Nghiên cứu sự thay đổi một số yếu tố thủy văn thủy lực hạ lưu hệ thống sông hương dưới tác động của các công trình thủy lợi thủy điện và biến đổi khí hậu

NGUYỄN ĐÍNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ THỦY VĂN - THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG HƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành

NGUYỄN ĐÍNH

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ

THỦY VĂN - THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG HƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI -

THỦY ĐIỆN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2014

NGUYỄN ĐÍNH

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ

THỦY VĂN - THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG HƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI -

THỦY ĐIỆN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước

Mã số: 62 44 92 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS TS LÊ ĐÌNH THÀNH

2 PGS TS HOÀNG MINH TUYỂN

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Đính, xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

TÁC GIẢ

NGUYỄN ĐÍNH

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS

TS Lê Đình Thành, PGS TS Hoàng Minh Tuyển đã hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thiện Luận án

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án Trân trọng cảm ơn Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã tạo điều kiện thời gian cho tác giả tập trung học tập và nghiên cứu

Tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan: Viện Khoa học Khí tượng, Thủy văn

và Môi trường, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Thừa Thiên Huế, các Sở - Ban - ngành của tỉnh Thừa Thiên Huế đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thu thập tài liệu, thông tin cần thiết liên quan đến vấn đề nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu nặng đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận án

TÁC GIẢ

NGUYỄN ĐÍNH

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục chữ viết tắt

Danh mục bảng biểu

Danh mục hình ảnh

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

5 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN 4

6 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY CÓ LIÊN QUAN 5

1.1.1 Các nghiên cứu trên thế giới 5

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 9

1.1.3 Những hạn chế của các công trình nghiên cứu trước đây trên lưu vực sông Hương và hướng khắc phục 16

1.1.4 Hướng tiếp cận của luận án 18

1.2 ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 21

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên 21

1.2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 33

1.3 XU THẾ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 35

1.3.1 Dữ liệu và phương pháp đánh giá xu thế 35

1.3.2 Xu thế biến đổi một số yếu tố khí tượng 38

1.3.3 Xu thế biến đổi một số yếu tố thủy văn 44

1.3.4 Đánh giá chung về xu thế diễn biến một số yếu tố khí tượng, thủy văn và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho lưu vực sông Hương 47

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 49

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN 50

2.1 HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 50

2.1.1 Các công trình thủy lợi –thủy điện 50

2.1.2 Đặc điểm các công trình thủy lợi – thủy điện 51

2.1.3 Lựa chọn các công trình chính nghiên cứu trong luận án 52

2.1.4 Khung đánh giá tác động 55

2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH TÁC ĐỘNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN – THỦY LỰC SÔNG HƯƠNG 56

2.2.1 Mưa, bão và các hình thế thời tiết gây mưa lũ 56

2.2.2 Điều kiện địa hình, thảm phủ 59

2.2.3 Đầm phá và thủy triều 61

2.2.4 Hoạt động kinh tế - xã hội trên lưu vực 62

2.3 CÁC TÁC ĐỘNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN – THỦY LỰC SÔNG HƯƠNG 64

2.3.1 Về mùa lũ (Khi chưa có qui trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Hương được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt) 64

2.3.2 Về mùa cạn 66

2.4 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC – HMS VÀ HEC – RAS ĐỂ MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 68

2.4.1 Giới thiệu chung về mô hình HEC-HMS và HEC-RAS 68

2.4.2 Ứng dụng mô hình HEC-HMS VÀ HEC-RAS cho lưu vực sông Hương 69

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 92

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 93

3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH 93

3.1.1 Các trường hợp nghiên cứu 93

3.1.2 Phương án vận hành hệ thống công trình để đánh giá tác động 93

3.1.3 Xác định năm đại biểu và lượng mưa theo kịch bản đến năm 2030 100

3.2 TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ THỦY VĂN - THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG HƯƠNG 102

3.2.1 Vị trí kiểm tra và đánh giá 102

3.2.2 Tác động đến dòng chảy ngày trong năm 103

3.2.3 Tác động đến dòng chảy lũ 106

3.2.4 Tác động đến dòng chảy kiệt 114

3.2.5 Tác động đến vấn đề bùn cát hạ lưu 116

3.3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐỊNH HƯỚNG GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG TIÊU CỰC VÀ TĂNG HIỆU QUẢ CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

118

3.3.1 Mục tiêu và cơ sở đề xuất giải pháp 118

3.3.2 Các giải pháp phi công trình 120

3.3.3 Giải pháp công trình 128

3.3.4 Nhận xét hiệu quả của các giải pháp đề xuất 133

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 137

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139

Kết luận 139

Những đóng góp mới của luận án 140

Kiến nghị 141

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143

Tiếng Việt 143

Tiếng Anh 148

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BĐKH Biến đổi khí hậu GCM Mô hình hoàn lưu tổng quát (General Circulation Model) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) JICA Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản JBIC Ngân hàng Hợp tác Quốc tế Nhật Bản IPCC Ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change) KT-XH Kinh tế - Xã hội KT-TV Khí tượng – Thủy văn MNDBT Mực nước dâng bình thường MNGC Mực nước gia cường MNTL Mực nước trước lũ NBD Nước biển dâng

NN & PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn RCM Mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model)

TN & MT Tài nguyên và Môi trường TL-TĐ Thủy lợi- Thủy điện TTH Thừa Thiên Huế TV-TL Thủy văn- Thủy lực UBND Ủy ban Nhân dân

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Mạng lưới trạm khí tượng – thủy văn lưu vực sông Hương và lân cận 25

Bảng 1.2: Lượng mưa tháng năm trung bình nhiều năm tại các trạm 27

Bảng 1.3: Đặc trưng dòng chảy trung bình nhiều năm lưu vực sông Hương 30

Bảng 1.4: Lưu lượng tháng năm trung bình nhiều năm theo số liệu thực đo tại các trạm trên lưu vực sông Hương 31

Bảng 1.5: Trạm khí tượng và số liệu thực đo sử dụng để đánh giá xu thế 35

Bảng 1.6: Kết quả kiểm định xu thế nhiệt độ trung bình năm 38

Bảng 1.7: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa năm 39

Bảng 1.8: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa mùa 41

Bảng 1.9: Kết quả kiểm định xu thế lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất 42

Bảng 1.10: Kết quả kiểm định xu thế lượng bốc hơi năm 43

Bảng 1.11: Kết quả kiểm định xu thế dòng chảy tại trạm Thượng Nhật 46

Bảng 1.12: Kết quả kiểm định xu thế biến đổi mực nước hạ lưu sông Hương 47

Bảng 1.13: Mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm, mùa so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) tỉnh Thừa Thiên Huế 48

Bảng 1.14: Mức thay đổi (%) lượng mưa năm, mưa mùa so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) tỉnh Thừa Thiên Huế 48

Bảng 1.15: Mực nước biển dâng từ Đèo Ngang- Đèo Hải Vân, kịch bản phát thải cao 49

Bảng 2.1: Một số công trình thủy lợi chủ yếu trên các tuyến sông chính 50

Bảng 2.2: Các công trình thủy điện trên lưu vực sông Hương 51

Bảng 2.3: Một số công trình thoát lũ ở các cửa sông vùng đồng bằng sông Hương 52 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chủ yếu công trình Thảo Long 54

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa 54

Bảng 2.6: Lượng mưa trong một số trận mưa cực lớn do ảnh hưởng của bão và áp thấp nhiệt đới trên lưu vực sông Hương 58

Bảng 2.7: Các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn ở lưu vực sông Hương 58

Bảng 2.8: Chênh lệch lớn nhất giữa Qmax và Qmin 59

Bảng 2.9: Độ che phủ rừng tỉnh Thừa Thiên Huế thời kỳ 2000-2011 60

Bảng 2.10: Đặc trưng mực nước triều tại Tam Giang- Cầu Hai (1978-1982) 61

Bảng 2.11: Đặc trưng mực nước tại các trạm trên sông Hương từ 1977-2006 62

Bảng 2.12: Một số đặc trưng mực nước hạ du sông Hương theo số liệu thực đo 63

Bảng 2.13: Danh sách các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Hương 70

Bảng 2.14: Chiều dài các đoạn sông và số mặt cắt ngang trong sơ đồ thủy lực 75

Bảng 2.15: Bộ thông số mô hình HEC-HMS cho các lưu vực bộ phận 78

Bảng 2.16: Chỉ tiêu Nash hiệu chỉnh và kiểm định mô hình HEC-HMS 79

Bảng 2.17: Số liệu lũ thực đo dùng hiệu chỉnh và kiểm định mô hình HEC-HMS 83 Bảng 2.18: Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình HEC-HMS cho các lưu vực 85

Bảng 3.1: Các trường hợp tính toán 99

Bảng 3.2: Phân phối mưa trung bình lưu vực các năm đại biểu 101

Bảng 3.3: Mực nước tương ứng với các cấp báo động lũ trên lưu vực sông Hương 103

Bảng 3.4: Thay đổi mực nước trung bình năm nước trung bình ở hạ du sông Hương theo các trường hợp 105

Bảng 3.5: Thời gian duy trì mực nước theo các trường hợp tại Kim Long 105

Bảng 3.6: Thay đổi mực nước đỉnh lũ tính toán năm 1999 ở hạ du sông Hương theo các trường hợp 107

Bảng 3.7: Một số đặc trưng lũ tính toán năm 1999 tại Kim Long theo các trường hợp 108

Bảng 3.8: Thay đổi mực nước đỉnh lũ tính toán năm 1983 ở hạ du sông Hương theo các trường hợp 110

Bảng 3.9: Một số đặc trưng lũ tính toán năm 1983 tại Kim Long theo các trường hợp 110

Bảng 3.10: Thay đổi mực nước đỉnh lũ tính toán năm 1999 ở hạ du sông Hương có xét đến biến đổi khí hậu 111

Bảng 3.11: Thay đổi mực nước mùa cạn năm 1984 ở hạ du sông Hương theo các trường hợp 115

Bảng 3.12: Một số đặc trưng mực nước mùa cạn tại Kim Long theo các trường hợp 116

Bảng 3.13: Mức giảm mực nước theo cấp lưu lượng tại trạm Bình Điền 117

Bảng 3.14: Chỉ số CN trung bình lưu vực sông Hương ước tính theo các kịch bản 122

Bảng 3.15: Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất và che phủ rừng đến dòng chảy lũ

năm 1983 đến 3 tuyến hồ chứa trên lưu vực sông Hương 122

Bảng 3.16: Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất và che phủ rừng đến dòng chảy lũ năm 1983 ở hạ lưu sông Hương 123

Bảng 3.17: Hiệu quả giảm lũ ở hạ lưu sông Hương khi các hồ vận hành phối hợp so với vận hành độc lập 126

Bảng 3.18: Dung tích phòng lũ đề xuất của các hồ trên lưu vực sông Hương 129

Bảng 3.19: Hiệu quả giảm lũ hạ lưu sông Hương khi các hồ vận hành phối hợp và tăng dung tích phòng lũ so với giữ nguyên dung tích phòng lũ và vận hành độc lập 132

Bảng 3.20: Mức tăng, giảm mực nước hạ lưu sông Hương dưới tác động của các công trình và biến đổi khí hậu so với không có công trình 137

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu của luận án 20

Hình 1.2: Lưu vực sông Hương trên lãnh thổ Việt Nam 21

Hình 1.3: Hình thể địa lý và ranh giới lưu vực sông Hương 22

Hình 1.4: Sơ đồ mạng lưới sông ngòi lưu vực sông Hương 29

Hình 1.5: Sơ đồ đẳng trị lớp dòng chảy trung bình nhiều năm lưu vực sông Hương 30

Hình 1.6: Biến đổi nhiệt độ trung bình năm trên lưu vực sông Hương 38

Hình 1.7: Biến đổi lượng mưa năm trên lưu vực sông Hương 39

Hình 1.8: Biến đổi lượng mưa mùa mưa trên lưu vực sông Hương 40

Hình 1.9: Biến đổi lượng mưa mùa khô trên lưu vực sông Hương 41

Hình 1.10: Biến đổi lượng bốc hơi năm tại Huế và Nam Đông 43

Hình 1.11: Số trận bão ảnh hưởng đến Thừa Thiên Huế từ năm 1950-2009 44

Hình 1.12: Số lần xuất hiện đỉnh lũ trên báo động II tại Kim Long 44

Hình 1.13: Biến đổi lưu lượng trung bình mùa hàng năm tại Thượng Nhật 45

Hình 1.14: Biến đổi lưu lượng 1, 3 tháng liên tiếp nhỏ nhất, lớn nhất tại Thượng Nhật 45

Hình 1.15: Biến đổi mực nước thấp nhất và cao nhất tại Kim Long và Phú Ốc 46

Hình 2.1: Vị trí các công trình thủy lợi – thủy điện lớn trên lưu vực sông Hương 53

Hình 2.2: Khung đánh giá tác động của các công trình thủy lợi- thủy điện đến một

số yếu tố thủy văn- thủy lực sông Hương 55

Hình 2.3: Phân chia các lưu vực bộ phận lưu vực sông Hương 70

Hình 2.4: Phân bố chỉ số CN lưu vực sông Hương năm 2000 72

Hình 2.5: Sơ đồ thủy văn lưu vực sông Hương trong mô hình HEC-HMS 73

Hình 2.6: Sơ đồ mạng lưới thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương 74

Hình 2.7: Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Hương trong HEC-RAS 76

Hình 2.8: Đường quan hệ mực nước, diện tích, dung tích hồ Tả Trạch 76

Hình 2.9: Biên triều tại cửa Thuận An các thời đoạn tính toán 78

Hình 2.10: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại Cổ Bi năm 1983 80

Hình 2.11: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại Cổ Bi năm 1984 80

Hình 2.12: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại Bình Điền năm 1983 81

Hình 2.13: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại Bình Điền năm 1984 81

Hình 2.14: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại Dương Hòa năm 1986 82

Hình 2.15: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán tại Dương Hòa năm 1987 82

Hình 2.16: Kết quả hiệu chỉnh mô hình HEC–HMS tại Cổ Bi 84

Hình 2.17: Kết quả hiệu chỉnh mô hình HEC–HMS tại trạm Bình Điền 84

Hình 2.18: Kết quả hiệu chỉnh mô hình HEC–HMS tại trạm Dương Hòa 85

Hình 2.19: Kết quả kiểm định mô hình HEC–HMS tại Cổ Bi 86

Hình 2.20: Kết quả kiểm định mô hình HEC–HMS tại trạm Bình Điền 86

Hình 2.21: Kết quả kiểm định mô hình HEC–HMS tại trạm Dương Hòa 87

Hình 2.22: Kết quả hiệu chỉnh mô hình HEC-RAS năm 1984 tại Kim Long 88

Hình 2.23: Kết quả kiểm định mô hình HEC-RAS năm 1999 tại Kim Long 88

Hình 2.24: Kết quả hiệu chỉnh mô hình HEC-RAS năm 1984 tại Phú Ốc 89

Hình 2.25: Kết quả kiểm định mô hình HEC-RAS năm 1999 tại Phú Ốc 89

Hình 2.26: Kết quả kiểm định dòng chảy lũ tháng X/1984 tại Kim Long 90

Hình 2.27: Kết quả kiểm định dòng chảy lũ tháng X/1984 tại Phú Ốc 91

Hình 2.28: Kết quả kiểm định dòng chảy kiệt từ 1/VI-31/VIII/1984 tại Kim Long

91

Hình 2.29: Kết quả kiểm định dòng chảy kiệt từ 1/VI-31/VIII/1984 tại Phú Ốc

92

Hình 3.1: Minh họa thiết lập chương trình vận hành hồ chứa 100

Hình 3.2: Quá trình mực nước trong năm nước trung bình tại Kim Long 104

Hình 3.3: Quá trình mực nước trong năm nước trung bình tại Phú Ốc 104

Hình 3.4: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1999 tại Kim Long theo các trường hợp 106

Hình 3.5: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1999 tại Phú Ốc theo các trường hợp 107

Hình 3.6: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1983 tại Kim Long theo các trường hợp 109

Hình 3.7: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1983 tại Phú Ốc theo các trường hợp 109

Hình 3.8: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1999 tại Kim Long khi các hồ vận hành theo phương án I, xét biến đổi khí hậu 112

Hình 3.9: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1999 tại Kim Long khi các hồ vận hành theo phương án II, xét biến đổi khí hậu 112

Hình 3.10: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1999 tại Phú Ốc khi các hồ vận hành theo phương án I, xét biến đổi khí hậu 113

Hình 3.11: Quá trình mực nước lũ tính toán năm 1999 tại Phú Ốc khi các hồ vận hành theo phương án II, xét biến đổi khí hậu 113

Hình 3.12: Quá trình mực nước mùa cạn năm nước trung bình tại Kim Long 114

Hình 3.13: Quá trình mực nước mùa cạn năm nước trung bình tại Phú Ốc 115

Hình 3.14: Quan hệ lưu lượng và mực nước tại trạm Bình Điền trước và sau khi có hồ Bình Điền 117

Hình 3.15: Biểu đồ điều phối vận hành hồ Bình Điền 130

Hình 3.16: Biểu đồ điều phối vận hành hồ Hương Điền 130

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Sông Hương là sông liên tỉnh song chủ yếu thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế, có tài nguyên nước rất phong phú nhưng phân bố rất không đều trong năm, những đặc điểm của tài nguyên nước và điều kiện lưu vực tạo ra những khó khăn trong khai thác phục vụ phát triển kinh tế – xã hội Hiện nay trên lưu vực đã và đang xây dựng nhiều công trình thủy lợi – thủy điện lớn, có tác động đáng kể đến chế độ thủy văn - thủy lực sông Hương Để có thể quản lý và khai thác tài nguyên nước lưu vực sông Hương hiệu quả hơn, cần xác định, hiểu rõ và định lượng được những thay đổi của chế độ dòng chảy ở hạ lưu sông Hương do tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện trên lưu vực

Những năm gần đây đã có một số nghiên cứu liên quan đến đánh giá tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước lưu vực sông Hương Tuy nhiên các nghiên cứu này mới xem xét các tác động một cách riêng rẽ, tập trung chủ yếu vào đánh giá tác động môi trường của từng hồ chứa đơn độc Một số nghiên cứu xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu trên lưu vực và đề xuất các giải pháp ứng phó, một số khác nghiên cứu tác động của nước biển dâng đối với vùng ven biển mà chưa đi sâu nghiên cứu đánh giá tác động của

cả hệ thống công trình thủy lợi- thủy điện đến tài nguyên nước và chế độ thủy văn- thủy lực của sông Hương

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội hiện nay của tỉnh Thừa Thiên Huế, việc nghiên cứu tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện đến chế độ dòng chảy sông Hương là vấn đề cấp thiết phục vụ cho qui hoạch và quản lý khai thác sử dụng tổng hợp có hiệu quả tài nguyên nước Vì vậy việc lựa chọn đề tài luận án

“Nghiên cứu sự thay đổi một số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu”

là cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững kinh tế - xã hội trên lưu vực, đặc

biệt phục vụ cho công tác cấu trúc lại cơ cấu nông nghiệp và xây dựng tỉnh Thừa Thiên Huế phát triển thành thành đô thị loại I trực thuộc Trung ương

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Làm rõ sự thay đổi một số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu

 Đề xuất các giải pháp thích ứng nhằm giảm thiểu tác động xấu đến phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường hạ lưu sông Hương

Để đạt được mục tiêu đề ra, luận án thực hiện các nội dung sau:

1) Nghiên cứu các đặc điểm tài nguyên nước, chế độ thủy văn - thủy lực và phân tích các yếu tố tác động đến chế độ thủy văn - thủy lực sông Hương

2) Nghiên cứu xu thế biến đổi một số yếu tố khí hậu, thủy văn trên lưu vực sông Hương

3) Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thủy văn - thủy lực để tính toán mô phỏng dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt sông Hương

4) Đánh giá sự thay đổi một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện khi không xét và có xét đến biến đổi khí hậu

5) Trên cơ sở các kết quả phân tích đánh giá, luận án đề xuất những giải pháp định hướng để giảm thiểu tác động tiêu cực của các công trình thủy lợi - thủy điện, góp phần phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường trên lưu vực sông Hương

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Luận án tập trung đánh giá thay đổi về một số yếu tố

thủy văn, thủy lực vùng hạ lưu sông Hương dưới tác động của hệ thống các công

trình thủy lợi – thủy điện lớn trên lưu vực

Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Hương, chủ yếu là khu vực hạ

lưu từ sau đập các hồ chứa lớn đến đập Thảo Long

Phạm vi thời gian: Từ nay đến năm 2030 khi chưa có những thay đổi lớn về

hệ thống công trình cũng như biến đổi khí hậu, nước biển dâng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các phương pháp được sử dụng trong luận án bao gồm:

1) Phương pháp kế thừa: Thừa kế có chọn lọc các kết quả nghiên cứu, điều

tra cơ bản trước đây có liên quan đến nội dung của Luận án

2) Điều tra, khảo sát: Nhằm thu thập, bổ sung, cập nhật các số liệu khí tượng

- thủy văn, địa hình, điều kiện tự nhiên, các hoạt động quản lý và khai thác trên lưu vực sông

3) Phân tích thống kê: Phân tích xử lý các số liệu về khí tượng, khí hậu, thủy

văn, điều kiện dân sinh - kinh tế nhằm tìm ra xu thế diễn biến khí hậu, qui luật diễn biến về lũ, kiệt, xu thế biến đổi các điều kiện mặt đệm và phát triển kinh tế - xã hội

4) Mô hình toán thuỷ văn, thuỷ lực: Là phương pháp được sử dụng để lượng

hóa các tác động của các công trình thủy lợi- thủy điện đến chế độ thủy văn- thủy

lực của hệ thống sông

5) Phương pháp GIS: Sử dụng các phần mềm GIS để biên tập, trình bày các

bản đồ và tính toán các thông số Các phần mềm được sử dụng chính trong đề tài:

ArcGIS, Mapinfo

6) Phân tích hệ thống: Đánh giá các tác động gây biến đổi dòng chảy dựa

trên cơ sở phân tích toàn hệ thống lưu vực sông bao gồm các hồ chứa thủy lợi - thủy điện, thông qua từng lưu vực bộ phận, từ đó rút ra các qui luật biến đổi của chúng

và đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực

7) Phương pháp chuyên gia và tham vấn ý kiến cộng đồng: Thông qua các

hội thảo và điều tra khảo sát thực địa để thu thập thông tin, trao đổi để đi đến thống

nhất về những quan điểm, nguyên nhân và các giải pháp phòng, chống và giảm thiểu thích hợp

5 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án được trình bày theo 3 chương:

Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương II: Phân tích và tính toán

Chương III: Kết quả và thảo luận

6 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

Thông qua các kết quả nghiên cứu, luận án có thể rút ra một số đóng góp mới như sau:

1) Đã đánh giá được một cách định lượng những tác động của các công trình thủy lợi – thủy điện trên lưu vực sông Hương và tác động của biến đổi khí hậu đến một số yếu tố thủy văn - thủy lực ở hạ lưu hệ thống sông Hương

2) Đã đề xuất được các giải pháp phi công trình và công trình nhằm giảm thiểu những tác động tiêu cực của các công trình thủy lợi – thủy điện trên lưu vực sông Hương đến chế độ dòng chảy ở hạ lưu và nâng cao hiệu quả khai thác của các công trình

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY CÓ LIÊN QUAN 1.1.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Theo thống kê chưa đầy đủ của Ủy ban Đập lớn Thế giới, hiện nay có trên 50.000 hồ chứa nước lớn (với đập cao hơn 15m hoặc dung tích hơn 3 triệu m3) được xây dựng trên toàn thế giới Ba quốc gia nhiều đập lớn nhất thế giới là Trung Quốc

có khoảng 22.000 đập, Hoa Kỳ 6.575 đập và Ấn Độ 4.291 đập [66] Lợi ích các hồ chứa nước là rất lớn và khá đa dạng, điển hình nhất là cung cấp nước cho các nhu cầu khác nhau, phát điện, chống lũ hạ lưu, tạo cơ hội phát triển kinh tế - xã hội, xóa đói giảm nghèo, cải thiện vi khí hậu,… Tuy nhiên, những tác động làm thay đổi chế

độ thủy văn - thủy lực và các vấn đề môi trường khác là rất đáng kể và phức tạp

Đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến tác động của các hồ chứa và biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn - thủy lực hạ lưu của lưu vực sông, một số công trình nghiên cứu tiêu biểu có thể tóm tắt như sau:

- S Shalash (1980) [89] đã nghiên cứu sự sụt giảm bùn cát đáy, mức độ hạ thấp đáy sông và mực nước sau đập trong giai đoạn 1964-1978 để đánh giá ảnh hưởng của đập High Aswan lên chế độ thủy văn- thủy lực ở hạ lưu sông Nile bằng phương pháp khảo sát, đo đạc địa hình lòng dẫn hạ lưu Kết quả nghiên cứu cho thấy độ hạ thấp đáy sông và mực nước ở hạ lưu sau đập biến đổi trong khoảng từ 50 đến 20 mm mỗi năm, tốc độ hạ thấp mực nước và đáy sông đạt cao nhất trong thời gian bắt đầu vận hành đập và giảm dần theo thời gian Nghiên cứu này được thực hiện sớm, công phu và tốn kém nhiều kinh phí, tập trung chủ yếu vào nghiên cứu xói mòn lòng dẫn

- Trên cơ sở phát triển của Richter và nnk (1996) [86], Francis J Magilligan

và Keith H Nislow (2003) [78] đã nghiên cứu các ảnh hưởng của các đập hồ chứa đến chế độ dòng chảy hạ lưu các con sông ở Hoa Kỳ bằng việc sử dụng Chỉ số Biến

đổi Thủy văn (the Indicators of Hydrologic Alteration) để định lượng những thay đổi chế độ dòng chảy tại các trạm thủy văn từ các số liệu đo đạc trước và sau khi vận hành công trình

- Ramon J Batalla và nnk (2000) [76] đã nghiên cứu sự thay đổi chế độ dòng chảy do ảnh hưởng của các công trình hồ chứa nước trên lưu vực sông Ebro ở vùng đông bắc Tây Ban Nha chịu sự điều tiết của trên 187 đập nước, với tổng dung tích xấp xỉ 57% tổng lượng dòng chảy trung bình năm Nghiên cứu đã phân tích số liệu của 38 trạm thủy văn trên 22 nhánh sông để đánh giá sự thay đổi thủy văn do các hồ chứa trên lưu vực gây ra Kết quả cho thấy dòng chảy lũ với tần suất 2 năm xảy ra 1 lần và 10 năm xảy ra 1 lần trung bình giảm trên 30%, còn với dòng chảy năm không

có xu thế rõ rệt

- William L Graf (2005) [96] đã nghiên cứu 137 hồ chứa rất lớn (dung tích

hồ hơn 1,2 km3) và khảo sát, phân tích dữ liệu của 72 con sông trên khắp lãnh thổ Hoa Kỳ, kết quả nghiên cứu cho thấy: trung bình các hồ chứa nước đã làm giảm nhỏ đỉnh lũ đến 67% (nhiều nhất đến 90%), giảm lưu lượng trung bình lớn nhất hàng năm 60%, và trung bình ngày lớn nhất 64% So với những con sông không bị điều tiết (không có hồ chứa) thì những con sông bị điều tiết bị thay đổi mạnh mẽ về kích thước lòng dẫn: mặt cắt thủy lực dòng chảy kiệt tăng lên 32%, mặt cắt thủy lực dòng chảy lũ giảm đi 50%; khả năng hoạt động của các vùng đồng bằng lũ ven sông giảm 79%, và vùng đồng bằng lũ không còn chức năng hoạt động tăng 3,6 lần

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong những năm gần đây về tác động của biến đổi khí hậu đến lượng mưa, dòng chảy, lũ lụt, hạn hán trên các lưu vực sông trên cơ sở sử dụng kết quả dự tính khí hậu của các mô hình hoàn lưu tổng quát GCM (General Circulation Model) làm đầu vào cho các mô hình khác để cuối cùng

là mô phỏng dòng chảy trong tương lai Một số nghiên cứu gần đây như sau:

- Xu Z.X và nnk (2008) [95] sử dụng kết quả của các mô hình hoàn lưu tổng quát GCM và phương pháp chi tiết hóa thống kê để dự tính mưa và nhiệt độ trong tương lai, đồng thời sử dụng mô hình thủy văn SWAT (Soil and Water Assessment Tool) để tính toán dòng chảy cho lưu vực thượng nguồn sông Hoàng

Hà Kết quả cho thấy xu hướng giảm dòng chảy trung bình năm trong các thời kỳ tương lai, tuy nhiên kết quả dự tính dòng chảy ứng với mỗi số liệu của mỗi mô hình GCM là khác nhau tương đối lớn

- Kim U và nnk (2008) [83] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và vận hành đập thủy điện đối với chế độ thủy văn và tài nguyên nước trên lưu vực thượng lưu sông Blue Nile ở Ethiopia, là khu vực có số liệu quan trắc hạn chế Nghiên cứu này cũng sử dụng đầu ra của 6 mô hình GCM làm đầu vào cho mô hình thủy văn 2 bể chứa đơn Dựa trên độ chính xác của từng mô hình GCM trong kết quả tính toán mưa và nhiệt độ cho khu vực nghiên cứu, đề tài đã tổ hợp kết quả của các mô hình GCM theo trọng số, sai số tuyệt đối trung bình của từng mô hình càng nhỏ thì trọng số càng lớn Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy mô hình thủy văn 2 bể chứa đơn có thể sử dụng thành công ước tính dòng chảy từ mưa, tuy nhiên để cải thiện độ tin cậy cần tăng cường thu thập, quan trắc khí tượng thủy văn

- Hoanh, C T và nnk (2010) [80] trong nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu và sự phát triển đến chế độ dòng chảy sông Mê Công đã sử dụng bộ mô hình DSF (Decision Support Framework) để đánh giá ảnh hưởng của các hồ chứa thượng nguồn thuộc Trung Quốc và các đập trên dòng chính phía hạ lưu thuộc Lào, Campuchia đến dòng chảy hạ lưu thuộc châu thổ Mê Công Kết quả cho thấy, dưới tác động của biến đổi khí hậu, so với giai đoạn 1985-2000, mức tăng trung bình trong thời kỳ 2010-2050 của dòng chảy năm tại Kratie là 7% theo kịch bản B2, 12,5% theo kịch bản A2 Nếu xét đến cả khai thác sử dụng nước trên lưu vực thì dòng chảy năm tại Kratie trung bình thời kỳ 2010-2050 vẫn tăng lên nhưng mức độ

ít hơn, chỉ khoảng 3,7% theo kịch bản B2 và 9% theo kịch bản A2 Tương tự, dòng chảy mùa lũ trung bình tại Kratie tăng 5% và 11% tương ứng theo kịch bản B2 và A2

- K.Vastila và nnk (2010) [94] đã nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến thay đổi cân bằng nước và mực nước biển dâng đến lũ lụt trong vùng đồng bằng ngập lũ hạ lưu sông Mê Công Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp chi tiết hóa động lực bằng mô hình khí hậu khu vực PRECIS để hạ qui mô các yếu tố nhiệt độ,

lượng mưa từ mô hình khí hậu toàn cầu ECHAM4 đến qui mô lưu vực sông Mê Công, đồng thời sử dụng mô hình thủy văn VIC (Variable Infiltration Capacity) và

mô hình thủy động lực EIA 3D để mô phỏng ngập lụt Kết quả cho thấy sự gia tăng mực nước lũ lớn nhất và trung bình trong mùa lũ thời kỳ 2010-2049

- Trung tâm Quốc tế về Quản lý Môi trường (ICEM, 2010) [45] đã thực hiện đánh giá môi trường chiến lược (SEA) của các dự án thủy điện đề xuất trên dòng chính sông Mê Công, chưa nghiên cứu chi tiết định lượng tác động của các công trình thủy điện đến chế độ thủy văn, thủy lực sông Mê Công

- H Lauri và nnk (2012) [82] sử dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê kết quả đầu ra nhiệt độ trung bình tháng và tổng lượng mưa hàng tháng từ 5 mô hình GCM và mô hình thủy văn phân bố VMod để mô phỏng dòng chảy sông Mê Công Dưới tác động của biến đổi khí hậu thì lưu lượng tại Kratie thời kỳ 2032 – 2042 so với thời kỳ cơ sở 1982-1992 thay đổi từ -11% đến +15% trong mùa mưa và -10% đến +13% trong mùa khô Nghiên cứu cũng chỉ ra tác động của vận hành các hồ chứa là lớn hơn nhiều so với tác động của biến đổi khí hậu, đặc biệt mùa khô dòng chảy tăng từ 25-160%, và mùa mưa hạ thấp đỉnh lũ tại Kratie từ 5-24%

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu nói trên tập trung chủ yếu vào các lưu vực sông có qui mô lớn, có nhiều giá trị về mặt khoa học và thực tiễn, có thể chia

thành hai hướng chính: (i) so sánh phân tích diễn biến môi trường của các giai đoạn trước và sau khi có các hồ chứa bằng số liệu thực đo, và (ii) sử dụng mô hình toán

thủy văn, thủy lực để đánh giá các tác động tới dòng chảy hạ lưu Mỗi hướng

nghiên cứu nêu trên đều có những ưu điểm riêng, nhưng vẫn còn những hạn chế:

- So sánh phân tích diễn biến môi trường trước và sau khi có các công trình cần có số liệu đủ dài về quan trắc, khảo sát các yếu tố địa hình, địa mạo, thủy văn, môi trường,… nên rất tốn kém cả về thời gian, kinh phí và kỹ thuật để đảm bảo tính đồng bộ và chất lượng số liệu, đặc biệt đối với các sông thiếu mạng lưới quan trắc thường xuyên

- Điều kiện lưu vực luôn thay đổi do sử dụng, khai thác tài nguyên như đất, rừng và thậm chí cả tài nguyên nước, chính những thay đổi này có tác động đến

dòng chảy hạ lưu Do vậy rất khó đánh giá chính xác và tách biệt được những tác động này trong các số liệu đo đạc

- Sử dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực và mô hình khí hậu để đánh giá tác động của công trình và biến đổi khí hậu đến chế độ dòng chảy hạ lưu có khả năng mô tả chi tiết quá trình dòng chảy theo các kịch bản khác nhau Tuy nhiên còn những hạn chế như yêu cầu số liệu rất lớn và chi tiết về số liệu địa hình, mặt cắt mạng lưới sông trong sơ đồ tính toán, số liệu về khí hậu, sử dụng đất, thảm phủ rừng, Ngoài ra do khối lượng tính toán lớn nên đòi hỏi về năng lực máy tính và đặc biệt là chuyên môn sâu về mô hình của người nghiên cứu

Các nghiên cứu hiện nay cũng cho thấy, trên cùng một lưu vực sông, khi áp dụng các mô hình khí hậu GCM khác nhau sẽ cho ra các kết quả thay đổi thủy văn khác nhau không chỉ về độ lớn thay đổi mà còn khác nhau về xu hướng biến đổi do tác động của biến đổi khí hậu [77, 82, 94] Do vậy ngoài việc cải thiện nâng cao độ phân giải của các mô hình khí hậu, lựa chọn mô hình có độ tin cậy cao nhất, còn cần kết hợp với việc phân tích diễn biến của các yếu tố khí tượng thủy văn quan trắc dài hạn trong quá khứ để đưa ra sự lựa chọn thích hợp để dự tính khí hậu tương lai [82]

Có thể nói nghiên cứu tác động của các hồ chứa thượng lưu và biến đổi khí hậu đến chế độ dòng chảy đến nay đã đạt được nhiều kết quả quan trọng về mặt phương pháp luận và kỹ thuật sử dụng Hầu hết các nghiên cứu trong thời gian gần đây đã sử dụng công cụ mô hình toán thủy văn, thủy lực để đánh giá sự thay đổi chế

độ dòng chảy trong tương lai dưới tác động của công trình và biến đổi khí hậu Cách tiếp cận phân tích xu thế biến đổi các yếu tố khí hậu trong quá khứ để lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu phù hợp cho lưu vực nghiên cứu, kết hợp sử dụng

mô hình toán để nghiên cứu sự thay đổi các yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu do tác động của các công trình thủy lợi, thủy điện và biến đổi khí hậu đã và đang là hướng phù hợp và hiệu quả, đây là hướng tiếp cận mà luận án sẽ kế thừa và vận dụng trong nghiên cứu

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước

1.1.2.1 Ở Việt Nam

Trong mấy thập kỷ qua, Việt Nam đã xây dựng hàng nghìn hồ chứa thủy lợi - thủy điện trên hầu hết các lưu vực sông của cả nước Bên cạnh những lợi ích cho phát triển kinh tế - xã hội và phòng chống thiên tai, các hồ chứa ở nước ta cũng gây

ra các tác động bất lợi đối với hạ lưu Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về tác động của các hồ chứa thủy lợi - thủy điện, gồm các nhóm:

(1) Các nghiên cứu đánh giá tác động môi trường của các công trình thủy

lợi, thủy điện: Lê Đông Hải và nnk (1995) [17] nghiên cứu đánh giá hiện trạng, dự

báo biến đổi môi trường tại khu vực công trình Trị An, đề xuất các phương hướng

và phương án phát triển kinh tế - xã hội; Nguyễn Thượng Hùng và nnk (1995) [19] nghiên cứu đánh giá tác động môi trường của hồ Hòa Bình; Lê Đình Thành và nnk (2008-2009) [42] nghiên cứu đánh giá tác động của các hồ chứa thủy điện thượng lưu phía Việt Nam đến hạ du thuộc Campuchia, và nhiều nghiên cứu đánh giá tác động môi trường của các dự án thủy lợi, thủy điện trên khắp cả nước Các nghiên cứu này chủ yếu sử dụng các phương pháp đánh giá tác động môi trường như đo đạc, khảo sát, điều tra xã hội học, kiểm tra danh mục các thông số môi trường, ma trận môi trường,… để xác định các tác động đến môi trường sinh thái và kinh tế xã hội, đề xuất các giải pháp giảm thiểu nhằm phát triển bền vững toàn lưu vực, không

đi sâu vào đánh giá đến sự thay đổi các yếu tố thủy văn - thủy lực

(2) Các nghiên cứu tác động của các công trình đến chế độ thủy văn thủy lực dòng chảy khu vực hạ lưu:

- Ngô Đình Tuấn và nnk (1999) [48] nghiên cứu dự báo tác động của hồ Pa Vinh (hồ Sơn La) và các hồ khác có thể được xây dựng đối với chế độ thủy văn hệ thống sông Hồng Các kết quả đã xác định phân bố dung tích phòng lũ cho các hồ trên hệ thống và đánh giá những thay đổi dòng chảy mùa lũ đối với hạ lưu, một phần xem xét về bồi lắng bùn cát trong các hồ chứa

- Lê Đình Thành, Trịnh Quang Hòa và nnk (2005) [41] thực hiện đề tài cấp

Bộ “Nghiên cứu xây dựng hệ điều hành trợ giúp chỉ đạo hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng” Nghiên cứu chủ yếu tập trung đánh giá các tác

nhân ảnh hưởng đến công tác điều hành chống lũ cho đồng bằng sông Hồng, nghiên cứu mô hình hóa tổ hợp lũ từ các nhánh sông về hạ lưu bằng phương pháp Monte Carlo, từ đó xác định điều kiện biên của bài toán điều hành chống lũ để xây dựng công nghệ điều hành tổ hợp công trình phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng, bao gồm thiết kế hệ thống thông tin, thiết kế công nghệ dự báo lũ ngắn hạn, trung hạn

và dài hạn, tính toán ngập lụt và cảnh báo ngập lụt cho vùng đồng bằng sông Hồng

- Lê Kim Truyền, Hà Văn Khối và nnk (2007) [46] nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng Thông qua việc phân tích hiện trạng chế độ dòng chảy vùng hạ lưu sông Hồng do ảnh hưởng của hồ chứa Hòa Bình và Thác Bà, tính toán nhu cầu dùng nước vùng đồng bằng sông Hồng, điều tiết hệ thống hồ chứa, ứng dụng mô hình MIKE 11 đánh giá hiện trạng diễn biến mực nước và xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Hồng,… đề tài đã đánh giá khả năng gia tăng cấp nước của các hồ chứa thượng nguồn khi gặp những năm hạn kiệt, đề xuất chế độ vận hành các hồ chứa phục vụ phát điện và cấp nước trong thời kỳ mùa kiệt trên hệ thống sông Hồng, không đi sâu đánh giá toàn diện tác động của các hồ chứa đến chế độ thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hồng

- Nguyễn Hữu Khải và nnk (2011) [23] đã xây dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba để giảm lũ và cấp nước mùa kiệt cho vùng

hạ lưu Các tác giả đã sử dụng mô hình HEC-RESSIM mô phỏng vận hành hệ thống

hồ chứa trên lưu vực với các phương án mực nước đón lũ khác nhau, dòng chảy sau khi được điều tiết qua hồ chứa được diễn toán về hạ lưu bằng mô hình thủy lực MIKE 11 Kết quả đã lựa chọn qui tắc và áp dụng mô hình trong vận hành liên hồ chứa trên sông Ba nhằm tạo dung tích đón lũ và xác định ngưỡng cắt giảm đỉnh lũ, đảm bảo an toàn công trình và hạn chế tổn thất điện năng Mặc dù đã chỉ ra tác động giảm lũ đáng kể nhưng qui trình đề xuất chưa thể đảm bảo hạ thấp mực nước lũ đạt yêu cầu phòng chống lũ ở hạ lưu

- Nguyễn Lập Dân và nnk (2013) [16] nghiên cứu đánh giá tác động của phát triển thủy điện đến tài nguyên nước khu vực Tây Nguyên, kết quả cho thấy việc

phát triển thủy điện mang lại các tác động tích cực như phát điện, bổ sung nguồn nước ngầm, chuyển nước cho các vùng khô hạn, song có nhiều tác động tiêu cực như làm thay đổi chế độ thủy văn, làm tăng tổn thất nước, tạo ra các khúc sông chết

ở hạ lưu đập Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đánh giá định lượng tác động của các hồ chứa thủy điện đến chế độ thủy động lực hạ lưu

(3) Các nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên

nước lưu vực sông:

- Sapkota M và nnk (2010) [87] sử dụng mô hình thủy văn phân bố BEAM (Hydrological River Basin Environment Assessment Model) để nghiên cứu tác động của biển đổi khí hậu đối với dòng chảy sông Hồng Mô hình sử dụng số liệu khí tượng từ đầu ra của mô hình khí hậu toàn cầu GCM với độ phân giải theo không gian 20km và theo thời gian từng giờ ứng với kịch bản A1B của IPCC Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy văn tại trạm Hà Nội khá tốt với chỉ số Nash đạt 0,77

Hydro-và sai số dòng chảy tổng vượt 5,5%

- Trần Thanh Xuân, Trần Thục và Hoàng Minh Tuyển (2011) [74, 75] nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước trên 6 lưu vực sông lớn của Việt Nam, gồm sông Hồng - Thái Bình, sông Cả, sông Vu Gia - Thu Bồn, sông Ba, sông Đồng Nai và sông Cửu Long Dưới tác động của biến đổi khí hậu, dòng chảy sông trong các giai đoạn tương lai được đánh giá bằng mô hình mưa – dòng chảy NAM theo các kịch bản biến đổi khí hậu B2 và A2 Kết quả cho thấy không có sự chênh lệch đáng kể giữa 2 kịch bản, dòng chảy năm của các sông ở phía Nam từ Hà Tĩnh trở vào có xu thế giảm trung bình thấp hơn 2% vào thời kỳ 2020-2039, thấp hơn 4% vào thời kỳ 2040-2059; dòng chảy trung bình mùa lũ tăng thấp hơn 2% và 4% tương ứng 2 thời kỳ nói trên Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất năm Qmax tương ứng với các tần suất 1% và 5% đều tăng trên phần lớn các sông miền trung với mức tăng khoảng 1 - 7% trong thời kỳ trước 2059 theo kịch bản B2

- Vũ Văn Minh, Trần Hồng Thái và nnk (2011) [26] đã đánh giá xu hướng thay đổi của dòng chảy lũ sông Hồng dưới tác động của biến đổi khí hậu, nhưng chỉ

dừng lại ở phân tích mực nước lũ lớn nhất trên phạm vi rộng của cả lưu vực sông Hồng – Thái Bình Kết quả cho thấy dòng chảy lũ dự tính trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình tăng dần qua từng thời kỳ

- Nguyễn Ý Như, Trần Ngọc Anh và nnk (2012) [29] đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước tỉnh Khánh Hòa Trong nghiên cứu này, chuỗi mưa và bốc hơi năm điển hình cho mỗi trạm trên toàn khu vực nghiên cứu theo nguyên tắc lựa chọn năm đại biểu được thay đổi theo tỉ lệ biến đổi lượng mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2009) Sử dụng mô hình thủy văn NAM để khôi phục dòng chảy cho giai đoạn nền 1980-1999 và dự tính dòng chảy giai đoạn 2050 và 2100 theo 3 kịch bản phát thải B1, B2 và A2, kết quả cho thấy biến đổi khí hậu gây ra biến động lớn về dòng chảy của khu vực nghiên cứu

- Năm 2012, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt qui hoạch thủy lợi giai đoạn 2012-2020 và định hướng đến năm 2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng đối với các khu vực: đồng bằng sông Cửu Long (Quyết định 1397/QĐ-TTg) [56], đồng bằng sông Hồng (Quyết định 1554/QĐ-TTg) [57], khu vực miền Trung (Quyết định 1588 QĐ/TTg) [58]

Tóm lại, ở Việt Nam việc đánh giá tác động của các công trình và biến đổi khí hậu đến dòng chảy gần đây đã được quan tâm nghiên cứu, đặc biệt từ khi có các công trình thủy lợi, thủy điện lớn trên các hệ thống sông Các nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước thường tập trung đánh giá thay đổi nguồn nước trên lưu vực, chưa đi sâu đánh giá chi tiết và định lượng tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu đến các yếu tố thủy văn - thủy lực ở hạ lưu các hệ thống sông

1.1.2.2 Ở lưu vực sông Hương

Đến nay đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến tác động của các công trình đến chế độ thủy văn – thủy lực sông Hương, các nghiên cứu tiêu biểu như sau:

- Ngô Đình Tuấn, Lê Đình Thành và nnk (2002) [49] trong “Đánh giá tác

động môi trường dự án hồ chứa nước Tả Trạch” đã xác định lưu lượng sinh thái

sông Hương qua đập Thảo Long là 31 m3/s Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA), Tổ chức Bảo tồn Thiên nhiên Thế giới (IUCN) đã chấp nhận con số này

- Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA, 2003) [21] trong dự án nghiên cứu về phát triển và quản lý tài nguyên nước cho 14 lưu vực sông tại Việt Nam trong đó có lưu vực sông Hương đã sử dụng mô hình thủy văn MIKE-NAM và mô hình Sacramento để tính toán dòng chảy tự nhiên nhưng chỉ giới hạn đến ngã ba Tuần (hợp lưu của sông Tả Trạch và Hữu Trạch) và trạm Cổ Bi ở sông Bồ, tính toán

dự báo nhu cầu nước, đề xuất phương án phát triển lưu vực bao gồm các giải pháp công trình và phi công trình, đánh giá tác động môi trường của dự án hồ Tả Trạch chủ yếu đến chất lượng nước, môi trường sinh thái và môi trường xã hội

- Lê Mạnh Hùng và nnk (2005) [20] xây dựng “Qui hoạch chỉnh trị ổn định

sông Hương đoạn từ hạ lưu hồ Tả Trạch đến đập Thảo Long” đã sử dụng mô hình

MIKE 11 và MIKE 21C nghiên cứu biến đổi lòng dẫn sông Hương làm cơ sở đề xuất các công trình chỉnh trị chống xói lở bờ sông, đánh giá khả năng cắt lũ của các

hồ chứa Tả Trạch và Bình Điền, mô phỏng ngập lụt hạ du trong trường hợp vỡ đập, nhưng không đi sâu vào đánh giá tác động của các công trình đến chế độ thủy văn - thủy lực ở khu vực hạ du, không xét đến hồ Hương Điền trong hệ thống

- Viện Qui hoạch Thủy lợi (2005) [71] lập “Qui hoạch tổng hợp nguồn nước

lưu vực sông Hương”, đã nghiên cứu đề xuất các giải pháp phát triển thủy lợi nhằm

khai thác, sử dụng tổng hợp và bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Hương bao gồm qui hoạch cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, cấp nước tưới, nuôi trồng thủy sản; qui hoạch tiêu úng, phòng chống lũ và qui hoạch xây dựng 3 hồ chứa lợi dụng tổng hợp

Tả Trạch, Bình Điền và Cổ Bi (Hương Điền) để chống lũ, phát điện, cấp nước, cải thiện môi trường cho hạ du

- Hoàng Minh Tuyển và nnk (2010) [51] thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây

dựng và đề xuất qui trình vận hành điều tiết nước mùa cạn hệ thống hồ chứa trên sông Hương”, đề xuất qui trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn có giá trị tham

khảo vì còn một số tồn tại trong việc xác định các hàm mục tiêu và các ràng buộc của hệ thống, không nghiên cứu dòng chảy năm, dòng chảy lũ

- Huỳnh Công Hoài và nnk (2011) [18] nghiên cứu “Đánh giá sự biến động

của dòng chảy và môi trường nếu loại bỏ một số cống đập trên vùng hạ du khi có các công trình thủy lợi, thủy điện trên dòng chính” sử dụng mô hình MIKE FLOOD

mô phỏng ngập lụt ở hạ lưu theo các kịch bản phá bỏ các cống - đập, bao gồm: cống

La Ỷ, đập Đá, cống Phú Cam, trong điều kiện có và không có sự điều tiết của các

hồ chứa lớn ở thượng lưu sông Hương Đề tài nghiên cứu tác động của các hồ chứa đến vấn đề lũ lụt, xem xét sự bồi xói tại các vị trí cống La Ỷ và đập Đá khi các công trình này bị phá bỏ và chất lượng nước trên các chi lưu

- Nguyễn Quang Trung và nnk (2011) [44] trong đề tài cấp Nhà nước

KC08.25/06-10 “Nghiên cứu đánh giá tác động của các công trình trên dòng chính

và giải pháp quản lý, sử dụng hiệu quả tài nguyên nước mặt lưu vực sông Hương”

đã đánh giá tác động của hệ thống hồ chứa đến biến đổi lòng dẫn hạ lưu sông Hương, chất lượng nước và môi trường sinh thái vùng đầm phá, đề xuất các giải pháp giảm thiểu các tác động tiêu cực và sử dụng hiệu quả tài nguyên nước mặt Nghiên cứu đề cập đến hiệu quả cắt lũ của các hồ chứa Tả Trạch, Bình Điền, Hương Điền và khả năng cung cấp nước cho vùng đồng bằng khi có các hồ nhưng không xét đến vận hành đập Thảo Long

Một số nghiên cứu liên quan đến biến đổi khí hậu trên lưu vực sông Hương trong những năm gần đây gồm:

- Laurens M Bouwer và Jeroen C.J.H Aerts (2006) [85] trong chương trình hợp tác vùng bờ Việt Nam- Hà Lan, đã sử dụng mô hình toán thủy văn STREAM ước tính những tác động tiềm năng của biến đổi khí hậu trên lưu vực sông Hương Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ sẽ tăng lên trong cả hai kịch bản phát thải khí nhà kính A2 và B2 (IPCC, 2000) Trong thời kì 2069-2099, nhiệt độ dự tính đến năm 2099 gia tăng khoảng 3,5 - 2,1oC theo kịch bản A2 và khoảng 2,2 - 1,8oC theo kịch bản B2 Theo mô hình khí hậu HadCM3, lượng mưa năm trung bình trên lưu vực sông Hương sẽ gia tăng khoảng 12-14,8% vào năm 2099 Theo mô hình khí hậu ECHAM4 lượng mưa sẽ gia tăng nhẹ khoảng 5% đối với kịch bản A2 và ngược lại, sẽ giảm nhẹ vào khoảng 4,1% đối với kịch bản B2

- Trần Thục và các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn

và Môi trường thực hiện dự án “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu ở lưu

vực sông Hương và chính sách thích nghi ở huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế”

(2007-2008) [43, 52, 68] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước sông Hương, chưa nghiên cứu chi tiết tác động của các công trình thủy lợi – thủy điện đến chế độ thủy văn – thủy lực

- Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) (2010-2011) [22] thực hiện dự

án “Nâng cao Năng lực Thích ứng Thiên tai tại khu vực Miền Trung Việt Nam” với

mục tiêu hỗ trợ phía đối tác lập kế hoạch Quản lý lũ lụt tổng hợp lưu vực sông Hương đến 2020 Dự án tập trung nghiên cứu về quản lý lũ, không đi sâu nghiên cứu tác động của hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện đến chế độ thủy văn – thủy lực sông Hương

Tóm lại, các nghiên cứu trên lưu vực sông Hương cho đến nay chủ yếu liên quan đến qui hoạch khai thác, sử dụng nguồn nước, đánh giá tác động môi trường của các dự án hồ chứa, đánh giá hiệu quả cắt giảm lũ của các hồ chứa và bồi xói lòng dẫn vùng hạ lưu, bước đầu nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước

1.1.3 Những hạn chế của các công trình nghiên cứu trước đây trên lưu vực sông Hương và hướng khắc phục

1.1.3.1 Những hạn chế

Từ các kết quả nghiên cứu đã thực hiện trên lưu vực sông Hương liên quan đến tác động của các công trình thủy lợi- thủy điện và biến đổi khí hậu cho thấy

những hạn chế chủ yếu sau đây:

- Các nghiên cứu đã thực hiện thường đánh giá tác động của từng công trình, tác động tổng hợp của các công trình thượng lưu, hạ lưu và biến đổi khí hậu đến chế

độ thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương chưa được xem xét đầy đủ Quan điểm tiếp cận trong nghiên cứu chưa xét đủ tính hệ thống và tích hợp, ví dụ

Lê Mạnh Hùng và nnk (2005) không xét đến hồ Hương Điền, hay Nguyễn Quang

Trung và nnk (2011) không xét đến sự vận hành của đập Thảo Long; Hoàng Minh Tuyển và nnk (2010) chỉ xét yếu tố dòng chảy mùa cạn, Huỳnh Công Hoài và nnk (2011) chưa xét đến biến đổi khí hậu

- Các nghiên cứu đến nay hầu hết dựa trên giả thiết là các điều kiện thủy văn

và mặt đệm lưu vực không thay đổi Thực tế sử dụng đất và lớp phủ rừng trên bề mặt lưu vực luôn thay đổi, tương lai đến 2030 có thể thay đổi lớn so với hiện nay do

xu thế và tiềm năng phát triển trên lưu vực, chúng sẽ tác động đến các yếu tố thủy văn – thủy lực trên lưu vực sông Hương

- Việc đánh giá định lượng các tác động vẫn còn hạn chế trong một số vấn đề như: (i) Khả năng cắt giảm lũ cho hạ du khi điều tiết các hồ chứa ở thượng lưu theo các phương án vận hành khác nhau, đặc biệt là khi có xét đến biến đổi khí hậu; (ii) Tác động của đập Thảo Long đến việc dâng cao mực nước ở khu vực hạ lưu từ sau các hồ chứa đến đập Thảo Long; và (iii) Tác động đến dòng chảy bùn cát ở hạ lưu khi các hồ chứa thượng nguồn đi vào hoạt động

1.1.3.2 Định hướng khắc phục

Với những hạn chế của những nghiên cứu trước đây và nhận thức đánh giá tác động của hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện và biến đổi khí hậu đến một số yếu tố dòng chảy hạ lưu sông Hương là vấn đề phức tạp, do vậy định hướng khắc phục là:

- Xem xét đánh giá trên quan điểm phân tích hệ thống của lưu vực sông Hương, tập trung vào các công trình chính có tác động đáng kể đến chế độ dòng chảy hạ lưu sông Hương

- Đánh giá định lượng được tác động của các công trình và biến đổi khí hậu đến một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ du sông Hương, bước đầu xem xét đến vai trò của sử dụng đất và lớp thảm phủ rừng trên lưu vực trong bài toán tổng thể đánh giá tác động trên cơ sở lựa chọn dòng chảy năm và các trận lũ cụ thể để nghiên cứu thay đổi của một số yếu tố thủy văn - thủy lực điển hình, từ đó tạo cơ sở khoa học

và thực tiễn cho những nghiên cứu tiếp theo

- Bước đầu đề xuất được các giải pháp có cơ sở khoa học và thực tiễn, có tính khả thi, thiết thực và hiệu quả, phù hợp với tình hình đặc điểm của lưu vực để giảm thiểu các tác động bất lợi và nâng cao hiệu quả của các công trình

1.1.4 Hướng tiếp cận của luận án

1.1.4.1 Tiếp cận tổng hợp theo hệ thống nguồn nước

Hệ thống nguồn nước của một lưu vực sông được cấu thành bởi các thành phần khác nhau, chúng tương tác và ảnh hưởng lẫn nhau, vì vậy cần dựa trên quan điểm hệ thống để giải quyết các bài toán liên quan đến chế độ thủy văn - thủy lực của lưu vực Các thành phần chủ yếu của hệ thống nguồn nước lưu vực gồm:

- Thành phần khí hậu trong đó quan trọng nhất là các yếu tố mưa, nhiệt độ, bốc hơi Có thể coi đây là các yếu tố đầu vào của hệ thống và chúng quyết định đến cân bằng nước của hệ thống tài nguyên nước lưu vực

- Điều kiện lưu vực đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình hình thành dòng chảy từ mưa, trong đó địa hình, thảm phủ, thổ nhưỡng và sử dụng đất trên lưu vực quyết định đến tính chất dòng chảy mặt

- Các công trình thuỷ lợi- thuỷ điện trên lưu vực với vai trò điều chỉnh phân

bố tài nguyên nước theo không gian, thời gian để đáp ứng các nhu cầu dùng nước trong hệ thống tài nguyên nước Vận hành hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện

để đáp ứng các mục tiêu sẽ làm thay đổi dòng chảy tự nhiên vốn có của sông vùng

hạ lưu, hay nói cách khác là làm thay đổi đầu ra của hệ thống

- Hiện nay biến đổi khí hậu là một thực tế đã được chấp nhận, trên quan điểm

hệ thống cần phải xem xét biến đổi khí hậu trong nghiên cứu phát triển nguồn nước nhằm đảm bảo khai thác, sử dụng và quản lý tổng hợp đạt hiệu quả bền vững

1.1.4.2 Tiếp cận mô phỏng theo mô hình toán thủy văn thủy lực

Tài nguyên nước lưu vực sông là hệ thống phức tạp, trong đó chế độ dòng chảy sông ngòi thay đổi theo không gian và thời gian, vì vậy tiếp cận mô phỏng sử dụng các mô hình toán thủy văn, thủy lực với sự trợ giúp của kỹ thuật viễn thám và GIS tạo thuận lợi cho nghiên cứu đánh giá hiện trạng, các kịch bản và dự báo sự thay đổi trong tương lai Mặt khác, để nâng cao chất lượng nghiên cứu nhất là trong các bài toán dự báo, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước đòi

hỏi chúng ta phải sử dụng công cụ mô hình toán mà các công nghệ nghiên cứu truyền thống khó có thể thực hiện được

Đối với các lưu vực sông Việt Nam, trong lĩnh vực quản lý phát triển tài nguyên nước, vận hành hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện cho mục tiêu sử dụng nước, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai thì mô hình toán thủy văn, thủy lực

là một công cụ rất có hiệu quả Kết hợp với các phương pháp truyền thống như điều tra, khảo sát, đo đạc, các mô hình toán có khả năng ứng dụng rất tốt trong nghiên cứu đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm hạn chế những tác động bất lợi của các công trình thủy lợi - thủy điện cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế - xã hội và môi trường của chúng

1.1.4.3 Tiếp cận theo kịch bản

Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu nói chung hiện nay đều tiếp cận theo kịch bản Thông qua các kịch bản sẽ cho phép đánh giá những tác động khác nhau đến tài nguyên nước Mặt khác, biến đổi khí hậu là vấn đề hệ trọng đối với mỗi quốc gia, vì vậy nghiên cứu biến đổi khí hậu và tác động của nó phải gắn liền với các kịch bản biến đổi khí hậu theo từng thời kỳ của quốc gia đó Đối với các lưu vực sông trong nước, việc nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu nên căn cứ vào kịch bản biến đổi khí hậu Quốc gia mà Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cập nhật và công bố, đồng thời kết hợp chặt chẽ với điều kiện cụ thể của lưu vực Vì vậy, cách tiếp cận của luận án trong vấn đề này là dựa trên số liệu quan trắc để phân tích, đánh giá xu thế biến đổi một số yếu tố khí hậu trên lưu vực, lựa chọn kịch bản theo công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường để cụ thể hóa cho lưu vực sông Hương

Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu của luận án được trình bày trong hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu của luận án

Tác động của hệ thống

hồ chứa thủy lợi – thủy

điện lớn ở thượng lưu

Đề xuất giải pháp định hướng

Vận hành hồ chứa thủy lợi – thủy điện

Mô hình toán thủy văn

-thủy lực

Thay đổi một số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu

Thay đổi dòng chảy đến các hồ

Đánh giá xu thế thay đổi một số yếu tố khí hậu

Mô hình mưa – dòng chảy

Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu, NBD

Chi tiết kịch bản biến đổi khí hậu

So sánh với kết quả điều tra, khảo sát

1.2 ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên

1.2.1.1 Đặc điểm địa lý, địa hình

Lưu vực sông Hương nằm gần trọn trong tỉnh Thừa Thiên Huế (hình 1.2) có tọa độ địa lý 15059’ và 16044’ vĩ độ Bắc và giữa 107002’ và 108012’ độ kinh Đông Tổng diện tích tự nhiên của lưu vực sông Hương là 3.066 km2 [55] chiếm 61% diện tích tự nhiên toàn tỉnh Thừa Thiên Huế, gồm ba nhánh lớn: sông Bồ, sông Hữu Trạch và sông Tả Trạch, trong đó Tả Trạch là nguồn nước chính của sông Hương Tài nguyên nước lưu vực sông Hương có vai trò rất quan trọng đối với phát triển kinh tế, văn hóa - xã hội, bảo vệ môi trường của tỉnh Thừa Thiên Huế

Hình 1.2: Lưu vực sông Hương trên lãnh thổ Việt Nam

Thừa Thiên Huế là vùng chuyển tiếp giữa hai vùng địa lý Bắc Trung bộ và Nam Trung bộ, diện tích tự nhiên phần đất liền là 503.320,53 ha Đặc điểm địa hình

với 75,1% tổng diện tích là núi đồi, 24,9% là đồng bằng duyên hải, đầm phá và cồn đụn cát nội đồng và ven biển (hình 1.3) Ba vùng địa hình chủ yếu như sau [61]:

(1) Địa hình đồi núi chủ yếu thuộc huyện A Lưới, Nam Đông, một phần

Phong Điền, Hương Trà, Hương Thủy và Phú Lộc với cao độ khoảng từ 750 m đến 1.800 m với các đỉnh như Động Ngài (1.774 m), núi Mang (1.702 m), đặc biệt phía nam có đỉnh Bạch Mã (1.444 m) thuộc trung tâm mưa lớn nhất tỉnh Vùng gò đồi có cao độ từ (10 - 250 m) Địa hình đồi núi có nhiều vị trí có thể xây dựng được các công trình chứa nước lợi dụng tổng hợp

(2) Đồng bằng duyên hải tương đối bằng phẳng có cao độ dưới +10 m, kể cả

các trảng cát nội đồng Phong Điền, Quảng Điền và Phú Vang, chiếm khoảng 16% diện tích tự nhiên của tỉnh Ở rìa Tây Tây Nam và Tây Bắc có cao độ (7-10 m) giảm xuống (1,5-1,0 m) ở phía đầm phá, đôi nơi gặp các vùng thấp trũng với cao độ mặt đất thấp hơn mực nước biển (từ -0,5 đến -1,0 m) như vùng trũng ở các xã Phong Chương, Quảng An, Quảng Thành, Hương Phong, Thủy Tân, Vinh Thái, Vinh Hà, Lộc An,…

Hình 1.3: Hình thể địa lý và ranh giới lưu vực sông Hương [24]

(3) Đầm phá và cồn cát ven biển: Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, đầm

Lăng Cô và dãy cồn, đụn cát chắn bờ biển chiếm khoảng 9% diện tích tự nhiên của tỉnh Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai dài 68 km, diện tích mặt nước khoảng 220

km2, dung tích trữ nước khoảng 300 – 400 triệu m3 vào mùa khô, và khoảng 600 triệu m3 vào mùa lũ Đây là vùng chứa một phần nước lũ của sông Hương trước khi

đổ ra biển qua hai cửa Thuận An và Tư Hiền Phía Đông Nam tỉnh có đầm Lăng Cô diện tích 15 km2 Những cồn, đụn cát chạy song song với đường bờ biển chiếm 4,5% diện tích đất tự nhiên của tỉnh [61]

1.2.1.2 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng

Lưu vực sông Hương nằm trọn trong đới Huế, thuộc địa máng uốn nếp Trường Sơn, với 80% diện tích bề mặt đá gốc phân bố ở thượng lưu được đặc trưng bởi lớp vỏ phong hóa ferosialit có bề dày mỏng, ít thấm nước; ở hạ lưu các bề mặt đồng bằng tích tụ sông, sông – biển, biển được cấu tạo bởi sét bột, khả năng thấm nước yếu [15] Tỉnh Thừa Thiên Huế có các nhóm đất chính như sau [61]:

- Nhóm đất vàng đỏ trên núi: diện tích 15.442 ha chiếm 3,15% diện tích của

tỉnh, phân bố ở A Lưới, Nam Đông, Phú Lộc trên độ cao từ 500 - 900 m, độ dốc địa hình lớn 15 - 25o loại này dễ bị xói và rửa trôi do độ dốc địa hình lớn

- Nhóm đất đỏ vàng: Diện tích lớn nhất 347.431 ha chiếm 68,74% diện tích

toàn tỉnh phân bố chủ yếu ở Nam Đông, A Lưới, Hương Trà, Phong Điền, Hương Thuỷ, Phú Lộc và thành Phố Huế

- Nhóm đất phù sa: Diện tích 41.002 ha chiếm 8,11% diện tính toàn tỉnh và

phân bố ở hầu hết các thung lũng suối và đồng bằng các lưu vực sông Thành phần

cơ giới từ thịt nhẹ đến sét

- Nhóm cồn cát và đất cát biển: Diện tích loại này tới 3.962 ha chiếm 8,7%

tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh, chủ yếu phân bố ở vùng ven biển

- Nhóm đất nhiễm mặn: Diện tích khoảng 6.290 ha chiếm 1,25% diện tích

toàn tỉnh, được hình thành từ nguồn gốc phù sa sông, biển và hỗn hợp sông biển

Loại này được phân bố ở địa hình thấp ven đầm phá thuộc huyện Phú Lộc, Phú Vang, Quảng Điền, Hương Trà

- Nhóm đất phèn: Diện tích 6.888 ha chiếm 1,36% diện tích toàn tỉnh, hình

thành ở địa hình trũng thấp, ngâm nước lâu ngày bị yếm khí tích tụ lưu huỳnh Đất này phân bố ở vùng trũng Phú Lộc, Hương Thuỷ, Hương Trà, Phú Vang, Quảng Điền, Phong Điền

1.2.1.3 Đặc điểm thảm phủ thực vật

Rừng ở Thừa Thiên Huế thuộc kiểu rừng kín thường xanh: ở độ cao dưới 700

m là rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, từ độ cao 700 m trở lên là kiểu rừng kín thường xanh á nhiệt đới Thành phần loài phong phú, đa dạng, là nơi hội tụ của nhiều luồng thực vật, bao gồm khu hệ thực vật bản địa Bắc Việt Nam - Trung Hoa Tài nguyên về thực vật rừng rất đa dạng có 120 họ và hơn 600 loài, có những loài

gỗ quý hiếm như: lim, gụ, kiền kiền, kim giao, trong đó có 14 loài trong sách đỏ Việt Nam và 5 loài trong sách đỏ thế giới [61]

Theo niên giám thống kê năm 2012, tổng diện tích đất có rừng toàn tỉnh Thừa Thiên Huế là 294.947 ha, trong đó có 202.570 ha rừng tự nhiên, 92.376 ha rừng trồng [14], tuy nhiên chất lượng rừng ở Thừa Thiên Huế hiện nay bị giảm thấp, diện tích rừng tăng chủ yếu là rừng trồng

1.2.1.4 Đặc điểm khí hậu

(1) Mạng lưới trạm khí tượng – thủy văn: Trên lưu vực sông Hương và lân

cận có các trạm đo các yếu tố khí tượng – thủy văn (bảng 1.1), trong đó có 3 trạm khí tượng đo khá đầy đủ các yếu tố chính và vẫn đang hoạt động đó là: Huế, Nam Đông và A Lưới Mạng lưới trạm thủy văn có 7 trạm đo mực nước, có 4 trạm đo lưu lượng nhưng đến nay chỉ còn trạm Thượng Nhật (cấp I) trên sông Tả Trạch và hai

trạm đo mực nước Kim Long, Phú Ốc vẫn đang hoạt động

(2) Bức xạ và nắng: Lượng bức xạ lý tưởng trung bình năm đạt trên 230

Kcal/cm2, tháng ít nhất cũng có trên 12 Kcal/cm2, tổng lượng bức xạ của các tháng

mùa nóng (từ tháng IV-IX) chiếm 63%-64% tổng lượng bức xạ năm Số liệu thống

kê cho thấy số giờ nắng trung bình nhiều năm vùng đồng bằng (Huế) là 1721 giờ, còn vùng núi (Nam Đông) là 1487 giờ; tháng XII là ít nắng nhất và tháng VII là nhiều nắng nhất [61]

Bảng 1.1: Mạng lưới trạm khí tượng - thủy văn lưu vực sông Hương và lân cận [35, 60]

H - mực nước (cm) Q - lưu lượng nước (m3/s)

(3) Nhiệt độ không khí và độ ẩm: Nhiệt độ trung bình nhiều năm không

thay đổi nhiều giữa đồng bằng và miền núi trong lưu vực sông Hương, tại trạm Huế

là 25,6oC và tại Nam Đông là 25,5oC Tháng VII là tháng nóng nhất, tháng I hoặc

XII là tháng lạnh nhất (18oC), nhiệt độ cao nhất trên lưu vực và lân cận quan trắc được là 41,3oC tại Huế ngày 15/V/1983, nhiệt độ thấp nhất tại A Lưới là 5,4oC ngày 25/XII/1999 Độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm trên lưu vực sông Hương từ 83

- 87%, ở vùng đồng bằng, độ ẩm thường nhỏ hơn miền núi Tháng có độ ẩm tương đối trung bình đạt cao nhất là tháng II đạt 89,5% - 89,7%, thấp nhất tháng VII đạt

từ 73,8% - 79,8% [35]

(4) Chế độ gió: Theo thống kê số liệu đo đạc, tốc độ gió bình quân từ 1,4-2,3

m/s [35] Chế độ gió thay đổi theo các thời kỳ trong năm: gió mùa Đông Bắc thịnh hành từ tháng XI-XII năm trước đến tháng III-IV năm sau, còn lại là thời kỳ gió Đông Nam chiếm ưu thế, gió Tây khô nóng (gió Lào) xuất hiện trong tháng IV- VIII [35, 61]

(5) Bốc hơi: Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm đo bằng ống Piche trên

lưu vực biến đổi không nhiều theo không gian: tại Huế là 930 mm, Nam Đông 913

mm Tháng VII có lượng bốc hơi nhiều nhất do nhiệt độ cao và độ ẩm không khí thấp và tháng XII có lượng bốc hơi ít nhất [35]

(6) Mưa: Lưu vực sông Hương là một trong những vùng có lượng mưa lớn

nhất nước ta, lượng mưa bình quân nhiều năm trên toàn lưu vực trong khoảng 2.800

- 3.400 mm ở vùng đồng bằng và 3.200 - 3.600 mm ở vùng núi; trung bình hàng năm có khoảng 200-220 ngày mưa ở vùng núi, 150 - 170 ngày mưa ở vùng đồng bằng duyên hải Trong lưu vực có các trung tâm mưa lớn là khu vực Bạch Mã - Nam Đông và thung lũng A Lưới với lượng mưa trung bình nhiều năm Xo đều đạt trên 3.400 mm [35], riêng đỉnh Bạch Mã có Xo = 8.000 mm [49], có năm mưa cực lớn như năm 1980 ở Bạch Mã (8.664 mm), năm 1996 ở A Lưới (6.304 mm) [35] Lượng mưa trong 4 tháng (IX-XII) chiếm tới 68 - 75% lượng mưa cả năm, trong đó hai tháng mưa nhiều nhất (X – XI) chiếm 47 - 53% tổng lượng mưa năm, tháng mưa lớn nhất trong năm là tháng X, lượng mưa các tháng (I -VIII) chỉ chiếm 25-32% tổng lượng mưa năm [61] Biến động lượng mưa các tháng trong năm tại các trạm trên khu vực được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Lượng mưa tháng năm trung bình nhiều năm tại các trạm (1977-2010) [60]

(Đơn vị: mm)

Trạm

KT I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Huế 112 54 45 60 121 109 74 161 403 790 630 336 2895 Nam

Đông 108 53 58 108 223 197 148 238 461 990 777 318 3679

A

Lưới 69 42 63 162 243 184 152 233 438 902 741 300 3528

Trên lưu vực sông Hương, mùa mưa không đồng nhất khi phân theo chỉ tiêu

“vượt tổn thất”, tức mùa mưa gồm các tháng liên tiếp có lượng mưa tháng vượt lượng tổn thất (thường lấy 100mm/tháng) với tần suất lớn hơn 50% Do vậy mùa mưa trên lưu vực thay đổi theo vùng và theo cấp lượng mưa, cụ thể như sau [49]:

- Với X0 ≤ 2500 mm: mùa mưa từ tháng XI – XII, mùa ít mưa từ tháng I – VIII, trong đó có hai tháng mưa lũ tiểu mãn là tháng V – VI

- Với 2500 < X0 ≤ 3500 mm: mùa mưa từ tháng VIII – X, mùa ít mưa từ tháng XI - VII, trong đó hai tháng có mưa lũ tiểu mãn là tháng V – VI

- Với 3500 < X0 ≤ 4500 mm: từ Hữu Trạch đến Ô Lâu mùa mưa từ tháng IV – XII, từ Tả Trạch đến Bắc Hải Vân mùa mưa từ tháng V – I, không tồn tại hai tháng mưa lũ tiểu mãn

- Với 4500 < X0 ≤ 8000 mm: mùa mưa từ tháng IV – I, có năm mưa suốt cả năm ví dụ như năm 1999 tại A Lưới, Nam Đông, Bạch Mã

Mùa mưa không đồng nhất và có những năm, những nơi theo tiêu chuẩn phân mùa nêu trên mưa suốt năm là những đặc điểm nổi bật nhất của mưa và tài nguyên nước trên lưu vực sông Hương

1.2.1.5 Đặc điểm sông ngòi - đầm phá

(1) Hệ thống sông Hương:

Lưu vực sông Hương có độ cao bình quân lưu vực H = 330 m, độ rộng bình quân lưu vực B = 44,6 km, độ dốc bình quân lưu vực J= 2,85% (28,5 m/km), mật độ lưới sông D = 0,6 km/km2, hệ số uốn khúc 1,65 [50], là sông có độ dốc bình quân