Luận án tiến sĩ: Tác động của biến đổi khí hậu và thay đổi thảm phủ đến dòng chảy sông Cả

• Tác giả: Nguyễn Thanh Bằng
• Người hướng dẫn: PGS. Doãn Hà Phong
• Trường học: Đại học Đông Nam Na Uy
• Chuyên ngành: Biến đổi khí hậu
• Đề tài: Đánh Giá Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Và Thay Đổi Thảm Phủ Đến Dòng Chảy Sông Cả
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của luận án
• 2. Mục tiêu của luận án
• 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1. Phạm vi nghiên cứu
• 4. Đối tượng nghiên cứu
• 5. Câu hỏi nghiên cứu
• 6. Luận điểm bảo vệ
• 7. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của luận án
• 7.1. Hướng tiếp cận của luận án
• 7.2. Phương pháp nghiên cứu của luận án
• 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 8.1. Ý nghĩa khoa học
• 8.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 9. Đóng góp mới của luận án
• 10. Cấu trúc luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ
• 1.1. Một số khái niệm chung
• 1.1.1. Khái niệm về thảm phủ và sự thay đổi thảm phủ
• 1.1.2. Khái niệm về biến đổi khí hậu
• 1.1.3. Khái niệm về đánh giá tác động
• 1.2. Tổng quan lưu vực sông Cả
• 1.3. Các nghiên cứu về mô phỏng biến động thảm phủ trong và ngoài nước
• 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới về mô phỏng biến động thảm phủ
• 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước về mô phỏng biến động thảm phủ
• 1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông
• 1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông
• 1.4.2. Các nghiên cứu trong nước về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông
• 1.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
• 1.5.1. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
• 1.5.2. Các nghiên cứu trong nước về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
• 1.6. Tiểu kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC, PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG CẢ
• 2.1. Cơ sở khoa học đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông
• 2.1.1. Cơ sở khoa học của mô phỏng thảm phủ dựa trên chuỗi Markov và hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata
• 2.1.1.1. Phương pháp phân loại thảm phủ
• 2.1.1.2. Phương pháp mô phỏng, dự tính biến động trạng thái thảm phủ bằng phân tích chuỗi Markov
• 2.1.1.3. Phương pháp mô phỏng biến động thảm phủ theo không gian bằng hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata
• 2.1.1.4. Phương pháp kiểm định
• 2.1.2. Cơ sở khoa học của đánh giá định lượng tác động của biến động thảm phủ và biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
• 2.1.2.1. Mô phỏng dòng chảy lưu vực bằng mô hình SWAT
• 2.1.2.2. Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT
• 2.2. Phương pháp đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả
• 2.2.1. Khung nghiên cứu
• 2.2.2. Quy trình mô phỏng sự thay đổi thảm phủ và dự tính kịch bản thảm phủ tương lai
• 2.2.2.1. Xử lý và phân loại thảm phủ
• 2.2.2.2. Tạo ma trận xác suất chuyển đổi, Ma trận diện tích chuyển đổi
• 2.2.2.3. Tạo bản đồ tính phù hợp
• 2.2.2.4. Mô phỏng sử dụng đất/thảm phủ
• 2.2.2.5. Kiểm định mô hình
• 2.2.2.6. Phương pháp Delphi xác định các tác nhân mô phỏng sự thay đổi thảm phủ về không gian
• 2.2.3. Quy trình mô phỏng dòng chảy lưu vực dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu
• 2.2.3.1. Phân chia lưu vực
• 2.2.3.2. Phân tích đơn vị thủy văn
• 2.2.3.3. Thiết lập biến tính toán và chạy mô hình
• 2.2.3.4. Các thông số lựa chọn
• 2.2.3.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mô phỏng
• 2.2.4. Dữ liệu sử dụng
• 2.2.4.1. Dữ liệu sử dụng mô phỏng sự thay đổi thảm phủ và dự tính thảm phủ tương lai
• 2.2.4.1.1. Dữ liệu viễn thám
• 2.2.4.1.2. Mô hình số độ cao – DEM
• 2.2.4.1.3. Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất
• 2.2.4.1.4. Dữ liệu quy hoạch sử dụng đất
• 2.2.4.1.5. Dữ liệu thực địa
• 2.2.4.2. Dữ liệu sử dụng mô phỏng dòng chảy lưu vực dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu
• 2.2.4.2.1. Dữ liệu địa hình
• 2.2.4.2.2. Dữ liệu đất
• 2.2.4.2.3. Dữ liệu sử dụng đất
• 2.2.4.2.4. Dữ liệu khí tượng
• 2.2.4.2.5. Dữ liệu dòng chảy thực đo
• 2.2.4.2.6. Kịch bản biến đổi khí hậu trên lưu vực sông Cả
• 2.2.5. Tiểu kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG CẢ
• 3.1. Mô phỏng sự thay đổi thảm phủ theo không gian, thời gian cho lưu vực sông Cả
• 3.1.1. Phân loại thảm phủ
• 3.1.2. Tính toán ma trận xác suất chuyển đổi, ma trận diện tích chuyển đổi
• 3.1.3. Xác định các tác nhân, ràng buộc để mô phỏng thay đổi thảm phủ về mặt không gian
• 3.1.4. Lập bản đồ tính phù hợp
• 3.1.5. Mô phỏng thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015
• 3.1.6. Kiểm định kết quả mô phỏng
• 3.1.7. Dự tính thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2030
• 3.2. Đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả
• 3.2.1. Phân chia tiểu lưu vực
• 3.2.2. Phân tích đơn vị thủy văn HRU
• 3.2.3. Thiết lập dữ liệu đầu vào mô hình
• 3.2.4. Hiệu chỉnh, kiểm định, xác định bộ thông số mô phỏng
• 3.2.5. Phân tích độ nhạy các thông số
• 3.2.6. Hiệu chỉnh, kiểm định kết quả mô phỏng
• 3.2.7. Biến đổi sử dụng đất trên lưu vực
• 3.2.8. Mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Cả dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu
• 3.2.8.1. Dòng chảy mùa lũ
• 3.2.8.2. Dòng chảy mùa cạn
• 3.2.8.3. Dòng chảy tháng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Biến đổi khí hậu và tác động đến dòng chảy sông Cả

Phần này tập trung phân tích biến đổi khí hậu (Salient LSI Keyword, Semantic Entity) và ảnh hưởng trực tiếp của nó đến dòng chảy sông Cả (Salient LSI Keyword, Salient Entity). Dữ liệu khí tượng, bao gồm lượng mưa và nhiệt độ (Close Entity), từ các trạm quan trắc trên lưu vực sông Cả trong giai đoạn nghiên cứu được sử dụng. Phân tích xu hướng thay đổi lượng mưa (Close Entity) mùa lũ, mùa khô và nhiệt độ sẽ được thực hiện. Kết quả phân tích sẽ làm sáng tỏ mối tương quan giữa các yếu tố khí hậu và sự biến động của dòng chảy (Close Entity), đặc biệt là những hiện tượng cực đoan như hạn hán hoặc lũ lụt. Mô hình khí hậu khu vực (Semantic LSI keyword) và kịch bản biến đổi khí hậu (Semantic LSI keyword) sẽ được xem xét để dự báo tình hình trong tương lai. Nghiên cứu cũng đề cập đến nguy cơ lũ lụt (Semantic LSI keyword) và hạn hán (Semantic LSI keyword) gia tăng do biến đổi khí hậu (Semantic Entity), đánh giá tác động của chúng đến hệ sinh thái và đời sống kinh tế - xã hội khu vực. Dữ liệu dòng chảy thực đo (Semantic LSI keyword) tại các trạm trên sông Cả sẽ được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình dự báo.

1.1 Phân tích dữ liệu khí tượng và dòng chảy

Dữ liệu về lượng mưa (Close Entity) và nhiệt độ (Close Entity) được thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Cả. Các chỉ số thống kê như trung bình, độ lệch chuẩn, và phân bố theo mùa được tính toán. Phân tích chuỗi thời gian được áp dụng để xác định xu hướng thay đổi của các biến khí tượng. Mối liên hệ giữa các biến khí tượng và dòng chảy sông Cả (Salient Entity) được đánh giá bằng các phương pháp hồi quy và tương quan. Các sự kiện khí tượng cực đoan như mưa lớn và hạn hán (Semantic LSI keyword) được xác định và phân tích tần suất xuất hiện. Kết quả cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của biến đổi khí hậu (Semantic Entity) đến chế độ dòng chảy của sông Cả. Dữ liệu dòng chảy thực đo (Semantic LSI keyword) được sử dụng để kiểm chứng độ chính xác của các mô hình dự báo. Các mô hình dự báo dòng chảy (Close Entity) của sông Cả được xây dựng dựa trên dữ liệu khí tượng và các yếu tố thủy văn khác. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc phân tích tác động của biến đổi khí hậu (Semantic Entity) đến lưu lượng sông Cả (Semantic LSI keyword), đặc biệt là trong mùa khô và mùa lũ.

1.2 Dự báo dòng chảy trong tương lai

Dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu (Semantic Entity) (ví dụ: RCP4.5, RCP8.5), nghiên cứu dự báo dòng chảy sông Cả (Salient Entity) trong tương lai. Các mô hình thủy văn, chẳng hạn như mô hình SWAT (Semantic LSI keyword), được sử dụng để mô phỏng ảnh hưởng của biến đổi khí hậu (Semantic Entity) đến lưu lượng (Close Entity), thủy văn (Close Entity) và các thông số khác. Kết quả dự báo cung cấp thông tin quan trọng cho việc lập kế hoạch quản lý tài nguyên nước và giảm thiểu rủi ro thiên tai. Nghiên cứu tập trung vào sự thay đổi về lưu lượng (Close Entity) trung bình năm, lưu lượng (Close Entity) mùa lũ và mùa cạn. Mô hình SWAT (Semantic LSI keyword) được hiệu chỉnh và kiểm định bằng dữ liệu quan trắc thực tế. Các yếu tố bất định và độ tin cậy của dự báo cũng được thảo luận. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu (Semantic LSI keyword) để đưa ra các chiến lược ứng phó hiệu quả.

II. Thay đổi thảm phủ và tác động đến dòng chảy sông Cả

Phần này tập trung vào thay đổi thảm phủ (Salient LSI Keyword, Semantic Entity) và ảnh hưởng của nó đến dòng chảy sông Cả (Salient Entity). Các loại thảm phủ (Salient LSI keyword, Close Entity) chủ yếu trên lưu vực sông Cả, như rừng (Semantic LSI keyword), nông nghiệp (Semantic LSI keyword), đô thị (Close Entity), được phân loại và định lượng. Phân tích ảnh viễn thám (Semantic LSI keyword) và GIS (Semantic LSI keyword) được sử dụng để theo dõi sự thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) trong thời gian. Các mô hình, ví dụ như mô hình Cellular Automata (Semantic LSI keyword), được áp dụng để dự báo thảm phủ (Semantic Entity) trong tương lai. Mối quan hệ giữa sự thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) và dòng chảy (Close Entity) được phân tích, nhấn mạnh vai trò của thảm phủ rừng (Semantic LSI keyword) trong việc điều tiết dòng chảy.

2.1 Phân tích thay đổi thảm phủ

Dữ liệu ảnh viễn thám (Semantic LSI keyword) từ các vệ tinh LANDSAT, SENTINEL… được sử dụng để lập bản đồ thảm phủ (Semantic Entity) trong các thời điểm khác nhau. Phân loại thảm phủ (Semantic LSI keyword) được thực hiện bằng các kỹ thuật xử lý ảnh, ví dụ như phân loại tối đa khả năng (Semantic LSI keyword). Chỉ số thảm thực vật (Semantic LSI keyword) được sử dụng để đánh giá sức khỏe và mật độ của thảm phủ thực vật. Sự thay đổi diện tích của các loại thảm phủ (Semantic Entity) trong thời gian được tính toán và phân tích. Thay đổi sử dụng đất (Semantic LSI keyword) được xem xét như một yếu tố quan trọng dẫn đến sự thay đổi thảm phủ (Semantic Entity). Kết quả cho thấy xu hướng giảm diện tích rừng (Semantic LSI keyword) và tăng diện tích đất nông nghiệp (Semantic LSI keyword) và khu vực đô thị (Close Entity). Các tác động của thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) đến môi trường và hệ sinh thái được thảo luận.

2.2 Mô phỏng và dự báo thảm phủ

Mô hình Cellular Automata (Semantic LSI keyword) kết hợp với phân tích chuỗi Markov (Semantic LSI keyword) được sử dụng để mô phỏng và dự báo sự thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) trong tương lai. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) như chính sách sử dụng đất, phát triển kinh tế, và biến đổi khí hậu được tích hợp vào mô hình. Kết quả mô phỏng cung cấp các kịch bản thảm phủ (Semantic Entity) khác nhau trong tương lai. Độ chính xác của mô hình được đánh giá bằng so sánh với dữ liệu thực tế. Mô hình số độ cao (Semantic LSI keyword) (DEM) và dữ liệu thông tin địa lý (Semantic LSI keyword) (GIS) được sử dụng để hỗ trợ quá trình mô phỏng. Kết quả cho thấy sự thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) có thể ảnh hưởng đáng kể đến dòng chảy sông Cả (Salient Entity). Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý sử dụng đất (Semantic LSI keyword) bền vững để bảo vệ tài nguyên nước.

III. Tác động tổng hợp và quản lý tài nguyên nước

Phần này tổng hợp tác động kết hợp của biến đổi khí hậu (Semantic Entity) và thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) đến dòng chảy sông Cả (Salient Entity). Kết quả từ các phần trước được tích hợp để đánh giá toàn diện ảnh hưởng đến lưu lượng sông Cả (Semantic LSI keyword), chế độ dòng chảy (Close Entity), và tài nguyên nước (Close Entity) . Các kịch bản khác nhau về biến đổi khí hậu (Semantic Entity) và thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) được xem xét. Các giải pháp quản lý tài nguyên nước (Close Entity) bền vững được đề xuất, bao gồm các biện pháp thích ứng với biến đổi khí hậu (Semantic Entity) và quản lý sử dụng đất (Semantic LSI keyword) hiệu quả. Quản lý tài nguyên nước (Semantic LSI keyword) bền vững được nhấn mạnh như một giải pháp quan trọng để đảm bảo an ninh nước và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

3.1 Tác động tổng hợp

Phần này tổng hợp kết quả từ các phần trước để đánh giá tác động tổng hợp của biến đổi khí hậu (Semantic Entity) và thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) đến dòng chảy sông Cả (Salient Entity). Các kịch bản khác nhau về thay đổi thảm phủ (Semantic Entity) và biến đổi khí hậu (Semantic Entity) được kết hợp để đánh giá tác động tích hợp. Kết quả cho thấy sự kết hợp của hai yếu tố này có thể làm gia tăng rủi ro lũ lụt và hạn hán. Mô hình SWAT (Semantic LSI keyword) được sử dụng để mô phỏng dòng chảy dưới các kịch bản khác nhau. Phân tích độ nhạy được thực hiện để đánh giá tầm quan trọng tương đối của các yếu tố khác nhau. Kết quả cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước (Close Entity) và giảm thiểu rủi ro.

3.2 Giải pháp quản lý tài nguyên nước bền vững

Dựa trên kết quả đánh giá tác động, nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên nước (Close Entity) bền vững cho lưu vực sông Cả. Các giải pháp này bao gồm: kiểm soát lũ lụt (Semantic LSI keyword), bảo vệ rừng (Semantic LSI keyword), quản lý sử dụng đất (Semantic LSI keyword) hợp lý, và phát triển các công trình thủy lợi. Các biện pháp thích ứng với biến đổi khí hậu (Semantic Entity) được đề xuất để giảm thiểu tác động tiêu cực đến dòng chảy (Close Entity) và tài nguyên nước (Close Entity). Quản lý tổng hợp lưu vực sông được đề xuất như một phương pháp tiếp cận toàn diện để quản lý tài nguyên nước (Close Entity). Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của sự tham gia của cộng đồng trong việc quản lý tài nguyên nước (Close Entity) bền vững. Giảm thiểu rủi ro (Semantic LSI keyword) thiên tai cũng được xem là một mục tiêu quan trọng.