- Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy. - Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu và mô hình mô phỏng khí hậu – dòng chảy. - Đánh giá biến động của dòng chảy cực đoan dƣới tác động của biến đổi khí hậu: Cơ sở dữ liệu. - Đánh giá biến động cực trị dòng chảy Keywords: Thủy văn học. - Biến đổi khí hậu. - Lƣu vực sông;. - Đối với lƣu vực vấn đề đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến các cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn thành phố Hà. - Đánh giá biến động của dòng chảy cực đoan dƣới tác động của biến đổi khí hậu. - Hầu hết các công trình khoa học đã công bố rộng rãi ở Việt Nam gần đây chỉ mới tập trung sự thích ứng này ở đại lƣợng dòng chảy trung bình và chỉ mới tập trung vào những lƣu vực có quy mô lớn hệ thống sông Hồng – Thái Bình hay sông Mê Công mà chƣa có những nghiên cứu cho các lƣu vực nhỏ, nhƣ lƣu vực sông Nhuệ - Đáy, một lƣu vực đóng vai trò đặc biệt với Thủ đô Hà Nội, nơi tập trung đông dân cƣ và quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh.. - Đề tài luận văn Nghiên cứu tác động của Biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn Thành phố Hà Nội đã đƣợc hình thành, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc. - Dòng chảy trên lƣu vực sông phân bố không đều theo không gian và thời gian. - Theo không gian, dòng chảy lớn nhất là ở núi Ba Vì, phần hữu ngạn lƣu vực có dòng chảy lớn hơn phần tả ngạn. - Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy trong năm. - Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lƣợng mƣa năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là mùa mƣa và mùa khô. - lƣợng dòng chảy trên lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có nguồn gốc từ sông Hồng chuyển sang, chỉ 15% còn lại bắt nguồn từ lƣu vực.. - Trong mùa mƣa, mực nƣớc và lƣu lƣợng các sông suối lớn thay đổi nhanh, tốc độ dòng chảy đạt từ 2- 3 m/s, biên độ mực nƣớc trong từng con lũ thƣờng 4- 5 m. - LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY. - 2.2 CÁC MÔ HÌNH KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY 2.2.1 Giới thiệu một số mô hình khí hậu – dòng chảy. - Trong vài thập kỷ qua, một số lƣợng lớn các mô hình mƣa – dòng chảy đƣợc sử dụng phục vụ cho bài toán đánh giá tác động của BĐKH toàn cầu đến các quá trình thủy văn trên lƣu vực, và mỗi mô hình đƣợc sử dụng phổ biến và thành công ở một lĩnh vực nhất định. - Mô hình thủy văn đƣợc lựa chọn cần phải đáp ứng đƣợc yêu cầu: 1) đánh giá đƣợc những thay đổi thủy văn trong lƣu vực sông Nhuệ Đáy dƣới điều kiện BĐKH, 2) phải phù hợp với việc phân tích những thay đổi trong phân bố dòng chảy năm, và 3) phản ánh đƣợc những thay đổi trong yếu tố cực trị. - NAM là mô hình mƣa - dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), là một phần của mô hình MIKE 11. - Nó đƣợc xem nhƣ là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ƣớc lƣợng mƣa - dòng chảy dựa theo cấu trúc bán kinh nghiệm. - Dòng chảy mặt – biến đổi tuyến tính theo lƣợng ẩm tƣơng đối của đất, và tính theo hệ số dòng chảy mặt.. - Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – đƣợc tính toán theo lƣợng trữ ẩm và lƣợng ẩm tƣơng đối, hệ số dòng chảy sát mặt và ngƣỡng sinh dòng chảy sát mặt.. - Để mô hình hóa các quá trình mƣa – dòng chảy phục vụ cho bài toán BĐKH, có thể nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc sử dụng để giải đáp những mục tiêu thủy văn khác nhau, nhƣ quản lý tài nguyên nƣớc, lũ lụt, hạn hán hay ô nhiễm. - ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU. - Số liệu khí tƣợng, thủy văn đƣợc sử dụng với bƣớc thời gian ngày để cho phép nghiên cứu dòng chảy một cách chi tiết theo thời gian trên lƣu vực. - Chuỗi số liệu mƣa, bốc hơi và dòng chảy đồng bộ của 7 trạm đƣợc sử dụng cho bài toán hiệu chỉnh và kiểm định.. - Chuỗi số liệu mƣa và bốc hơi kịch bản A1B và A2 đƣợc hiệu sai qua hệ số a cho từng tháng và đƣợc sử dụng làm đầu vào cho mô hình NAM nhằm mục đích tính toán dòng chảy với bƣớc thời gian ngày cho 40 năm giai đoạn 2010-2049. - Từ chuỗi số liệu đầu ra, thống kê tổng hợp lũ, kiệt và chế độ dòng chảy trong lƣu vực sông Nhuệ Đáy đƣợc thực hiện dƣới điều kiện khí hậu khác nhau theo hai kịch bản A1B và A2.. - Bản đồ độ cao số hóa DEM kết hợp với bản đồ mạng lƣới sông suối, mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn đƣợc đƣa vào AVSWAT để xác định các đặc điểm địa hình và xác định các thông số thủy văn của lƣu vực nhƣ độ dốc lƣu vực, hƣớng dòng chảy nhằm mục đích phân chia lƣu vực cơ sở cho việc phân tích, tính toán dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy. - Trạm đo mƣa và trọng số theo phƣơng pháp đa giác Thiessen đƣợc sử dụng để tính toán dòng chảy cho các tiểu lƣu vực thuộc lƣu vực Nhuệ Đáy. - Trạm đo mƣa, bốc hơi, và trọng số của các trạm mƣa tính theo phƣơng pháp đa giác Thiessen sử dụng trong tính toán dòng chảy trên các lƣu vực con cho từng giai đoạn đƣợc tổng hợp trong bảng 3. - 3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mƣa dòng chảy NAM. - Do dòng chảy từ các lƣu vực cơ sở hạ lƣu và trung lƣu không đƣợc đo đạc một cách độc lập, hay nói cách khác trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy chỉ có Ba Thá đƣợc xây dựng để thực hiện quan trắc lƣu lƣợng, vì thế không có hiệu chỉnh riêng của mô hình NAM đƣợc thực hiện cho từng lƣu vực cơ sở này. - Ngoại trừ một vài đỉnh lũ tính toán chênh lệch (lớn hơn hoặc nhỏ hơn) so với quan trắc, nhìn chung các giai đoạn đều thể hiện mức độ phù hợp tƣơng đối tốt giữa chuỗi dòng chảy quan trắc và tính toán. - 3) để tính toán dòng chảy đến cho các lƣu vực con thuộc lƣu vực sông Nhuệ Đáy (ND). - ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY. - 3.3.1 Biến động các đặc trƣng dòng chảy lũ. - 3.3.1.1 Dòng chảy lũ, dòng chảy 3 tháng lớn nhất và dòng chảy tháng lớn nhất. - Sử dụng chỉ tiêu phân mùa dòng chảy cho thấy xu hƣớng biến đổi rõ rệt trên lƣu vực mà do sự khác biệt về mƣa và đặc điểm lƣu vực, cụ thể là diện tích lƣu vực và độ cao. - Tính chất của dòng chảy lũ trong giai đoạn không mạnh có xu hƣớng biến đổi ít đột ngột và diễn ra trong 6 tháng, bắt đầu tháng VI và kết thúc tháng XI. - Dòng chảy mùa lũ giai đoạn ở cả 2 kịch bản A1B, A2 tập trung vào 4 tháng từ tháng VII đến tháng X với 2 xu hƣớng đối lập, dòng chảy tăng mạnh về cƣờng độ ở vùng thƣợng lƣu và giảm ở vùng hạ lƣu. - Biến đổi khí hậu tác động đến dòng chảy tƣơng tự nhau nhƣng khác nhau về cƣờng độ. - Kịch bản A2 gây ra tác động tăng lớn hơn ở dòng chảy lũ ở các lƣu vực thƣợng lƣu và tác động giảm nhỏ hơn ở các lƣu vực hạ lƣu so với kịch bản A1B ngoại trừ tiểu lƣu vực ND3, điểm đặc biệt ở đây là xu hƣớng giảm ở vùng hạ lƣu này thể hiện cả trên dòng chảy kiệt (xem xét kỹ hơn ở phần sau).. - Tác động của điều kiện khí hậu khác nhau theo 2 kịch bản đối với dòng chảy khi xét đến đại lƣợng trung bình mùa lũ, 3 tháng lũ lớn nhất trung bình nhiều năm, tháng lũ lớn nhất trung bình nhiều năm và tháng lũ lớn nhất tuyệt đối đƣợc xem xét cho thấy 2 xu hƣớng khác biệt ở 2 khu vực thƣợng lƣu và hạ lƣu của các đặc trƣng dòng chảy lũ, xu hƣớng tăng ở vùng thƣợng lƣu và xu hƣớng giảm ở hạ lƣu và đều thể hiện một xu hƣớng thay đổi tƣơng tự nhau dƣới tác động của cả 2 kịch bản nhƣng khác nhau về mức độ đối với cả 3 đặc trƣng dòng chảy bao gồm 3 tháng lớn nhất, tháng lớn nhất và tháng lớn nhất tuyệt đối. - Điều đó cho thấy một điểm thú vị là khoảng biến đổi có xu hƣớng thiên dƣơng đối với những yếu tố cực trị hơn hay nói cách khác những yếu tố cực trị hơn chịu tác động mạnh hơn của kịch bản biến đổi khí hậu, đồng thời xu hƣớng thiên dƣơng cũng tìm thấy khi so sánh biến đổi dƣới tác động của kịch bản A2 so với kịch bản A1B, làm dòng chảy tăng mạnh hơn kịch bản A1B ở khu vực phía bắc, giảm nhẹ hơn ở khu vực phía Nam.. - Cƣờng độ biến đổi của dòng chảy cực đại tháng dƣới tác động của 2 kịch bản vẫn thể hiện hai xu hƣớng chính. - Ở các lƣu vực. - thƣợng lƣu, cƣờng độ dòng chảy biến đổi mạnh và đột ngột, mức độ biến đổi của dòng chảy dƣới tác động của kịch bản A2 vẫn lớn hơn đáng kể so với kịch bản A1B. - Ở hạ lƣu dòng chảy dƣới tác động của kịch bản A1B cho thấy một dao động tƣơng tự với dòng chảy ở điều kiện khí hậu hiện tại, thậm chí còn ít rủi ro hơn. - dƣới tác động của kịch bản A2 mức độ rủi ro của dòng chảy tăng cao, có sự xuất hiện của 2 đỉnh lũ lớn gần tƣơng đƣơng nhau vào 2 thời điểm, tháng VIII và tháng X.. - Tác động của biến đổi khí hậu gây ra dao động mạnh của dòng chảy ngày, đồng thời dẫn đến sự dịch chuyển về cuối năm của tháng đỉnh lũ, muộn hơn với cƣờng độ lớn hơn.. - Ngƣợc lại dòng chảy hạ lƣu cho thấy một dấu hiêu khả quan hơn, ít biến động hơn dƣới tác động của kịch bản A1B.. - 3.3.1.3 Dòng chảy ngày cực đại. - Xét trong thời kỳ kết quả tính toán cho thấy xu thế tăng nhanh của dòng chảy theo thời gian, đƣợc biểu hiện qua giá trị tƣơng đối lớn và dƣơng của hệ số A với giá trị lớn nhất 3.4, 2.6 ở ND1, ND4 tƣơng ứng, thể hiện rõ rệt trong hầu hết các tiểu vùng ngoại trừ ND5 có hệ số A âm, giá trị của nó mặc dù không lớn nhƣng cho thấy xu hƣớng đối lập là xu hƣớng giảm theo thời gian của dòng chảy.. - Đƣờng xu thế của toàn chuỗi cho từng thời kỳ cho thấy biến đổi của dòng chảy cực đại từng 10 năm tƣơng tự nhau nhƣng khác về mức độ. - Tác động của kịch bản A2 đối với dòng chảy cũng thể hiện một bức tranh hoàn toàn tƣơng tự, nhƣng với cƣờng độ lớn hơn. - Nhìn chung dòng chảy ngày cực đại thế hiện xu thế tăng chủ đạo trong cả thời kỳ tăng mạnh hơn ở lƣu vực sông Đáy, tuy nhiên đƣợc tách biệt với 2 xu thế đối lập, giảm trong giai đoạn hiện tại và tăng trong giai đoạn tƣơng lai.. - Nghiên cứu phân tích tần suất lũ của chuỗi dòng chảy cực đại, liên hệ cƣờng độ lũ với giai đoạn lặp lại trong các biến, đƣợc. - Phân bố tần suất của dòng chảy 3 ngày lớn nhất và độ lặp lại của từng tần suất cho 5 tiểu lƣu vực tƣơng ứng với giai đoạn nền và kịch bản cho thấy 2 dạng biến đổi đƣợc xác định theo không gian. - Đối với lƣu vực thƣợng lƣu, cƣờng độ dòng chảy của tất cả các phân vị lũ tăng rõ rệt ở cả 2 kịch bản, cƣờng độ của sự thay đổi mặc dù biến đổi giữa chúng. - Phản ứng của lƣu vực hạ lƣu đối với biến đổi khí hậu hỗn hợp với giảm cƣờng độ dòng chảy trong kịch bản A1B và tăng cƣờng độ với kịch bản A2. - 3.3.2 Biến động các đặc trƣng dòng chảy kiệt. - 3.3.2.1 Dòng chảy kiệt và tháng kiệt nhất. - Dòng chảy kiệt đƣợc tính toán cho giai đoạn từ tháng XII năm nay đến tháng V năm sau (nửa năm) cho mỗi năm trong từng giai đoạn nền và tƣơng lai. - Tác động của 2 kịch bản biến đổi khí hậu A1B và A2 đều gây ra cả xu hƣớng tăng và giảm trong dòng chảy kiệt của lƣu vực, đồng thời thể hiện khoảng dao động rộng trong dòng chảy (hình 3. - Điều đó cho thấy mặc dù dòng chảy biến đổi mạnh về tỉ lệ, nhƣng giá trị thay đổi thực là không đáng kể, tƣơng đƣơng với tăng hoặc giảm trong khoảng 1 đến 3 m3/s do bản thân dòng chảy kiệt của khu vực nghiên cứu thấp. - Dòng chảy tháng kiệt nhất của lƣu vực sông Nhuệ chịu tác động lớn hơn của biến đổi khí hậu và kịch bản A2 gây ra một tác động tăng tuyến tính đến cả dòng chảy mùa kiệt và dòng chảy tháng kiệt nhất so với kịch bản A1B trên cả 5 lƣu vực cơ sở. - 3.3.2.2 Dòng chảy 3 tháng kiệt nhất. - Chu kỳ của dòng chảy kiệt khoảng 10 năm thể hiện khá rõ rệt, xen kẽ thời kỷ nƣớc nhiều và nƣớc ít và theo 2 xu hƣớng đối lập theo không gian trên toàn lƣu vực nghiên cứu qua đƣờng trung bình trƣợt 10 năm. - Dòng chảy kiệt xét trong phạm vi thời gian từng thập niên thể hiện 2 xu hƣớng chủ đạo, giảm trong thời kỳ 70 – 99, và tăng trong các thời kỳ mức độ biến đổi mặc dù chênh lệch không đáng kể. - Xét theo không gian cũng cho thấy bằng chứng của 2 xu hƣớng biến đổi chính, ở phía Bắc xu hƣớng thập kỷ sau tăng tuyến tính so với thập kỷ trƣớc trong cả giai đoạn dài từ 1970 đến 2049, trong khi ở khu vực phía Nam xu thế này đƣợc tìm thấy trong giai đoạn 2010 đến 2049, và đều thấp hơn dòng chảy thời kỳ . - Một điểm đáng chú ý là gradient của đƣờng xu thế tăng, lớn nhất ở thập niên cuối 40 – 49, cho thấy biên độ dao động của dòng chảy kiệt tăng theo thời gian dƣới tác động của biến đổi khí hậu. - Dòng chảy kiệt nhìn chung vẫn thể hiện 2 xu thế đối lập theo không gian tƣơng tự dòng chảy lũ. - Kết quả cho thấy ở lƣu vực nghiên cứu, một lƣợng dòng chảy rất nhỏ đƣợc yêu cầu để duy trì dòng chảy kiệt, nƣớc ngầm để duy trì dòng chảy kiệt trên lƣu vực nhỏ dẫn đến sự biến đổi dòng chảy kiệt lớn. - đồng thời những chỉ số này cho thấy tác động của biến đổi khí hậu là không đáng kể đối với dòng chảy kiệt.. - 3.3.2.4 Tần suất dòng chảy kiệt. - Không giống với đƣờng cong thời khoảng của dòng chảy, thể hiện tỉ lệ thời gian trong đó một giá trị dòng chảy bị vƣợt quá, đƣờng cong tần suất dòng chảy kiệt thể hiện tỉ lệ năm khi một dòng chảy bị vƣợt quá. - Các chỉ số tần suất dòng chảy kiệt đƣợc sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu hạn, thiết kế hệ thống cấp nƣớc, tính toán lƣợng nƣớc mặt khai thác đảm bảo an toàn, phân loại tiểm năng dòng chảy cho khả năng pha loãng, điều phối lƣợng chất thải vào dòng chảy, duy trì lƣu lƣợng nhất định trong sông vì thế việc phân tích nó là cần thiết.. - Đƣờng tần suất dòng chảy kiệt đƣợc xây dựng trên cơ sở chuỗi số liệu dòng chảy tháng nhỏ nhất năm. - Các hàm phân bố thƣờng đƣợc sử dụng trong các tài liệu liên quan đến dòng chảy kiệt, các phân bố Weibull, Gumbel, Pearson III, và phân bố log chuẩn, đƣợc kiểm tra để lựa chọn hàm phân bố lý thuyết phù hợp nhất với chuỗi dòng chảy nhỏ nhất năm với bƣớc thời gian tháng trên lƣu vực Nhuệ Đáy, với phƣơng pháp đánh giá dựa vào kiểm tra đồ. - Kết quả cho thấy phân bố log – chuẩn nên đƣợc sử dụng trong mô tả thống kê dòng chảy kiệt trong lƣu vực Nhuệ Đáy cho cả thời kỳ nền và 2 kịch bản biến đổi khí hậu A1B, A2 (hình 3. - Kết quả cho thấy sự biến đổi của tần suất dòng chảy tháng kiệt nhất cũng tƣơng tự với dòng chảy tháng lớn nhất xét trên phạm vi không gian, và xu hƣớng biến đổi mạnh hơn dƣới tác động của kịch bản A2. - 7), diễn biến này có khả năng do giá trị cực trị hiếm của dòng chảy kiệt là quá thấp. - Cụ thể cƣờng độ của dòng chảy mùa kiệt với tần suất xuất hiện lại là 20 năm tăng 8.7% và 17.4% tƣơng ứng với kịch bản A1B, A2, trong khi đó kịch bản A1B và A2 dẫn đến tăng đƣợc tính toán trong cƣờng độ của dòng chảy kiệt với p 95%... - Ở các tiểu lƣu vực thƣợng lƣu, dạng biểu đồ thủy văn biến đổi đáng kể, dòng chảy lũ tập trung vào 4 tháng từ tháng VII đến tháng X, trong đó tháng đỉnh lũ dịch chuyển về cuối năm, tháng X.. - Trong dòng chảy lũ thì yếu tố càng mang tính cực trị biến đổi càng lớn, sự kiện lũ càng hiếm biến đổi càng lớn, và diễn ra thƣờng xuyên hơn dƣới tác động của kịch bản A1B và A2. - Dòng chảy kiệt cũng cho thấy một bức tranh hoàn toàn tƣơng tự dòng chảy lũ nhƣng khác về cƣờng độ, nó cũng thể hiện tác động phân kỳ theo không gian. - Mặc dù có sự xen kẽ chu kỳ nhiều nƣớc và ít nƣớc 10 năm của dòng chảy nhƣng thể hiện 2 xu thế biến đổi chính, tăng ở thƣợng lƣu và giảm ở hạ lƣu.. - Hàm phân bố log chuẩn đƣợc đề nghị sử dụng trong phân tích tần suất cực trị dòng chảy trên lƣu vực Nhuệ Đáy vì nó thể hiện mức độ phù hợp tốt nhất so với những hàm phân bố đƣợc xét đến (Weibull, Gumbel, Pearson III).. - Một cách tổng quát có thể thấy rõ tác động của biến đổi khí hậu trội hơn hẳn với sự biến đổi theo không gian, trong khi biến đổi dòng chảy thể hiện sự phân kỳ theo không gian thì đối với biến đổi theo thời gian chúng diễn ra theo xu thế tƣơng tự nhau với biên dao động tăng ở cả dòng lũ và kiệt nhƣng khác nhau về cƣờng độ.. - Các kết quả dƣờng nhƣ ít phân tán trong lƣu vực sông Đáy hơn sông Nhuệ, biểu hiện qua khoảng biến động bé hơn trong tính toán biến đổi khí hậu, đi cùng với khả năng khoảng biến đổi nhỏ hơn trong chế độ dòng chảy tƣơng lai ở lƣu vực này.. - Đối với mô hình hóa thủy văn, luận văn đã cố gắng loại bỏ những bất định thông qua việc hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy văn trong tính toán nhằm mục đích tối thiểu hóa sai số từ mô hình, nhƣng những biến đổi trong quá trình mƣa – dòng chảy sẽ diễn ra dƣới những điều kiện biến đổi trong tƣơng lai, do đó việc thay đổi thông số của mô hình theo. - Những thay đổi này có thể là không đáng kể so với cƣờng độ của chế độ lũ nhƣng hoàn toàn khác với dòng chảy kiệt và việc tìm ra quy luật của những thay đổi này sẽ góp phần cung cấp kết quả đánh giá chính xác, có độ tin cậy cao hơn.. - Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ lƣu vực sông Hồng - Thái Bình. - Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy sông Bến Hải. - Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội. - Biến đổi dòng chảy kiệt trong bối cảnh Biến đổi khí hậu trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy. - Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực sông thượng nguồn miền Trung. - Tác động của Biến đổi khí hậu đến dòng chảy trong sông Tuyển tập Báo cáo Khoa học lần thứ XIII, tr