Luận văn thạc sĩ hus đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy trạm đồng trăng sông cái nha trang tỉnh khánh hoà

Luận văn thạc sĩ phân tích hus đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy trạm đồng trăng sông cái nha trang tỉnh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Ngọc Anh
• Trường học: Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Đánh Giá Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Dòng Chảy Trạm Đồng Trăng, Sông Cái Nha Trang Tỉnh Khánh Hoà
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.2. Địa hình, địa mạo
• 1.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng
• 1.1.4. Thảm thực vật
• 1.1.5. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông
• 1.1.6. Đặc điểm kinh tế- xã hội
• 1.1.6.1. Tình hình kinh tế
• 1.1.6.2. Đặc điểm xã hội
• 1.1.7. Tổng quan về biến đổi khí hậu
• 1.1.8. Biểu hiện về BĐKH
• 1.1.9. Kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu
• 1.1.10. Một số nghiên cứu tương tự và trên lưu vực sông Cái Nha Trang tỉnh Khánh Hoà
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT
• 2.1. Xuất xứ của mô hình SWAT
• 2.2. Cấu trúc của mô hình
• 2.3. Pha đất của chu trình thủy văn
• 2.3.1. Pha diễn toán của chu trình thủy văn
• 2.4. Các quá trình thành phần trong mô hình SWAT
• 2.4.1. Quá trình hình thành dòng chảy mặt
• 2.4.2. Quá trình hình thành dòng chảy ngầm
• 2.4.3. Quá trình diễn toán dòng chảy trong sông
• 2.5. Các số liệu đầu vào và kết quả của mô hình
• 2.5.1. Các số liệu đầu vào của mô hình
• 2.5.2. Kết quả của mô hình
• 2.6. Các thông số của mô hình
• 2.6.1. Các thông số tính quá trình hình thành dòng chảy mặt
• 2.6.2. Các thông số tính toán dòng chảy ngầm
• 2.6.3. Các thông số diễn toán dòng chảy trong kênh
• 2.7. Đánh giá mô hình
• 2.8. Tiến trình mô phỏng SWAT
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ TRẠM ĐỒNG TRĂNG, SÔNG CÁI NHA TRANG, TỈNH KHÁNH HÒA
• 3.1. Cơ sở dữ liệu
• 3.2. Số liệu mặt đệm. Số liệu khí tượng thủy văn
• 3.3. Thiết lập mô hình SWAT
• 3.4. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình. Đánh giá mô hình
• 3.4.1. Các thông số mô hình
• 3.4.2. Kết quả hiệu chỉnh
• 3.4.3. Kiểm định mô hình
• 3.5. Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy mùa lũ trạm Đồng Trăng sông Cái Nha Trang
• 3.6. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến giá trị đỉnh lũ trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Tác Động Biến Đổi Khí Hậu Nha Trang

Sông Cái Nha Trang, con sông lớn nhất tỉnh Khánh Hòa, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế - xã hội. Lưu vực sông trải dài trên nhiều địa phương, bao gồm thành phố Nha Trang, huyện Diên Khánh, Khánh Vĩnh và một phần của Cam Lâm (Khánh Hòa) và MaĐrăk (ĐăkLăk). Dòng chảy sông chia thành hai mùa rõ rệt: mùa lũ (tháng 9-12) và mùa kiệt (tháng 1-8). Mùa lũ chiếm 65-66% tổng lượng dòng chảy năm, trong khi mùa kiệt chỉ chiếm 34-35%. Theo tài liệu gốc, tổng lượng dòng chảy (W) phụ thuộc vào độ sâu dòng chảy (Y) và diện tích lưu vực F, có giá trị lớn nhất đối với sông Cái Nha Trang 2319 triệu m3. Trong những năm gần đây, tác động của thiên tai lũ lụt và biến đổi khí hậu (BĐKH) đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Sự gia tăng tính cực đoan của dòng chảy, với các trận mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn, đã ảnh hưởng đến đời sống của người dân và hoạt động kinh tế - xã hội.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm lưu vực sông Cái Nha Trang

Sông Cái Nha Trang nằm trong khoảng 12°03' - 12°37' vĩ độ Bắc và 108°41' - 109°12' kinh độ Đông. Sông bắt nguồn từ đỉnh núi cao 1477.5m ở xã Khánh Thượng và đổ ra vịnh Nha Trang tại cầu Trần Phú. Diện tích lưu vực khoảng 2000km2, chiều dài sông chính là 79km. Lưu vực sông có địa hình dốc dần từ Tây sang Đông, với đỉnh núi cao nhất là Hòn Giao Bắc (2038.2m). Khu vực ven biển có nhiều dãy núi đâm ngang ra biển. Lưu vực sông Cái Nha Trang có vị trí địa lý quan trọng, ảnh hưởng đến nhiều hoạt động kinh tế - xã hội của tỉnh Khánh Hòa. Theo luận văn, Sông Cái Nha Trang (còn có tên gọi là sông Phú Lộc, sông Cù) là sông lớn nhất tỉnh Khánh Hòa có chiều dài khoảng 79km, tuy ngắn nhưng giữ vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Khánh Hòa.

1.2. Tầm quan trọng của việc đánh giá tác động BĐKH đến sông Cái

Việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cái Nha Trang là vô cùng quan trọng. Điều này giúp hiểu rõ hơn về những thay đổi của dòng chảy và các hiện tượng thủy văn theo mùa, cũng như tác động của chúng đến khu vực. Thông tin này cần thiết cho việc quy hoạch sử dụng đất, bảo vệ nguồn nước và quản lý hiệu quả lưu vực. Ngoài ra, nó còn quan trọng đối với môi trường sinh thái và hoạt động kinh tế - xã hội. Đánh giá này tạo tiền đề cho việc xây dựng các giải pháp giảm thiểu tác hại do biến đổi khí hậu, giúp nhà quản lý và hoạch định chính sách xác định chiến lược phát triển bền vững và đảm bảo an sinh xã hội. Luận văn này có tính khoa học và thực tiễn, sẽ góp phần lớn đáp ứng yêu cầu phòng chống lũ lụt cho người dân và chính quyền địa phương nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất thiệt hại do lũ lụt gây ra.

II. Thách Thức Biến Đổi Khí Hậu Ảnh Hưởng Đến Nguồn Nước Nha Trang

Biến đổi khí hậu đang tạo ra nhiều thách thức đối với nguồn nước trên toàn cầu, và sông Cái Nha Trang không phải là ngoại lệ. Các biểu hiện của BĐKH, như sự thay đổi về lượng mưa, nhiệt độ và mực nước biển dâng, có thể gây ra những tác động tiêu cực đến dòng chảy sông. Các tác động bao gồm tăng nguy cơ hạn hán vào mùa khô, ngập lụt vào mùa mưa, xói lở bờ sông, và xâm nhập mặn. Theo nghiên cứu được trích dẫn, dòng chảy mùa lũ trên các sông tỉnh Khánh Hòa có xu hướng giảm trong những năm gần đây, số trận lũ ngày càng ít, những năm xuất hiện ít lũ và mực nước đỉnh lũ thấp ngày càng nhiều. Sự bất ổn định của dòng chảy lũ ngày càng tăng, một trong những biểu hiện của tác động biến đổi khí hậu.

2.1. Biến đổi lượng mưa và tác động đến dòng chảy sông

Sự thay đổi về lượng mưa là một trong những tác động chính của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông. Theo kịch bản biến đổi khí hậu, có thể có sự gia tăng về lượng mưa trong một số thời điểm, nhưng cũng có thể có sự giảm lượng mưa trong những thời điểm khác. Điều này có thể dẫn đến sự thay đổi về dòng chảy sông, với nguy cơ ngập lụt tăng lên trong mùa mưa và nguy cơ hạn hán tăng lên trong mùa khô. Theo Bảng 4 trong tài liệu gốc, có thể thấy sự thay đổi lượng mưa (%) trong 57 năm qua (1958-2014) ở khu vực nghiên cứu, từ đó có thể đánh giá tác động đến dòng chảy sông.

2.2. Nhiệt độ tăng và ảnh hưởng đến bốc hơi dòng chảy sông

Sự gia tăng về nhiệt độ cũng có thể gây ra những tác động đáng kể đến dòng chảy sông. Nhiệt độ tăng có thể dẫn đến sự gia tăng về bốc hơi, làm giảm lượng nước có sẵn trong sông. Điều này có thể làm trầm trọng thêm tình trạng hạn hán trong mùa khô và ảnh hưởng đến nguồn cung cấp nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Ngoài ra, nhiệt độ tăng cũng có thể ảnh hưởng đến thực vật ven sông, thay đổi sử dụng đất và tác động đến sinh thái của khu vực.

2.3. Mực nước biển dâng và xâm nhập mặn ở khu vực ven biển Nha Trang

Sự dâng cao của mực nước biển do biến đổi khí hậu gây ra đe dọa đến các khu vực ven biển, đặc biệt là khả năng nước biển xâm nhập vào các sông và tầng nước ngầm. Tình trạng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn cung cấp nước ngọt, tác động đến nông nghiệp, sinh hoạt và các hoạt động kinh tế - xã hội khác ở khu vực ven biển Nha Trang. Việc đánh giá mức độ xâm nhập mặn và tìm kiếm các giải pháp ứng phó là vô cùng cần thiết để bảo vệ nguồn nước và đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực.

III. Mô Hình SWAT Phương Pháp Đánh Giá Tác Động Nha Trang Hiệu Quả

Để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cái Nha Trang, việc sử dụng các mô hình diễn toán mưa - dòng chảy là phù hợp. Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là một công cụ hiệu quả để đánh giá tài nguyên nước và ô nhiễm với phạm vi lớn và các điều kiện môi trường trên toàn cầu. Mô hình SWAT được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông. Chính vì vậy luận văn đã lựa chọn sử dụng mô hình SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài.

3.1. Giới thiệu về mô hình SWAT và cấu trúc của mô hình

Mô hình SWAT là một mô hình diễn toán mưa - dòng chảy bán phân tán, được phát triển bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA). Mô hình này có khả năng mô phỏng các quá trình thủy văn trong lưu vực sông, bao gồm quá trình hình thành dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, và quá trình diễn toán dòng chảy trong sông. Cấu trúc của mô hình SWAT bao gồm các module để mô phỏng các quá trình khác nhau, như module khí hậu, module thủy văn, module đất đai, module thực vật, và module quản lý. Theo Chương 2 của luận văn, mô hình SWAT có cấu trúc phức tạp, bao gồm pha đất của chu trình thủy văn và pha diễn toán của chu trình thủy văn. Hiểu rõ cấu trúc mô hình là rất quan trọng để áp dụng mô hình một cách hiệu quả.

3.2. Các số liệu đầu vào và quy trình hiệu chỉnh mô hình SWAT

Để chạy mô hình SWAT, cần có các số liệu đầu vào về khí tượng, thủy văn, đất đai, thực vật, và sử dụng đất. Số liệu khí tượng bao gồm lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, và bức xạ mặt trời. Số liệu thủy văn bao gồm số liệu dòng chảy sông tại các trạm quan trắc. Sau khi có đầy đủ số liệu đầu vào, cần thực hiện quá trình hiệu chỉnh mô hình để đảm bảo rằng mô hình có thể mô phỏng chính xác các quá trình thủy văn trong lưu vực sông. Quá trình hiệu chỉnh bao gồm việc điều chỉnh các thông số của mô hình để sao cho kết quả mô phỏng phù hợp với số liệu quan trắc thực tế. Chương 2 của luận văn mô tả chi tiết về các số liệu đầu vào và quy trình hiệu chỉnh mô hình SWAT.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Đánh Giá Dòng Chảy Lũ Sông Cái Nha Trang

Luận văn đã ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ tại trạm Đồng Trăng trên sông Cái Nha Trang. Nghiên cứu sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu để dự báo sự thay đổi về lượng mưa và nhiệt độ trong tương lai, và sau đó sử dụng mô hình SWAT để mô phỏng sự thay đổi về dòng chảy sông dưới các kịch bản này. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng biến đổi khí hậu có thể làm tăng nguy cơ ngập lụt trong tương lai, đặc biệt là trong mùa mưa.

4.1. Thiết lập mô hình SWAT và hiệu chỉnh thông số cho sông Cái

Quá trình thiết lập mô hình SWAT cho sông Cái Nha Trang bao gồm việc xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào, bao gồm số liệu địa hình, đất đai, thực vật, và khí tượng. Sau đó, mô hình được hiệu chỉnh bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế. Việc hiệu chỉnh thông số là rất quan trọng để đảm bảo rằng mô hình có thể mô phỏng chính xác các quá trình thủy văn trong lưu vực. Luận văn trình bày chi tiết về quá trình thiết lập mô hình SWAT và hiệu chỉnh thông số cho sông Cái Nha Trang trong Chương 3.

4.2. Kết quả mô phỏng và đánh giá tác động BĐKH đến đỉnh lũ

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng biến đổi khí hậu có thể làm tăng giá trị đỉnh lũ tại trạm Đồng Trăng trên sông Cái Nha Trang. Điều này có nghĩa là nguy cơ ngập lụt sẽ tăng lên trong tương lai. Mức độ gia tăng về đỉnh lũ phụ thuộc vào kịch bản biến đổi khí hậu, với các kịch bản có mức độ biến đổi lớn hơn cho thấy mức độ gia tăng về đỉnh lũ lớn hơn. Nghiên cứu cũng phân tích sự thay đổi về dòng chảy trung bình các tháng mùa lũ và dòng chảy cực trị, cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý rủi ro thiên tai.

V. Giải Pháp Thích Ứng Với Biến Đổi Khí Hậu Nha Trang Hướng Tiếp Cận

Đối mặt với những tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cái Nha Trang, việc đưa ra các giải pháp thích ứng là vô cùng quan trọng. Các giải pháp này có thể bao gồm việc quản lý nguồn nước hiệu quả hơn, xây dựng các công trình phòng chống lũ lụt, và thực hiện các biện pháp bảo vệ bờ sông. Ngoài ra, cần tăng cường công tác dự báo khí hậu và thủy văn để có thể ứng phó kịp thời với các tình huống khẩn cấp.

5.1. Quản lý tài nguyên nước bền vững Giải pháp then chốt

Quản lý tài nguyên nước một cách bền vững là giải pháp then chốt để đối phó với những tác động của biến đổi khí hậu. Điều này bao gồm việc sử dụng nước tiết kiệm hơn, bảo vệ nguồn nước khỏi ô nhiễm, và tái sử dụng nước thải. Ngoài ra, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành và các địa phương trong việc quản lý tài nguyên nước.

5.2. Đầu tư vào hạ tầng phòng chống lũ lụt và xói lở bờ sông

Đầu tư vào hạ tầng phòng chống lũ lụt và xói lở bờ sông là một biện pháp quan trọng để giảm thiểu rủi ro thiên tai. Các công trình này có thể bao gồm đê điều, kè chắn sóng, và hệ thống thoát nước. Ngoài ra, cần thực hiện các biện pháp bảo vệ bờ sông bằng cách trồng cây xanh và xây dựng các công trình bảo vệ bờ.

VI. Tương Lai Nghiên Cứu Phát Triển Mô Hình Dự Báo Thủy Văn Nha Trang

Để nâng cao khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình dự báo thủy văn chính xác hơn. Các mô hình này có thể giúp dự báo dòng chảy sông trong tương lai, từ đó giúp các nhà quản lý và người dân có thể chuẩn bị tốt hơn cho các tình huống khẩn cấp. Ngoài ra, cần tiếp tục theo dõi và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước để có thể đưa ra các giải pháp thích ứng phù hợp.

6.1. Nâng cao độ chính xác của các mô hình dự báo khí hậu

Độ chính xác của các mô hình dự báo khí hậu là yếu tố quan trọng để cải thiện độ chính xác của các mô hình dự báo thủy văn. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình dự báo khí hậu với độ phân giải cao hơn và khả năng mô phỏng tốt hơn các hiện tượng thời tiết cực đoan.

6.2. Tăng cường hợp tác quốc tế trong nghiên cứu biến đổi khí hậu

Hợp tác quốc tế trong nghiên cứu biến đổi khí hậu là rất quan trọng để chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm, cũng như để phát triển các giải pháp thích ứng hiệu quả hơn. Cần tăng cường hợp tác với các tổ chức quốc tế và các quốc gia khác để nghiên cứu và giải quyết các vấn đề liên quan đến biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Cái Nha Trang với diện tích khoảng 2.000 km2 và chiều dài dòng chính 79 km giữ vai trò sống còn đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Khánh Hòa. Chế độ thủy văn trên lưu vực thể hiện sự phân hóa mùa sâu sắc khi lượng dòng chảy trong 4 tháng mùa lũ chiếm tới 65% – 66% tổng lượng nước cả năm, trong khi 8 tháng mùa cạn chỉ chiếm 34% – 35%. Trong bối cảnh nóng lên toàn cầu, tính chất cực đoan của thời tiết ngày càng gia tăng, dẫn đến sự xuất hiện đan xen của các trận lũ lịch sử với lưu lượng đỉnh vượt 2.730 m3/s và những đợt hạn hán gay gắt khiến dòng chảy kiệt xuống mức dưới 3% tổng lượng năm.

Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu ứng dụng mô hình thủy văn phân bố bán cấu trúc SWAT (Soil and Water Assessment Tool) để lượng hóa tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy mùa lũ và dòng chảy cực trị tại trạm thủy văn Đồng Trăng. Phạm vi nghiên cứu bao trùm toàn bộ lưu vực tính đến trạm Đồng Trăng, sử dụng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn giai đoạn 1976 – 2016 kết hợp cùng kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5 cập nhật cho giai đoạn giữa thế kỷ (2046 – 2065) và cuối thế kỷ (2080 – 2099). Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nằm ở việc cung cấp cơ sở dữ liệu dự báo định lượng, phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch đê điều, vận hành hồ chứa và bảo vệ an toàn cho hơn 552.060 người dân cùng các cơ sở sản xuất công nghiệp có giá trị hơn 8.343 tỷ đồng tại vùng hạ lưu thành phố Nha Trang.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết chu trình thủy văn lưu vực và phương trình cân bằng nước tổng quát, mô tả sự tương tác giữa lượng mưa rơi, dòng chảy mặt, bốc thoát hơi nước thực tế, lượng thấm và dòng ngầm tầng nông. Hai trụ cột lý thuyết chính được tích hợp bao gồm:

• Phương pháp số đường cong thực nghiệm SCS (Soil Conservation Service) kết hợp phương trình thấm Green & Ampt nhằm xác định chính xác lượng mưa hiệu quả và lượng dòng chảy tràn bề mặt theo từng bước thời gian.
• Lý thuyết bốc thoát hơi tiềm năng theo mô hình Penman-Monteith và phương pháp diễn toán dòng chảy trong mạng lưới sông suối Muskingum.

Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa trong nghiên cứu bao gồm Đơn vị phản ứng thủy văn (HRU), Hệ số thoái suy dòng chảy ngầm, Chỉ số diện tích lá thảm phủ thực vật và Kịch bản nồng độ phát thải đại diện khí nhà kính.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ mô hình bao gồm:

• Mô hình số độ cao DEM trích xuất địa hình lưu vực với độ dốc sườn núi trung bình 16%.
• Bản đồ thổ nhưỡng chi tiết gồm nhóm đất đỏ vàng chiếm hơn 300.850 ha và đất phù sa 33.056 ha.
• Bản đồ thảm phủ thực vật phân hóa theo các đai độ cao từ dưới 100 m đến trên 1.400 m.
• Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn quan trắc liên tục từ 4 trạm cơ bản gồm Nha Trang, Diên An, Đồng Trăng và Khánh Vĩnh trong hơn 40 năm.

Phương pháp nghiên cứu cốt lõi là mô hình hóa toán học với phần mềm SWAT 2012 tích hợp môi trường ArcGIS. Chuỗi số liệu dòng chảy thực đo tại trạm Đồng Trăng được phân tách thành giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, áp dụng cho cả bước thời gian ngày và bước thời gian giờ với các trận lũ lớn năm 1998, 2009, 2010 và 2016. Phương pháp phân tích độ nhạy và tối ưu hóa bộ thông số được lựa chọn nhằm đảm bảo hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NSE) đạt trên 0,75 và hệ số tương quan R2 đạt trên 0,80, phản ánh trung thực đặc tính thấm và khả năng truyền lũ của lưu vực sông miền Trung.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích các kịch bản khí hậu mang lại những phát hiện quan trọng về động lực dòng chảy:

• Sự gia tăng mạnh mẽ của lượng mưa cực đoan: Theo kịch bản phát thải trung bình RCP4.5, lượng mưa 5 ngày lớn nhất vào giữa thế kỷ tăng 44,5% và cuối thế kỷ tăng 22,6% so với thời kỳ nền. Ở kịch bản phát thải cao RCP8.5, mức tăng lượng mưa 5 ngày lớn nhất ghi nhận tương ứng là 18,5% vào giữa thế kỷ và 16,4% vào cuối thế kỷ.
• Dịch chuyển phân bố lượng mưa mùa: Lượng mưa các tháng mùa đông (tháng X – XII) có xu thế tăng vọt từ 21,1% đến 37,0% theo kịch bản RCP4.5 và tăng từ 30,0% lên 55,6% theo kịch bản RCP8.5 vào cuối thế kỷ, làm tăng đáng kể tổng lượng nước mùa mưa lũ.
• Gia tăng biên độ và đỉnh lũ tại trạm Đồng Trăng: Dòng chảy mùa lũ có xu hướng gia tăng từ 15% đến trên 32% vào các giai đoạn tương lai. Đỉnh lũ cực trị có nguy cơ vượt qua mốc lũ lịch sử 2.730 m3/s của năm 2009, đạt mức dự báo trên 3.100 m3/s trong các kịch bản cực đoan cuối thế kỷ, kéo theo biên độ dao động mực nước lũ tăng từ mức trung bình 6,2 m lên trên 8,5 m.

Thảo luận kết quả

Sự biến động dòng chảy bắt nguồn từ sự kết hợp giữa lượng mưa cực đoan trong thời đoạn ngắn và đặc điểm hình thái lưu vực dạng cành cây với độ dốc lòng dẫn lớn. Cường suất lũ tại trạm Đồng Trăng trong các kịch bản mới có xu hướng vượt ngưỡng trung bình 0,75 m/h, tiệm cận mức cực đại lịch sử 2,01 m/h. So sánh với các nghiên cứu thủy văn trước đây trên các sông lân cận thuộc dải Nam Trung Bộ, kết quả của luận văn phản ánh mức độ tập trung dòng chảy nhanh hơn do độ che phủ rừng vùng trung du bị biến động.

Các kết quả mô phỏng thủy văn được biểu diễn chi tiết qua hệ thống biểu đồ đường quá trình lưu lượng (hydrograph) so sánh giữa dòng chảy thực đo và tính toán theo bước thời gian ngày và giờ. Đồng thời, bảng tổng hợp phân phối dòng chảy tháng và các đường cong tần suất lý luận lượng mưa 5 ngày lớn nhất giai đoạn 1986 – 2005 minh chứng trực quan mức độ sai lệch dòng chảy giữa thời kỳ nền và các mốc tương lai, tạo cơ sở tin cậy cho công tác đánh giá ngập lụt.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả định lượng, bốn nhóm giải pháp hành động được kiến nghị triển khai theo lộ trình cụ thể:

• Nâng cấp công trình thoát lũ hạ du: Quy hoạch và gia cố hệ thống đê bao, nạo vét lòng dẫn sông Cái đoạn qua huyện Diên Khánh và thành phố Nha Trang nhằm đảm bảo khả năng thoát lưu lượng đỉnh lũ thiết kế trên 3.000 m3/s trước năm 2030, do Ủy ban Nhân dân tỉnh Khánh Hòa và Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn làm chủ đầu tư.
• Mở rộng mạng lưới quan trắc tự động: Thiết lập thêm tối thiểu 6 trạm đo mưa tự động tại thượng nguồn huyện Khánh Vĩnh và nâng cấp trạm Đồng Trăng thành trạm cảnh báo sớm thời gian thực trước năm 2028, thực hiện bởi Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ.
• Phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn: Thực hiện trồng mới và bảo vệ nghiêm ngặt 20.000 ha rừng nguyên sinh và rừng đầu nguồn tại các đai độ cao trên 1.000 m, nhằm nâng tỷ lệ che phủ rừng lên trên 55% vào năm 2035, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp cùng các ban quản lý rừng triển khai.
• Hoàn thiện quy trình vận hành liên hồ chứa: Xây dựng và ban hành quy chế phối hợp điều tiết lũ thông minh cho các hồ chứa thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông Cái dựa trên kịch bản khí hậu RCP4.5 và RCP8.5, hoàn thành thử nghiệm trong giai đoạn 2027 – 2029 để cắt giảm tối thiểu 15% – 20% lưu lượng đỉnh lũ đổ về hạ du.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và sản phẩm mô hình hóa của luận văn mang lại giá trị ứng dụng cao cho các nhóm đối tượng:

• Cơ quan quản lý phòng chống thiên tai tỉnh Khánh Hòa: Sử dụng các mốc dự báo lưu lượng đỉnh lũ và lượng mưa 5 ngày lớn nhất để xây dựng bản đồ cảnh báo ngập úng chi tiết cho các khu dân cư trũng thấp tại Diên Khánh và Nha Trang.
• Đơn vị tư vấn và thiết kế công trình thủy lợi, giao thông: Ứng dụng số liệu dòng chảy cực trị để tính toán khẩu độ cầu, kích thước cống thoát nước và chiều cao an toàn của các tuyến đê kè ven sông.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Khí tượng, Thủy văn, Biến đổi khí hậu: Tham khảo tài liệu như một cẩm nang mẫu mực về quy trình thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT theo bước thời gian ngày và giờ trên lưu vực sông miền Trung.
• Các tổ chức phát triển và quản lý tài nguyên môi trường: Khai thác dữ liệu cân bằng nước mặt để xây dựng các dự án sinh kế thích ứng với biến đổi khí hậu dựa vào lưu vực sông.

Câu hỏi thường gặp

• Mô hình SWAT có ưu điểm gì nổi bật khi ứng dụng cho lưu vực sông Cái Nha Trang? SWAT là mô hình thủy văn phân bố bán cấu trúc cho phép chia nhỏ lưu vực thành các tiểu lưu vực và đơn vị phản ứng thủy văn HRU đồng nhất về thổ nhưỡng, địa hình và thảm phủ. Điều này giúp phản ánh chính xác cơ chế hình thành dòng chảy trên địa hình đồi núi dốc và bề mặt đệm phức tạp của lưu vực sông Cái.
• Biến đổi khí hậu tác động như thế nào đến lưu lượng đỉnh lũ tại trạm Đồng Trăng? Dưới tác động của kịch bản RCP4.5 và RCP8.5, lượng mưa cực đoan 5 ngày lớn nhất tăng từ 16,4% đến 44,5%, làm lưu lượng đỉnh lũ tại trạm Đồng Trăng có thể vượt mốc 2.730 m3/s của trận lũ lịch sử năm 2009, gia tăng nguy cơ ngập lụt sâu diện rộng tại vùng hạ du.
• Tại sao cần hiệu chỉnh mô hình SWAT theo bước thời gian giờ bên cạnh bước thời gian ngày? Lưu vực sông Cái có độ dốc trung bình vùng núi lên tới 16%, lũ lên nhanh và rút đột ngột với cường suất lớn. Việc mô phỏng theo bước thời gian giờ là bắt buộc để tái hiện chính xác hình dạng răng cưa của đỉnh lũ và thời gian tập trung nước của các trận lũ lịch sử.
• Chế độ dòng chảy mùa cạn trên sông Cái biến động ra sao trong tương lai? Trong khi dòng chảy mùa lũ tăng mạnh, dòng chảy các tháng mùa kiệt có xu hướng giảm sút hoặc biến động thất thường, khiến tỷ trọng nước mùa cạn chỉ còn khoảng 30% tổng lượng năm, làm gia tăng áp lực thiếu nước ngọt cho sinh hoạt và nông nghiệp.
• Kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 khác nhau như thế nào trong kết quả tính toán thủy văn? Kịch bản RCP4.5 thể hiện mức phát thải trung bình với lượng mưa 5 ngày lớn nhất tăng cao vào giữa thế kỷ (44,5%), trong khi kịch bản phát thải cao RCP8.5 thể hiện sự gia tăng lượng mưa mùa đông liên tục và mạnh mẽ nhất vào cuối thế kỷ (tăng 55,6%), tạo ra các đợt lũ cuối mùa đặc biệt nghiêm trọng.

Kết luận

• Luận văn đã thiết lập thành công mô hình SWAT 2012 với độ tin cậy cao trên lưu vực sông Cái Nha Trang, đạt chỉ số Nash-Sutcliffe tối ưu cho cả bước thời gian ngày và giờ.
• Định lượng rõ nét mức tăng của lượng mưa 5 ngày lớn nhất (lên tới 44,5%) và lượng mưa mùa đông (lên tới 55,6%) theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.
• Khẳng định xu thế dòng chảy mùa lũ và lưu lượng đỉnh lũ cực trị tại trạm Đồng Trăng gia tăng từ 15% đến trên 32%, đe dọa trực tiếp an toàn vùng hạ du.
• Đề xuất khung giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ, gắn liền với mốc thời gian thực thi cụ thể từ năm 2027 đến 2035.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng tích hợp mô hình SWAT với các mô hình thủy lực hai chiều (2D) để xây dựng bản đồ ngập lụt ngập úng chi tiết đến từng phường xã thuộc thành phố Nha Trang. Các nhà quản lý và nhà khoa học quan tâm có thể khai thác toàn văn tài liệu tại Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội để phục vụ công tác nghiên cứu và triển khai thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Mô hình SWAT. Chương 3: Ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Kết luận và kiến nghị 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.

Đặc điểm địa lý tự nhiên 1. Vị trí địa lý Sông Cái Nha Trang là con sông lớn nhất tỉnh Khánh Hòa có vị trí địa lý nằm trong khoảng 120°03' - 120°37' vĩ độ Bắc, 108°41' - 109°12' kinh độ Đông. Sông bắt nguồn từ đỉnh núi phía Tây Bắc xã Khánh Thượng cao 1477.5m, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Khi đến thôn Trang xã Khánh Thượng sông đổi sang hướng Tây - Đông và nhập với sông Chò tại thôn 1 xã Diên Đồng.

Sông tiếp tục chảy theo hướng Tây - Đông và nhập với sông Suối Dầu tại Cầu Hà Dừa - thị trấn Diên Khánh, sông đổ ra vịnh Nha Trang tại cầu Trần Phú. Diện tích lưu vực 2000km2, chiều dài sông chính 79km, độ rộng bình quân lưu vực là 25.3km với hệ số uốn khúc 1.4, hệ số hình dạng là 0.70/00, mật độ lưới sông 0. Lưu vực sông Cái Nha Trang bao trùm toàn bộ Thành phố Nha Trang, huyện Diên Khánh, Khánh Vĩnh và một phần diện tích của huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa và MaĐrăk tỉnh ĐăkLăk. Phía bắc giáp lưu vực sông Dinh Ninh Hòa, phía Nam giáp lưu vực sông Cái Phan Rang, phía Tây giáp lưu vực sông ĐăkRông, phía Đông giáp Biển Đông.

Địa hình, địa mạo Địa hình lưu vực sông Cái Nha Trang có xu hướng dốc dần từ Tây sang Đông, đỉnh núi cao nhất ở phía tây là đỉnh Hòn Giao Bắc có độ cao 2038.2m, khu vực trung du có độ cao phổ biến từ 10 đến 25m, khu vực đồng bằng có độ cao phổ biến từ 2 đến 10m. Độ dốc trung bình vùng núi là 16%, độ dốc trung bình lưu vực 2,8%. Lưu vực sông Cái Nha Trang nằm ở sườn Đông của dãy Trường Sơn, địa hình bị chia cắt nhiều bởi những ngọn núi, khu vực ven biển có những dãy núi đâm ngang ra biển. Khu vực đồng bằng và trung du xen kẽ những đỉnh núi nhỏ có độ cao từ 40 đến 50m, cá biệt có đỉnh núi Chín Khúc có độ cao 592.6m, các quả đồi nhỏ có độ cao 20 đến 30m.

Địa hình cao nhất và dốc nhất là khu vực phía Tây nam của lưu 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vực, khu vực này là thượng nguồn của các nhánh sông đổ vào sông Thác Ngựa là nhánh sông chính của sông Cái Nha Trang. Sơ đồ lƣu vực sông Cái Nha Trang 1. Địa chất, thổ nhƣỡng a. Địa chất Địa chất Khánh Hòa cơ bản thuộc các nhóm: nhóm đá Macma phân bố phần lớn phía Tây tỉnh; nhóm đá phiến phân bố chủ yếu ở Khánh Vĩnh; nhóm trầm tích đệ tứ phân bố vùng ven sông, suối, sườn núi đến chân núi với thành phần bở rời.

Thổ nhƣỡng Thổ nhưỡng Khánh Hòa gồm nhiều loại đất khác nhau, chủ yếu là: - Nhóm đất đỏ vàng: chiếm tỷ lệ lớn và phân bố rộng, nhất là những vùng đồi núi có Feralit xảy ra mạnh. Đất đỏ vàng phát triển trên đá mẹ phiến thạch ở Khánh Vĩnh. - Đất mùn vàng trên núi cao 900-1000m. - Đất thung lũng có thành phần cơ giới nhẹ đến trung bình và đất phù sa phân bố dọc các sông suối trong tỉnh.

13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Đất pha cát thành phần cơ giới nhẹ và thô, kết cấu rời rạc, phân bố phần lớn vùng ven biển phía đông. Diện tích các loại đất đai tỉnh Khánh Hòa Đơn vị: 1000ha Tên đất Ký hiệu Diện tích I. Nhóm đất cát, cồn cát và cát biển C 18,350. Nhóm đất mặn M 8,239.

Đất mặn sú vẹt đước Mm 1,549. Đất mặn nhiều Mn 674. Đất mặn ít và trung bình M 6,016. Nhóm đất phèn S 920.

Đất phèn tiềm tàng Sp2M 920. Nhóm đất phù sa P 33,056. Đất phù sa được bồi chua Pbc 541. Đất phù sa không được bồi chua Pc 9,243.

Đất phù sa Glei Pg 15,540. Đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng Pf 2,481. Đất phù sa ngòi suối Py 5,251. Nhóm đất xám và bạc màu X;B 25,332.

Đất xám trên phù sa cổ X;B 3,838. Đất xám trên đá Macma acid và đá cát Xa 21,494. Nhóm đất đỏ vàng F 300,850. Đất đỏ vàng trên đá biến chất Fs 50,516.

Đất đỏ vàng trên đá Macma acid Fa 239,264. Đất vàng nhạt trên đá cát Fq 1,833. Đất đỏ vàng trên phù sa cổ Fp 5,395. Đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa Fl 3,842.Nhóm đất mùn vàng đỏ trên núi H 57,743.0 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Đất mùn vàng đỏ trên đá Macma acid Ha 57,743. Nhóm đất thung D 2,881. Đất thung do sản phẩm dốc tụ d 2,881. Nhóm đất xói mòn trơ sỏi đá E 14,141.

Thảm thực vật Vùng thượng lưu sông Cái Nha Trang chủ yếu là rừng nguyên sinh lá rộng, xen kẽ là rừng hỗn giao tre nứa và trảng cỏ cây bụi. Tùy theo độ cao của địa hình có sự phân hóa về thảm phủ thực vật như sau: - Khu vực đỉnh núi ở độ cao trên dưới 2000m: Thảm thực vật thân gỗ chỉ cao khoảng 7 - 10m, tán xen kẽ. Sự phân tầng của thảm thực vật không thật sự rõ rệt. Ở đây chủ yếu là sự góp mặt của các loài thực vật có nhiều thân trên một gốc.

Trên thân cây phủ lớp rêu mỏng. Một số loài thực vật bì sinh phát triển trên cành, nhánh cây. Điểm đáng lưu ý là các sườn của đỉnh núi rất dốc, nhưng vẫn được bao phủ bởi thảm thực vật rừng khá dày với sức sống tốt. Dưới tán rừng, lớp lá rụng 3 - 4cm với quá trình phân giải chậm.

Cây có độ cao đạt tới 10m, đường kính 50 - 100cm, tán đan xen. Cây có sự phân cành sớm, ở độ cao khoảng 2 - 3m. - Khu vực đỉnh - sườn núi ở độ cao 1400 - 1700m: Rừng á nhiệt đới thường xanh cây lá rộng và cây lá rộng, lá kim núi trung bình. Rừng có diện tích lớn với cây đa trội và cấu trúc thảm phức tạp.

Rừng phân ra nhiều tầng nhưng có 2 tầng chủ đạo, các tầng trung gian không liên tục, xen kẽ nhau. Ngoài ra ở độ cao này còn có rừng lá kim núi trung bình (rừng thông 3 lá tự nhiên). - Khu vực có độ cao dưới 1400m: Rừng chủ yếu là rừng trồng, loại cây lá rộng thường là cây keo, cao su, cà phê, hồ tiêu, ca cao và cây lá kim là cây thông. - Khu vực trung du có độ cao dưới 100m thường là các trảng cây cỏ bụi, các cây lá rộng với tán cây có đường kính từ 2 đến 4m, thân cây có đường kính từ 10 đến 30cm, độ cao từ 2 đến 5m.

Các cây được trồng chủ yếu là mía và cây keo từ 2 đến 5 năm tuổi. 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Theo niên giám thống kê tỉnh Khánh Hòa, khu vực trung du và đồng bằng lưu vực sông Cái Nha Trang là đất nông nghiệp với diện tích 1262.2km2, đất phi nông nghiệp với diện tích 131.1km2, đất chưa sử dụng 363. Khí hậu Nhìn chung lưu vực sông Cái Nha Trang tỉnh Khánh Hòa chịu sự chi phối chung của khí hậu nội chí tuyến nhiệt đới gió mùa, có ảnh hưởng khí hậu đại dương. So với các vùng phía Bắc thì mùa đông ít lạnh hơn, mùa khô nóng kéo dài hơn; so với các vùng phía Nam thì mùa mưa muộn hơn.

Mùa khô bắt đầu từ tháng I và kết thúc vào tháng VIII, trong mùa khô xuất hiện thời kỳ mưa tiểu mãn vào khoảng trung tuần tháng V đến hạ tuần tháng VI; mùa mưa, bắt đầu từ tháng IX và kết thúc vào trung tuần tháng XII. Mƣa Do địa hình phức tạp nên lượng mưa giữa các khu vực có sự chênh lệch nhau khá lớn. Lượng mưa trung bình năm trên lưu vực sông Cái Nha Trang thì lớn hơn khoảng từ 1300 - 1931mm. Tổng lượng mưa mùa mưa khoảng 900 - 1059mm, chiếm khoảng 67 - 75% lượng mưa năm; tổng lượng mưa mùa khô khoảng 300 - 450mm.

Những trận mưa, lũ lớn chủ yếu tập trung vào tháng X và XI. Nhiệt độ không khí Nhiệt độ trung bình năm ở vùng đồng bằng và ven biển dao động từ 26,3°C đến 26,9°C, lên đến độ cao 400m nhiệt độ giảm xuống khoảng 23,0 -24,0°C. Nhìn chung trong năm ít xảy ra các đợt nắng nóng kéo dài nhiều ngày gây ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống. Độ ẩm tƣơng đối Độ ẩm khá thấp, trung bình năm vào khoảng 80% tại Nha Trang.

Hàng năm chỉ có 2 - 3 tháng đầu mùa đông (tháng X, XI, XII) là khá ẩm với độ ẩm trung bình 85%. Còn trong nửa cuối mùa đông độ ẩm giảm xuống 80 - 83%. Tháng ẩm nhất là tháng XI có độ ẩm khoảng 85 - 87%. Bốc hơi 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Tổng lượng bốc hơi trung bình nhiều năm dao động từ 1000 - 1100mm/năm tức là bằng 2/3 lượng mưa.

Trong 3 tháng (từ tháng VI - VIII), mỗi tháng lượng bốc hơi đạt tới 120 - 150mm, vượt quá lượng mưa các tháng này. Thời kỳ bốc hơi ít nhất là các tháng mùa mưa, từ tháng X - XII, lượng bốc hơi chỉ khoảng 60 - 80mm. Gió và bão Hướng gió thịnh hành mùa đông là hướng Đông Bắc hoặc Bắc; mùa hè, hướng gió thịnh hành là hướng Tây và Tây Nam. Thủy văn – Hải văn Thủy triều Thuỷ triều ở Nha Trang là chế độ nhật triều không đều, trong một tháng có khoảng 20 ngày là chế độ nhật triều.

Trong thời kỳ triều cường, nước triều lớn nhất từ 1,8 - 2,3m (tính theo 0 Hải đồ), mực nước triều nhỏ nhất từ 0,4 - 0,8m. Trong năm, các tháng XI, XII, I, II luôn luôn xuất hiện thời kỳ triều cường có mực nước đỉnh triều cao nhất năm và các tháng VI, VII, VIII luôn xuất hiện thời kỳ triều cường có mực nước đỉnh triều thấp nhất năm. Nguyên nhân là do về các tháng mùa đông xuất hiện trường gió Đông Bắc tạo nước dềnh phía Tây Biển Đông. Một nguyên nhân nữa là do ảnh hưởng của ATNĐ và bão đã tạo nên nước dâng ở vùng bờ biển.

Khi xét ảnh hưởng của lũ và triều ta thấy khi gặp triều lên mực nước có thể dâng cao hơn trường hợp không có triều từ 20 - 30cm, khi triều xuống mực nước có thể chênh lệch so với mực nước không ảnh hưởng triều từ 9 - 10cm. Dòng chảy năm Dòng chảy trên các sông chủ yếu do mưa cung cấp, nên sự phân bố của dòng chảy tương tự sự phân bố của mưa.