CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Trong những năm gần đây khí hậu có chiều hướng diễn biến phức tạp. Những biến đổi bất thường của khí hậu đã tác động đáng kể đến sự biến động của các yếu tố khí tượng, đặc biệt là lượng mưa. Dẫn đến sự biến đổi của chu trình thủy văn và tài nguyên nước trong hệ thống khí hậu, làm thay đổi các giá trị trung bình cũng như cực trị của khí hậu.
Gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của sinh vật cũng như tác động tiêu cực đến đời sống con người. Trong số những sự thay đổi đó, xu hướng biến đổi về lượng mưa, đặc biệt là ở các trận mưa lớn (mưa cực trị - extreme rainfall) có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì nó có thể là một trong những nguyên nhân gây nên các hiện tượng thiên tai như lũ lụt, ngập úng, trượt lở đất,. và uy hiếp đến sự an toàn của hồ đập. Các nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới, việc nghiên cứu về xu hướng biến đổi cũng như tần suất xảy ra các giá trị cực hạn của môi trường như: lũ lụt, hạn hán, mưa, bão.đã được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều.
Vì đó là cơ sở cho việc xây dựng các phương án ứng phó khẩn cấp, thiết kế công trình, quản lý-vận hành hồ chứa nước, .và đặt biệt là việc tính toán các chi phí liên quan đến bảo hiểm. Việc ước tính tần suất thường rất khó khăn vì các sự kiện cực hạn rất hiếm xảy ra, chu kỳ lặp lại lớn (T > 100 năm), trong khi dữ liệu quan trắc thường không đủ dài cho việc phân tích và tính toán tần suất (thường thì các liệt quan trắc < 50 năm). Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, phương pháp phân tích tần suất vùng (RFA) đã được (Hosking, J. Wallis, 1997) phát triển và 5 nghiên cứu sử dụng rộng rãi trong ngành khí tượng-thuỷ văn của các nước ở Châu Âu để phân tích các giá trị cực hạn khí hậu như: lũ, mưa, hạn hán, bão.
Đặt biệt là sử dụng để phân tích tần suất lũ và mưa cực hạn. Một số nghiên cứu phân tích về mưa cực trị có thể tóm lược: Năm 2003, H. Kilsby [20] đã phân tích tần suất mưa cực hạn cho Vương Quốc Anh với chuỗi số liệu từ 1961 đến 2000. Taylor [29] đã sử dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để xây dựng bản đồ mưa 24 giờ và 2 giờ lớn nhất cho bang Washington.
Ngongondo, Chong-Yu Xu, Lena M. Tallaksen, Berhanu Alemaw và Bias Chirwa [17] đã phân tích tần suất mưa cực đại ứng với các mô hình mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất cho khu vực phía nam Malawi sử dụng chỉ số mưa và cách tiếp cận L-moments. Năm 2013, Tamara Benabdesselam và Hocine Amarchi [27] sử dụng các tiếp cận vùng để tính lượng mưa ngày cực đại trên khu vực Đông Bắc của Algeria và đã vẽ đường đẳng trị mưa một ngày max cho khu vực này. Năm 2013, Amina Shahzadi, Ahmad Saeed Akhter và Betul Saf [12] phân tích mưa cực đại cho khu vực gió mùa của Pakistan.
Năm 2013, Julie Carreau, Luc Neppel, Patrick Arnaud và Philippe Cantet [23] đã phân tích tần suất mưa cực hạn cho miền nam nước Pháp và đã so sánh 3 cách tiếp cận về phân tích tần suất mưa (1) SIGE: phương pháp tiếp cận dựa trên nội suy tuyến tính các thông số GEV ước tính tại trạm quan trắc. (3) SHYPRE: là phương pháp sử dụng các máy đo mưa tự động, từ lượng mưa hàng giờ ngẫu nhiên đo được. SHYPRE có thể mô phỏng thành chuỗi số liệu mưa, với số liệu thống kê tương tự như số liệu quan trắc. Arti Devi và Parthasarthi Choudhury [13] đã sử dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để phân tích tần suất cho mưa cực trị khu vực IV của Ấn Độ.
Tóm lại, phương pháp tiếp cận theo phương pháp phân tích tần suất mưa vùng đã được các nước ở Châu Âu, Châu Mỹ phát triển và cho thấy những ưu điểm vượt trội nhằm giải quyết và khắc phục những hạn chế về số liệu thống kê. Từ đó làm cơ sở cho việc xây dựng các bản đồ mưa cực trị cho các vùng nghiên cứu. Các nghiên cứu trong nước Ở nước ta, nhìn chung nghiên cứu về xu thế biến đổi của lượng mưa ngày cực đại, cũng như tần suất các hiện tượng khí hậu cực đoan còn rất mới mẻ. Những năm gần đây, có một số các dự án được tài trợ bởi các tổ chức phi lợi nhuận ngoài nước nhằm nghiên cứu khí hậu cực đoan ở nước ta trong điều kiện biến đổi khí hậu, nhằm đánh giá xu thế biến động của các yếu tố cực trị khí hậu để đưa ra các kế hoạch ứng phó, trong đó lượng mưa cực trị luôn là yếu tố được quan tâm.
Các nghiên cứu có thể kể đến: Năm 2012, dự án nghiên cứu “Dự tính khí hậu tương lai với độ phân giải cao cho Việt Nam” được chính phủ Ôt-xtrây-li-a tài trợ, do Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang Ôt-xtrây-li-a (CSIRO) chủ trì, phối hợp với Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiện. Thứ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Trần Hồng Hà đã ký giới thiệu Báo cáo tóm tắt kết quả Dự án Dự tính khí hậu tương lai với độ phân giải cao cho Việt Nam [3] để các cơ quan nghiên cứu, các Bộ, ngành và địa phương tham khảo trong việc định hướng ứng phó với biến đổi khí hậu. Trong đó nhận định cho khu vực Nam Trung Bộ vào giữa thế kỷ 21 (2045- 2065 và cuối thế kỷ 21 (2045-2065) sẽ có “Lượng mưa năm ít biến đổi, Cực trị mưa giảm nhưng có biến động với biên độ lớn”. 7 Năm 2014, dự án “Ứng dụng mô hình hệ thống Trái đất của Na Uy xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu, nghiên cứu hệ thống gió mùa và các hiện tượng khí hậu cực đoan” [10], cho biết dự tính "Lượng mưa ngày cực đại toàn quốc ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 có thể tăng đến trên 37% (kịch bản RCP4.5) đến 45% (kịch bản RCP8.
Ngô Đức Thành, Phan Văn Tân (2013) [9], sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall và phương pháp ước lượng xu thế của Sen đánh giá xu thế biến đổi của 7 yếu tố khí tượng trên lãnh thổ Việt Nam cho giai đoạn 1961-2007. Kết quả cho thấy lượng mưa giảm ở phía Bắc vĩ tuyến 17 và tăng lên ở phía Nam. Từ chuỗi số liệu lượng mưa ngày của các trạm (Vũ Thị Hằng, Chu Thị Hường, Phan Văn Tân, 2009) [7] đã thành lập chuỗi phương trình hồi qui tuyến tính một biến lượng mưa cực đại cho từng tháng. Từ đó đã nhận định xu thế biến đổi lượng mưa cực đại của các vùng trên cả nước trong các giai đoạn.
Nghiên cứu này cho thấy biến động tăng dần lượng mưa cực trị ở khu vực Nam Trung Bộ. Đánh giá tần suất sự kiện mưa cực đại tại Hải Phòng và Nha Trang (Phạm Hải An, Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân) đã dùng số liệu lượng mưa ngày tại trạm Phủ Liễn (1978-2007, Hải Phòng) và tại trạm Nha Trang (1979- 2008, Khánh Hòa), và dùng phương pháp Mann-Kendall để phân tích xu thế mưa cực đại và sử dụng phân phối cực đại Gumbell để phân tích trị số lượng mưa cực đại với các chu kỳ lặp lại cho trước. Tóm lại, Ở Việt Nam các nghiên cứu về xu hướng biến đổi lượng mưa cho tương lai tương đối hoàn chỉnh. Tuy nhiên, các nghiên cứu về tần suất mưa cực trị vẫn còn hạn chế.
Hiện nay có 2 phương pháp suy luận: (01) Phương pháp suy luận tần suất (truyền thống) - hiện nay đang được áp dụng trong tính toán và đại diện là Phần mềm FFC 2008 của Trung tâm Khoa học 8 công nghệ cửa sông ven biển và hải đảo. (02) Phương pháp suy luận Bayes - Đây là phương pháp suy luận dựa trên đinh lý Bayes - Hiện vẫn chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam và đại diện là phần mềm FAMBC của TS. Nguyễn Chí Công. Tuy nhiên, vì chuỗi quan trắc khí tượng thủy văn của nước ta còn rất thưa, phân bố không đồng đều, số liệu quan trắc thường không đảm bảo cho việc phân tích tần suất.
Để khắc phục cho tình trạng đó, việc áp dụng phương pháp phân tích tần suất vùng (RFA) đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trong ngành khí tượng - thuỷ văn ở các nước Châu Âu có thể sẽ là giải pháp. Phương pháp này có thể tổng hợp dữ liệu quan trắc của những trạm “tương tự” - là một cách tiếp cận có thể ước lượng các giá trị cực trị cho những khu vực không có trạm quan trắc hoặc những nơi có dữ liệu quan trắc ngắn. Phương pháp phân tích tần suất dựa trên cách tiếp cận vùng hiện còn rất mới và chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta. Đặc biệt cho tỉnh Quảng Nam, nơi có hệ thống sông lớn, mật độ hồ chứa dày đặc và thường xuyên chịu tác động của thiên tai.
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH QUẢNG NAM 1. Vị trí địa lý Quảng Nam có diện tích tự nhiên 10.438,37 km2 là một trong những tỉnh có diện tích lớn nhất của nước ta; bờ biển dài 125km, từ Hòa Hải, Điện Dương đến phía bắc vịnh Dung Quốc. Phía Bắc giáp thành phố Đà Nẵng và tỉnh Thừa Thiên - Huế, phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào và tỉnh Kon Tum, phía Đông giáp Biển Đông. Có 18 đơn vị hành chính: thành phố Tam Kỳ, thành phố Hội An (bao gồm đảo Cù lao Chàm), các huyện đồng bằng là Duy Xuyên, Điện Bàn, Thăng Bình và Núi Thành; các huyện đồng bằng - trung du: Phú Ninh, Quế Sơn, Đại Lộc và các huyện miền núi là: Bắc Trà My, Nam Trà My, Nam 9 Giang, Đông Giang, Tây Giang, Phước Sơn, Hiệp Đức, Tiên Phước và Nông Sơn, tỉnh lỵ đóng tại thành phố Tam Kỳ.
Đặc điểm địa hình Địa hình Quảng Nam rất phức tạp, phía Tây Bắc của tỉnh được ngăn cách với tỉnh Thừa Thiên - Huế bởi những núi cao trên 1.000m trong dãy Bạch Mã; phía Tây bị án ngữ bởi những khối núi đồ sộ, như đỉnh Lum Heo cao 2.045m, đỉnh Tion cao 2.032m, đỉnh Gle-lang cao 1.708m; phía Tây Nam có đỉnh Ngọc Linh cao 2.598 m làm ranh giới với tỉnh KonTum; phía Nam cũng có những đỉnh cao trên 1.000 m chạy ra gần sát biển làm thành ranh giới phân chia Quảng Nam với tỉnh Quảng Ngãi.