BASIN để chỉ ra dòng chảy mùa lũ trên sông Bùi chỉ tăng dưới 2% vào thời kì 2040-2059 và dưới 3% vào thời kì 2080-2099. Nhu cầu nước sử dụng cho nông nghiệp vào giai đoạn 2080-2099 theo các kịch bản B2 và A2 tăng lần lượt 1,87 triệu và 3 triệu m3/năm so với giai đoạn nền 1986-2005. 1.2. Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.2.1. Vị trí địa lý Lưu vực sông Bùi thuộc địa phận xã Lâm Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình, là cửa ngõ của tỉnh Hòa Bình, cách trung tâm Hà Nội 43km, cách thành phố Hòa Bình 33km. Phía đông giáp xã Hòa Sơn của huyện Lương Sơn và thị trấn Xuân Mai (huyện Chương Mỹ, Hà Nội), phía tây giáp xã Lâm Sơn, phía nam giáp hai xã Nhuận Trạch và Tân Vinh (huyện Lương Sơn,Hòa Bình), phía bắc giáp xã Đông Xuân (huyện Thạch Thất, Hà Nội). 17 Hình 1.4: Bản đồ lưu vực sông Bùi tính đến trạm thủy văn Lâm Sơn Lưu vực này có lợi thế về vị trí địa lý, là đầu mối giao lưu kinh tế, văn hóa – xã hội giữa miền núi Tây Bắc với vùng đồng bằng sông Hồng vì có quốc lộ 6 là tuyến giao thông huyết mạch kinh tế - quốc phòng từ thủ đô Hà Nội, nối các tỉnh đồng bằng lên các tỉnh miền núi Tây Bắc và ngược lại, cùng với quốc lộ 6 là tuyến đường 21 nối thị trấn Lương Sơn với huyện Kim Bôi, Lạc Thủy và các huyện nối thành phố Hà Nội xuôi xuống đồng bằng. 1.2.2 Khí hậu Khu vực nghiên cứu có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa - kiểu khí hậu chung của vùng đồng bằng Bắc Bộ - với mỗi năm có một mùa đông lạnh và khô; một mùa hè nóng, ẩm và mưa nhiều. Giữa hai mùa này có sự chuyển 18 giao về khí hậu, điển hình là tháng IV và tháng X nên có thể coi khí hậu ở đây có 4 mùa. Bức xạ mặt trời là nguồn nhiệt chính tạo nên nhiệt độ không khí và nhiệt độ đất. Phân bố bức xạ trong năm liên quan đến tiến trình năm của độ cao mặt trời và thời gian chiếu sáng trong ngày.Tổng lượng bức xạ hàng năm ở khu vực nghiên cứu cỡ 122,8 kcal/cm2/năm. Bức xạ cực đại thường xảy ra vào tháng VII (15,2 kcal/cm2/tháng) và cực tiểu thường xảy ra vào tháng II (5.2 kcal/cm2/tháng). Số giờ nắng hàng năm đạt dao động trong khoảng từ 1300 đến 1700 giờ. Nhiệt độ không khí cao nhất tuyệt đối tới 42.8oC, thấp nhất tuyệt đối chỉ 2,7oC, trung bình năm dao động trong khoảng 23 ÷24oC. Trong những năm gần đây, do ảnh hưởng chung của sự biến đổi khí hậu toàn cầu, nhiệt độ không khí có xu hướng tăng cao nên nền nhiệt độ không khí trung bình năm của những năm gần đây cũng tăng lên (như năm 1998 là 25.1oC). Độ ẩm không khí trong khu vực nghiên cứu khá lớn, trung bình năm dao động trong khoảng 84 ÷86%. Mùa có mưa phùn (tháng III và IV hàng năm) là thời kỳ ẩm ướt nhất còn nửa đầu mùa đông (tháng XII và tháng I hàng năm), do ảnh hưởng gió mùa Đông Bắc khô hanh nên là thời kỳ khô nhất của năm. Diễn biến của lượng bốc hơi phụ thuộc vào diễn biến của nhiệt độ và độ ẩm không khí. Lượng bốc hơi tháng bình quân nhiều năm dao động trong khoảng 60 ÷ 100 mm. Tháng có lượng bốc hơi lớn nhất trong năm là tháng VII, tới 98 mm. Thời kỳ khô hanh đầu mùa đông cũng là thời kỳ có lượng bốc hơi lớn,trung bình dao động trong khoảng 90 ÷ 95 mm. Tốc độ gió ở khu vực không lớn lắm. Tốc độ gió trung bình của tháng lớn nhất (tháng IV) cũng chỉ khoảng 2.5m/s còn của tháng nhỏ nhất (tháng I) rất thấp, chỉ 1.5m/s. Tuy nhiên, tốc độ gió mạnh nhất có thể đạt tới trên 40 m/s. 19 Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng mưa trung bình của đồng bằng Bắc Bộ. Lượng mưa năm bình quân nhiều năm ở đây đạt khoảng từ 1521 - 2256 mm. Mỗi năm trung bình có khoảng trên dưới 150 ngày có mưa. Lượng mưa phân phối rất không đều theo thời gian trong năm. Một năm hình thành hai mùa mưa và khô rất rõ rệt. Mùa mưa thường kéo dài 5 tháng, từ tháng V đến tháng X với tổng lượng mưa chiếm tới xấp xỉ 83% tổng lượng mưa năm.Tháng mưa nhiều nhất thường là VII hoặc VIII với lượng mưa chiếm tới trên 18% tổng lượng mưa năm.Ba tháng liên tục có mưa lớn nhất trong năm là VII, VIII, IX.Tổng lượng mưa của ba tháng này chiếm tới trên 49% tổng lượng mưa năm. Mùa khô thường kéo dài 7 tháng, từ tháng XI đến tháng IV năm sau với tổng lượng mưa chỉ chiếm khoảng 17% lượng mưa của cả năm. Tháng ít mưa nhất thường là tháng XII hoặc tháng I với lượng mưa chỉ chiếm trên dưới 1% tổng lượng mưa năm.Ba tháng liên tục mưa ít nhất là các tháng XII, I và II. Tổng lượng mưa của ba tháng này chỉ chiếm khoảng 4,2% tổng lượng mưa năm. 1.2.3 Thảm phủ thực vật Hiện nay rừng đầu nguồn đang bị khai thác, tàn phá nghiêm trọng làm giảm diện tích rừng tự nhiên và đa dạng sinh học bị giảm sút. Do lưu vực sông Bùi có địa hình đa dạng, với các vùng đồi, núi và đồng bằng, nên trên lưu vực có nhiều hệ sinh thái khác nhau như rừng trên núi đất, núi đá vôi, các hệ sinh thái thủy vực nước ngọt, các vùng đất ngập nước. Hệ sinh thái tự nhiên trong lưu vực sông Bùi gồm: + Hệ sinh thái rừng kín cây lá rộng; + Hệ sinh thái tràng cây bụi, cỏ trên núi đất; + Hệ sinh thái rừng kín thường xanh, cây lá rộng nhiệt đới trên núi đá vôi; + Hệ sinh thái tràng cây bụi, tràng cỏ trên núi đá vôi . 20 Tổng diện tích đất lâm nghiệp là 18.733,19 ha chiếm 49,68% diện tích tự nhiên. Rừng tự nhiên của lưu vực khá đa dạng và phong phú với nhiều loại gỗ quý. Nhưng do tác động của con người, rừng đã mất đi quá nhiều và thay thế chúng là rừng thứ sinh. Diện tích rừng phân bố dàn trải trên lưu vực. Nhờ quan tâm phát triển kinh tế đồi rừng, kinh tế trang trại rừng đã góp phần đem lại thu nhập cao cho người dân và góp phần bảo vệ môi trường sinh thái, giữ nước đầu nguồn, cải thiện cảnh quan khu vực. 1.2.4 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi Lưu vực có mạng lưới sông, suối phân bố tương đối đồng đều trong các xã.Sông Bùi chảy qua Thị trấn Lương Sơn là một con sông quan trọng về giao thông đường thủy của Tỉnh Hòa Bình. Sông Bùi là phụ lưu lớn của sông Tích có chiều dài 9 km, chiều dài lưu vực là 8 km, diện tích lưu vực là 33.1 km2, chiều rộng bình quân lưu vực là 4.1 km, hệ số uốn khúc sông là 1.13. Sông Bùi bắt nguồn từ dãy núi cao Trường Sơn chảy qua xã Cao Răm, Tân Vinh, Thị trấn Lương Sơn, Nhuận Trạch và chảy vào địa phận huyện Chương Mỹ - Hà Nội. [6] Đầu tiên sông chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, khi đến xã Tân Vinh thì nhập với suối Bu ( bắt nguồn từ xã Trường Sơn), dòng sông đổi hướng chảy quanh co, uốn khúc theo hướng Tây – Đông cho đến hết địa phận huyện Lương Sơn. Ngoài sông Bùi trong lưu vực còn một số sông, suối nhỏ “nội địa” có khả năng tiêu thoát nước tốt. Đặc điểm của hệ thống sông, suối trong lưu vực có ý nghĩa về mặt kinh tế, rất thuận lợi cho việc xây dựng các hồ chứa sử dụng chống lũ và kết hợp với tưới tiêu, phục vụ sản xuất nông nghiệp. 21 Có thể thấy, điều kiện khí hậu, thủy văn, sông ngòi đã tạo cho lưu vực những thuận lợi trong phát triển nông nghiệp, đa dạng hóa các loại cây trồng, vật nuôi, thâm canh tăng vụ và phát triển lâm nghiệp. Hệ thống sông suối, hồ đập không những là nguồn tài nguyên cung cấp nước cho sinh hoạt và đời sống nhân dân mà còn có tác dụng điều hòa khí hậu, cải thiện môi trường sinh thái và phát triển nguồn lợi thủy sản. 1.2.5 Hiện trạng tài nguyên nước mặt lưu vực sông Bùi Sông Bùi là phụ lưu lớn của sông Tích có chiều dài 9 km, chiều dài lưu vực là 8 km, diện tích lưu vực là 33.1 km2, chiều rộng bình quân lưu vực là 4.1 km, hệ số uốn khúc sông là 1.13. Sông Bùi bắt nguồn từ dãy núi cao Trường Sơn chảy qua xã Cao Răm, Tân Vinh, Thị trấn Lương Sơn, Nhuận Trạch và chảy vào địa phận huyện Chương Mỹ - Hà Nội. Mực nước trung bình hàng năm của con sông là 1987cm. [6] Do lưu vực có dạng hình tròn, dòng chảy ngắn (9km), độ dốc bình quân lưu vực lớn (16,8%), khả năng tập trung dòng chảy của lưu vực rất nhanh, lũ thường có dạng đỉnh nhọn, thời gian lũ ngắn. Cường suất lũ rất cao , chỉ trong 9 đến 10 giờ lũ có thể lên từ vài m3/s đến gần 200 m3/s và đạt đến đỉnh. Chẳng hạn, lũ tháng IX/1978 lưu lượng tăng từ 5 m3/s đến đỉnh 194 m3/s trong vòng 10 giờ, lũ tháng VIII/1994 lưu lượng từ 10 m3/s đến đỉnh 186 m3/s trong vòng 8 giờ. Điển hình như lũ tháng IX/1973 trong vòng 5 giờ, tăng từ 5,4 m3/s đến 139 m3/s, sau đó lại xuống rất nhanh, tuy cường suất không cao bằng lũ lên. Thời gian trung bình các trận lũ chỉ khoảng 20 đến 30 giờ. Là một lưu vực nhỏ, lũ trên lưu vực chủ yếu là lũ đơn; lũ kép ít xảy ra và nếu có thì thường đỉnh trận lũ chính vẫn chênh lệch khá nhiều so với các đỉnh lũ phụ. Do địa hình dốc núi cao, có cả núi đá, khả năng sinh dòng chảy của lưu vực cũng khá lớn, chỉ với lượng mưa nhỏ từ 10mm trở lên đã có khả năng sinh ra dòng chảy lũ. Đối với các trận mưa lớn dòng chảy lũ có cường 22 độ cao, mô đun đỉnh lũ đạt tới hàng nghìn l/s.km2, chẳng hạn lũ tháng IX/1975 đạt 8212 l/s.km2, lũ tháng IX/1978 đạt 5878 l/s.km2, lũ tháng VIII/1994 đạt 5636 l/s.km2. Dạng lũ đơn, một đỉnh, cường suất lũ lên xuống nhanh, mô đun dòng chảy lũ rất lớn là những đặc trưng nổi bật của lưu vực này. Trong những năm gần đây, tình hình phát triển kinh tế - xã hội diễn ra rất mạnh đem lại nhiều lợi ích to lớn cho nền kinh tế quốc dân, tuy nhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình trạng ô nhiễm do những mặt trái của các hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động, môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng trong khu vực đang bị ô nhiễm gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người lao động cũng như người dân sống trong vùng. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến môi trường bị ô nhiễm,hầu hết là do việc xả thải vào môi trường không đảm bảo tiêu chuẩn và quy trình gây nên tình trạng mất cân bằng, dẫn đến ô nhiễm. Các nguồn gây ô nhiễm đó chủ yếu là do các hoạt động: nước thải từ sinh hoạt và đô thị, từ công nghiệp, từ các làng nghề và tiểu thủ công nghiệp, từ nông nghiệp. Đoạn sông bị ô nhiễm dài 7km, bắt nguồn từ xóm Cời, xã Tân Vinh, chảy qua các xóm Đầm Rái, Cầu Sơn, Đồng Bưng, Đồng Si (xã Nhuận Trạch); qua địa phận Sư đoàn 308 đóng trên huyện Lương Sơn. Hiện nay, dòng sông đã chuyển sang đen thẫm, bọt khí sủi tăm, nguyên nhân là do hàm lượng khí CO2 và cồn trong nước quá cao. Kết luận: Ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giời đã áp dụng rất nhiều mô hình trong việc tính toán biến động TNNM trên các lưu vực sông. Sông Bùi là một con sông nhỏ nhưng rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế, noogn nghiệp của huyện Chương Mỹ - Hà Nội. Với hiện trạng ô nhiễm nguồn nước hiện nay, việc tính toán biến động TNNM lưu vực sông Bùi là rất cần thiết. Các bước tính toán của luận văn được thể hiện trong hình 1.5. 23 Hình 1.5: Sơ đồ các bước nghiên cứu của luận văn B2: Đánh giá biến động TNN trong quá khứ Q, H trạm Lâm Sơn giai đoạn 1980 - 2016 B3: Đánh giá biến động TNN trong tương lai B1: Thu thập số liệu Lưu lượng, mực nước, mưa, nhiệt độ, bốc hơi trạm Lâm Sơn Thiết lập mô hình NAM Mô phỏng TNN với 2 kịch bản BĐKH: RCP4.5 và RCP8.5 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình B4: Đề xuất các giải pháp ứng phó 24 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.1. Phương pháp nghiên cứu Ở Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu được triển khai và thực hiện nhằm đánh giá tác động của BĐKH đến tài nguyên nước trên cơ sở các kịch bản BĐKH. Để tính toán biến động dòng chảy, nhu cầu nước và cân bằng nước trên hệ thống, các tác giả đã sử dụng một số mô hình như: Mô hình MIKE NAM, MIKE BASIN, MIKE 11, mô hình SWAT và IQQM, Mỗi mô hình có ưu, nhược điểm khác nhau. [2] Trong đó, mô hình MIKE NAM là mô hình mưa – dòng chảy, phù hợp cho việc tính toán dòng chảy mặt.Vì vậy, tác giả sử dụng mô hình MIKE NAM để tính toán dòng chảy mặt cho lưu vực sông Bùi. Mô hình NAM (Nedbor Afstromnings Model = Mô hình mưa-dòng chảy) là mô hình tính toán dòng chảy trên một lưu vực từ mưa hoặc tuyết tan do Viện Nghiên cứu Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển. Trong mô hình NAM, mỗi lưu vực được xem là một đơn vị xử lý (Hình 2.1). Do đó, các thông số và các biến là đại diện cho các giá trị được trung bình hóa trên toàn lưu vực. Cấu trúc mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và các bể chứa tuyến tính, gồm có các bể chứa sau theo chiều thẳng đứng. Bể chứa tuyết: kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ. Đối với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì không xét đến bể chứa này. Bể chứa nước mặt: lượng nước ở bể chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sát mặt. Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu bằng Umax. 25 Bể chứa nước sát mặt: là vùng đất có rễ cây nên cây cối có thể hút nước cho bốc, thoát hơi. Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu bằng Lmax, lượng nước hiện tại được ký hiệu là L và tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể chứa. Bể chứa nước ngầm: Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau. Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy gốc. Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô hình NAM. Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt. Lượng nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt. Khi U đạt đến Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn trực tiếp ra sông và một phần còn lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm. 26 Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm xuống bể chứa ngầm. Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau. Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy gốc. Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến tính thứ nhất, sau đó các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua hồ chứa tuyến tính thứ hai. Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra. Số liệu đầu vào của mô hình NAM đó là các thông số về khí tượng (mưa, bốc hơi) cùng với các thông tin khác về điều kiện đất đai (độ ẩm, khả năng bổ sung nước ngầm, mực nước ngầm. v.v..). Số liệu đầu ra của mô hình sẽ là chuỗi dòng chảy cho cả 3 thành phần: dòng chảy bề mặt, dòng chảy sát mặt (tầng bão hoà) và dòng chảy nước ngầm. Các thông số cơ bản của mô hình được thể hiện trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Các thông số cơ bản của mô hình NAM STT Thông số Giá trị giới hạn Ý nghĩa 1 CQOF 0.01 - 0.99 Hệ số dòng chảy tràn không có thứ nguyên. Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm. Vì vậy nó ảnh hưởng nhiều đến tổng lượng dòng chảy và đoạn cuối của đường rút. Thông số này rất quan trọng vì nó quyết định phần nước dư thừa để tạo thành dòng chảy tràn và lượng nước thấm. Các lưu vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thô thì giá trị CQOF tương đối nhỏ, ở những lưu vực mà tính thấm nước của thổ nhưỡng kém như sét, đá tảng thì giá trị của nó sẽ rất lớn. 27 2 CQIF 0.0-1.0 Hệ số dòng chảy sát mặt, có thứ nguyên là thời gian (giờ)-1. Nó chính là phần của lượng nước trong bể chứa mặt (U) chảy sinh ra dòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian. Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút nước. 3 CBL 0.0-1.0 Là thông số dòng chảy ngầm, được dùng để chia dòng chảy ngầm ra làm hai thành phần: BFU và BFL. Trường hợp dòng chảy ngầm không quan trọng thì có thể chỉ dùng một trong 2 bể chứa nước ngầm, khi đó chỉ cần CBFL = 0, tức là lượng cấp nước ngầm đều đi vào bể chứa ngầm tầng trên. 4 CLOF, CLIF 0.0-1.0 Các ngưỡng dưới của các bể chứa để sinh dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm, không có thứ nguyên và có giá trị nhỏ hơn 1. Chúng có liên quan đến độ ẩm trong đất. Khi các giá trị của ngưỡng này nhỏ hơn L/Lmax thì sẽ không có dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm. Về ý nghĩa vật lý, các thông số này phản ánh mức độ biến đổi trong không gian của các đặc trưng lưu vực sông. Do vậy, giá trị các ngưỡng của lưu vực nhỏ thường lớn so với lưu vực lớn. 5 Umax, 10-25 Thông số khả năng chứa tối đa của các bể chứa tầng trên và tầng dưới. Do vậy, Umax và Lmax chính là lượng tổn thất ban đầu lớn nhất, phụ thuộc và điều kiện mặt đệm của lưu vực. Một đặc điểm của mô hình là lượng chứa Umax phải nằm trong sức chứa tối đa trước khi có lượng mưa vượt quá, PN xuất hiện, tức là Lmax 50-250 28 U< Umax. Do đó trong thời kỳ khô hạn, tổn thất của lượng mưa trước khi có dòng chảy tràn xuất hiện có thể được lấy làm Umax ban đầu. 6 CK1,2 0-100 Là các hằng số thời gian về thời gian tập trung nước. Chúng là các thông số rất quan trọng, ảnh hưởng đến dạng đường quá trình và đỉnh. 7 CKBF 0-5000 Là các hằng số thời gian về thời gian tập trung nước. Chúng là các thông số rất quan trọng, ảnh hưởng đến dạng đường quá trình và đỉnh. 2.2.1 Số liệu khí tượng Số liệu khí tượng bao gồm số liệu mưa và bốc hơi được dùng để phục vụ cho mô hình tính toán mưa – dòng chảy (NAM). Trong luận văn sử dụng số liệu mưa ngày, bốc hơi ngày của trạm Lâm Sơn từ năm 1986 đến năm 2016 để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình. Ngoài ra, luận văn cũng sử dụng số liệu nhiệt độ trung bình ngày của 2 trạm Lâm Sơn từ năm 1986 đến năm 2016 làm cơ sở dữ liệu nền để tính toán sự thay đổi nhiệt độ, bốc hơi theo kịch bản Biến đổi khí hậu. Từ đó, tính toán được sự thay đổi tài nguyên nước mặt trong tương lai. 2.2.2 Số liệu thủy văn Trên lưu vực sông Bùi có 1 trạm thủy văn là trạm Lâm Sơn đo cả mực nước và lưu lượng. Số liệu thủy văn được sử dụng trong luận văn bao gồm: - Số liệu lưu lượng, mực nước trung bình ngày từ năm 1980 đến năm 2016 để tính toán sự thay đổi tài nguyên nước mặt sông Bùi trong quá khứ. - Số liệu lưu lượng, mực nước trung bình ngày từ năm 1986 đến năm 2016 để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình Mike Nam và là cơ sở để tính toán sự thay đổi tài nguyên nước mặt sông Bùi trong tương lai theo kịch bản Biến đổi khí hậu. 29 2.3. Tác động của biến đổi khí hậu Kịch bản BĐKH, nước biển dâng Việt Nam đã được Bộ TN&MT cập nhật năm 2016 ở mức chi tiết hơn so với kịch bản công bố năm 2012. Được xây dựng dựa trên cơ sở các số liệu khí tượng thủy văn và mực nước biển của Việt Nam cập nhật đến năm 2015; số liệu địa hình được cập nhật đến tháng 3 năm 2016; phương pháp mới nhất trong Báo cáo đánh giá khí hậu lần thứ 5 của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu; các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao; theo phương pháp chi tiết hóa động lực kết hợp hiệu chỉnh thống kê sản phẩm mô hình. Các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng có mức độ chi tiết đến đơn vị hành chính cấp tỉnh và các đảo, quần đảo của Việt Nam. Bản đồ nguy cơ ngập do nước biển dâng có mức độ chi tiết đến cấp huyện và đến cấp xã đối với các khu vực có bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Kịch bản về một số đặc trưng cực trị khí hậu được cung cấp để phục vụ công tác quy hoạch [1]. Các kịch bản BĐKH và nước biển dâng đã được cập nhật này đều được tính toán theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính cao (RCP8.5), kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình cao (RCP6.0), kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp (RCP4.5), kịch bản nồng độ khí nhà kính thấp (RCP2.6). Trong đó kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 đã được Bộ TN&MT khuyến nghị sử dụng làm định hướng trong việc đánh giá ảnh hưởng của BĐKH, nước biển dâng và xây dựng kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH. Vì vậy, trong LUẬN VĂN THẠC SĨ tác giả lựa chọn kịch bản BĐKH, nước biển dâng theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 làm cơ sở tính toán. Trong khuôn khổ nghiên cứu này, chi tiết về các kịch bản BĐKH theo kịch bản phát thải RCP4.5 và RCP8.5 đến năm 2099. 30 a. Nhiệt độ  Nhiệt độ trung bình năm Do mô hình sử dụng số liệu mưa đầu vào trạm Lâm Sơn thuộc tỉnh Hòa Bình nên luận văn tính toán dựa trên kịch bản BĐKH của tỉnh Hòa Bình . Theo kịch bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm tỉnh Hòa Bình tăng 0.6 - 0.7oC, giữa thế kỷ tăng 1.6 – 1.7oC và cuối thế kỷ tăng khoảng 2.3 – 2.4oC so với giai đoạn nền (1986-2005).[1] Theo kịch bản RCP8.5, vào đầu thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm tỉnh Hòa Bình tăng 1.0 – 1.1oC, giữa thế kỷ tăng 2.2o và cuối thế kỷ tăng khoảng 3.8 – 3.9oC so với giai đoạn nền (1986-2005). Bảng 2.2: Biến đổi nhiệt độ trung bình (oC) so với thời kỳ cơ sở Tỉnh, TP Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.5 2016 - 2035 2046 - 2065 2080 - 2099 2016 - 2035 2046 - 2065 2080 - 2099 Hòa Bình TB năm +0.7 +1.6 +2.3 +1.0 +2.2 +3.8 Mùa Đông +0.7 +1.5 +1.9 +1.1 +2.0 +3.4 Mùa Xuân +0.6 +1.4 +2.2 +1.0 +2.0 +3.5 Mùa Hè +0.8 +1.9 +2.7 +1.0 +2.5 +4.2 Mùa Thu +0.7 +1.7 +2.3 +1.1 +2.3 +4.1 31 Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.5 Hình 2.2: Mức tăng nhiệt độ trung bình tỉnh Hòa Bình so với thời kỳ (1986-2005) 32 Nhiệt độ trung bình năm tỉnh Hòa Bình đều tăng mạnh, đặc biệt vào mùa hè, tăng 2.7 – 2.8oC theo kịch bản RCP4.5 so với giai đoạn nền (1986-2005) và tăng 4.2 – 4.3oC theo kịch bản RCP8.5 so với giai đoạn nền (1986-2005).  Nhiệt độ tối cao trung bình năm Theo kịch bản RCP4.5, vào giữa thế kỷ, nhiệt độ tối cao trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 1,4÷1,8oC. Đến cuối thế kỷ, mức tăng từ 1,7÷2,7oC. Trong đó, tăng cao nhất là khu vực Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ; thấp nhất là khu vực Nam Trung Bộ và Nam Bộ.[1] Theo kịch bản RCP8.5, vào giữa thế kỷ, nhiệt độ tối cao trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 1,6÷2,4oC, tăng cao nhất là khu vực Việt Bắc với mức tăng cóthể trên 2,6oC. Đến cuối thế kỷ, nhiệt độ tối cao trung bình năm tiếp tục có xu thế tăng, phổbiến từ 3,0÷4,8oC, cao nhất có thể tăng trên 5,0oC đối với một số tỉnh miền núi phía Bắc.  Nhiệt độ tối thấp trung bình năm Theo kịch bản RCP4.5, nhiệt độ tối thấp trung bình năm trên toàn quốc có mức tăng phổ biến từ 1,4÷1,6oC vào giữa thế kỷ, từ 1,8÷2,2oC vào cuối thế kỷ. Khu vực ven biển Nam Trung Bộ và Nam Bộ có mức tăng thấp nhất, khoảng 1,3÷1,4oC vào giữa thế kỷ và 1,6÷1,8oC vào cuối thế kỷ. Theo kịch bản RCP8.5, vào giữa thế kỷ, nhiệt độ tối thấp trung bình năm trên toànquốc có mức tăng phổ biến từ 1,6÷2,6oC, tăng cao nhất ở khu vực phía Bắc và Tây Nguyên(2,2÷2,6oC). Các khu vực khác có mức tăng thấp hơn (1,6÷1,8oC). Đến cuối thế kỷ, mức tăngphổ biến từ 3,0÷4,0oC, một số tỉnh phía Bắc có mức tăng cao hơn. 33 b. Lượng mưa  Lượng mưa năm Theo kịch bản RCP4.5, lượng mưa năm tỉnh Hòa Bình có xu thế tăng, đầu thế kỷ tăng 7.5 – 12.6%, giữa thế kỷ tăng 12.9 – 17.0% và cuối thế kỷ tăng khoảng 20.2 – 24.0% so với giai đoạn nền (1986-2005).[1] Theo kịch bản RCP8.5, lượng mưa năm tỉnh Hòa Bình có xu thế tăng, đầu thế kỷ tăng 7.0 – 9.9%, giữa thế kỷ tăng 12.8 – 17.8% và cuối thế kỷ tăng khoảng 20,9 – 29.8% so với giai đoạn nền (1986-2005). Bảng 2.3: Biến đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở Tỉnh, thành phố Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.5 2016 - 2035 2046 - 2065 2080 - 2099 2016 - 2035 2046 - 2065 2080 - 2099 Hòa Bình TB năm +7.5 +12.9 +20.2 +7.0 +12.8 +20.9 Mùa Đông +4.7 -1.8 -2.4 -2.4 +1.3 +16.8 Mùa Xuân -7.2 +4.6 +13.7 -10.4 -0.6 +3.6 Mùa Hè +5.5 +12.8 +16.1 +13.5 +12.4 +20.6 Mùa Thu +23.4 +21.6 +36.4 +9.5 +26.0 +37.0 34 Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.5 Hình 2.3: Mức tăng lượng mưa so với thời kỳ (1986-2005) 35 Nhìn vào bảng và hình trên ta thấy lượng mưa năm tỉnh Hòa Bình đều tăng theo 2 kịch bản. Lượng mưa tăng nhiều vào mùa Thu (đây là mùa lũ ở sông Bùi) và tăng nhẹ, có thời kỳ giảm ở mùa Đông và mùa Xuân (mùa kiệt ở sông Bùi). Điều này sẽ khiến cho lưu lượng mùa lũ tăng lên và lưu lượng mùa kiệt sẽ bị giảm đi.  Lượng mưa một ngày lớn nhất trung bình Theo kịch bản RCP4.5, vào giữa thế kỷ, lượng mưa 1 ngày lớn nhất trung bình có xu thế tăng trên toàn lãnh thổ, phổ biến từ 10÷70%. Tăng nhiều nhất ở Đông Bắc, Thừa Thiên - Huế đến Hòa Bình và phía đông Nam Bộ. Đến cuối thế kỷ, xu thế biến đổi khá giống với thời kỳ giữa thế kỷ nhưng mức tăng lớn hơn và phạm vi tăng mở rộng hơn.[1] Theo kịch bản RCP8.5, vào giữa thế kỷ, lượng mưa 1 ngày lớn nhất trung bình có xuthế tăng trên cả nước, mức tăng từ 10÷70%, trong đó tăng nhiều hơn ở Đông Bắc, nam TâyNguyên, cực nam Trung Bộ và Nam Bộ. Đến cuối thế kỷ, xu thế biến đổi tương tự giữa thế kỷnhưng lớn hơn về mức độ và mở rộng hơn về phạm vi. Tăng nhiều nhất ở Đông Bắc, phía tâycủa Tây Bắc, nam đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, bắc Tây Nguyên và Nam Bộ  Lượng mưa năm ngày lớn nhất trung bình Theo kịch bản RCP4.5, vào giữa thế kỷ, lượng mưa 5 ngày lớn nhất trung bình có xu thế tăng trên phạm vi cả nước với mức tăng phổ biến từ 10÷50%. Phía đông Nam Bộ có mức tăng nhiều nhất cả nước, có thể trên 80%. Đến cuối thế kỷ, xu thế biến đổi gần tương tự với thời kỳ giữa thế kỷ nhưng lớn hơn về mức độ và mở rộng hơn về phạm vi, đặc biệt là khu vực Đông Bắc. Theo kịch bản RCP8.5, vào giữa thế kỷ, lượng mưa 5 ngày lớn nhất trung bình có xuthế và mức biến đổi tương tự với lượng mưa 1 ngày lớn nhất. 36 Mức tăng phổ biến từ10÷60%, nhiều nhất ở Đông Bắc. Đến cuối thế kỷ, xu thế tăng nhiều nhất ở Đông Bắc và BắcTrung Bộ. c. Dự tính lượng bốc hơi Theo kịch bản BĐKH, nhiệt độ tăng sẽ làm gia tăng lượng bốc hơi trên lưu vực, tác động trực tiếp đến sự sản sinh dòng chảy trên lưu vực, gia tăng nhu cầu nước tưới cho cây trồng, v.v.. Tính toán lượng bốc thoát hơi trực tiếp dưới tác động của BĐKH không dễ dàng, vì vậy tác động của BĐKH lên thành phần cán cân nước trên lưu vực được đánh giá thông qua lượng bốc hơi tiềm năng (ETo) - yếu tố chỉ phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng. Để tính toán lượng bốc hơi, ta xây dựng phương trình tương quan giữa nhiệt độ không khí trung bình với lượng bốc hơi của trạm Lâm Sơn. Hiệu chỉnh trong giai đoạn nền (1986-2005) và kiểm định cho giai đoạn (2006-2016). Trong tương lai, nhiệt độ tăng dẫn tới bốc hơi năm trên lưu vực sông Bùi có xu hướng tăng dần trong giai đoạn 2016-2099. Xu thế tăng này cũng thể hiện rõ nét ở tất cả các trạm trên lưu vực sông. So với giai đoạn 1986- 2005, đến năm 2099, lượng bốc hơi năm lưu vực sông Bùi tăng khoảng 70 - 110mm/năm. 37 CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG BÙI 3.1. Biến động tài nguyên nước trên lưu vực sông Bùi Trên sông Bùi, tại trạm Lâm Sơn khống chế diện tích lưu vực là 33.1 km2 có tổng lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm là 36.7 triệu m3. Dòng chảy trung bình nhiều năm mùa lũ đạt 28.8 triệu m3 chiếm 78.5 % tổng lượng dòng chảy năm, dòng chảy trung bình mùa kiệt nhiều năm chiếm 21.5 % tổng lượng cả năm. Dựa vào chuỗi số liệu tính toán ta thấy trong thời đoạn từ năm 2000 – 2016 lưu lượng trung bình nhiều năm tăng 29.3% so với lưu lượng trung bình nhiều năm thời đoạn 1986-2005, còn lưu lượng mùa lũ trung bình nhiều năm tăng 26.1%, lưu lượng mùa kiệt trung bình nhiều năm tăng 39.6% so với thời đoạn 1986-2005. Điều này hợp với quy luật tăng lượng mưa do biến đổi khí hậu. Đường quá trình lưu lượng trung bình năm, lưu lượng mùa lũ và lưu lượng mùa kiệt từ năm 1980 – 2016 được thể hiện ở các hình 3.1; 3.2 và 3.3: Hình 3.1: Đường quá trình lưu lượng nhiều năm trạm Lâm Sơn 38 Hình 3.2: Đường quá trình lưu lượng mùa lũ nhiều năm trạm Lâm Sơn Hình 3.3: Đường quá trình lưu lượng mùa kiệt nhiều năm trạm Lâm Sơn 39 3.2. Nghiên cứu biến động tài nguyên nước lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn trong bối cảnh BĐKH 3.2.1. Áp dụng mô hình NAM tính toán sự thay đổi dòng chảy lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn 3.3.1.1. Thiết lập mô hình a. Xây dựng mô hình toán Để áp dụng mô hình NAM vào lưu vực nghiên cứu gồm các bước sau: Từ bản đồ địa hình (DEM 90m) và vị trí cửa ra của lưu vực, xác định lưu vực, diện tích lưu vực, danh sách các trạm mưa và bốc hơi khống chế cho từng lưu vực. Tạo lưu vực sông, khai báo các thông số lưu vực vào mô hình: Tên lưu vực, diện tích lưu vực, vị trí và tên các trạm mưa, bốc hơi và vị trí mặt cắt cửa ra lưu vực, khai báo đường dẫn tới các tập tin lưu trữ số liệu mưa, bốc hơi, tính toán trọng số các trạm mưa trên từng tiểu lưu vực. thiết lập các thông số, điều kiện ban đầu của mô hình cho từng lưu vực. Lựa chọn các thời kỳ tính toán. Hiệu chỉnh mô hình để xác định được các bộ thông số mô hình cho các lưu vực tính toán. Kiểm định mô hình với số liệu năm khác để xác định tính đúng đắn của bộ thông số. + Phân chia lưu vực Do lưu vực có diện tích nhỏ (33.1 km2) nên để toàn bộ lưu vực sông thành 1 lưu vực để đưa vào mô hình tính toán. + Số liệu đầu vào: Bao gồm số liệu bốc hơi tiềm năng, mưa ngày và lưu lượng trung bình ngày. Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn trên hệ thống sông Bùi – trạm Lâm Sơn được thu thập đồng bộ và kéo dài từ năm 1986 – 2016 của 1 trạm đo mưa và bốc hơi và 1 trạm thủy văn. 40 Bảng 3.1: Danh sách các trạm khí tượng thủy văn sử dụng trong mô hình Yếu tố đo Mưa Bốc hơi Lưu lượng Trạm Lâm Sơn x x x b. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình Sử dụng chuỗi số liệu năm 1986 – 2005 để hiệu chỉnh thông số của mô hình và chuỗi năm 2006 - 2016 kiểm định mô hình. Các thông số mô hình được xác định theo phương pháp thử sai. Để đánh giá sự phù hợp giữa quá trình thực đo và tính toán, nghiên cứu sử dụng chỉ tiêu NASH (R2). Trong đó: Qobs,i, Qsim,i : lưu lượng thực đo, lưu lượng tính toán tại thời điểm thứ i : lưu lượng thực đo trung bình các thời đoạn. - Sử dụng chuỗi số liệu năm 1986 - 2005 của trạm Lâm Sơn để hiệu chỉnh mô hình. Kết quả hiệu chỉnh được thể hiện trong các bảng 3.2 và hình 3.4: Hình 3.4: Quá trình lưu lượng hiệu chỉnh mô hình 41 Bảng 3.2: Trị số NASH cho quá trình hiệu chỉnh Năm Tên Trạm NASH R2(%) 1986 - 2005 Lâm Sơn 82.1 Sử dụng bộ thông số thu được sau khi hiệu chỉnh thành công chuỗi số liệu năm 1986 - 2005, kiểm định với chuỗi số liệu năm 2006 - 2016 để đảm bảo sự ổn định và tin cậy của bộ thông số này. Chuỗi số liệu sử dụng để kiểm định mô hình có thời đoạn 1 ngày với số liệu mưa Lâm Sơn và dòng chảy trạm Lâm Sơn. - Kiểm định cho chuỗi số liệu năm 2006 - 2016 cho trạm Lâm Sơn Bộ thông số kiểm định tốt với chuỗi số liệu trên, chỉ số Nash đạt cao và sai số tổng lượng nhỏ chứng tỏ bộ thông số ổn định, phù hợp với lưu vực. Kết quả kiểm nghiệm đường quá trình lưu lượng thực đo và đường quá trình lưu lượng tính toán được trình bày trong hình 3.5 và bảng 3.3: Bảng 3.3: Trị số Nash cho năm 2016 Lưu vực Tên trạm Nash R2 (%) Sông Bùi Lâm Sơn 77.0 Hình 3.5: Quá trình lưu lượng kiểm định mô hình chuỗi năm 2006 - 2016 42 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình NAM cho lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn khá tốt. Từ đó ta có thể sử dụng bộ thông số mô hình để tính toán, dự báo lưu lượng nước tại trạm Lâm Sơn. Bộ thông số mô hình NAM được thể hiện trong bảng 3.4: Bảng 3.4: Bộ thông số mô hình NAM cho lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF TG CKBF Lưu vực sông Bùi 23 220 0.63 3400 20 0.28 0.278 0.0092 2000 3.2.2. Sự thay đổi tài nguyên nước lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn trong bối cảnh BĐKH a. Tính toán lượng mưa và bốc hơi theo kịch bản BĐKH Số liệu đầu vào cho mô hình NAM gồm số liệu mưa trạm Lâm Sơn và bốc hơi của trạm Hòa Bình. Do trạm Lâm Sơn thuộc thành phố Hà Nội và theo kịch bản BĐKH của Viện Khí tượng thủy văn và biến đổi khí hậu công bố năm 2016 đã tính toán sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ cho từng tỉnh. Nên trongluận văn đã tính toán lượng mưa và bốc hơi dựa vào kịch bản thay đổi lượng mưa và nhiệt độ của trạm Hòa Bình. * Lượng mưa Dựa vào chuỗi số liệu tổng lượng mưa ngày từ năm 1986 đến năm 2005 và kịch bản BĐKH thay đổi lượng mưa trạm Lâm Sơn ta tính toán được lượng mưa cho các kịch bản trong tương lai theo công thức sau: X = X1 + X1*a Trong đó: X: Lượng mưa dự tính trong tương lai. X1: Lượng mưa ngày trung bình của chuỗi số liệu năm 1986 - 2005 a: Biến đổi lượng mưa (%) theo kịch bản BĐKH của giai đoạn trong tương lai 43 Tính toán tương tự cho các số liệu khác trong chuỗi, ta được chuỗi lượng mưa mới của giai đoạn trong tương lai theo kịch bản đó. Tính tương tự ta cũng được các chuỗi lượng mưa khác nhau của các giai đoạn khác nhau của 2 kịch bản BĐKH để làm đầu vào cho mô hình NAM. * Bốc hơi Do bốc hơi có tính tương đồng với nhiệt độ nên ta phải dự tính được chuỗi nhiệt độ thay đổi trong tương lai của các giai đoạn khác nhau theo 2 kịch bản BĐKH. Tương tự như với lượng mưa, ta sử dụng chuỗi nhiệt độ trung bình ngày của giai đoạn 1986-2005 làm giai đoạn nền kết hợp với kịch bản BĐKH của trạm Lâm Sơn ta tính toán nhiệt độ trong tương lai theo công thức sau: T = T1 + b Trong đó: T: Nhiệt độ trunh bình ngày dự tính trong tương lai. T1: Nhiệt độ trung bình ngày của chuỗi số liệu năm 1986 - 2005 b: Biến đổi nhiệt độ (oC) theo kịch bản BĐKH của giai đoạn trong tương lai. Từ công thức trên ta tính toán được chuỗi nhiệt độ các giai đoạn khác nhau của 2 kịch bản BĐKH. Do đầu vào của mô hình NAM là bốc hơi nên ta phải tính toán chuỗi số liệu bốc hơi dựa vào chuỗi số liệu nhiệt độ. Sử dụng số liệu nhiệt độ trung bình ngày và bốc hơi ngày thực đo của giai đoạn 1986 - 2005 để tính phương trình tương quan giữa bốc hơi và nhiệt độ như sau: y = 0.0819x - 0.2521 44 Trong đó: y: Lượng bốc hơi ngày. x: Nhiệt độ trung bình ngày. Sử dụng phương trình tương quan đó ta tính toán được chuỗi bốc hơi các giai đoạn khác nhau của 2 kịch bản BĐKH từ chuỗi nhiệt độ các giai đoạn trong tương lai đã tính toán ở trên để làm đầu vào cho mô hình NAM. b. Tính toán sự thay đổi lưu lượng theo kịch bản BĐKH Sử dụng chuỗi số liệu mưa, bốc hơi đã tính toán theo 2 kịch bản BĐKH làm đầu vào cho mô hình NAM đã xây dựng ở phần 3.2.1, tính toán được lưu lượng trong tương lai. * Lưu lượng trung bình năm Theo phần 2.3 ta có sự thay đổi nhiệt độ trung bình năm và lượng mưa năm theo kịch bản BĐKH của 2 kịch bản. Từ đó dự tính được lưu lượng tương lai được thể hiện trong hình 3.6 và bảng 3.5 như sau: Bảng 3.5: Dự tính lưu lượng trung bình năm Đơn vị: m3/s Trạm Thời đoạn 1986- 2005 2016- 2035 2046- 2065 2080- 2099 Lâm Sơn Kịch bản RCP4.5 362 388.5 405.6 431.3 Kịch bản RCP8.5 362 385.0 402.1 426.4 45 Hình 3.6: Dự tính lưu lượng trung bình năm trạm Lâm Sơn theo2 kịch bản BĐKH Mực dù nhiệt độ các thời kỳ có tăng làm cho lượng bốc hơi tăng; tuy nhiên theo 2 kịch bản BĐKH thì lượng mưa các thời kỳ cũng tăng đáng kể so với giai đoạn nền kéo theo lưu lượng trung bình năm của trạm Lâm Sơn cũng tăng theo các giai đoạn trong tương lai. Cụ thể, so với giai đoạn 1986-2005, dòng chảy trung bình năm trên lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn tăng khoảng từ 7.3 – 19.9%. Cao nhất là giai đoạn 2080-2099 theo kich bản RCP4.5 tăng 19.9% so với giai đoạn cơ sở. * Lưu lượng mùa lũ Dự tính lưu lượng mùa lũ tương tự với lưu lượng trung bình năm ta có kết quả như bảng 3.6 và hình 3.7. 46 Bảng 3.6: Dự tính lưu lượng trung bình mùa lũ Đơn vị: m3/s Trạm Thời đoạn 1986- 2005 2016- 2035 2046- 2065 2080- 2099 Lâm Sơn Kịch bản RCP4.5 285 327.8 332.1 357.9 Kịch bản RCP8.5 285 317.1 336.0 359.3 Theo 2 kịch bản BĐKH, vào mùa hè và mùa thu lượng mưa tỉnh Hòa Bình các giai đoạn tăng mạnh so với giai đoạn nền, đây chính là mùa lũ của sông Bùi. Do đó, lưu lượng mùa lũ tại trạm Lâm Sơn các giai đoạn trong tương lai đều tăng mạnh. Hình 3.7: Dự tính lưu lượng trung bình mùa lũ trạm Lâm Sơn theo 2 kịch bản BĐKH * Lưu lượng mùa kiệt 47 Theo kịch bản BĐKH, vào mùa kiệt có lượng mưa tăng ít hơn so với mùa lũ, thậm chí có những thời kỳ còn giảm so với giai đoạn nền (1986- 2005). Vì vậy lưu lượng mùa kiệt ngày càng giảm so với giai đoạn nền. Điển hình là giai đoạn đầu và giữa thế kỷ của cả kịch bản, lưu lượng giảm do lượng mưa cả mùa giảm và nhiệt độ thì tăng nhiều so với giai đoạn nền.Chỉ có giai đoạn cuối thế kỷ, lưu lượng mùa kiệt có tăng môt chút. Kết quả dự tính lưu lượng mùa kiệt được thể hiện trong bảng 3.7 và hình 3.8: Bảng 3.7: Dự tính lưu lượng trung bình mùa kiệt Đơn vị: m3/s Trạm Thời đoạn 1986- 2005 2016- 2035 2046- 2065 2080- 2099 Lâm Sơn Kịch bản RCP4.5 77 75.2 76.6 79.6 Kịch bản RCP8.5 77 70.4 74.3 81.9 48 Hình 3.8: Dự tính lưu lượng trung bình mùa kiệt trạm Lâm Sơn theo 2 kịch bản BĐKH Trái ngược với mùa lũ, mùa kiệt tại sông Bùi vào mùa Đông và mùa Xuân có những giai đoạn theo kịch bản BĐKH giảm so với giai đoạn nền, đó là giai đoạn 2016-2035 và giai đoạn 2046-2065. Do vậy, ở 2 giai đoạn đó lưu lượng mùa kiệt tại trạm Lâm Sơn giảm so với giai đoạn nền. Đến giai đoạn 2080-2099, lượng mưa tăng nên lưu lượng mùa kiệt cũng tăng lên. Theo tính toán trên thì lưu lượng trong tương lai đã chỉ ra lưu lượng nước tại trạm Lâm Sơn tăng rất ít, nhất là vào mùa kiệt không đáp ứng đủ nhu cầu dùng nước ngày càng tăng lên của người dân. Điều này dẫn đến việc tranh chấp, mâu thuẫn tài nguyên nước giữa các ngành, cuộc sống sinh hoạt của người dân. 3.3. Đề xuất các giải pháp BĐKH ảnh hưởng mạnh tới TNN trên mọi phương diện. Những biến động của TNN sẽ ảnh hưởng tới các lĩnh vực liên quan: làm thay đổi trong khai thác, sử dụng và quản lý TNN, điều chỉnh, thay đổi các chính sách, luật pháp liên quan đến TNN... Để hạn chế tối đa những tác động do BĐKH và biến đổi của TNN gây ra đối với con người cũng như đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội, hai hoạt động thích ứng và giảm nhẹ tác động của BĐKH cần được thực hiện đồng thời. Các giải pháp thích ứng với BĐKH trong lĩnh vực TNN cho lưu vực sông Bùi bao gồm thích ứng với sự gia tăng nhiệt độ, lượng mưa, cường độ và tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan và các giải pháp hỗ trợ. 3.3.1. Thích ứng với sự gia tăng nhiệt độ Tăng cường nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ về điều tra, khảo sát, quan trắc và đánh giá TNN và năng lực thích ứng với BĐKH. 49 - Đánh giá tác động của BĐKH đến TNN (bao gồm trữ lượng, chất lượng), chế độ và nhu cầu nước của các ngành có liên quan. - Đẩy mạnh nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, công nghệ và áp dụng công nghệtiên tiến trong điều tra, khảo sát, quan trắc, giám sát, bảo vệ, phương pháp đánh giá TNN (bao gồm các chỉ tiêu, tiêu chí và tiêu chuẩn phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn và TNN cho quy hoạch, thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi, thủy điện). - Nghiên cứu và áp dụng phương pháp quản lý tổng hợp TNN, phòng chống và khắc phục hậu quả của các thiên tai do nước gây ra trong điều kiện BĐKH. - Nghiên cứu và áp dụng các phương pháp tiên tiến về đánh giá tổn thươngTNN do BĐKH gây ra. - Thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu, thông tin liên quan đến quản lý TNN và tác động của BĐKH đến TNN tỉnh Hòa Bình và lưu vực sông Bùi. - Nghiên cứu công nghệ và phương pháp xử lý, thay đổi nguyên tắc vận hành, thiết lập hệ thống chuyển đổi linh hoạt giữa nước ngầm và nước mặt. - Thay đổi thói quen dùng nước, nâng cao ý thức người dân trong sử dụngnước hợp lý và tiết kiệm. - Xây dựng hệ thống các công trình thuỷ lợi ở nông thôn, các đập, hồ chứa ởvùng sâu vùng xa, trữ nước trong mùa mưa để sử dụng trong mùa khô đảm bảo cung cấp đủ nước phục vụ nông nghiệp và sinh hoạt cho nhân dân. 3.3.2. Thích ứng với sự gia tăng lượng mưa - Thực hiện có hiệu quả việc quản lý tổng hợp TNN theo lưu vực sông trongđiều kiện xét tới BĐKH. - Xúc tiến lập quy hoạch lưu vực sông Bùi, quy hoạch phát triển bền vững TNN lưu vực sông, trên cơ sở gắn kết với quy hoạch sử dụng đất, quy 50 hoạch phát triển rừng, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Hòa Bình có lồng ghép BĐKH. - Quản lý có hiệu quả TNN trong điều kiện BĐKH: Điều hoà và phân phối nguồn nước trên lưu vực sông, bảo đảm phân bổ, khai thác, sử dụng TNN hợp lý giữa các ngành sử dụng nước, các địa phương thuộc lưu vực sông Bùi. - Củng cố, nâng cấp và xây dựng bổ sung các công trình khai thác nguồnnước trong điều kiện BĐKH, nhằm bảo đảm các nhu cầu phát điện, cấp nước và bảo vệ môi trường sinh thái dùng nước, phòng chống thiên tai về nước, phục vụ cho phát triển bền vững kinh tế xã hội. - Củng cố, nâng cấp và hoàn thiện các hệ thống công trình khai thác, sử dụng các nguồn nước (hồ chứa thủy lợi và thủy điện) hệ thống kênh mương tưới tiêu, các công trình khai thác nước ngầm (giếng đào, giếng khoan, lỗ khoan, bể chứa và hệthống dẫn nước) trong điều kiện BĐKH nhằm nâng cao hiệu quả khai thác TNN của các công trình và bảo đảm vận hành an toàn. 3.3.3. Thích ứng với sự gia tăng cường độ và tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan, tai biến Quy hoạch tổng thể nguồn nước, xây dựng hệ thống dự trữ; việc xây dựngđập, hồ trữ nước cần tính toán tránh ảnh hưởng tới dòng chảy chính. Đầu tư xây dựng các công trình gia cố bảo vệ đê điều, hệ thống thoát nướccác khu vực có nguy cơ ngập, lũ quét, có tính toán đến việc gia tăng dân cư tại đó. Xây dựng các cụm dân cư, nhà ở có thể ứng phó, thích nghi với các hiện tường thời tiết cực đoan (hạn hán, nắng nóng) và tai biến như lũ quét - lũ ống. Hoàn chỉnh, nâng cấp và hiện đại hóa hệ thống quan trắc, cảnh báo, dự báo lũ; xây dựng hệ thống cảnh báo lũ quét - lũ ống có xét đến những diễn 51 biến củaBĐKH. Với độ tin cậy cao và kéo dài thời gian cảnh báo, dự báo nhằm chủ động ứng phó có hiệu quả với thiên tai về nước. Phân vùng nguy cơ lũ quét, sạt lở đất, hạn hán các khu vực trên địa bàn tỉnh. Chú trọng những khu vực có nguy cơ thiên tai cao (như khả năng lũ lụt, lũquét, hạn hán, ... trong điều kiện BĐKH sẽ có nguy cơ tăng cao về tần suất và cường độ). Tuyên truyền vận động người dân ở nông thôn, vùng sâu vùng xa có tinh thần trách nhiệm, ý thức khắc phục và sống cùng với các hiện tượng khắc nghiệt: hạn hán, lũ quét, tránh hiện tượng bỏ nương rẫy, di dời lên khu vực thành thị, thịtrấn gây mất trật tự và cân bằng xã hội. 3.3.4. Giải pháp hỗ trợ Ngoài các giải pháp trên thì việc đầu tư tài chính, trang thiết bị và nhân lực; hoàn thiện thể chế, tổ chức là những giải pháp hỗ trợ tích cực trong thích ứng với tác động của BĐKH đến TNN. Tăng cường đầu tư tài chính, trang thiết bị và nhân lực: - Sử dụng có hiệu quả nguồn vốn từ ngân sách nhà nước chi cho công tác điều tra, đánh giá và dự báo diễn biến về số lượng, chất lượng TNN; quy hoạch lưu vực sông và quy hoạch khai thác, sử dụng, bảo vệ TNN, khôi phục các nguồn nước bị ô nhiễm, suy thoái, cạn kiệt và công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng và phát triển công nghệ trong lĩnh vực TNN. - Tranh thủ tối đa và sử dụng có hiệu quả các nguồn vốn hỗ trợ phát triển chính thức (ODA) cho lĩnh vực TNN. Huy động các nguồn đầu tư từ xã hội cho công tác bảo vệ TNN như: các doanh nghiệp, tổ chức xã hội, và ngay cả từ người dân. - Thực hiện chính sách chia sẻ lợi ích và trách nhiệm tài chính giữa các tổchức, cá nhân khai thác sử dụng TNN trên lưu vực sông Bùi trên cơ sở hiệu 52 ích tổng hợp về kinh tế - xã hội và môi trường của các công trình khai thác, sử dụng nước tổng hợp, đa mục tiêu. Hoàn thiện thể chế, tổ chức: - Rà soát, bổ sung hệ thống pháp luật, chính sách hiện hành để phù hợp với với điều kiện BĐKH. Xây dựng, bổ sung, hoàn chỉnh các cơ chế, chính sách liên quan đến TNN nhằm đảm bảo các cơ sở pháp luật để triển khai các hoạt động thích ứng với BĐKH; trong đó đặc biệt chú ý đến các văn bản liên quan đến giá trị kinh tế và môi trường của nước nhằm sử dụng hợp lý, tiết kiệm và bảo vệ TNN; ưu tiên sử dụng nước cho sinh hoạt trong xây dựng và vận hành các công trình khai thác, sử dụng nước; các văn bản pháp lý và cơ chế phối hợp khai thác, sử dụng nguồn nước sông liên tỉnh, liên quốc gia. - Xây dựng, hoàn thiện các đề án, quy hoạch nhằm tăng cường công tác quản lý TNN trên địa bàn tỉnh Hòa Bình nhằm đạt chỉ tiêu đến năm 2020 có 100% số hộthành thị và 70% số hộ nông thôn được sử dụng nước hợp vệ sinh theo kế hoạchphát triển kinh tế - xã hội giai đoạn 2018 - 2020, đạt các mục tiêu theo chiến lược quốc gia về TNN đến năm 2020. - Chủ động hợp tác quốc tế về các vấn đề liên quan đến TNN - Tăng cường hợp tác với các tổ chức quốc tế như UNDP, ADB, WB... các tổchức chính phủ, phi chính phủ nhằm tranh thủ tối đa sự hỗ trợ cho lĩnh vực TNN, chú trọng hợp tác trên các lĩnh vực giáo dục, đào tạo và nghiên cứu về TNN. - Tham gia tích cực vào các diễn đàn về TNN, bao gồm các hoạt động trao đổi thông tin, trao đổi kinh nghiệm, tổ chức hội thảo, hợp tác khác về TNN. 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  KẾT LUẬN Trong luận văn đã rút ra được một số kết luận như sau: 1. Sông Bùi là phụ lưu lớn của sông Tích có chiều dài 9 km, chiều dài lưu vực là 8 km, diện tích lưu vực là 33.1 km2. Khả năng tập trung dòng chảy của lưu vực rất nhanh, lũ thường có dạng đỉnh nhọn, thời gian lũ ngắn, cường suất lũ rất cao. Trong những năm gần đây, tình hình phát triển kinh tế - xã hội diễn ra rất mạnh đem lại nhiều lợi ích to lớn cho nền kinh tế quốc dân, tuy nhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình trạng ô nhiễm do những mặt trái của các hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động, môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng trong khu vực đang bị ô nhiễm gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người lao động cũng như người dân sống trong vùng 2. Viện Khí tượng thủy văn và biến đổi khí hậu đã công bố kịch bản BĐKH với 4 kịch bản phát thải: Kịch bản phát thải thấp (RCP2.5), kịch bản phát thải trung bình thấp (RCP4.5), kịch bản phát thải trung bình cao (RCP6.5) và kịch bản phát thải cao (RCP8.5). Luận văn đã sử dụng 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 của tỉnh Hòa bình để dự tính biến đổi tài nguyên nước lưu vực sông Bùi trong lương lai. 3. Có rất nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về tính toán tác động của BĐKH đến tài nguyên nước sử dụng các mô hình khác nhau với các kịch bản khác nhau. Ở Việt Nam một số tác giả cũng đã nghiên cứu chi tiết cho lưu vực sông Hồng - Thái Bình, sông Cả, sông Ba, sông Hương, sông Đồng Nai, sông Cửu Long.... 4. Xây dựng mô hình Nam cho tính toán lưu lượng trạm Lâm Sơn từ lượng mưa và bốc hơi của trạm Lâm Sơn từ năm 1986 - 2005 và kiểm định cho chuỗi năm 2006 - 2016. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ở mức tốt, chỉ số NASH đều trên 75%. Từ kết quả đó cho thấy có thể sử dụng mô hình để dự 54 tính lưu lượng nước cho các giai đoạn trong tương lai. 5. Dựa vào chuỗi số liệu trong quá khứ và kịch bản BĐKH cho tỉnh Hòa Bình để dự tính lưu lượng trong tương lai theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Kết quả là lưu lượng trung bình năm tăng từ 7.3 – 19.9%, không đáp ứng nhu cầu sử dụng nước trong tương lai của tỉnh. 6. Luận văn đề xuất một số giải pháp ứng phó với biến động tài nguyên nước trong thời kỳ biến đổi khí hậu. 55  KIẾN NGHỊ - Kết quả dự tính lưu lượng trong tương lai theo 2 kịch bản có tăng lên nhưng lượng tăng thấp. Mặt khác kinh tế - xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng nước tăng lên rất nhiều. Khi đó lượng nước tăng lên không đáp ửng đủ nhu cầu sử dụng dẫn đến thiếu nguồn nước và từ đó có rất nhiều khó khăn kéo theo sau đó. Vì vậy, ngay từ bây giờ chính quyền các cấp và người dân cần có những giải pháp hợp để không làm mất cân bằng nước trong tương lai. - Kết quả nghiên cứu có thể là tài liệu cho những nhà nghiên cứu, nhà quản lý sử dụng trong việc nghiên cứu và quản lý của mình. - Kết quả nghiên cứu không những phục vụ cho luận văn mà còn xem xét phản ánh những khía cạnh khác của vấn đề nghiên cứu là tài nguyên nước mặt. Vì vậy cần có những phương án thực thi để có thể đề xuất các giải pháp ứng phó trong bối cảnh BĐKH trên lưu vực sông Bùi. 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2016), “Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam”. 2. Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), “Mô hình toán thủy văn”, nxb ĐH QGHN. 3. Nguyễn Hoàng Minh (2013), “Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước LVS Lô”, Luận văn Thạc sỹ Khoa học, Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. 4. Vũ Văn Minh, Nguyễn Hoàng Minh, Trần Hồng Thái (2011), “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước LVS Hồng – Thái Bình”, Tạp chí Khítượng Thủy văn. 5. Nguyễn Thanh Sơn (2005), “Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam”, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 158 trang. 6. Nguyễn Thanh Sơn, Ngô Chí Tuấn, Văn Thị Hằng, Nguyễn Ý Như (2011), “Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến biến đổi tài nguyên nước LVS Nhuệ-Đáy”, Tạp chíKhoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27(1S (2011)), Tr.218-226. 7. Trần Thanh Xuân, Trần Thục, Hoàng Minh Tuyển (2011), “Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước Việt Nam”, nxb Khoa học – kỹ thuật. 8. Lại Tiến Vinh (2016), “Nghiên cứu biến động tài nguyên nước vùng đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu”, Luận án tiến sĩ, học viện khoa học và công nghệ, Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam.