Dự báo diễn biến dòng chảy dưới tác động biến đổi khí hậu tại khu vực khô hạn và bán khô hạn và bán khô hạn tỉnh ninh thuận bằng mô hình khái niệm mưa dòng chảy gr4j

Với mục tiêu xây dựng các căn cứ khoa học để hỗ trợ các nhà quản lý tỉnh Ninh Thuận làm cơ sở giải quyết vấn đề nguồn nước, nghiên cứu này hướng đến việc đánh giá và dự báo diễn biến dòn

TRẦN MINH THƠ

DỰ BÁO DIỄN BIẾN DÒNG CHẢY DƯỚI TÁC ĐỘNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI KHU VỰC KHÔ HẠN VÀ BÁN KHÔ HẠN TỈNH NINH THUẬN BẰNG

MÔ HÌNH KHÁI NIỆM MƯA-DÒNG CHẢY GR4J

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Mã số: 60850101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đức Công Hiệp

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Triệu Ánh Ngọc

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Châu Nguyễn Xuân Quang

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP.HCM Ngày 06 tháng 01 năm 2020

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Lê Văn Khoa

2 PGS TS Đào Thanh Sơn

PGS.TS Lê Văn Khoa

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG

VÀ TÀI NGUYÊN

PGS TS Võ Lê Phú

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trần Minh Thơ MSHV: 1770605 Ngày, tháng, năm sinh: 20/07/1993 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Quản lý và Công nghệ Môi trường Mã số: 60850101

I TÊN ĐỀ TÀI:

Dự báo diễn biến dòng chảy dưới tác động biến đổi khí hậu tại khu vực khô hạn và bán khô hạn tỉnh Ninh Thuận bằng mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan đặc điểm điều kiện tự nhiên, sự phát triển kinh tế-xã hội có tác động đến sự hình thành dòng chảy mặt của lưu vực sông Cái Phan Rang

- Xem xét, lựa chọn mô hình thủy văn mưa-dòng chảy phù hợp và ứng dụng

mô phỏng dòng chảy mặt cho hệ thống sông Cái Phan Rang

- Đánh giá diễn biến dòng chảy mặt theo thời gian và không gian

- Dự báo diễn biến dòng chảy mặt theo kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/10/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/12/2019

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Đức Công Hiệp

Tp HCM, ngày… tháng … năm 2020

TS Nguyễn Đức Công Hiệp TS Lâm Văn Giang

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

PGS TS Võ Lê Phú

LỜI CẢM ƠN

Trải qua những năm tháng học tập trong lĩnh vực quản lý và công nghệ môi trường cũng như với khoảng thời gian thực hiện nghiên cứu và từng bước hoàn thành luận văn, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô, các anh chị và các bạn đã giúp

đỡ trong thời gian qua

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Tiến sĩ Nguyễn Đức Công Hiệp Người đã tận tình hỗ trợ, hướng dẫn tôi từng bước hoàn thành luận văn cao học này với chất lượng tốt nhất

Tôi cũng chân thành cảm ơn ThS Ninh Thị Hải Đường, chị đã cho tôi những lời khuyên cũng như truyền đạt nhiều kiến thức thực tế có liên quan đến vùng nghiên cứu trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị Phòng Quản lý nước và Công trình tại Công ty TNHH MTV khai thác công trình thủy lợi Ninh Thuận và Đài khí tượng thủy văn tỉnh Ninh Thuận đã hỗ trợ, giúp đỡ trong khoản thời gian đề tài được hoàn thành

Ngoài ra, tôi xin cảm ơn các Thầy Cô của Bộ môn và Khoa đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại Khoa Môi Trường

và Tài Nguyên của Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Cuối cùng, tôi gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè vì những lời chia sẻ, động viên và luôn bên tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Mặc dù đã cố gắng thực hiện bài luận văn một cách hoàn chỉnh nhất, song do còn thiếu sót nhiều về kiến thức cũng như kinh nghiệm nên không tránh khỏi những sai sót mà tự bản thân chưa nhìn thấy được Tôi rất mong nhận được sự góp ý từ Thầy Cô và bạn bè để nội dung của bài luận văn được hoàn chỉnh hơn nữa

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

Học viên thực hiện

TRẦN MINH THƠ

TÓM TẮT

Nguồn nước không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo đời sống an sinh xã hội mà còn là nhân tố quyết định sự phát triển kinh tế của Việt Nam, đặc biệt đối vùng khô hạn bậc nhất nước ta như tỉnh Ninh Thuận Thêm vào đó, dưới tác động của biến đổi khí hậu, trữ lượng nước và dòng chảy mặt trên hệ thống sông chính-sông Cái Phan Rang và nhiều hồ chứa nước đang dần trở nên khô kiệt nghiêm trọng Điều này không chỉ ảnh hưởng đến năng suất các ngành nông nghiệp, công nghiệp mà còn dẫn đến cuộc sống người dân trong khu vực này không được đảm bảo

Với mục tiêu xây dựng các căn cứ khoa học để hỗ trợ các nhà quản lý tỉnh Ninh Thuận làm cơ sở giải quyết vấn đề nguồn nước, nghiên cứu này hướng đến việc đánh giá và dự báo diễn biến dòng chảy mặt trên hệ thống sông Cái Phan Rang tại vùng khô hạn và bán khô hạn của tỉnh Ninh Thuận thông qua các trường hợp tính toán dòng chảy khác nhau về không gian và thời gian bằng mô hình thủy văn khái niệm GR4J Hiệu suất mô phỏng của GR4J được đánh giá bằng cách sử dụng Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NSE); hệ số tương quan của Pearson (Pearson's Correlation Coefficient); hệ

số sai số thể tích (Volume Bias) cho từng trường hợp tính toán trong nghiên cứu Các tham số mô hình tối ưu thu được sau đó được sử dụng để mô phỏng dòng chảy tại cửa sông của lưu vực sông Cái Phan Rang và dự đoán dòng chảy mặt trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định hiệu suất mô hình thể hiện sự phù hợp giữa hai dòng chảy thực đo và tính toán từ mô hình với giá trị đánh giá NSE lớn hơn 0.84; r

=0.95; VB nhỏ hơn 5% trong tất cả trường hợp tính toán Với bộ tham số tối ưu (x1 = 453.98, x2 = -6.16, x3 = 125.09 và x4 = 1.20), kết quả mô phỏng dòng chảy của mô hình GR4J cho thấy dòng chảy mặt tại hạ lưu lưu vực sông Cái Phan Rang có sự chênh lệch rất lớn giữa các mùa trong năm và có xu hướng suy giảm nguồn nước Đồng thời, với

dự báo dòng chảy mặt theo kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5, lượng nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận có sự đối lập rõ rệt giữa hai mùa: mùa mưa lượng mưa tăng cao dẫn đến nguy cơ ngập lụt cho vùng hạ lưu Trong khi đó, mùa kiệt tình trạng thiếu nước ngày càng nghiêm trọng hơn và phụ thuộc nhiều vào lượng nước xả của thủy điện Đa Nhim và sự điều tiết nước của các hồ chứa phía thượng lưu của lưu vực

The model calibration and validation show that the simulated flows matched to the actual flows with the NSE value > 0.84, r = 0.95, and VB < 5% in all cases The results of using the optimal GR4J parameter set (x1 = 453.98, x2 = -6.16, x3 = 125.09 and x4 = 1.20) at the outlet of the CPR river basin shows that the surface flow in the downstream CPR river basin had a big difference between seasons and tended to reduce during the simulation period Futhermore, the results of surface flow forecast under the climate change scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) also represent a signifcant change of the amount of surface water in Ninh Thuan in seasons The rainfall has an upward trend in the rainy season, leading to a high increase of flooding risk at the downstream area Meanwhile, in the dry season, the water shortage situation is going to get more serious and much depending on the Da Nhim discharge and the water allocation of reservoirs in the upstream of the basin.

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài “Dự báo diễn biến dòng chảy dưới tác động biến đổi khí hậu tại khu

vực khô hạn và bán khô hạn tỉnh Ninh Thuận bằng mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS

Nguyễn Đức Công Hiệp và chưa được công bố Các kết quả trong đề tài được xây dựng dựa trên các số liệu thống kê, các tài liệu, báo cáo từ các sở, ban ngành trong tỉnh Ninh Thuận

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

Học viên thực hiện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 2

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.2.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

1.3.1 Phương pháp luận 3

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 5

1.4 Ý nghĩa đề tài 6

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 6

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 7

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TỈNH NINH THUẬN VÀ LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG 8

2.1 Điều kiện tự nhiên 8

2.1.1 Vị trí địa lý 8

2.1.2 Đặc điểm địa hình 9

2.1.3 Đặc điểm đất đai 9

2.1.4 Thảm thực vật 12

2.1.5 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 12

2.1.6 Biến đổi khí hậu 16

2.2 Tình hình kinh tế-xã hội 21

2.2.1 Dân số, lao động, việc làm và đời sống dân cư 21

2.2.2 Hiện trạng phát triển các ngành kinh tế chính 21

2.3 Hiện trạng khô kiệt dòng chảy và hạn há tại tỉnh Ninh Thuận 22

2.3.1 Khái niệm khô hạn và bán khô hạn 22

2.3.2 Hiện trạng khô kiệt dòng chảy tại tỉnh Ninh Thuận 23

2.4 Giải pháp ứng phó hiện trạng khô kiệt dòng chảy và hạn hán tại tỉnh Ninh Thuận 28

2.5 Những nghiên cứu đã thực hiện ở Ninh Thuận 29

2.6 Đánh giá chung 30

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CÁC MÔ HÌNH THỦY VĂN VÀ MÔ HÌNH KHÁI NIỆM MƯA-DÒNG CHẢY GR4J 32

3.1 Tổng quan nghiên cứu mô hình thủy văn 32

3.1.1 Mô hình thủy văn 32

3.1.2 Mô hình mưa-dòng chảy 40

3.1.3 Ứng dụng của mô hình khái niệm mưa dòng chảy 45

3.2 Mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J 46

3.2.1 Lịch sử phát triển mô hình GR4J 46

3.2.2 Cấu trúc mô hình GR4J 46

3.2.3 Phần mềm chạy mô hình 51

3.2.4 Các ứng dụng của mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J 52

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GR4J TẠI LƯU VỰC SÔNG CÁI TỈNH NINH THUẬN 53

4.1 Các số liệu đầu vào 53

4.1.1 Xác định lượng xả đập thủy điện Đa Nhim vào lưu vực sông CPR 53

4.1.2 Xác định các trạm đo 54

4.1.3 Số liệu đầu vào 55

4.2 Các tiêu chí đánh giá mô hình 58

4.2.1 Các hàm mục tiêu được sử dụng hiệu chỉnh mô hình 58

4.2.2 Xác định hàm tối ưu cho tham số trong Source 60

4.3 Các bước chạy mô hình 62

4.3.1 Thiết lập lưu vực 62

4.3.2 Chọn mô hình mưa dòng chảy và thiết lập số liệu đầu vào 63

4.3.3 Hiệu chỉnh mô hình GR4J 64

4.3.4 Kiểm định mô hình GR4J 67

4.3.5 Dự báo dòng chảy bằng mô hình GR4J 68

4.4 Các trường hợp tính toán 70

4.4.1 Phân tích độ nhạy các tham số x1, x2, x3, x4 trong mô hình GR4J 70

4.4.2 Trường hợp 1: Đánh giá khả năng mô phỏng của GR4J cho lưu vực CPR ở nhiều thời đoạn khác nhau 72

4.4.3 Trường hợp 2: Đánh giá khả năng mô phỏng của GR4J cho lưu vực CPR tại các vị trí khác nhau 72

4.4.4 Trường hợp 3: Mô phỏng dòng chảy bằng GR4J tại điểm ra của lưu vực sông CPR 72

4.4.5 Trường hợp 4: Dự báo dòng chảy cho lưu vực sông CPR trong điều kiện

BĐKH 73

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74

5.1 Phân tích kết quả 74

5.1.1 Phân tích độ nhạy các tham số mô hình 74

5.1.2 Đánh giá khả năng mô phỏng của GR4J tại trạm Tân Mỹ ở nhiều thời đoạn khác nhau (Trường hợp 1) 76

5.1.3 Đánh giá khả năng mô phỏng của GR4J cho lưu vực sông CPR tại các vị trí khác nhau (Trường hợp 2) 80

5.1.4 Mô phỏng dòng chảy tại điểm cửa ra của hệ thống sông Cái Phan Rang (Trường hợp 3) 82

5.1.5 Đánh giá khả năng dự báo dòng chảy của GR4J cho lưu vực sông Cái Phan Rang trong điều kiện biến đổi khí hậu (Trường hợp 4) 85

5.2 Thảo luận 87

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

6.1 Kết luận 90

6.2 Kiến nghị 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 98

PHỤ LỤC 106

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1 Thảm phủ thực vật lưu vực sông Cái Phan Rang [15] 12

Bảng 2-2 Nhiệt độ không khí trung bình tại trạm quan trắc Phan Rang giai đoạn 2011-2014 [16] 13

Bảng 2-4 Biến đổi của lượng mưa một ngày lớn nhất năm tỉnh Ninh Thuận so với thời kỳ cơ sở so với kịch bản tổ hợp các mô hình thành phần [18] 20

Bảng 2-5 Thống kê thiệt hại do hạn hán tại tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 2002-2003 [18] 24

Bảng 2-6 Bản đồ phân vùng hạn hán tại tỉnh Ninh Thuận trong giai đoạn 2000-2014 [12] 27

Bảng 3-1 Đặc điểm mô hình mưa-dòng chảy phân theo cấu trúc vật lý [6] 35

Bảng 3-2 Đặc điểm mô hình mưa-dòng chảy thay đổi theo không gian [6] 40

Bảng 3-3 Các tham số mô hình GR4J và giá trị mặc định [45] 50

Bảng 3-4 Giá trị trung bình và khoảng tin cậy của các tham số mô hình [45] 51

Bảng 4-1 Vị trí các trạm đo khí tượng, thủy văn tại tỉnh Ninh Thuận [16] 54

Bảng 4-2 Tổng hợp chuỗi dữ liệu thu thập tại các trạm khí tượng, thủy văn lưu vực sông Cái Phan Rang 56

Bảng 4-3 Số liệu và trạm khí tượng, thủy văn được sử dụng mô phỏng và dự báo dòng chảy trong mô hình GR4J 57

Bảng 4-4 Xác định số vòng lặp thích hợp cho mô hình GR4J 62

Bảng 4-5 Phân chia tiểu lưu vực cho lưu vực sông CPR trong Source 63

Bảng 5-1 Kết quả kiểm định mô hình GR4J tại trạm Tân Mỹ giai đoạn năm 1998-2000 và năm 2001-2004 79

Bảng 5-2 Sự thay đổi lượng mưa ở từng trạm đo năm 2030 theo 2 kịch bản BĐKH RCP4.5 và RCP8.5 85

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1 Sơ đồ quy trình thực hiện nghiên cứu 4

Hình 2-1 Vị trí lưu vực song Cái [1] 8

Hình 2-2 Bản đồ đất tỉnh Ninh Thuận [14] 10

Hình 2-3 Hệ thống song Cái Phan Rang, tỉnh Ninh Thuận [17] 14

Hình 2-4 Xu thế biến đổi của nhiệt độ không khí trung bình năm giai đoạn 1994-2014 tại trạm khí tượng Phan Rang 16

Hình 2-5 Xu thế biến đổi tổng lượng mưa năm giai đoạn 1994-2014 17

Hình 2-6 Xu thế biển đổi của tổng lượng bốc hơi năm giai đoạn 1994-2014 17

Hình 2-7 Xu thế biến đổi của độ ẩm trung bình giai đoạn 1994-2014 18

Hình 3-1 Cấu trúc không gian của mô hình mưa-dòng chảy A: Mô hình “tập trung dòng chảy” B: Mô hình bán phân tán theo lưu vực phụ C: Mô hình phân tán theo dạng lưới [6] 37

Hình 3-2 Sơ đồ cấu trúc mô hình khái niệm GR4J [45] 48

Hình 4-1 Vị trí các trạm khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông CPR 55

Hình 4-2 Các hàm tối ưu hóa trong phần mềm Source 61

Hình 4-3 Lựa chọn mô hình mưa dòng chảy và thiết lập tham số ban đầu 63

Hình 4-4 Lựa chọn mục tiêu hiệu chỉnh và hàm mục tiêu 64

Hình 4-5 Xác định khoảng thời gian hiệu chỉnh mô hình 65

Hình 4-6 Cách xác định “bộ tham số tích hợp” 65

Hình 4-7 Hiệu chỉnh mô hình GR4J trên phần mềm Source 66

Hình 4-8 Kết quả chạy hiệu chỉnh mô hình GR4J 67

Hình 4-9 Kiểm định mô hình GR4J 68

Hình 4-10 Dự báo dòng chảy tại nút dòng vào theo kịch bản 68

Hình 4-11 Sơ đồ chạy mô hình GR4J trên phần mềm Source 69

Hình 4-12 Lượng bốc hơi hàng ngày tại trạm thủy văn Phan Rang giai đoạn năm 2005-2008 70

Hình 4-13 Biểu đồ a) Lượng mưa và b) Lưu lượng dòng chảy tại trạm Tân Mỹ từ năm 2005 đến 2008 71

Hình 4-14 Biểu đồ lượng mưa ngày tại trạm Sông Pha; Khánh Sơn; Phước Bình

trong giai đoạn từ năm 2005-2008 71

Hình 5-1 Độ nhạy của tham số x1 ảnh hưởng đến hệ số NSE 74

Hình 5-2 Độ nhạy của tham số x2 ảnh hưởng đến hệ số NSE 74

Hình 5-3 Độ nhạy tham số x3 ảnh hưởng đến hệ số NSE 75

Hình 5-4 Độ nhạy x4 ảnh hưởng đến hệ số NSE 75

Hình 5-5 Tiểu lưu vực Tâm Mỹ trong lưu vực sông CPR trên Source 76

Hình 5-6 Kết quả chạy hiệu chỉnh mô hình GR4J tại trạm Tân Mỹ trong thời đoạn 2005-2008 76

Hình 5-7 Kết quả mô phỏng dòng chảy tại trạm Tân Mỹ trong quá trình chạy hiệu chỉnh mô hình 77

Hình 5-8 Lưu lượng mô phỏng và thực đo tại trạm Tân Mỹ thời đoạn 1998-2000 và 2001-2004 78

Hình 5-9 Hệ số tương quan giữa lưu lượng mô phỏng và thực đo tại trạm Tân Mỹ thời đoạn 1998-2000 và 2001-2004 79

Hình 5-10 Tiểu lưu vực Phước Hòa của hệ thống sông Cái Phan Rang trong phần mềm Source 80

Hình 5-11 Kết quả kiểm định mô hình GR4J tại trạm Phước Hòa giai đoạn 2013- 2015, sử dụng bộ tham số của trạm Tân Mỹ giai đoạn 2005-2008 81

Hình 5-12 Diễn biến dòng chảy mặt theo ngày tại điểm ra của lưu vực sông CPR cho giai đoạn 1998-2015 82

Hình 5-13 Lưu lượng trung bình mùa khô tại điểm cửa ra của lưu vực sông Cái Phan Rang giai đoạn 1998-2015 83

Hình 5-14 Lưu lượng trung bình tháng nhiều năm tại điểm cửa ra của lưu vực sông Cái Phan Rang 84

Hình 5-15 Lưu lượng trung bình mùa mưa tại điểm cửa ra của lưu vực sông Cái Phan Rang giai đoạn 1998-2015 84

Hình 5-16 Dòng chảy tại trạm Tân Mỹ dưới tác động của biến đổi khí hậu năm 2030 86

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AWBM : Mô hình cân bằng nước của Úc (Australian Water Balance Model)

TN&MT : Tài nguyên và Môi trường

DEM : Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model)

GIS : Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

GRDP : Tổng sản phẩm trong khu vực (Gross Regional Domestic Product)

HEC : Trung tâm kĩ thuật thủy văn (Hydrologic Engineering Center)

HMS : Hệ thống mô hình thủy văn (Hydrologic Modeling System)

HRU : Đơn vị phản ứng thủy văn (Hydraulic Respone Units)

NDRI :Viện nghiên cứu phát triển Nepal (Nepal Development

ResearchInstitute)

NSE : Hệ số Nash-Sutcliffe Efficiency

SCE : Shuffled Complex Evolution

SWAT : Công cụ đánh giá nước trong đất (Soil and Water Assessment Tool)

TNHH MTV : Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

URS : Uniform Random Sampling

VB : Hệ số sai số thể tích (Volume Bias)

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nguồn nước mặt nói chung có vai trò quyết định trong việc phát triển kinh

tế-xã hội của Việt Nam, đặc biệt đối với tỉnh có nguồn nước khan hiếm bậc nhất như Ninh Thuận Nguồn nước mặt ở Ninh Thuận hiện nay đang đáp ứng đến 76.40% nhu cầu sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt cho người dân trên địa bàn tỉnh [1] Tuy nhiên, với đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa khô nóng, trữ lượng nước và dòng chảy tại Ninh Thuận phân bố không đều giữa các mùa trong năm Mùa mưa chỉ kéo dài ba tháng (từ tháng 9 đến tháng 11) nhưng lượng mưa trung bình lại chiếm 56.60% lượng mưa cả năm [1] Điều này dẫn đến dòng chảy mặt ở khu vực Ninh Thuận khá phong phú trong mùa mưa nhưng nhiều sông, suối lại bị khô kiệt trong suốt 9 tháng mùa khô

Trong những năm gần đây, tình trạng cạn kiệt dòng chảy ở Ninh Thuận càng trở nên nghiêm trọng dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH), thông qua các hiện tượng thời tiết cực đoan Số ngày nắng nóng trong mùa khô ở tỉnh tăng bất thường trên 80 ngày và nhiệt độ trung bình năm có xu hướng tăng 0.03oC trong một thập kỉ qua [2] Hậu quả là nhiều sông, suối trên địa bàn tỉnh đã giảm mực nước, thậm chí bị tắt dòng như năm 2016 [3] dẫn đến lượng nước chảy vào các hồ chứa ngày một ít đi và trữ lượng nước trong các hồ cũng đối mặt với tình trạng cạn kiệt Điển hình vào đầu năm 2018, tổng dung tích của 20 hồ chứa trong tỉnh chỉ còn khoảng 50 triệu m3 nước so với 194 triệu m3 nước như được thiết kế tại cùng thời điểm các năm trước; trong đó, mực nước của 14/20 hồ sắp và đang ở mực nước chết [4]

Để giải quyết tình trạng phân bố dòng chảy không đồng đều và nguy cơ cạn kiệt của dòng chảy, Ninh Thuận cần có nhiều biện pháp để nâng cao hiệu quả quản

lý và khai thác tổng hợp nguồn nước, đặc biệt là công tác xác định và dự báo dòng chảy Một trong những giải pháp đang được khuyến khích hiện nay cho vấn đề này

là ứng dụng các mô hình thủy văn vì đây là công cụ hỗ trợ đắc lực cho mô phỏng và

dự báo dòng chảy Các mô hình thủy văn cũng có khả năng giải quyết các vấn đề về

sự hạn chế của dữ liệu thủy văn cũng như thời gian tính toán [5]

Với những lý do nêu trên, đề tài “Dự báo diễn biến dòng chảy dưới tác động

biến đổi khí hậu tại vực khô hạn và bán khô hạn tại tỉnh Ninh Thuận bằng mô hình khái niệm mưa dòng chảy GR4J” cần được thực hiện, nhằm nâng cao năng lực dự

báo sự thay đổi dòng chảy của các con sông trong tỉnh, hướng đến khuyến nghị các giải pháp sử dụng nước hiệu quả và bền vững cho tỉnh Ninh Thuận trong tương lai Phần còn lại của luận văn được bố cục như sau:

Chương 1: Khái quát về điều kiện tự nhiên và tình hình kinh tế-xã hội của

tỉnh Ninh Thuận; trong đó có đánh giá hiện trạng hạn hán, sự thay đổi dòng chảy, và công tác quản lý nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu về mô hình thủy văn và mô hình khái

niệm mưa-dòng chảy GR4J trong việc mô phỏng và dự báo dòng chảy tại khu vực khô hạn và bán khô hạn trên thế giới và tại Việt Nam

Chương 3: Ứng dụng mô hình GR4J để mô phỏng và dự báo dòng chảy cho

lưu vực sông Cái Phan Rang tỉnh Ninh Thuận

Chương 4: Phân tích, đánh giá các kết quả mô phỏng, dự báo dòng chảy; từ

đó đề xuất các khuyến nghị để hỗ trợ công tác quản lý nguồn nước tại khu vực khô hạn và bán khô hạn tại tỉnh Ninh Thuận trong mùa khô

Chương 5: Tóm tắt các kết luận chính của đề tài, đồng thời đưa ra các khuyến

nghị

1.2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Dự báo diễn biến dòng chảy trong tương lai tại khu vực khô hạn và bán khô hạn bằng mô hình GR4J phục vụ công tác quản lý hiệu quả nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận

1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Diễn biến dòng chảy trên hệ thống lưu vực sông Cái Phan Rang (CPR) tỉnh Ninh Thuận

1.2.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, các nội dung (ND) sau sẽ được thực hiện:

ND1: Tổng quan và đánh giá hiện trạng hạn hán, sự thay đổi dòng chảy, và công tác quản lý nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận; tổng quan về mô phỏng và dự báo dòng chảy tại khu vực khô hạn và bán khô hạn bằng mô hình GR4J trên thế giới và tại Việt Nam

ND2: Phân tích và đánh giá diễn biến dòng chảy thông qua mô hình GR4J cho các trường hợp tính toán;

ND3: Đề xuất ứng dụng mô hình vào công tác quản lý nguồn nước tại khu vực khô hạn và bán khô hạn tại tỉnh Ninh Thuận trong mùa khô

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp luận

Với mục tiêu nghiên cứu khả năng ứng dụng của mô hình GR4J vào dự báo

sự biến đổi dòng chảy trong công tác quản lý nguồn nước tại lưu vực sông CPR tỉnh Ninh Thuận, một số phương pháp đã được áp dụng để hỗ trợ các quá trình phân tích, xử lý số liệu đầu vào; so sánh và phân tích kết quả tính toán Các phương pháp được trình bày cụ thể trong các mục sau:

Hình 1-1 Sơ đồ quy trình thực hiện nghiên cứu

Cụ thể trình tự thực hiện nghiên cứu như sau:

1 Xác định vấn đề cần nghiên cứu là bước đầu tiên và khá quan trọng trong nghiên cứu này Việc này được thực hiện thông qua phân tích tổng quan các vấn đề cần giải quyết trong vùng nghiên cứu như chất lượng nước, trữ lượng nước, tác động của BĐKH, diễn biến dòng chảy, và tình hình hạn hán; đồng thời xem xét các giải pháp ứng dụng mô hình để giải quyết vấn đề

2 Kế đến, cần thu thập thông tin, dữ liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu Đối với vấn đề dự báo dòng chảy bằng mô hình GR4J thì các dữ liệu cần thiết gồm dữ liệu khí tượng (mưa, bốc hơi), thủy văn (dòng chảy), các loại đất và bản đồ số cao độ của khu vực nghiên cứu

3 Bước tiếp theo là mô phỏng dòng chảy bằng mô hình GR4J thông qua việc hiệu chỉnh mô hình trên phần mềm Source sử dụng hệ số hiệu suất mô hình NASH để tìm ra bộ 4 tham số tối ưu của X1, X2, X3, X4 (xem định nghĩa của các tham số này trong mục 3.2.2.3) Trong bước này, mô hình ban đầu sẽ

mô phỏng dòng chảy từ các dữ liệu mưa và bốc hơi theo ngày cùng với 4 tham số được giả định Nếu kết quả của lần mô phỏng này có hệ số NASH thấp (<0.5) thì phần mềm Source sẽ tự động thay đổi giá trị 4 tham số và chạy lại mô hình GR4J Quá trình này sẽ được lặp lại cho tới khi hệ số NASH đạt giá trị tốt nhất (tiến tới 1) Khi đó, 4 tham số tìm được trong lần chạy cuối cùng chính là 4 tham số tối ưu nhất của GR4J để mô phỏng dòng chảy cho khu vực Ninh Thuận

4 Trong bước này, mô hình xây dựng ở Bước 3 sẽ được kiểm nghiệm bằng cách so sánh chuỗi dữ liệu dòng chảy thực đo với kết quả của mô hình, trong

đó hệ số tương quan sẽ được sử dụng như một tiêu chuẩn so sánh Nếu hệ số tương quan nằm trong khoảng 0,7-1, thì các giá trị thực đo và kết quả mô hình là tương đồng, và khi đó có thể kết luận mô hình GR4J có khả năng mô phỏng tốt dòng chảy tại khu vực Ninh Thuận

5 Bước cuối cùng là dự báo sự thay đổi dòng chảy trong tương lai của các con sông trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận theo các kịch bản khác nhau với bộ tham

số tối ưu và kiến nghị các giải pháp thích hợp để giải quyết vấn đề hiện trạng trong khu vực

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

a Phương pháp mô hình

Nghiên cứu này sử dụng mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J để dự báo diễn biến dòng chảy cho khu vực khô hạn và bán khô hạn tỉnh Ninh Thuận, với quy trình thực hiện gồm: Dòng chảy ban đầu sẽ được tính toán và mô phỏng dựa trên mối quan hệ tương quan lý thuyết giữa lượng mưa, lượng bốc hơi và dòng chảy (đây là bộ dữ liệu đầu vào của mô hình); Sau khi được mô phỏng, dòng chảy sẽ được kiểm định với chuỗi số liệu thực đo để đánh giá mức độ sai số trong quá trình

mô phỏng của mô hình; từ đó hiệu chỉnh và tìm ra bộ thông số tốt nhất cho công tác

dự báo dòng chảy trong tương lai, chi tiết được trình bày tại Chương 4

b Phương pháp tổng quan tài liệu

Phương pháp này được sử dụng để tổng hợp các tài liệu hạn hán, hiện trạng quản lý môi trường nước trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận và thu thập số liệu khí tượng thủy văn phục vụ việc chạy mô hình

c Phương pháp thống kê và xử lý dữ liệu

Dựa vào phương pháp này, các số liệu thủy văn ban đầu và kết quả tính toán được thống kê, lưu trữ và biểu diễn thành dạng bảng và biểu đồ Riêng với các số liệu đầu vào của mô hình được xử lý sơ bộ trước khi sử dụng để hạn chế sai số do

dữ liệu bị thiếu hoặc không theo định dạng yêu cầu của mô hình

d Phương pháp so sánh

Phương pháp này được sử dụng trong nội dung phân tích và so sánh kết quả

mô phỏng Khi đó các giá trị dòng chảy mô phỏng được so sánh với giá trị dòng chảy thực đo hoặc các kết quả được so sánh với kết quả của các nghiên cứu trước đây để kiểm nghiệm hiệu suất của mô hình GR4J; từ đó làm cơ sở cho kết quả dự báo diễn biến dòng chảy cho tương lai và đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả nguồn nước tại Ninh Thuận

e Phương pháp phân tích hệ thống

Phương pháp này được sử dụng để phân tích các thành phần và các bước thực hiện nghiên cứu và mối quan hệ giữa chúng nhằm hoàn thành tất cả các nội dung nghiên cứu một cách logic và hợp lý Phương pháp này cũng được sử dụng để phân tích kết quả tính toán từ mô hình GR4J cho các kịch bản thay đổi dòng chảy khác nhau

1.4 Ý nghĩa đề tài

1.4.1 Ý nghĩa khoa học

GR4J là một mô hình khái niệm mưa dòng chảy khá mới nhưng có tính ứng dụng cao Nhờ việc sử dụng ít tham số, mô hình đã được ứng dụng để tính toán cho nhiều vấn đề và lưu vực khác như mô phỏng và dự báo dòng chảy, tính cân bằng nước cho vùng lũ hay vùng ngập nước Đặc biệt, GR4J cho kết quả tương đối tốt

đối với vùng khô hạn và bán khô hạn Tuy nhiên, như đã đề cập trong 3.1.3, mô hình này hầu như chưa được ứng dụng ở Việt Nam Vì vậy, nghiên cứu này sẽ là cơ

sở ban đầu cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc ứng dụng mô hình GR4J cho các vùng khác ở nước ta

Ngoài ra, nghiên cứu này cũng đã đưa ra được bộ tham số tối ưu của mô hình GR4J cho khu vực có đặc tính khô hạn hoặc bán khô hạn như tỉnh Ninh Thuận Vì vậy, nó sẽ góp phần giảm bớt thời gian hiệu chỉnh mô hình khi ứng dụng GR4J cho các lưu vực tương tự như hệ thống sông CPR

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu mô phỏng và dự báo dòng chảy có ý nghĩa quan trọng, góp phần

hỗ trợ công tác quản lý nguồn nước mặt theo hướng bền vững hơn cho một vùng khan hiếm nguồn nước như Ninh Thuận Kết quả của nghiên cứu này cho thấy sự thay đổi dòng chảy cả trong quá khứ và tương lai cho toàn lưu vực đặc biệt và vùng

hạ lưu của sông CPR Kết quả này được mong đợi giúp các cơ quan chức năng của tỉnh Ninh Thuận nhận biết được thực trạng và diễn biến dòng chảy hiện nay hạ lưu sông CPR ở trong tương lai toàn lưu vực, từ đó có những giải pháp quản lý nguồn nước phù hợp hơn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TỈNH NINH THUẬN VÀ LƯU VỰC SÔNG

CÁI PHAN RANG 2.1 Điều kiện tự nhiên

2.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Cái có vị trí địa lý 11o23’00”-12o10’00” vĩ Bắc và 108o

20’30”-109o30’00” kinh Đông (Hình 1-1), với dòng chảy bắt nguồn từ vùng núi cao Lâm Đồng hướng theo phía Tây Bắc-Đông Nam và đổ ra biển Đông tại cửa biển Đông Giang-Tp Phan Rang, Ninh Thuận [12] Lưu vực sông Cái có diện tích tự nhiên vào khoảng 3,043km2, thuộc địa phận các tỉnh Khánh Hòa, Lâm Đồng, và Ninh Thuận; trong đó, phần lưu vực thuộc Ninh Thuận (gọi là lưu vực sông Cái Phan Rang) chiếm đến 82% toàn hệ thống sông Cái và 74% toàn tỉnh Ninh Thuận

Hình 2-1 Vị trí lưu vực song Cái [1]

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Lưu vực sông CPR được bao bọc bởi đồi núi theo 3 hướng Bắc, Tây và Tây Nam, với hướng dốc thấp dần từ Tây sang Đông và từ Tây Bắc sang Đông Nam Lưu vực có 3 dạng địa hình chính: đồng bằng ven biển, đồi thấp và núi cao; trong

đó, vùng đồi thấp và núi cao có độ cao trung bình từ 200-1,000m [13] độ dốc bình quân đạt đến 17.70% ảnh hưởng đến sự phát triển mạng lưới sông, suối và mật độ sông trung bình chỉ khoảng 0.55 km/km2 [1]

Địa hình lưu vực sông tại đoạn đi qua vùng trung lưu Tân Sơn đến Tân Mỹ mở rộng độ dốc lớn, lòng sông có nhiều đá tảng; một số nơi giữa đoạn sông có bãi bồi Đoạn sông từ Tân Mỹ về xuôi có dòng chảy êm, đi qua vùng đồi thấp và đồng bằng Phan Rang nhỏ hẹp và một số nơi trong lòng sông có đá lởm chởm, bãi cát

 Nhóm đất đỏ và xám nâu vùng bán khô hạn

Nhóm đất đỏ và xám nâu vùng bán khô hạn có diện tích bao phủ khá lớn, với quy mô lên đến 99,09ha, chiếm 29.49% diện tích tự nhiên toàn tỉnh Ninh Thuận Tuy nhiên, nhóm đất này tập trung chủ yếu ở bậc thềm cao, phẳng trước núi và một

ít tại đồi núi thấp ở các huyện: Ninh Hải (13,14ha), Ninh Phước (29,56ha), Bác Ái (24,18ha), Ninh Sơn (31,77ha), và Tp Phan Rang-Tháp Chàm (448ha) Nhóm đất này có hàm lượng dinh dưỡng cho cây trồng nghèo nàn, phân bố tại khu vực có địa hình đồi núi nhấp nhô, khí hậu vùng bán khô hạn, khan hiếm về nguồn nước nên thực vật chủ yếu là cây lùm bụi xen cỏ dại

Hình 2-2 Bản đồ đất tỉnh Ninh Thuận [14]

 Nhóm đất phù sa

Diện tích của nhóm đất phù sa là 23,39ha, chiếm đến 6.96% diện tích tự nhiên,

có nguồn gốc hình thành từ sông hoặc sông-biển và không bị nhiễm mặn Phần lớn nhóm đất này tập trung tại vùng đồng bằng Phan Rang-Tháp Chàm và thung lũng Krong Pha; một số ít phân bố rải rác ven sông suối Cụ thể tại các huyện: Ninh Hải (3,57ha), Ninh Phước (11,44ha), Bác Ái (1,57ha), Ninh Sơn (2,89ha), và Tp Phan Rang-Tháp Chàm (3,94ha)

 Nhóm đất xói mòn trơ sỏi đá

Nhóm đất xói mòn trơ sỏi có diện tích 14,47ha, chiếm 4.31% diện tích tự nhiên, phân bố chủ yếu ở khối núi dốc Cà Ná, núi Đèo Cả và sườn đông và tây khối núi Chúa Nhóm đất này phân bố ở các huyện sau: Ninh Hải (3,13ha), Ninh Phước (8,89ha), Bác Ái (1,25ha), và Ninh Sơn (1,21ha) Vì có tầng mỏng và tập trung chủ

yếu ở vùng có địa hình núi cao dốc nên nhóm đất này ít được sử dụng để phát triển nông nghiệp

 Nhóm bãi cát, cồn cát và đất cát biển

Nhóm đất này có diện tích 10,71ha, chiếm 3.19% diện tích đất tự nhiên và phân bố tập trung ở vùng ven biển, kéo dài theo hướng Đông Bắc-Tây Nam Với thành phần chính là cát, nhóm đất này có khả năng giữ nước và dinh dưỡng kém, và

độ phì nhiêu thấp Do đó, đa số bề mặt tại các khu vực của nhóm đất này không có thảm phủ hoặc chỉ có rừng cây phi lao, xương rồng, và rừng tràm phòng hộ Theo địa giới hành chính, nhóm đất cát biển tập trung tại huyện Ninh Phước (8,48ha), Ninh Hải (1,77ha) và TP Phan Rang-Tháp Chàm (461ha)

 Nhóm đất xám

Tại tỉnh Ninh Thuận, nhóm đất xám bạc màu có diện tích 10,03ha, chiếm 2.98% diện tích tự nhiên Nhóm đất xám được phân bố ở các huyện: Ninh Hải (2,19ha), Bác Ái (3,52ha), Ninh Sơn (3,24ha), Ninh Phước (2,97ha), và Tp Phan Rang-Tháp Chàm (476 ha) Nhóm đất xám có thành phần cơ giới từ nhẹ đến nặng, đất ít chua, các hàm lượng dinh dưỡng trong đất cao, nên thích hợp cho việc phát triển chuyên canh lúa nước, hay luân canh lúa nước với các loại cây trồng cạn hàng năm

 Nhóm đất mặn

Diện tích của nhóm đất mặn là 3,67ha, chiếm 1.09 % diện tích đất tự nhiên; gồm loại đất có nguồn gốc từ biển, sông biển hoặc biển-đầm lầy Thành phần cơ giới của nhóm đất này mịn hơn cát mịn pha thịt, xuất hiện trong vòng 100cm ở một phụ tầng Nhóm đất mặn phân bố tập trung ở khu vực địa hình thấp của các huyện Ninh Hải (2,68ha), Ninh Phước (835ha), và Tp Phan Rang-Tháp Chàm (148ha)

 Nhóm thung lũng do sản phẩm dốc tụ

Nhóm đất dốc tụ có diện tích 3,11ha, chỉ chiếm 0.92% diện tích đất tự nhiên, được phân bố thành dải hẹp ven hợp thủy và ở các thung lũng vùng đồi núi Nhóm đất này tập trung ở các huyện Ninh Hải (705ha), Bác Ái (2,34ha) và Ninh Sơn (58ha) Đất dốc tụ có độ phì khá, ít chua lại phân bố tại vùng địa hình thấp nên hiện

nay được người dân sử dụng cho canh tác một vụ lúa và phần ít diện tích đất còn lại

là cây hoa màu lương thực

2.1.4 Thảm thực vật

Thảm thực vật là một trong những yếu tố tác động lớn đến tổng lượng và tốc

độ dòng chảy mặt, cũng như tốc độ thấm và bốc hơi nước Ở lưu vực sông Cái-Phan Rang, thảm phủ thực vật nhìn chung khá nghèo nàn Diện tích rừng tự nhiên ít, rừng

có tán lá rộng chỉ bao phủ khoảng 28% diện tích toàn lưu vực Lớp phủ bề mặt đất chủ yếu là cỏ xen lùm bụi, cỏ lùm bụi xen cây gỗ rải rác (xem Bảng 2-1) Vì vậy, có thể nói thảm phủ thực vật của lưu vực sông CPR ít ảnh hưởng đến việc giảm tốc độ tập trung dòng chảy cũng như khả năng thấm xuống tầng nước ngầm Các loại thực vật trên lưu vực sông CPR được thống kê như sau:

Bảng 2-1 Thảm phủ thực vật lưu vực sông Cái Phan Rang [15]

STT Đối tượng Diện tích (km2) Tỷ lệ diện tích

các tháng 1 và 12 (xem Bảng 2-2) Nhiệt độ trung bình chênh lệch giữa tháng lạnh nhất và tháng 9 nóng nhất từ 8-10oC và biên nhiệt độ ngày trung bình 7-9oC

Bảng 2-2 Nhiệt độ không khí trung bình tại trạm quan trắc Phan Rang

và tháng 3 hầu như không có mưa

 Lượng bốc hơi

Lượng bốc hơi tại lưu vực sông Cái hàng năm rất cao do sự ảnh hưởng của nền nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn, độ ẩm không khí thấp và giờ nắng nhiều Theo

thống kê trung bình nhiều năm, lượng bốc hơi đo được tại trạm Phan Rang đạt khoảng 2105mm/năm Vào những tháng mùa khô, lượng bốc hơi đo được là 171-221mm và thường đạt cực đại vào tháng 1; trong khi đó, vào tháng mùa mưa lượng bốc hơi giảm còn 111-141mm Sự chênh lệch lượng bốc hơi giữa tháng thấp nhất và cao nhất là 110mm

 Đặc điểm sông ngòi

Hệ thống sông CPR (Hình 2-3) là hệ thống sông chính, bao trùm gần hết tỉnh Ninh Thuận Hệ thống sông Cái có diện tích lưu vực sông thuộc địa phận tỉnh Ninh Thuận là 2,49km2, chiếm 82% tổng diện tích lưu vực sông chính

Hình 2-3 Hệ thống song Cái Phan Rang, tỉnh Ninh Thuận [17]

Trên hệ thống sông CPR, ngoài dòng chính sông Cái còn nhiều nhánh sông, suối lớn nhỏ như sông Sắt, sông Cho Mo và suối Ngang bên bờ trái và có sông Ông, sông Cha-sông Than, sông Quao và sông Lu phía bờ phải Ngoài ra, hệ thống sông ngòi trên địa bàn tỉnh Ninh thuận còn phải kể đến các sông suối độc lập khác như

sông Trâu, suối Bà Râu, suối Đồng Nha, suối Ông Kinh, suối Nước Ngọt, suối Núi Một và sông Quán Thẻ

Nhìn chung, phần lớn hệ thống sông ngòi ở Ninh Thuận có lưu vực tương đối nhỏ, hẹp và ngắn Khu vực thượng nguồn chủ yếu là rừng thưa rụng lá nên nguồn nước không được phong phú, kèm theo nhiều con sông, suối không có nước vào mùa khô Nhiều công trình thủy lợi đã được xây dựng như đập Nha Trinh, đập Lâm Cấm v.v… và một số kênh mương nhân tạo phục vụ tưới tiêu nông nghiệp

Tóm lại, nguồn nước mặt hiện nay trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận phụ thuộc chủ yếu vào chế độ mưa tự nhiên Vào mùa mưa, dòng chảy đáp ứng tương đối đầy đủ nhu cầu về nước của các hộ gia đình nhưng ngược lại, dòng chảy trên nhiều sông suối bị khô kiệt nghiêm trọng trong mùa khô, dẫn đến thiếu hụt nguồn nước phục vụ dân sinh, kinh tế

 Mạng lưới trạm thủy văn

Mạng lưới trạm thủy văn khu vực nghiên cứu khá thưa thớt Trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận và vùng phụ cận có trạm thủy văn Sông Lũy (trên sông Lũy thuộc Bình Thuận) và trạm đo mực nước Tân Mỹ (trên sông CPR thuộc Ninh Thuận) do Trung tâm Khí tượng-Thủy văn Quốc gia quản lý Ngoài ra, có một số trạm được thành lập

để phục vụ xây dựng công trình thủy lợi như Cà Giây, Sông Trâu, Đá Bàn v.v Các

trạm này quan trắc dòng chảy trong thời gian thi công Khi công trình chặn dòng thì trạm cũng dừng hoạt động

2.1.6 Biến đổi khí hậu

2.1.6.1 Xu thế biến đổi của các yếu tố khí hậu ở tỉnh Ninh Thuận

 Nhiệt độ

Trong giai đoạn 1994-2014, nhiệt độ không khí trung bình năm ở tỉnh Ninh Thuận có xu thế tăng nhẹ với tốc độ 0.03oC/thập kỷ (Hình 2-4) Tuy nhiên, nhiệt độ không khí trung bình có sự khác nhau giữa các mùa trong năm Nhiệt độ không khí

ở Ninh Thuận thể hiện xu thế tăng nhẹ trong mùa hè, mùa thu, mùa đông và thể hiện

xu thế giảm nhẹ trong mùa xuân

Hình 2-4 Xu thế biến đổi của nhiệt độ không khí trung bình năm giai đoạn

1994-2014 tại trạm khí tượng Phan Rang

 Lượng mưa

Trong 20 năm qua, lượng mưa năm ở tỉnh Ninh Thuận có xu thế tăng với tốc

độ 13.60mm/năm (Hình 2-5) Lượng mưa mùa xuân, mùa hè, mùa thu có xu thế tăng rõ rệt với tốc độ lần lượt là 5.40mm; 1.60mm; 7.20mm/năm Trong khi đó, lượng mưa mùa đông lại có xu thế giảm nhẹ với tốc độ 0.02mm/năm

Hình 2-5 Xu thế biến đổi tổng lượng mưa năm giai đoạn 1994-2014

 Bốc hơi

Tổng lượng bốc hơi năm trong giai đoạn 1994-2014 (Hình 2-6) có xu thế tăng với tốc độ 45mm/thập kỷ Tuy nhiên, với hệ số tương quan rất nhỏ nên phương trình xu thế không thể hiện độ chính xác cao, có nghĩa là tổng lượng bốc hơi năm không thể hiện xu thế tăng hay giảm rõ ràng

Hình 2-6 Xu thế biển đổi của tổng lượng bốc hơi năm giai đoạn 1994-2014

 Độ ẩm

Trong thời kỳ 1994-2014, độ ẩm tương đối trung bình năm tỉnh Ninh Thuận (Hình 2-7) có xu thế giảm nhẹ với tốc độ từ 1-2%/thập kỷ và có xu thế tăng nhẹ trong các mùa xuân và mùa hè với tốc độ khoảng 5%/thập kỷ

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Hình 2-7 Xu thế biến đổi của độ ẩm trung bình giai đoạn 1994-2014

2.1.6.2 Kịch bản biến đổi khí hậu cho tỉnh Ninh Thuận

 Về nhiệt độ

Theo kịch bản RCP4.5, so với giai đoạn trước (1986-2005), nhiệt độ trung bình năm trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận tăng trung bình 0.7°C (0.3 ÷ 1.2°C) vào đầu thế kỷ, tăng 1.4°C (0.9÷ 2.1°C) vào giữa thế kỷ, và tăng 1.9°C (1.2 ÷ 2.7°C) vào cuối thế kỷ Theo kịch bản RCP8.5, nhiệt độ trung bình năm tăng 0.8°C (0.5 ÷ 1.1°C) vào đầu thế kỷ, tăng 1.9°C (1.4 ÷ 2.7°C) vào giữa thế kỷ, và đến cuối thế kỷ, tăng 3.4°C (2.6 ÷ 4.5°C)

Bảng 2-3 Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm tỉnh Ninh Thuận so với giai

đoạn 1986-2005 [18]

Đơn vị: ( o C)

TT Trạm

Kịch bản RCP4.5 Kịch bản RCP8.5 2016-2035 2046-2065 2080-2099 2016-2035 2046-2065 2080-2099

1 Phan Rang

0.70 (0.40 ÷ 1.20)

1.40 (0.90 ÷ 2.10)

1.80 (1.30 ÷ 2.60)

0.80 (0.50 ÷ 1.10)

1.90 (1.40 ÷ 2.60)

3.30 (2.70 ÷ 4.30)

2 Sông Pha

0.60 (0.30 ÷ 1.00)

1.40 (1.00 ÷ 2.10)

1.90 (1.30 ÷ 2.60)

0.80 (0.60 ÷ 1.10)

1.90 (1.40 ÷ 2.60)

3.50 (2.70 ÷ 4.50)

3 Tân Mỹ

0.70 (0.40 ÷ 1.10)

1.40 (1.00 ÷ 2.10)

1.90 (1.30 ÷ 2.70)

0.80 (0.50 ÷ 1.10)

2.00 (1.40 ÷ 2.70)

3.50 (2.80 ÷ 4.50)

Tỉnh Ninh Thuận 0.70 (0.30 ÷

1.20)

1.40(0.90 ÷ 2.10)

1.90 (1.20 ÷ 2.70)

0.80 (0.50 ÷ 1.10)

1.90 (1.30 ÷ 2.70)

3.40 (2.60 ÷ 4.50)

 Về lượng mưa

Theo kịch bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa năm tăng trung bình 7.7% (-3.3%÷22.9%) so với giai đoạn 1986-2005 Vào giữa thế kỷ, lượng mưa năm tăng 11.7% (0.7%÷24.5%) Đến cuối thế kỷ, lượng mưa năm tăng 11.1% (-2.6%÷29.3%) Theo kịch bản RCP8.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa năm tăng 14.3% (3.5%÷29.1%) Vào giữa thế kỷ, lượng mưa năm tăng 9.4% (1.1%÷20%) Đến cuối thế kỷ, lượng mưa năm tăng 7.4% (-3.8%÷18.8%)

 Lượng mưa ngày

Theo kết quả tính toán về nước biển dâng của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, các lượng mưa năm, mưa mùa, mưa 1 ngày lớn nhất, 5 ngày lớn nhất đã được đề cập theo 2 kịch bản (RCP4.5 và RCP8.5)

Lượng mưa 1 ngày lớn nhất (Rx1day): Theo kịch bản RCP4.5, lượng mưa 1 ngày lớn nhất năm vào đầu thế kỷ tăng khoảng 31.1% (22.1 ÷ 56.4%), giữa thế kỷ tăng khoảng 48.2% (39.5 ÷ 61.1%) và đến cuối thế kỷ tăng khoảng 38.6% (30.6 ÷ 46.3%) so với thời kỳ cơ sở Theo kịch bản RCP8.5, vào đầu thế kỷ tăng khoảng 42.9% (35.9 ÷ 54.1%), giữa thế kỷ tăng khoảng 58.1% (40.2÷74.5%) và đến cuối thế kỷ tăng khoảng 36.9% (27.6 ÷ 47%)

Lượng mưa 5 ngày liên tiếp lớn nhất (Rx5day): Theo kịch bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa 5 ngày liên tiếp lớn nhất năm tăng khoảng 17.1% (7.4 ÷ 36.5%), giữa thế kỷ tăng khoảng 26.6% (17.1 ÷ 38.4%) và đến cuối thế kỷ tăng khoảng 22.5% (19.3 ÷ 29.4%) so với thời kỳ cơ sở Theo kịch bản RCP8.5, vào đầu thế kỷ tăng khoảng 23.4% (9.9 ÷ 36.8%), giữa thế kỷ tăng khoảng 29.2% (16.9 ÷ 42.5%) và đến cuối thế kỷ tăng khoảng 23.3% (10.7 ÷ 33%)

Bảng 2-4 Biến đổi của lượng mưa một ngày lớn nhất năm tỉnh Ninh Thuận so với thời kỳ cơ sở so với kịch bản tổ hợp các mô hình thành phần [18]

2.2 Tình hình kinh tế-xã hội

2.2.1 Dân số, lao động, việc làm và đời sống dân cư

Ước tính dân số trung bình năm 2018 đạt 612,40 người, tăng 0.89% so với năm 2017; tỉ lệ tăng tự nhiên 11.27%o; tỷ suất sinh thô 17.50%o; tỉ suất chết thô 6.23%o Cơ cấu nữ trong dân số là 303,57 người, chiếm 49.57% và dân số theo khu vực thành thị đạt 221,75 người, chiếm 36.21%

Theo báo cáo của Sở Lao động-Thương binh và Xã hội năm 2018, tỉnh đã giải quyết việc làm cho 16,67 lao động, tăng 0.79% so cùng kỳ và đạt 107.50% kế hoạch năm, trong đó: việc làm trong tỉnh đạt 6,61 lao động; lao động đi làm ngoài tỉnh đạt 9,86 lao động và có 202 lao động đi làm việc có thời hạn ở nước ngoài, tăng 37.40%

UBND tỉnh Ninh Thuận đã triển khai tổ chức đào tạo cho 9,20 người, đạt 108.3% kế hoạch, tăng 0.3% so với cùng kỳ năm 2017, trong đó đào tạo dài hạn đạt 1,27 người, đạt 100.50% kế hoạch: trình độ trung cấp đạt 380 người, cao đẳng nghề đạt 886 người, tuyển mới sơ cấp nghề và dạy nghề dưới 3 tháng đạt 7,94 người; trong đó lao động nông thôn đạt 2,90, đạt 111.60% kế hoạch

2.2.2 Hiện trạng phát triển các ngành kinh tế chính

Tổng sản phẩm trong tỉnh (GRDP) năm 2018 ước tăng 8.03% so với năm 2017; trong đó: khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản tăng 5.60%; khu vực công nghiệp và xây dựng tăng 14.71%; khu vực dịch vụ tăng 7.20%; thuế sản phẩm tăng 5.59% [19]

Trong khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản; ngành nông nghiệp tăng 0.92%

so với cùng kỳ năm trước; ngành lâm nghiệp tăng 5.42%; và ngành thủy sản đã khởi sắc tăng khá cao 10.31% [19]

Trong khu vực công nghiệp và xây dựng, ngành công nghiệp tăng 12.02% so với cùng kỳ năm trước, trong đó ngành khai khoáng tăng khá cao 33.12%; ngành công nghiệp chế biến, chế tạo tăng 11.83%; ngành công nghiệp sản xuất và phân phối điện, khí đốt… giảm 6.88%; và ngành xây dựng tăng 19.09% [19]

Trong khu vực dịch vụ, một số ngành có mức tăng trưởng cao gồm: Bán buôn

và bán lẻ tăng 7.55% so với cùng kỳ năm trước; vận tải kho bãi tăng 11.19%; dịch

vụ lưu trú và ăn uống tăng 8.84%; hoạt động thông tin và truyền thông tăng 8.92%; hoạt động tài chính, ngân hàng và bảo hiểm tăng 7.54%; hoạt động giáo dục và đào tạo, đạt mức tăng 6.21% [19]

Về cơ cấu kinh tế năm 2018, khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm tỷ trọng 35.77%; khu vực công nghiệp và xây dựng chiếm 20.28%; khu vực dịch vụ chiếm 38.08%; thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm chiếm 5.87% [19]

2.3 Hiện trạng khô kiệt dòng chảy và hạn há tại tỉnh Ninh Thuận

2.3.1 Khái niệm khô hạn và bán khô hạn

 Khô hạn

Hạn là hiện tượng khô không bình thường và được tạo thành do sự thiếu hụt nghiêm trọng của lượng mưa trong thời gian dài dẫn đến giảm lượng ẩm trong không khí, sụt giảm trữ lượng nước tại các hồ chứa và tầng chứa nước trong đất và làm suy kiệt dòng chảy tại các sông, suối [20] Nguyên nhân chính của hiện tượng hạn hán là do các yếu tố khí hậu và sự thay đổi của chúng Ngoài ra, hoạt động của con người như nhu cầu sử dụng nước tăng hay khai thác rừng đầu nguồn quá mức cũng được coi là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng hạn hán Hiện nay, theo Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) hạn hán được phân thành 4 loại sau:

+ Hạn khí tượng: là sự thiếu hụt nước trong một thời kỳ dài ít mưa

hoặc không có mưa;

+ Hạn nông nghiệp: là sự thiếu hụt mưa dẫn đến mất cân bằng lượng

nước thực tế trong đất và nhu cầu nước của cây trồng Bên cạnh đó, hạn nông nghiệp có liên quan đến điều kiện tự nhiên (địa hình, loại đất của khu vực) và điều kiện xã hội (chế độ canh tác nông nghiệp, hệ thống thủy lợi);

+ Hạn thủy văn: là khi nước dự trữ có thể dùng được trong các nguồn

như tầng ngầm, sông ngòi, hồ chứa tụt xuống mức thấp hơn mức trung bình được thống kê Điều này cũng có thể xảy ra ngay cả khi khu vực có lượng mưa trung bình, nhưng sử dụng nước tăng lên, làm thu hẹp mức dự trữ nước

+ Hạn kinh tế xã hội: Nước không đủ cung cấp cho nhu cầu của các

hoạt động kinh tế xã hội, đặc biệt là cho nhu cầu nước sinh hoạt, sản xuất của con người

Trong các loại hạn nêu trên, hiện tượng hạn hán ở Ninh Thuận được đánh giá gồm 3 loại chính là hạn khí tượng, hạn thủy văn và hạn nông nghiệp [21]

 Bán khô hạn

Bán khô hạn là hiện tượng lượng mưa trung bình năm ở một khu vực nhỏ hơn 600mm và được đặc trưng bởi kiểu sinh thái xavan Hệ sinh thái xavan là hệ sinh thái gồm trảng cỏ xen cây bụi, với một số loài cây thân gỗ nhỏ thưa thớt, xen kẽ các khoảnh đất đá trống trọc với rất nhiều khối đá lộ đầu trơ trụi Ở Việt Nam xavan bán khô hạn chiếm phần phía bắc tỉnh Bình Thuận và gần toàn bộ tỉnh Ninh thuận, đặc trưng nhất là vùng Cà Ná-Tuy Phong [22]

2.3.2 Hiện trạng khô kiệt dòng chảy tại tỉnh Ninh Thuận

Do tác động của khí hậu nhiệt đới gió mùa khô nóng của vùng, trữ lượng nước dòng chảy ở các con sông cũng như tại các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận biến đổi rõ rệt theo hai mùa Mùa mưa chỉ kéo dài 3 tháng nhưng lại chiếm đến 56% tổng lượng nước một năm của toàn lưu vực và lưu lượng ở các con sông cũng đạt đỉnh trong thời gian này [1] Trong khi đó, suốt 9 tháng mùa khô dòng chảy lại bị cạn kiệt gây áp lực rất lớn đến đời sống sinh hoạt, sản xuất của người dân trên địa bàn tỉnh

Theo thống kê của tỉnh trong 15 năm gần đây, những trận hạn đã gây thiệt hại rất lớn đến kinh tế và đời sống của nhân dân Các đợt hạn hán vào các năm 1997,

2002, và đặc biệt nghiêm trọng là hạn hán 2004-2005 và 2014-2016 diễn ra tập trung phía khu vực hạ nguồn (xem Hình 1-8), đã làm cho nhiều người dân lâm vào tình trạng thiếu ăn, do không đủ nước tưới cho sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sinh hoạt, cụ thể như sau:

 Hạn hán năm 2002-2003:

Vào năm 2002 lượng mưa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận chỉ đạt 1/3 200mm) so với lượng mưa trung bình nhiều năm, mùa mưa lại kết thúc sớm Sang năm 2003, từ đầu năm đến tháng 7 vẫn không có mưa kết hợp nắng nóng kèm nhiệt

(150-độ cao dẫn đến lượng bốc hơi lớn đã làm các sông suối, ao hồ đều bị cạn kiệt

Bảng 2-5 Thống kê thiệt hại do hạn hán tại tỉnh Ninh Thuận giai đoạn

Mất trắng Ha 460.00 612.50 200.00 2,303.40 1,184.00 4,559.90 Sản

lượng Tấn 2,280.00 2,435.00 1,000.00 14,700.00 8,830.00 28,915.00 Thành

Hạng

mục ĐV

Các huyện thị trên địa bàn Tỉnh

Tổng số thiệt hại Ninh Hải Ninh

thiệt hại Triệu 15,000.00 5,000.00 - - - 20,000.00

3 Thiếu nước sinh họat

hồ chứa trên địa bàn tỉnh cạn kiệt Thêm vào đó, nguồn nước cung cấp bổ sung từ

hồ Đơn Dương được xả thông qua đập thủy điện Đa Nhim cũng giảm từ 16-17m3/s xuống còn 7.85 m3/s so với cùng kỳ năm trước Điều này gây nên những thiệt hại nghiêm trọng cho nền nông nghiệp tỉnh Ninh Thuận, điển hình:

Về trồng trọt: kế hoạch gieo trồng vụ đông xuân 2004-2005 chỉ đạt 16.20%

và tổng diện tích gieo trồng đạt 64.50% so với cùng kỳ năm trước, trong đó: Cây lúa gieo được: 4,65ha, đạt 40.70% so với cùng kỳ năm trước; Cây ngô thực hiện: 1,25ha, đạt 10.70% kế hoạch cả năm; Rau đậu các loại: 2,01ha, đạt 20% kế hoạch

cả năm Trong quá trình điều tiết nước cho sản xuất, nhà máy thủy điện Đa Nhim xả không đều nên xảy ra tình trạng thiếu nước cục bộ ở một số vùng và tại thời điểm cao nhất có đến 54ha thiệt hại hoàn toàn

Về chăn nuôi: Tổng đàn gia súc (tháng 6/2005) trên toàn tỉnh có 230,68 con,

trong đó: trâu bò 110,68 con, dê cừu 120,01 con Do thiếu thức ăn nên gia súc đã có biểu hiện suy dinh dưỡng (50% đối với đàn bò; 30% đối với đàn dê cừu) Số lượng