Đánh Giá Tính Bất Định Trong Mô Phỏng Dòng Chảy Và Chất Lượng Nước Dưới Ảnh Hưởng Của Biến Đổi Khí Hậu

• Tác giả: PGS. Bùi Việt Hưng
• Trường học: Viện Khoa Học và Công Nghệ Tính Toán
• Đề tài: Đánh Giá Tính Bất Định Trong Mô Phỏng Dòng Chảy Và Chất Lượng Nước Dưới Ảnh Hưởng Của Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• ĐƠN VỊ THỰC HIỆN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Nội dung 1: Đánh giá và dự báo sự thay đổi dòng chảy và chất lượng nước dưới ảnh hưởng của BĐKH – một trường hợp nghiên cứu ở lưu vực hệ thống sông Đồng Nai
• 1.3.2. Nội dung 2: Đánh giá tính bất định trong dự báo dòng chảy và chất lượng nước dưới ảnh hưởng của BĐKH
• 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu
• 1.4.2. Phương pháp GIS
• 1.4.3. Phương pháp mô hình hóa
• 1.4.4. Phương pháp thống kê
• 1.5. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Bất Định Mô Phỏng Dòng Chảy Chất Lượng

Biến đổi khí hậu (BĐKH) tác động mạnh mẽ đến tài nguyên nước, đòi hỏi các nhà quản lý và hoạch định chính sách phải có thông tin dự báo chính xác về sự thay đổi dòng chảy và chất lượng nước. Tuy nhiên, tính bất định trong các mô phỏng là một thách thức lớn, làm giảm độ tin cậy của các dự báo và hạn chế khả năng ứng dụng trong thực tiễn. Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng một phương pháp đánh giá tính bất định trong mô phỏng dòng chảy và chất lượng nước dưới tác động của BĐKH. Nghiên cứu tập trung vào hai nội dung chính: đánh giá sự thay đổi dòng chảy và chất lượng nước tại lưu vực sông Đồng Nai, và đánh giá các nguồn gốc gây ra tính bất định trong các dự báo này. Phương pháp tiếp cận chủ yếu là mô hình hóa, sử dụng các mô hình thủy sinh thái khác nhau như SWAT và HSPF, kết hợp với các kịch bản BĐKH khác nhau để mô phỏng các thay đổi.

1.1. Tầm quan trọng của đánh giá rủi ro trong mô phỏng thủy văn

Việc đánh giá rủi ro trong mô phỏng thủy văn là vô cùng quan trọng, đặc biệt khi xem xét đến những ảnh hưởng ngày càng gia tăng của biến đổi khí hậu. Các nhà quản lý tài nguyên nước cần thông tin tin cậy để đưa ra các quyết định phù hợp. Sự bất định trong các dự báo có thể dẫn đến các chính sách sai lầm và gây ảnh hưởng tiêu cực đến nguồn nước. Một phương pháp tiếp cận toàn diện giúp xác định nguồn gốc của bất định, từ đó cải thiện độ chính xác của dự báo. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các khu vực chịu tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu.

1.2. Giới thiệu lưu vực sông Đồng Nai Trường hợp nghiên cứu điển hình

Lưu vực sông Đồng Nai là một trong những lưu vực quan trọng nhất ở Việt Nam, cung cấp nước cho nhiều hoạt động kinh tế và sinh hoạt. Tuy nhiên, lưu vực này đang phải đối mặt với nhiều thách thức do biến đổi khí hậu, bao gồm thay đổi lượng mưa, nhiệt độ và mực nước. Nghiên cứu này chọn lưu vực sông Đồng Nai làm trường hợp nghiên cứu để đánh giá tính bất định trong mô phỏng dòng chảy và chất lượng nước. Kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước bền vững ở khu vực này.

II. Thách Thức Tính Bất Định Trong Dự Báo Dòng Chảy Do BĐKH

Dự báo dòng chảy và chất lượng nước dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) gặp nhiều thách thức do sự tồn tại của tính bất định. Bất định có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các mô hình khí hậu toàn cầu (GCM), các phương pháp chi tiết hóa thống kê, các mô hình thủy văn và dữ liệu đầu vào. Mỗi mô hình và phương pháp đều có những giả định và hạn chế riêng, dẫn đến sự khác biệt trong kết quả mô phỏng. Việc hiểu rõ các nguồn gốc gây ra bất định là rất quan trọng để cải thiện độ tin cậy của các dự báo và hỗ trợ việc ra quyết định trong quản lý tài nguyên nước. Cần có sự đánh giá toàn diện về tính bất định để giảm thiểu rủi ro và đảm bảo tính bền vững của nguồn nước.

2.1. Ảnh hưởng của mô hình khí hậu toàn cầu GCMs tới dự báo

Các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) là công cụ quan trọng để dự báo biến đổi khí hậu, nhưng chúng cũng là một nguồn gốc chính của bất định. Các GCMs khác nhau có cấu trúc và tham số khác nhau, dẫn đến kết quả dự báo khác nhau về lượng mưa, nhiệt độ và các biến khí hậu khác. Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đáng kể đến mô phỏng dòng chảy và chất lượng nước. Việc lựa chọn GCM phù hợp và đánh giá phạm vi bất định do GCMs gây ra là rất quan trọng.

2.2. Vai trò của chi tiết hóa thống kê trong giảm sai số dự báo khí hậu

Các phương pháp chi tiết hóa thống kê được sử dụng để chuyển đổi kết quả dự báo từ các GCMs ở quy mô lớn sang quy mô địa phương. Tuy nhiên, các phương pháp chi tiết hóa khác nhau cũng có thể dẫn đến kết quả khác nhau. Sự lựa chọn phương pháp chi tiết hóa phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu của khu vực nghiên cứu và mục tiêu của nghiên cứu. Đánh giá tính bất định liên quan đến các phương pháp chi tiết hóa là cần thiết để đảm bảo tính tin cậy của các dự báo.

2.3. Bất định từ mô hình thủy văn SWAT so với HSPF

Các mô hình thủy văn, như SWAT và HSPF, được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và chất lượng nước. Mỗi mô hình có cấu trúc, giả định và yêu cầu dữ liệu khác nhau. Sự lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của lưu vực sông và mục tiêu của nghiên cứu. So sánh kết quả từ các mô hình khác nhau và đánh giá tính bất định do sự khác biệt giữa các mô hình là rất quan trọng.

III. Cách Đánh Giá Tính Bất Định Phương Pháp Mô Hình Hóa Tổng Quan

Để đánh giá tính bất định, nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa tổng quan, kết hợp các mô hình thủy sinh thái khác nhau (SWAT và HSPF) với các kịch bản BĐKH khác nhau. Các kịch bản BĐKH được xây dựng từ các kịch bản phát thải khác nhau, các mô hình GCM khác nhau và các phương pháp chi tiết hóa thống kê khác nhau. Nghiên cứu cũng xem xét các nguồn gốc gây ra bất định trong mô phỏng, bao gồm mô hình khí hậu, phương pháp chi tiết hóa và mô hình thủy văn. Kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

3.1. Sử dụng kịch bản phát thải RCP RCP4.5 RCP8.5

Các kịch bản phát thải RCP (Representative Concentration Pathways) mô tả các quỹ đạo phát thải khí nhà kính khác nhau trong tương lai. Nghiên cứu sử dụng các kịch bản RCP khác nhau, như RCP4.5 và RCP8.5, để đánh giá ảnh hưởng của các mức độ phát thải khác nhau đến dòng chảy và chất lượng nước. So sánh kết quả từ các kịch bản khác nhau cho phép đánh giá tính bất định liên quan đến các kịch bản phát thải.

3.2. So sánh các phương pháp chi tiết hóa Delta SDSM LARS WG

Nghiên cứu so sánh các phương pháp chi tiết hóa khác nhau, bao gồm phương pháp thay đổi hệ số delta, SDSM và LARS-WG. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng. So sánh kết quả từ các phương pháp khác nhau cho phép đánh giá tính bất định liên quan đến các phương pháp chi tiết hóa và lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho khu vực nghiên cứu.

3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn bằng chỉ số NSE

Việc hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình thủy văn là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng. Nghiên cứu sử dụng các chỉ số thống kê, như chỉ số NSE, để đánh giá khả năng mô phỏng của các mô hình. Chỉ số NSE đo lường mức độ phù hợp giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu quan trắc. Giá trị NSE cao cho thấy khả năng mô phỏng tốt của mô hình.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng BĐKH Lên Sông Đồng Nai

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến đổi khí hậu có ảnh hưởng đáng kể đến tài nguyên nước ở lưu vực sông Đồng Nai. Lượng mưa và nhiệt độ có xu hướng tăng cao trong tương lai, dẫn đến sự thay đổi trong dòng chảy và chất lượng nước. Các hiện tượng như xói mòn, hạn hán, thiếu nước mùa khô và lũ lụt có thể trở nên trầm trọng hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nguồn gốc gây ra bất định chủ yếu đến từ các mô hình khí hậu toàn cầu và các phương pháp chi tiết hóa thống kê. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước và ứng phó với biến đổi khí hậu.

4.1. Dự báo lượng mưa và nhiệt độ tăng trong tương lai

Kết quả dự báo cho thấy lượng mưa và nhiệt độ có xu hướng tăng trong tương lai ở lưu vực sông Đồng Nai. Mức độ tăng khác nhau tùy thuộc vào kịch bản phát thải và mô hình khí hậu được sử dụng. Sự tăng này có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong hệ thống thủy văn của lưu vực, ảnh hưởng đến dòng chảy, chất lượng nước và các hoạt động kinh tế - xã hội.

4.2. Tác động đến dòng chảy và thành phần chất lượng nước

Sự thay đổi về lượng mưa và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến dòng chảy và thành phần chất lượng nước ở lưu vực sông Đồng Nai. Dòng chảy có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào khu vực và thời gian. Chất lượng nước có thể bị suy giảm do ô nhiễm từ các nguồn khác nhau. Việc dự báo chính xác những thay đổi này là rất quan trọng để có thể đưa ra các biện pháp ứng phó phù hợp.

4.3. Bản đồ phân bố tài nguyên nước trên lưu vực sông

Bản đồ phân bố tài nguyên nước trên lưu vực sông Đồng Nai cho thấy sự phân bố không đồng đều của nước và các thành phần chất lượng nước. Nước tập trung chủ yếu ở một số khu vực, trong khi các khu vực khác lại thiếu nước. Sự phân bố này liên quan đến đặc điểm địa hình, khí hậu và hoạt động kinh tế - xã hội của khu vực. Bản đồ này có thể được sử dụng để hỗ trợ việc quản lý và phân bổ tài nguyên nước một cách hiệu quả.

V. Phân Tích Tính Bất Định Yếu Tố Ảnh Hưởng Lớn Nhất

Nghiên cứu phân tích tính bất định trong mô phỏng bằng cách xem xét các yếu tố chính như mô hình thủy văn, mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs), kịch bản phát thải và phương pháp chi tiết hóa. Kết quả cho thấy mô hình GCM có ảnh hưởng lớn nhất đến tính bất định trong mô phỏng thủy văn và chất lượng nước. Phương pháp chi tiết hóa và mô hình mô phỏng thủy văn cũng có những ảnh hưởng đáng kể, trong khi kịch bản phát thải ít ảnh hưởng hơn. Kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn mô hình khí hậu phù hợp và sử dụng các phương pháp chi tiết hóa tiên tiến để giảm thiểu tính bất định trong dự báo.

5.1. Mô hình khí hậu GCMs là nguồn bất định chính

Mô hình khí hậu (GCMs) là nguồn bất định chính trong mô phỏng thủy văn và chất lượng nước. Các mô hình khác nhau có cấu trúc và tham số khác nhau, dẫn đến các kết quả dự báo khác nhau về lượng mưa, nhiệt độ và các biến khí hậu khác. Điều này cho thấy cần có sự đánh giá cẩn thận và lựa chọn mô hình phù hợp để giảm thiểu tính bất định.

5.2. Ảnh hưởng phương pháp chi tiết hóa tới kết quả mô phỏng

Phương pháp chi tiết hóa có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả mô phỏng. Các phương pháp khác nhau có thể dẫn đến các kết quả khác nhau, đặc biệt là trong các khu vực có địa hình phức tạp hoặc khí hậu biến đổi mạnh. Việc lựa chọn phương pháp chi tiết hóa phù hợp và đánh giá tính bất định liên quan là rất quan trọng.

5.3. Kịch bản phát thải và vai trò hạn chế trong bất định

Kịch bản phát thải có vai trò hạn chế trong tính bất định so với mô hình khí hậu và phương pháp chi tiết hóa. Điều này có thể là do các kịch bản phát thải được xây dựng dựa trên các giả định khác nhau về chính sách và công nghệ trong tương lai. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng kịch bản phát thải vẫn là một yếu tố quan trọng trong việc dự báo biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến tài nguyên nước.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Quản Lý Tài Nguyên Bền Vững

Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đánh giá tính bất định trong dự báo tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước bền vững ở lưu vực sông Đồng Nai. Các nhà quản lý cần xem xét tính bất định trong quá trình ra quyết định và áp dụng các biện pháp thích ứng linh hoạt. Hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc giảm thiểu tính bất định bằng cách cải thiện mô hình khí hậu, phương pháp chi tiết hóa và mô hình thủy văn. Đồng thời, cần xem xét các tác động nhân sinh (thay đổi sử dụng đất và phát triển kinh tế - xã hội) để có cái nhìn toàn diện hơn về sự thay đổi tài nguyên nước.

6.1. Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho quy hoạch tài nguyên nước

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để hỗ trợ việc quy hoạch tài nguyên nước ở lưu vực sông Đồng Nai. Các nhà quản lý có thể sử dụng thông tin về tính bất định và các yếu tố ảnh hưởng để đưa ra các quyết định có tính đến rủi ro. Đồng thời, kết quả nghiên cứu cũng có thể được sử dụng để xác định các khu vực dễ bị tổn thương và cần được ưu tiên bảo vệ.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo Giảm thiểu bất định và mô hình hóa

Hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc giảm thiểu bất định trong dự báo bằng cách cải thiện mô hình khí hậu, phương pháp chi tiết hóa và mô hình thủy văn. Ngoài ra, cần xem xét các tác động nhân sinh (thay đổi sử dụng đất và phát triển kinh tế - xã hội) để có cái nhìn toàn diện hơn về sự thay đổi tài nguyên nước. Các nghiên cứu sử dụng mô hình hóa tiên tiến và tích hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau sẽ đóng góp quan trọng vào việc quản lý tài nguyên nước bền vững.

6.3. Tầm quan trọng quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực

Quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực là rất quan trọng để đảm bảo tính bền vững của nguồn nước. Phương pháp tiếp cận này xem xét tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến tài nguyên nước, bao gồm biến đổi khí hậu, tác động nhân sinh và các hoạt động kinh tế - xã hội. Bằng cách phối hợp các hoạt động quản lý và sử dụng nước, có thể đạt được hiệu quả cao hơn và đảm bảo sự công bằng trong việc phân bổ tài nguyên nước.