Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ" do nghiên cứu sinh Lê Thị Hải Yến thực hiện tại Trường Đại học Thủy lợi (năm 2018), thuộc chuyên ngành Thủy văn học (mã số: 62-44-02-24), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Ngô Lê Long và PGS.TS. Trần Thanh Tùng.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Khu vực Nam Trung Bộ có địa hình hẹp, dốc từ Tây sang Đông, mạng lưới sông suối ngắn dốc khiến lũ tập trung nhanh, cường suất lũ lớn và diễn biến bất thường. Dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH), tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn dị thường có xu hướng gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng về người, hạ tầng thủy lợi và giao thông.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: phần lớn các nghiên cứu tính toán mưa, lũ có xét đến BĐKH trước đây ở Việt Nam chủ yếu sử dụng các kịch bản phát thải cũ (SRES) hoặc trích xuất số liệu trung bình hóa từ các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) với lưới tính toán quy mô quốc gia/vùng rộng lớn. Việc trung bình hóa không gian và thời gian này dẫn đến sai số lớn khi áp dụng vào việc tính toán mưa và lũ thiết kế cho các lưu vực vừa và nhỏ tại địa phương. Do đó, việc xây dựng cơ sở khoa học để chi tiết hóa lượng mưa từ các mô hình GCMs về cấp trạm và định lượng hóa sự biến động của đỉnh lũ thiết kế trong tương lai cho khu vực Nam Trung Bộ là yêu cầu cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn tính toán mưa, lũ khu vực Nam Trung Bộ khi xét đến BĐKH, phục vụ công tác tính toán thiết kế đa ngành, đánh giá an toàn công trình thủy lợi và giao thông.

Các mục tiêu cụ thể gồm:

  1. Nghiên cứu, tính toán mưa một ngày lớn nhất khu vực Nam Trung Bộ bằng phương pháp chi tiết hóa lượng mưa từ các mô hình khí hậu toàn cầu.
  2. Xác định phương pháp tính lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu cho khu vực Nam Trung Bộ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Mưa một ngày lớn nhất và dòng chảy lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu.
  • Phạm vi không gian: Khu vực Nam Trung Bộ gồm 8 tỉnh và thành phố trực thuộc Trung ương: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận; tập trung phân tích sâu trên các hệ thống lưu vực sông chính như sông Vu Gia – Thu Bồn, sông Kôn – Hà Thanh và sông Ba.
  • Phạm vi thời gian: Dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn trong quá khứ (chuỗi số liệu quan trắc tại 93 trạm mưa) và giai đoạn tương lai theo kịch bản BĐKH gồm hai thời kỳ: giai đoạn giữa thế kỷ (2040–2069) và giai đoạn cuối thế kỷ (2070–2099) so với thời kỳ nền.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế

  • Nghiên cứu biến đổi mưa cực trị và xu thế toàn cầu/khu vực: Frich và nnk (2002), Alexander và nnk (2006) phân tích các chỉ số mưa cực trị toàn cầu; Re và Barros (2009), Penalba và Robledo (2009) nghiên cứu xu thế mưa ở Nam Mỹ; Aguilar và nnk (2009) nghiên cứu tại Trung Phi; Moberg và nnk (2006) nghiên cứu tại châu Á và châu Âu; Haylock và Nicholls (2000) khảo sát tại châu Úc; Hilton Silveira Pinto và nnk (2014) phân tích xu thế mưa một ngày lớn nhất tại Brazil.
  • Phương pháp tính toán thủy văn và lũ thiết kế truyền thống: Shaw (1964) phân loại phương pháp tính lũ theo diện tích lưu vực và tình trạng tài liệu (thống kê xác suất cho lưu vực đủ số liệu; đường lũ đơn vị, tương quan lưu lượng - diện tích cho lưu vực nhỏ); Chow và Maidment (1988) thiết lập các cơ sở về đường cong IDF, biểu đồ mưa 24h, PMP/PMF và mô hình dòng chảy cho lưu vực vừa và nhỏ; Vijay (2002) tổng kết 15 mô hình tính lũ lưu vực nhỏ (mô hình Clark, Nash, SCS, hồi quy đa biến).
  • Đánh giá tác động của BĐKH đến dòng chảy lũ và an toàn đập: Feyen (2008) kết hợp mô hình HIRHAM và LISFLOOD tại châu Âu; Hyun-Han Kwon và nnk (2011) áp dụng mô hình đa biến ngẫu nhiên và chuỗi Bayesian Markov đánh giá lũ thiết kế cho đập Soyang (Hàn Quốc); Den Besten (2012) đề xuất chuỗi liên kết mô hình GCM - RCM - mô hình thủy văn; Graham và nnk (2007), Veijalainen và Vehvilainen (2008), Key và nnk (2006), Lehner và nnk (2006) nghiên cứu biến đổi dòng chảy lũ tại Bắc Âu, Anh và châu Âu; các tiêu chuẩn thiết kế thích ứng BĐKH của Na Uy, Ấn Độ (IS: 5477, IS: 11223-1985), New Zealand, Malaysia, Trung Quốc.

Các hướng nghiên cứu trong nước

  • Nghiên cứu kịch bản BĐKH và tác động: Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu, Trần Việt Liễn và nnk (1994, 1998) xây dựng kịch bản BĐKH ban đầu; Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012, 2016) công bố các Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Việt Nam; Lê Mạnh Hùng và Lê Thị Kim Cúc nghiên cứu kịch bản A1B cho TP. Hồ Chí Minh; Vũ Thanh Tâm và nnk (2013) nghiên cứu phương án xáo trộn chỉ định cho mưa cực trị ven biển; Vũ Thị Thu Lan và Hoàng Thanh Sơn (2012) nghiên cứu thiên tai tại Quảng Nam.
  • Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế và an toàn công trình: Lê Đình Thành (1997) nghiên cứu PMP/PMF; Phạm Ngọc Quý và nnk (2005) phát triển phần mềm tính lũ theo quy phạm QP.TL C-6-77 và SCS; Hà Văn Khối và nnk (2012) cập nhật giáo trình Thủy văn công trình với các mô hình thủy văn tất định; Ngô Lê Long và nnk (2015) nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế lũ cho hồ chứa và đê biển trong điều kiện BĐKH; Ngô Lê An và nnk (2015) tính toán lại lũ thiết kế hồ chứa A Vương bằng mô hình HadGEM theo RCP4.5 và RCP8.5; Doãn Thị Nội (2016) ứng dụng GIS tính lũ công trình giao thông vùng núi Đông Bắc; La Đức Dũng (2017) tính toán mưa tiêu cho hệ thống Bắc Nam Hà.

Khoảng trống luận án giải quyết

Qua rà soát, tác giả chỉ ra 4 hạn chế chính của các nghiên cứu trước:

  1. Đa số nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc thống kê quá khứ, chưa định lượng cụ thể sự biến đổi của dòng chảy lũ thiết kế trong tương lai theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính mới.
  2. Việc sử dụng kịch bản trung bình hóa không gian của Bộ Tài nguyên và Môi trường không phản ánh được tính bất đồng nhất và đặc thù địa hình cục bộ của các lưu vực nhỏ vùng Nam Trung Bộ.
  3. Việc chỉ áp dụng một vài GCM đơn lẻ gây ra độ bất định lớn, chưa phản ánh được sai số hệ thống giữa các mô hình khí hậu.
  4. Phương pháp chi tiết hóa động lực đòi hỏi tài nguyên tính toán lớn nhưng kết quả công bố vẫn bị trung bình hóa, chưa liên kết trực tiếp với các tiêu chuẩn tính toán lũ kỹ thuật (QP.TL C-6-77, TCVN 9845:2013).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Kịch bản biến đổi khí hậu: Luận án tiếp cận hệ thống kịch bản đường nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative Concentration Pathways - RCP) từ Báo cáo đánh giá lần thứ 5 của IPCC (Moss và nnk, 2010), thay thế hệ thống kịch bản SRES cũ. Hai kịch bản nồng độ được chọn để phân tích là RCP4.5 (kịch bản phát thải trung bình thấp, bức xạ tác động đạt 4,5 W/m² vào năm 2100) và RCP8.5 (kịch bản phát thải cao, bức xạ tác động đạt 8,5 W/m² vào năm 2100).
  • Mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs): Luận án khai thác tổ hợp 11 mô hình GCM thuộc dự án CMIP5 (bao gồm các mô hình như Access1-3, CanESM2, CMCC-CMS, CNRM-CM5, NorESM1-M, HadGEM2-ES, MPI-ESM-LR, CCSM4, GFDL-CM3...) nhằm giảm thiểu độ bất định và mô tả bức tranh biến đổi khí hậu khách quan.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling) và hiệu chỉnh sai số (Bias Correction):
    • Chuyển đổi dữ liệu lượng mưa ngày từ các ô lưới quy mô lớn của 11 mô hình GCM về 93 trạm quan trắc mặt đất.
    • Sử dụng phương pháp biến đổi phân bố tần suất (Quantile Mapping theo Gudmundsson và nnk) để hiệu chỉnh sai số hệ thống giữa dữ liệu mô phỏng của GCM thời kỳ nền với số liệu mưa ngày thực đo.
  2. Phương pháp phân tích không gian (GIS):
    • Ứng dụng phương pháp nội suy trọng số nghịch đảo khoảng cách (Inverse Distance Weighting - IDW) để xây dựng trường mưa và thành lập các bản đồ biến động mưa một ngày lớn nhất, bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ.
  3. Phương pháp tính toán lũ thiết kế:
    • Đối với lưu vực vừa và nhỏ: Áp dụng các công thức kinh nghiệm theo tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (Quy phạm QP.TL C-6-77 và TCVN 9845:2013), cụ thể là công thức mô hình Xokolopsky và công thức Cường độ giới hạn, cập nhật với lớp thông số mưa một ngày lớn nhất tương lai đã hiệu chỉnh.
    • Đối với lưu vực có diện tích lớn: Sử dụng mô hình thủy văn bán phân bố NAM (Nielsen và Hansen, 1973) kết hợp mô hình truyền lũ cân bằng lượng trữ đoạn sông để mô phỏng dòng chảy ngày; thiết lập hàm tương quan hồi quy phi tuyến giữa lưu lượng đỉnh lũ ($Q_{\max}$) và lưu lượng ngày lớn nhất ($Q_{\text{ngày max}}$) tại các trạm thủy văn khống chế để xác định $Q_{\max}$ trong tương lai.

Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng

  • Số liệu lượng mưa ngày thực đo nhiều năm tại 93 trạm khí tượng, đo mưa phân bố trên toàn khu vực Nam Trung Bộ.
  • Số liệu lưu lượng dòng chảy thực đo tại các trạm thủy văn tiêu biểu: Nông Sơn, Thành Mỹ (lưu vực Vu Gia – Thu Bồn), Củng Sơn, An Khê (lưu vực sông Ba), Bình Tường (lưu vực sông Kôn).
  • Dữ liệu dự tính khí hậu toàn cầu từ 11 mô hình GCMs trong giai đoạn quá khứ (thời kỳ nền 1986–2005) và giai đoạn tương lai (2006–2100) theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu mưa, lũ có xét đến biến đổi khí hậu

Chương này tổng kết các công trình khoa học trong và ngoài nước, phân tích các kịch bản BĐKH của IPCC (từ SRES A1, A2, B1, B2 đến các kịch bản RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5) và trình bày đặc điểm tự nhiên, khí tượng thủy văn của khu vực Nam Trung Bộ.

Đặc điểm khí tượng thủy văn và hình thế thời tiết gây mưa lũ:

  • Mùa mưa ở Nam Trung Bộ lệch pha so với cả nước do ảnh hưởng của dãy Trường Sơn (hiệu ứng phơn vào mùa hạ), mùa mưa chính vụ tập trung vào các tháng IX–XII (chiếm 65–80% tổng lượng mưa năm, riêng tháng X và XI chiếm 40–50%).
  • Khoảng 63% các đợt mưa lớn trên khu vực do xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ: bão, áp thấp nhiệt đới) hoạt động đơn thuần hoặc kết hợp với khối khí lạnh (KKL) và dải hội tụ nhiệt đới (HTNĐ).
Khu vực / Chỉ tiêu Tháng III–IV Tháng V–VI Tháng VII–VIII Tháng IX Tháng X Tháng XI Tháng XII Cả năm
Đà Nẵng – Bình Định (Số cơn bão) 1 2 7 13 18 9 3 53
Phú Yên trở vào (Số cơn bão) 2 1 2 17 32 9 0 63
Tần suất xuất hiện bão cả nước (%) 1,0 1,3 10,8 21,5 23,6 14,1 4,0 100

Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất năm tại một số trạm thủy văn điển hình: Lũ tập trung chủ yếu vào tháng X và tháng XI, các trận lũ thường có dạng lũ kép, biên độ và cường suất lũ lên nhanh (ở thượng lưu đạt từ 30–70 cm/h, lớn nhất 100–400 cm/h) và rút chậm ở hạ du khi gặp triều cường.

TT Trạm thủy văn Sông Tháng V–VIII (%) Tháng IX (%) Tháng X (%) Tháng XI (%) Tháng XII (%) Tổng (%)
1 Nông Sơn Thu Bồn 11,7 44,1 35,3 8,8 0,0 100
2 Thành Mỹ Vu Gia 14,7 50,0 32,4 2,9 0,0 100
3 Bình Tường Kôn 0,0 2,9 29,4 55,9 11,8 100
4 Thạnh Hòa Kôn 0,0 8,8 35,3 47,1 8,8 100
5 Vân Canh Hà Thanh 0,0 4,5 36,4 50,0 9,1 100
6 Củng Sơn Ba 0,0 0,0 23,1 69,2 7,7 100

Xu thế biến đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất trong chuỗi quan trắc thực đo:

Trạm đo mưa Số năm thống kê Phương trình hồi quy Mức tăng (+) / giảm (-) (mm/năm)
Ái Nghĩa 29 $y = 0,8309x + 225,76$ +0,8309
Câu Lâu 29 $y = 1,2768x + 189,98$ +1,2768
Giao Thủy 29 $y = 1,7579x + 209,17$ +1,7579
Tam Kỳ 29 $y = 2,6527x + 212,24$ +2,6527
Trà My 29 $y = 1,7618x + 277,66$ +1,7618
Thành Mỹ 29 $y = 1,2734x + 200,08$ +1,2734
Đà Nẵng 29 $y = -0,8717x + 244,65$ -0,8717
Bình Tường 36 $y = -0,4212x$ -0,4212
Quy Nhơn 36 $y = -0,9116x$ -0,9116
Hoài Ân 36 $y = -2,7876x$ -2,7876
Kon Tum 35 $y = 0,7543x$ +0,7543
An Khê 29 $y = -0,4564x$ -0,4564
Ayun Pa 29 $y = -1,5316x$ -1,5316

Từ kết quả phân tích chuỗi số liệu thực tế, tác giả xây dựng sơ đồ nghiên cứu dựa trên việc kết hợp tổ hợp 11 mô hình GCMs, phương pháp chi tiết hóa thống kê về 93 trạm đo và các mô hình tính toán thủy văn chuyên ngành.

Chương 2: Cơ sở khoa học tính mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu

Chương 2 trình bày cơ sở toán học và quy trình tính toán:

  1. Lựa chọn mô hình GCM và chi tiết hóa thống kê: Phân tích độ phân giải lưới của các mô hình GCM (Access1-3, CanESM2, CMCC-CMS, CNRM-CM5...), trích xuất chuỗi dữ liệu mưa ngày theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Thiết lập quy trình hiệu chỉnh sai số phân vị (Quantile Mapping) giữa phân bố xác suất lý thuyết và chuỗi quan trắc thực đo tại 93 trạm.
  2. Cấu trúc mô hình thủy văn NAM và lan truyền dòng chảy: Trình bày hệ phương trình trữ ẩm trong các tầng (tầng mặt đất, tầng rễ, tầng ngầm) của mô hình NAM (Nielsen và Hansen, 1973), kết hợp phương pháp cân bằng lượng trữ đoạn sông mô tả diễn biến lũ trên hệ thống dòng chính.
  3. Phương pháp tính lũ lưu vực vừa và nhỏ: Thiết lập các công thức giải tích tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế $Q_{p%}$ theo phương pháp Xokolopsky và phương pháp Cường độ giới hạn, trong đó tham số lượng mưa một ngày thiết kế $X_{1\text{p}%}$ được cập nhật trực tiếp từ kết quả chi tiết hóa khí hậu.

Chương 3: Tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực nghiên cứu

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và ứng dụng bản đồ:

  1. Kết quả chi tiết hóa lượng mưa một ngày lớn nhất:
    • Đánh giá sai số trung bình và độ lệch chuẩn của 11 mô hình GCM so với số liệu thực đo tại 93 trạm. Phương pháp hiệu chỉnh sai số giúp loại bỏ độ lệch hệ thống của các mô hình khí hậu.
    • Đánh giá định lượng mức độ biến động lượng mưa một ngày lớn nhất tại các lưu vực chính: Nông Sơn, Thành Mỹ, lưu vực Vu Gia – Thu Bồn, lưu vực sông Kôn và lưu vực sông Ba trong hai giai đoạn 2040–2069 và 2070–2099 theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.
    • Thành lập các bản đồ biến động (%) lượng mưa 1 ngày lớn nhất toàn khu vực Nam Trung Bộ so với thời kỳ nền.
  2. Mô phỏng dòng chảy và tính toán đỉnh lũ thiết kế:
    • Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn NAM trên các lưu vực: Nông Sơn, Thành Mỹ, Củng Sơn, Bình Tường. Kết quả mô phỏng dòng chảy tháng và dòng chảy ngày đạt chỉ số tương quan và chỉ số Nash-Sutcliffe phù hợp với số liệu thực đo.
    • Xây dựng quan hệ tương quan hồi quy giữa $Q_{\max}$ và $Q_{\text{ngày max}}$ tại các trạm thủy văn: Nông Sơn (1977–2010), Thành Mỹ (1977–2010), Củng Sơn (1977–1997), An Khê và Bình Tường.
    • Tính toán biến động đỉnh lũ $Q_{\max}$ cho các lưu vực lớn và áp dụng công thức Xokolopsky / Cường độ giới hạn cho các lưu vực vừa và nhỏ.
  3. Thành lập bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ:
    • Đề xuất bảng tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ thiết kế.
    • Xây dựng bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ cho giai đoạn 2040–2069 và giai đoạn 2070–2099.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Phương pháp luận chi tiết hóa thống kê tích hợp đa mô hình: Luận án đã xây dựng khung phương pháp luận hoàn chỉnh trong việc tích hợp tổ hợp 11 mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) thuộc CMIP5 kết hợp kỹ thuật hiệu chỉnh sai số phân vị (Quantile Mapping) để chi tiết hóa chuỗi mưa ngày về 93 trạm đo cụ thể, khắc phục hạn chế trung bình hóa diện rộng của các nghiên cứu trước đây.
  2. Khung tính toán lũ thiết kế thích ứng BĐKH: Thiết lập phương pháp xác định dòng chảy lũ thiết kế có xét đến BĐKH phân theo quy mô diện tích lưu vực: kết hợp mô hình mưa ngày tương lai với công thức giải tích kinh nghiệm (Xokolopsky, Cường độ giới hạn) cho lưu vực vừa và nhỏ; kết hợp mô hình bán phân bố NAM và tương quan $Q_{\max} - Q_{\text{ngày max}}$ cho lưu vực lớn.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Bộ bản đồ phân vùng biến động mưa và dòng chảy lũ: Luận án cung cấp hệ thống bản đồ phân vùng biến động lượng mưa một ngày lớn nhất và bản đồ phân vùng biến động đỉnh lũ thiết kế cho toàn khu vực Nam Trung Bộ theo các kịch bản RCP4.5, RCP8.5 cho hai giai đoạn 2040–2069 và 2070–2099.
  2. Cơ sở dữ liệu phục vụ quy hoạch và thiết kế an toàn công trình: Kết quả định lượng mức độ gia tăng đỉnh lũ là tài liệu phục vụ việc rà soát, kiểm tra an toàn đập tràn hồ chứa, khẩu độ thoát nước cầu cống và nâng cấp tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi, giao thông tại 8 tỉnh thành Nam Trung Bộ.

Đề xuất và kiến nghị

  • Cần cập nhật các tham số tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến yếu tố BĐKH trong các tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật chuyên ngành thủy lợi và giao thông (như QP.TL C-6-77, TCVN 9845:2013).
  • Áp dụng các kết quả phân vùng biến động dòng chảy lũ để rà soát quy trình vận hành liên hồ chứa và quy hoạch tiêu thoát lũ trên các lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, sông Ba và sông Kôn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nghiên cứu chỉ tập trung chi tiết hóa mưa thời đoạn ngày; chưa thực hiện chi tiết hóa mưa thời đoạn ngắn (giờ, phút) do hạn chế về độ phân giải thời gian của các mô hình GCM và số liệu quan trắc tự động.
    • Quan hệ tương quan giữa $Q_{\max}$ và $Q_{\text{ngày max}}$ phụ thuộc vào chuỗi số liệu thực đo tại một số trạm thủy văn chính trên dòng chính, chưa bao phủ hết các tiểu lưu vực không có trạm đo.
    • Luận án tập trung vào yếu tố biến đổi khí hậu (mưa cực trị), chưa tích hợp đồng thời kịch bản thay đổi sử dụng đất, thảm phủ rừng và tốc độ đô thị hóa trên lưu vực.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Ứng dụng các thuật toán chi tiết hóa thời gian để phân rã mưa ngày thành mưa giờ phục vụ mô phỏng lũ quét cho các lưu vực sườn dốc hẹp.
    • Nghiên cứu tác động kết hợp giữa biến đổi khí hậu và sự biến đổi thảm phủ/công trình nhân sinh đến chế độ dòng chảy lũ.

Giá trị tham khảo

  • Đối với kỹ sư và tư vấn thiết kế: Cung cấp thông số định lượng về tỷ lệ gia tăng mưa một ngày lớn nhất và đỉnh lũ thiết kế phục vụ tính toán khẩu độ công trình thoát nước, tràn xả lũ hồ chứa, cầu đường bộ tại 8 tỉnh Nam Trung Bộ.
  • Đối với cơ quan quản lý và quy hoạch: Làm cơ sở cho Ban chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn, Sở Nông nghiệp & PTNT, Sở Giao thông Vận tải các tỉnh từ Đà Nẵng đến Bình Thuận xây dựng kịch bản ứng phó lũ lụt và quy hoạch không gian thoát lũ.
  • Đối với nghiên cứu và giảng dạy: Cung cấp quy trình mẫu về việc kết hợp dữ liệu CMIP5, phương pháp hiệu chỉnh sai số Quantile Mapping và các mô hình thủy văn truyền thống trong nghiên cứu thủy văn học công trình.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng những kịch bản biến đổi khí hậu nào và vì sao chọn tổ hợp 11 mô hình GCM?
Luận án sử dụng hai kịch bản đường nồng độ khí nhà kính đại diện là RCP4.5 (phát thải trung bình thấp) và RCP8.5 (phát thải cao) của IPCC (2013). Việc sử dụng tổ hợp 11 mô hình GCM (thuộc dự án CMIP5) nhằm giảm thiểu tính bất định và hạn chế sai số riêng lẻ của từng mô hình, giúp phản ánh bức tranh diễn biến khí hậu trong tương lai một cách khách quan.

2. Luận án phân chia phương pháp tính toán lũ thiết kế cho các loại lưu vực như thế nào?
Luận án phân chia theo quy mô lưu vực:

  • Lưu vực vừa và nhỏ: Sử dụng công thức kinh nghiệm giải tích theo Quy phạm QP.TL C-6-77 và TCVN 9845:2013 (công thức mô hình Xokolopsky và Cường độ giới hạn), trong đó lượng mưa 1 ngày lớn nhất được cập nhật từ kết quả chi tiết hóa BĐKH.
  • Lưu vực lớn: Sử dụng mô hình thủy văn bán phân bố NAM kết hợp mô hình truyền lũ cân bằng lượng trữ đoạn sông để tính dòng chảy ngày, sau đó chuyển đổi sang lưu lượng đỉnh lũ $Q_{\max}$ thông qua đường tương quan thực nghiệm $Q_{\max} - Q_{\text{ngày max}}$.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đưa dữ liệu từ lưới khí hậu toàn cầu về từng trạm đo mặt đất?
Luận án sử dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling) kết hợp kỹ thuật hiệu chỉnh sai số phân vị (Quantile Mapping theo Gudmundsson và nnk) để hiệu chỉnh sai số giữa dữ liệu mô hình GCM thời kỳ nền với chuỗi số liệu thực đo tại 93 trạm khí tượng/đo mưa, sau đó dùng phương pháp nội suy khoảng cách nghịch đảo (IDW) trong môi trường GIS để xây dựng bản đồ không gian.

4. Dạng hình thế thời tiết nào gây ra phần lớn các đợt mưa lớn tại Nam Trung Bộ theo thống kê của luận án?
Thống kê trong 25 năm của luận án chỉ ra rằng khoảng 63% các đợt mưa lớn ở khu vực Nam Trung Bộ là do xoáy thuận nhiệt đới (bão, áp thấp nhiệt đới) hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với khối không khí lạnh (KKL) và dải hội tụ nhiệt đới (HTNĐ). Thời gian tập trung mưa bão và lũ lớn nhất rơi vào tháng X và tháng XI.

5. Những lưu vực sông chính nào được lựa chọn làm đối tượng tính toán mô phỏng điển hình?
Các hệ thống sông chính được nghiên cứu sâu gồm có: hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn (với các trạm kiểm soát Nông Sơn, Thành Mỹ), hệ thống sông Kôn – Hà Thanh (với trạm Bình Tường, Thạnh Hòa, Vân Canh) và hệ thống sông Ba (với trạm Củng Sơn, An Khê).

Kết luận

Luận án của tác giả Lê Thị Hải Yến đã giải quyết bài toán tính toán mưa và lũ thiết kế thích ứng với biến đổi khí hậu cho khu vực Nam Trung Bộ bằng việc kết hợp tổ hợp 11 mô hình GCM với phương pháp chi tiết hóa thống kê và hiệu chỉnh sai số về 93 trạm quan trắc. Công trình đã lượng hóa được sự biến động của lượng mưa một ngày lớn nhất và đỉnh lũ thiết kế trên các lưu vực sông chính (Vu Gia – Thu Bồn, sông Kôn, sông Ba) theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho hai giai đoạn 2040–2069 và 2070–2099. Các bản đồ phân vùng biến động mưa, lũ được xây dựng là cơ sở dữ liệu có giá trị thực tiễn cho công tác rà soát tiêu chuẩn an toàn đập, thiết kế công trình thủy lợi và hạ tầng giao thông trong điều kiện khí hậu biến đổi.