Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy trạm đồng trăng sông cái nha trang tỉnh khánh hoà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY TRẠM ĐỒNG TRĂNG, SÔNG CÁI NHA TRANG TỈNH KHÁNH HO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

––––––––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

ĐẾN DÒNG CHẢY TRẠM ĐỒNG TRĂNG, SÔNG CÁI NHA TRANG

TỈNH KHÁNH HOÀ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

ĐẾN DÒNG CHẢY TRẠM ĐỒNG TRĂNG, SÔNG CÁI NHA TRANG

TỈNH KHÁNH HOÀ

Chuyên ngành: Thủy văn học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN NGỌC ANH

Hà Nội – 2017

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 1

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 12

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 12

1.1.1 Vị trí địa lý 12

1.1.2 Địa hình, địa mạo 12

1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 13

1.1.4 Thảm thực vật 15

1.1.5 Khí hậu 16

1.1.6 Thủy văn – Hải văn 17

1.1.7 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông 21

1.2 Đặc điểm kinh tế- xã hội 21

1.2.1 Tình hình kinh tế 21

1.2.2 Đặc điểm xã hội 23

1.3 Tổng quan về biến đổi khí hậu 23

1.3.1 Khái niệm 23

1.3.2 Biểu hiện về BĐKH 23

1.3.3 Kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu 29

1.4 Một số nghiên cứu tương tự và trên lưu vực sông Cái Nha Trang tỉnh Khánh Hoà 30

CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT 33

2.1 Xuất xứ của mô hình SWAT 33

2.2 Cấu trúc của mô hình 34

2.2.1 Pha đất của chu trình thuỷ văn 34

2.2.2 Pha diễn toán của chu trình thuỷ văn 35

2.3 Các quá trình thành phần trong mô hình SWAT 35

2.3.1 Quá trình hình thành dòng chảy mặt 35

2.3.2 Quá trình hình thành dòng chảy ngầm 48

2.3.3 Quá trình diễn toán dòng chảy trong sông 50

2.4 Các số liệu đầu vào và kết quả của mô hình 56

2.4.1 Các số liệu đầu vào của mô hình 56

2.4.2 Kết quả của mô hình 57

2.5 Các thông số của mô hình 57

2.5.1 Các thông số tính quá trình hình thành dòng chảy mặt 57

2.5.2 Các thông số tính toán dòng chảy ngầm 58

2.5.3 Các thông số diễn toán dòng chảy trong kênh 58

2.6 Đánh giá mô hình 58

2.7 Tiến trình mô phỏng SWAT 59

CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ TRẠM ĐỒNG TRĂNG, SÔNG CÁI NHA TRANG, TỈNH KHÁNH HÒA 61

3.1 Cơ sở dữ liệu 61

3.1.1 Số liệu mặt đệm 61

3.1.2 Số liệu khí tượng thủy văn 61

3.2 Thiết lập mô hình SWAT 62

3.3 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 69

3.3.1 Đánh giá mô hình 70

3.3.2 Các thông số mô hình 70

3.3.3 Kết quả hiệu chỉnh 71

3.3.4 Kiểm định mô hình 72

3.4 Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu

đến dòng chảy mùa lũ trạm Đồng Trăng sông Cái Nha Trang 74

3.5 Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến giá trị đỉnh lũ trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà 78

3.5.1 Hiệu chỉnh 83

3.5.2 Kiểm định 84

3.5.3 Ứng dụng mô hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến giá trị đỉnh lũ trạm Đồng Trăng sông Cái Nha Trang 87

3.6 Thảo luận 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ lưu vực sông Cái Nha Trang 13

Hình 1.2 Đường mực nước trận lũ lịch sử năm 2009 20

Hình 1.3 Đường mực nước trận lũ lớn năm 1998 20

Hình 1.4 Đường mực nước trận lũ lớn năm 2010 21

Hình 1.5.Chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu thời kỳ 1850-2012 (so với thời kỳ 1961-1990) 24

Hình 1.6 Chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu (o C) thời kỳ 1950-2015 24

Hình 1.7 Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1901-2012 25

Hình 1.8 Biến đổi của lượng mưa năm thời kỳ 1901-2010 và thời kỳ 1951-2010 26

Hình 1.9 Chuẩn sai nhiệt độ (oC) trung bình năm (a) và nhiều năm (b) trên quy mô cả nước 27

Hình 1.10 Chuẩn sai nhiệt độ trung bình năm (oC) đối với các trạm ven biển và hải đảo 28

Hình 1.11 Thay đổi nhiệt độ trung bình năm (o C) thời kỳ 1958-2014 28

Hình 1.12 Thay đổi lượng mưa năm (%) thời kỳ 1958-2014 28

Hình 2.1 Sự khác nhau giữa phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô phỏng theo phương trình Green và Ampt và trong thực tế 38

Hình 2.2 Hình dạng kênh chính hoặc kênh nhánh 51

Hình 2.3 Mô phỏng đoạn sông theo phương pháp Muskingum 54

Hình 2.4 Tiến trình mô phỏng của SWAT 60

Hình 3.1 Tiến trình chạy trong SWAT 62

Hình 3.2 Bản đồ DEM lưu vực sông Cái Nha Trang, trạm Đồng Trăng 63

Hình 3.3 Phân chia tiểu lưu vực khu vực nghiên cứu 65

Hình 3.4 Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Cái Nha Trang 66

Hình 3.5 Bản đồ thảm phủ lưu vực sông Cái Nha Trang 67

Hình 3.6 Hình ảnh kết quả mô phỏng dòng chảy mùa lũ 69

Hình 3.7 Dòng chảy bình quân ngày tính toán và thực đo trạm Đồng Trăng 71 Hình 3.8 Dòng chảy bình quân ngày tính toán và thực đo trạm Đồng Trăng 72 Hình 3.9 % Thay đổi lượng mưa theo mùa theo kịch bản RCP 4.5 75

Hình 3.10 % Thay đổi lượng mưa theo mùa theo kịch bản RCP 8.5 75

Hình 3.11 Thay đổi dòng chảy trung bình các tháng mùa lũ vào giữa thế kỷ, cuối thế kỷ so với giai đoạn nền theo kịch bản RCP 4.5 77

Hình 3.12 Thay đổi dòng chảy trung bình các tháng mùa lũ vào giữa thế kỷ, cuối thế kỷ so với giai đoạn nền theo kịch bản RCP 8.5 78

Hình 3.13 Dữ liệu mưa đầu vào thời đoạn tính toán ngắn hơn (theo giờ, phút, giây) trong mô hình SWAT 79

Hình 3.14 Cài đặt bước thời gian tính toán thời đoạn ngắn hơn (theo giờ,

phút, giây) trong mô hình SWAT 80

Hình 3.15 File cio được sửa file đọc kết quả 81

Hình 3.16 File.cio được sửa theo mưa đầu vào thời đoạn ngắn hơn 82

Hình 3.17 File bsn được sửa để đọc kết quả theo thời đoạn ngắn hơn 83

Hình 3.18 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại trạm Đồng Trăng của trận lũ từ 1 - 4/XI năm 2009 84

Hình 3.19 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại trạm Đồng Trăng của trận lũ từ 11-14/XII/2016 85

Hình 3.20 % Thay đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất theo các kịch bản 87

Hình 3.21 So sánh mức độ phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường thực nghiệm của lượng mưa 5 ngày lớn nhất giai đoạn 1986-2005 89

Hình 3.22 Thay đổi dòng chảy cực trị giữa thế kỷ và cuối thế kỷ so với thời đoạn nền 1986-2005 theo kịch bản RCP 4.5 91

Hình 3.23 Thay đổi dòng chảy cực trị giữa thế kỷ và cuối thế kỷ so với thời đoạn nền 1986-2005 theo kịch bản RCP 8.5 92

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Diện tích các loại đất đai tỉnh Khánh Hòa 14

Bảng 1.2 Cán cân nước các lưu vực[7] 18

Bảng 1.3 Các trạm đo KTTV trên lưu vực sông 21

Bảng 1.4 Thay đổi lượng mưa (%) trong 57 năm qua (1958-2014) 29

Bảng 1.5 % Thay đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất theo các kịch bản 29

Bảng 1.6 % thay đổi lượng mưa mùa theo các kịch bản 30

Bảng 3.1 Diện tích các tiểu lưu vực trên lưu vực sông Cái Nha Trang tính đến trạm Đồng Trăng 63

Bảng 3.2 Phân loại đất lưu vực sông Cái Nha Trang 66

Bảng 3.3 Phân loại các loại thảm phủ lưu vực sông Cái Nha Trang 67

Bảng 3.4 Số liệu mưa đầu vào mô hình SWAT 68

Bảng 3.5 Mức độ mô phỏng tương ứng với chỉ số Nash 70

Bảng 3.6 Kết quả bộ thông số khi hiệu chỉnh mô hình SWAT 73

Bảng 3.7 % Thay đổi lượng mưa theo mùa theo các kịch bản 74

Bảng 3.8 Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số cho lưu vực sông Cái Nha Trang 85 Bảng 3.9 % Thay đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất theo các kịch bản 87

Bảng 3.10 Bảng số liệu lượng mưa 1 ngày, 3 ngày, 5 ngày lớn nhất 89

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

A1B, A2 Các kịch bản phát thải khí nhà kính IPCC

DEM Digital Elevation Model (Mô hình số độ cao)

DHI Danish Hydraulic Institute (Viện nghiên cứu thủy lực

Đan Mạch) ESRI Environmental Systems Research Institute (Viện nghiên

cứu hệ thống môi trường) GCM Global Climate Model (Mô hình khí hậu toàn cầu)

HEC-HMS Hydrologic Engineering Center’s Hydrologic Modelling

System (Hệ thống mô hình hóa thủy văn trung tâm kỹ thuật thủy văn)

SWAT Soil and Water Assessment Tool (Mô hình đánh giá môi

trường lưu vực sông)

KH KTTV& MT Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

LỜI CÁM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Trong quá trình thực hiện, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học về sự hỗ trợ chuyên môn và kĩ thuật Tác giả cũng xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Xuân Hiển - Giám đốc trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Thủy văn biển - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, cùng các anh chị em trong trung tâm đã tạo điều kiện và giúp đỡ Đặc biệt, xin bày

tỏ sự cám ơn chân thành nhất đến thầy hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh đã hướng dẫn tận tình và định hướng nghiên cứu để tác giả hoàn thành luận văn này

Học viên

Nguyễn Thị Phương

MỞ ĐẦU

Sông Cái Nha Trang (còn có tên gọi là sông Phú Lộc, sông Cù) là sông lớn nhất tỉnh Khánh Hòa có chiều dài khoảng 79km, tuy ngắn nhưng giữ vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Khánh Hòa Nhìn chung, dòng chảy trên lưu vực sông Cái Nha Trang chia thành 2 mùa rõ rệt:

Mùa lũ kéo dài 4 tháng, bắt đầu từ tháng IX và kết thúc vào tháng XII Lũ các sông thuộc lưu vực sông Cái Nha Trang tương tự các sông khác ở khu vực miền Trung, khi có nước tập trung nhanh, lên xuống đột ngột, đường quá trình có dạng răng cưa Nguyên nhân gây lũ như đã nêu chủ yếu do mưa có cường độ lớn, lũ do các hình thế thời tiết đơn độc gây ra thường là lũ thời kỳ đầu và cuối mùa, đường quá trình lũ có đỉnh nhọn (tháng IX, tháng XII); lũ do tổ hợp nhiều hình thế thời tiết phức tạp thường là thời kỳ giữa mùa lũ (tháng X – XI), đường quá trình lũ kéo dài

và có nhiều ngọn kế tiếp nhau Lượng dòng chảy 4 tháng mùa lũ chiếm từ 65% – 66% lượng dòng chảy cả năm Tổng lượng dòng chảy (W) phụ thuộc vào độ sâu dòng chảy (Y) và diện tích lưu vực F, có giá trị lớn nhất đối với sông Cái Nha Trang 2319 triệu m3

Mùa kiệt bắt đầu từ tháng I, kết thúc vào tháng VIII, kéo dài tới 8 tháng Dòng chảy cạn chủ yếu là phần nước còn lại của mùa lũ năm trước sau đó giảm nhanh chóng theo đường nước rút và thường đạt trị số thấp nhất vào thời kỳ cuối tháng III và tháng IV Lượng dòng chảy tháng III, IV chỉ đạt 2,8% – 3% tổng lượng dòng chảy năm Sang tháng V, VI một số con lũ tiểu mãn xuất hiện làm lượng dòng chảy mùa cạn đã tăng lên một ít, nhưng còn ở mức thấp Tháng VII, VIII dòng chảy trên các khu vực tiếp tục giảm chậm, nhiều năm dòng chảy nhỏ nhất năm xảy ra trong thời kỳ này Tính chung trong toàn tỉnh lượng dòng chảy 8 tháng mùa cạn chỉ chiếm khoảng 34% – 35% tổng lượng dòng chảy năm, trong đó nhu cầu dùng nước trong thời kỳ này lại rất lớn, nếu như không có biện pháp tích trữ và sử dụng nước hợp lý sẽ bị thiếu nước nghiêm trọng

Dòng chảy mùa lũ trên các sông tỉnh Khánh Hòa có xu hướng giảm trong những năm gần đây, số trận lũ ngày càng ít, những năm xuất hiện ít lũ và mực nước

đỉnh lũ thấp ngày càng nhiều Xen kẽ những năm có đỉnh lũ thấp lại có những năm

có đỉnh lũ cao, giữa năm 2002 và 2004 là hai năm có mực nước đỉnh lũ năm rất thấp thì xen vào đó là năm 2003 có mực nước đỉnh lũ rất cao Năm 2006 và 2012 là năm

có đỉnh lũ năm rất thấp thì năm 2009 lại xuất hiện lũ lịch sử Như vậy dòng chảy lũ càng về sau càng không ổn định, có những năm mực nước đỉnh lũ năm rất thấp, xen

kẽ vào đó có những năm xuất hiện mực nước đỉnh lũ năm rất cao, tần suất xuất hiện

sự bất ổn định dòng chảy lũ ngày càng nhiều Đây có thể là một trong những biểu hiện của tác động biến đổi khí hậu (BĐKH) đến dòng chảy lũ, những trận mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn xuất hiện càng nhiều nên trận lũ lớn xuất hiện nhiều hơn, số trận lũ ngày càng ít đi, mùa lũ có xu hướng ngắn đi, trong đó đặc trưng của BĐKH là tăng tính cực đoan của dòng chảy trong đó có dòng chảy lũ thể hiện ngày càng rõ[7]

Hơn thế nữa, trong những năm gần đây, tác động của thiên tai lũ lụt và BĐKH đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống kinh tế và

xã hội của người dân trên lưu vực, đặc biệt là khu vực Thành phố Nha Trang phía dưới hạ lưu Để chỉ ra được sự tác động đó như thế nào thì cần phải hiểu được sự biến đổi khí hậu tác động đến dòng chảy và các hiện tượng thủy văn theo mùa và con lũ như thế nào Kiến thức và các thông tin này là cần thiết cho việc quy hoạch

sử dụng đất để bảo vệ nguồn nước và quản lý hiệu quả lưu vực và cũng rất quan trọng đối với môi trường sinh thái và hoạt động kinh tế xã hội của lưu vực

Để khảo sát bài toán biến đổi dòng chảy trong tương lai ở lưu vực sông Cái Nha Trang trong bối cảnh của biến đổi khí hậu, việc sử dụng các mô hình diễn toán mưa – dòng chảy là phù hợp do các kịch bản BĐKH mới chỉ cung cấp các thông tin

về sự biến đổi của các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, lượng mưa, Một số mô hình mưa - dòng chảy được ứng dụng nhiều như: SWAT, HEC-HMS, MIKE-SHE, SAC-SMA, NASIM, HBV v.v… trong đó, mô hình SWAT (Arnold và cộng sự, 2002) đã được chứng minh là một công cụ hiệu quả để đánh giá tài nguyên nước và

ô nhiễm với phạm vi lớn và các điều kiện môi trường trên toàn cầu Đồng thời, mô hình SWAT còn được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất, của xói mòn và việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông

Bên cạnh đó, mô hình SWAT cũng đã được nhiều tác giả ứng dụng để khảo sát sự biến đổi của dòng chảy dưới các kịch bản về khí hậu và mặt đệm khác nhau và đã chứng tỏ được những ưu điểm Chính vì vậy luận văn đã lựa chọn sử dụng mô hình

SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài, và do đó, “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang, Tỉnh Khánh Hoà” là một đề tài có tính khoa học và thực tiễn, sẽ góp phần lớn đáp ứng yêu cầu

phòng chống lũ lụt cho người dân và chính quyền địa phương nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất thiệt hại do lũ lụt gây ra Việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy trạm Đồng Trăng sông Cái Nha Trang tỉnh Khánh Hòa còn nhằm tạo tiền đề cho việc xây dựng các giải pháp giảm thiểu những tác hại do biến đổi khí hậu, giúp nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách xác định chiến lược phát triển kinh tế bền vững và đảm bảo an sinh xã hội Luận văn có bố cục gồm 3 chương cùng với phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Mô hình SWAT

Chương 3: Ứng dụng mô hình SWAT để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Sông Cái Nha Trang là con sông lớn nhất tỉnh Khánh Hòa có vị trí địa lý nằm trong khoảng 120°03' - 120°37' vĩ độ Bắc, 108°41' - 109°12' kinh độ Đông Sông bắt nguồn từ đỉnh núi phía Tây Bắc xã Khánh Thượng cao 1477.5m, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Khi đến thôn Trang xã Khánh Thượng sông đổi sang hướng Tây - Đông và nhập với sông Chò tại thôn 1 xã Diên Đồng Sông tiếp tục chảy theo hướng Tây - Đông và nhập với sông Suối Dầu tại Cầu Hà Dừa - thị trấn Diên Khánh, sông đổ ra vịnh Nha Trang tại cầu Trần Phú Diện tích lưu vực 2000km2, chiều dài sông chính 79km, độ rộng bình quân lưu vực là 25.3km với hệ

số uốn khúc 1.4, hệ số hình dạng là 0.3, độ dốc sông 3.70/00, mật độ lưới sông 0.8 km/km2

Lưu vực sông Cái Nha Trang bao trùm toàn bộ Thành phố Nha Trang, huyện Diên Khánh, Khánh Vĩnh và một phần diện tích của huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa và MaĐrăk tỉnh ĐăkLăk Phía bắc giáp lưu vực sông Dinh Ninh Hòa, phía Nam giáp lưu vực sông Cái Phan Rang, phía Tây giáp lưu vực sông ĐăkRông, phía Đông giáp Biển Đông

1.1.2 Địa hình, địa mạo

Địa hình lưu vực sông Cái Nha Trang có xu hướng dốc dần từ Tây sang Đông, đỉnh núi cao nhất ở phía tây là đỉnh Hòn Giao Bắc có độ cao 2038.2m, khu vực trung du có độ cao phổ biến từ 10 đến 25m, khu vực đồng bằng có độ cao phổ biến từ 2 đến 10m Độ dốc trung bình vùng núi là 16%, độ dốc trung bình lưu vực 2,8% Lưu vực sông Cái Nha Trang nằm ở sườn Đông của dãy Trường Sơn, địa hình bị chia cắt nhiều bởi những ngọn núi, khu vực ven biển có những dãy núi đâm ngang ra biển Khu vực đồng bằng và trung du xen kẽ những đỉnh núi nhỏ có độ cao

từ 40 đến 50m, cá biệt có đỉnh núi Chín Khúc có độ cao 592.6m, các quả đồi nhỏ có

độ cao 20 đến 30m Địa hình cao nhất và dốc nhất là khu vực phía Tây nam của lưu

vực, khu vực này là thượng nguồn của các nhánh sông đổ vào sông Thác Ngựa là nhánh sông chính của sông Cái Nha Trang

Hình 1.1 Sơ đồ lưu vực sông Cái Nha Trang 1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng

- Đất mùn vàng trên núi cao 900-1000m

- Đất thung lũng có thành phần cơ giới nhẹ đến trung bình và đất phù sa phân bố dọc các sông suối trong tỉnh

- Đất pha cát thành phần cơ giới nhẹ và thô, kết cấu rời rạc, phân bố phần lớn vùng ven biển phía đông

Bảng 1.1 Diện tích các loại đất đai tỉnh Khánh Hòa

1 Đất mùn vàng đỏ trên đá Macma acid Ha 57,743.0

sự phân hóa về thảm phủ thực vật như sau:

- Khu vực đỉnh núi ở độ cao trên dưới 2000m: Thảm thực vật thân gỗ chỉ cao khoảng 7 - 10m, tán xen kẽ Sự phân tầng của thảm thực vật không thật sự rõ rệt Ở đây chủ yếu là sự góp mặt của các loài thực vật có nhiều thân trên một gốc Trên thân cây phủ lớp rêu mỏng Một số loài thực vật bì sinh phát triển trên cành, nhánh cây Điểm đáng lưu ý là các sườn của đỉnh núi rất dốc, nhưng vẫn được bao phủ bởi thảm thực vật rừng khá dày với sức sống tốt Dưới tán rừng, lớp lá rụng 3 - 4cm với quá trình phân giải chậm Cây có độ cao đạt tới 10m, đường kính 50 - 100cm, tán đan xen Cây có sự phân cành sớm, ở độ cao khoảng 2 - 3m

- Khu vực đỉnh - sườn núi ở độ cao 1400 - 1700m: Rừng á nhiệt đới thường xanh cây lá rộng và cây lá rộng, lá kim núi trung bình Rừng có diện tích lớn với cây đa trội và cấu trúc thảm phức tạp Rừng phân ra nhiều tầng nhưng có 2 tầng chủ đạo, các tầng trung gian không liên tục, xen kẽ nhau Ngoài ra ở độ cao này còn có rừng lá kim núi trung bình (rừng thông 3 lá tự nhiên)

- Khu vực có độ cao dưới 1400m: Rừng chủ yếu là rừng trồng, loại cây lá rộng thường là cây keo, cao su, cà phê, hồ tiêu, ca cao và cây lá kim là cây thông

- Khu vực trung du có độ cao dưới 100m thường là các trảng cây cỏ bụi, các cây lá rộng với tán cây có đường kính từ 2 đến 4m, thân cây có đường kính từ 10 đến 30cm, độ cao từ 2 đến 5m Các cây được trồng chủ yếu là mía và cây keo từ 2 đến 5 năm tuổi

Theo niên giám thống kê tỉnh Khánh Hòa, khu vực trung du và đồng bằng lưu vực sông Cái Nha Trang là đất nông nghiệp với diện tích 1262.2km2, đất phi nông nghiệp với diện tích 131.1km2, đất chưa sử dụng 363.9km2

1.1.5 Khí hậu

Nhìn chung lưu vực sông Cái Nha Trang tỉnh Khánh Hòa chịu sự chi phối chung của khí hậu nội chí tuyến nhiệt đới gió mùa, có ảnh hưởng khí hậu đại dương So với các vùng phía Bắc thì mùa đông ít lạnh hơn, mùa khô nóng kéo dài hơn; so với các vùng phía Nam thì mùa mưa muộn hơn Mùa khô bắt đầu từ tháng I

và kết thúc vào tháng VIII, trong mùa khô xuất hiện thời kỳ mưa tiểu mãn vào khoảng trung tuần tháng V đến hạ tuần tháng VI; mùa mưa, bắt đầu từ tháng IX và kết thúc vào trung tuần tháng XII

a Mưa

Do địa hình phức tạp nên lượng mưa giữa các khu vực có sự chênh lệch nhau khá lớn Lượng mưa trung bình năm trên lưu vực sông Cái Nha Trang thì lớn hơn khoảng từ 1300 - 1931mm Tổng lượng mưa mùa mưa khoảng 900 - 1059mm, chiếm khoảng 67 - 75% lượng mưa năm; tổng lượng mưa mùa khô khoảng 300 - 450mm Những trận mưa, lũ lớn chủ yếu tập trung vào tháng X và XI

b Nhiệt độ không khí

Nhiệt độ trung bình năm ở vùng đồng bằng và ven biển dao động từ 26,3°C đến 26,9°C, lên đến độ cao 400m nhiệt độ giảm xuống khoảng 23,0 -24,0°C Nhìn chung trong năm ít xảy ra các đợt nắng nóng kéo dài nhiều ngày gây ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống

c Độ ẩm tương đối

Độ ẩm khá thấp, trung bình năm vào khoảng 80% tại Nha Trang Hàng năm chỉ có 2 - 3 tháng đầu mùa đông (tháng X, XI, XII) là khá ẩm với độ ẩm trung bình 85% Còn trong nửa cuối mùa đông độ ẩm giảm xuống 80 - 83% Tháng ẩm nhất là tháng XI có độ ẩm khoảng 85 - 87%

d Bốc hơi

Tổng lượng bốc hơi trung bình nhiều năm dao động từ 1000 - 1100mm/năm tức là bằng 2/3 lượng mưa Trong 3 tháng (từ tháng VI - VIII), mỗi tháng lượng bốc hơi đạt tới 120 - 150mm, vượt quá lượng mưa các tháng này Thời kỳ bốc hơi ít nhất là các tháng mùa mưa, từ tháng X - XII, lượng bốc hơi chỉ khoảng 60 - 80mm

f Gió và bão

Hướng gió thịnh hành mùa đông là hướng Đông Bắc hoặc Bắc; mùa hè,

hướng gió thịnh hành là hướng Tây và Tây Nam

1.1.6 Thủy văn – Hải văn

Mƣa

Xo (mm)

Dòng chảy Yo(mm)

Bốc hơi Zo(mm)

Hệ số dòng chảy

Tổng lƣợng dòng chảy (km 3 )

cả năm Tổng lượng dòng chảy (W) sông Cái Nha Trang 2319km3

Dòng chảy lũ giai đoạn những năm gần đây

a) Chế độ dòng chảy mùa lũ

Mùa lũ trên các sông suối tỉnh Khánh Hòa bắt đầu từ tháng IX đến tháng XII Nguyên nhân chủ yếu do vùng thấp, áp thấp, bão hoặc cũng có thể do không khí lạnh kết hợp với vùng thấp Hàng năm trên các sông suối tỉnh Khánh Hòa xuất hiện

từ 1 đến 4 trận lũ, trung bình có 2,3 trận lũ trong năm, cá biệt một số năm không xuất hiện lũ Số lượng các trận lũ ở tỉnh Khánh Hòa không nhiều so với các tỉnh khác ở khu vực Nam Trung Bộ do đặc điểm khí hậu ở đây ôn hòa hơn, không khắc nghiệt như các vùng khác thuộc khu vực Nam Trung Bộ Các trận lũ lớn chủ yếu xảy ra từ tháng X đến tháng XI, đó là thời kỳ hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới, bão ảnh hưởng mạnh nhất đối với khu vực Nam Trung Bộ, mặt khác đây cũng là thời kỳ rãnh thấp xích đạo đi qua khu vực tỉnh Khánh Hòa

Tốc độ dòng chảy lớn nhất trên sông Cái Nha Trang đạt 2.96m/s xuất hiện vào năm 1999 Nhìn chung, tốc độ dòng chảy của các sông tỉnh Khánh Hòa không lớn lắm Tốc độ dòng chảy chịu ảnh hưởng bởi khả năng tập trung nước sườn dốc lưu vực, độ dốc và mặt cắt ngang sông Trong những năm gần đây diện tích rừng bị thu hẹp nhiều

và mức độ che phủ rừng giảm do chặt phá rừng đầu nguồn làm mức độ tập trung dòng chảy sườn dốc nhanh Độ dốc địa hình và lòng sông giảm trong những năm gần đây do

bào mòn bề mặt lưu vực mạnh, lòng sông độ dốc giảm do xói mòn đáy sông vùng thượng lưu vì vùng núi là khu vực có dòng chảy rối và dòng chảy xiết Hiện tượng khai thác cát cũng làm tăng đáng kể diện tích mặt cắt ngang sông Do giảm độ dốc bề mặt, lòng sông và mở rộng mặt cắt ngang đã là nguyên nhân tốc độ dòng chảy trong sông những năm gần đây giảm so với những năm trước Ngoài ra, tốc độ dòng chảy trong sông còn phụ thuộc chế độ mưa, những biến đổi lượng mưa là nguyên nhân chính thay đổi chế độ dòng chảy sông ngòi trong đó có vận tốc dòng chảy trong sông

Biên độ lũ trung bình tại trạm Đồng Trăng là 6.2m, lớn nhất là 9.11m trong trận lũ tháng XI năm 2009 Cường suất lũ trung bình tại trạm Đồng Trăng là 0.75m/h, lớn nhất là 2.01m/h xuất hiện trong trận lũ tháng XI năm 1978 Biên độ và cường suất lũ tại trạm thủy văn phụ thuộc vào đặc điểm mưa của từng đợt mưa trên các lưu vực sông Đối với tỉnh Khánh Hòa, các lưu vực sông thuộc loại vừa và nhỏ, trong khi

đó các trận mưa lũ lớn xảy ra trên diện rộng do các hình thế thời tiết lớn gây ra nên đặc điểm mưa của các trận mưa lớn trên các lưu vực sông có sự khác nhau là do tác động của địa hình Ngoài ra, địa hình, thảm phủ thực vật, đặc điểm hình dạng sông cũng tác động đáng kể đến biên độ và cường suất lũ Nhìn chung, cường suất và biên

độ lũ vùng thượng lưu lớn hơn vùng hạ lưu, lưu vực sông hình dạng cành cây như

sông Cái Nha Trang có biên độ và cường suất lũ cao

/s, thời gian xuất hiện lũ từ ngày 01 đến ngày 29 tháng XI Đây

là trận lũ có cường suất lũ lên nhanh

Hình 1.2 Đường mực nước trận lũ lịch sử năm 2009

Trận lũ lớn năm 1998 với mực nước đỉnh lũ đạt 13.12m vào hồi 18h ngày 11 tháng XII, cường suất lũ lên cao nhất đạt 0.50m/h, biên độ lũ đạt 7.37m Lưu lượng đỉnh lũ đạt 2,037m3/s, thời gian xuất hiện từ ngày 9 đến ngày 12 tháng XII Đường quá trình lũ lên từ từ nhưng xuống nhanh

Hình 1.3 Đường mực nước trận lũ lớn năm 1998

Trận lũ lớn năm 2010 với mực nước đỉnh lũ đạt 12.66m xuất hiện vào lúc 15h ngày 05 tháng XI, cường suất lũ lớn nhất đạt 0.79m/h, biên độ lũ đạt 8,14m Lưu lượng đỉnh lũ đạt 1,890m3/s, thời gian của trận lũ kéo dài từ ngày 29 tháng X đến ngày 13 tháng XI Trận lũ này có đường quá trình diễn biến rất phức tạp với lũ

kép 3 đỉnh (Hình 1.4)

Nhận xét chung:

350 550 750 950 1150

Qua số liệu thống kê ở trên có thể thấy rằng các trận lũ lớn thừờng xảy ra vào tháng XI kéo dài 4-5 ngày Càng về sau, lũ xuất hiện càng phức tạp hơn gây bất lợi nghiêm trọng cho người dân phía dưới hạ lưu

Hình 1.4 Đường mực nước trận lũ lớn năm 2010

1.1.7 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông

Hiện trên địa bàn tỉnh Khánh Hoà, có tất cả 4 trạm đo cơ bản (Hình 1.1)

Trong đó, có 1 trạm khí tượng Nha Trang, 1 trạm mưa Khánh Vĩnh, 2 trạm thuỷ văn

là Diên An đo mực nước và Đồng Trăng đo lưu lượng, mực nước, mưa

Bảng 1.3 Các trạm đo KTTV trên lưu vực sông

STT Tên trạm Vị trí Yếu tố

đo

Thời gian

đo Ghi chú

1 Nha Trang TP Nha Trang X,… 1976- nay Trạm cơ bản

2 Diên An Thị trấn Diên Khánh H 1976-1985 Trạm cơ bản

3 Đồng Trăng Diên Lâm, Diên Khánh H,Q,X 1976- nay Trạm cơ bản

4 Khánh Vĩnh Thị trấn Khánh Vĩnh X 1976- nay Trạm cơ bản

1.2 Đặc điểm kinh tế- xã hội

1.2.1 Tình hình kinh tế

* Sản xuất kinh doanh

Giá trị sản xuất nông nghiệp năm 2009 trên lưu vực sông Cái Nha Trang đạt khoảng 36 tỷ đồng, công nghiệp đạt 8343 tỷ đồng, sản lượng nuôi trồng thủy sản đạt

350 550 750 950 1150

1350

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 106 111 116 121 126 131 136 141 146 151

cm

giờ

38279 tấn Trên lưu vực có 15 doanh nghiệp nhà nước (chiếm 78,9% so với toàn tỉnh), 488 doanh nghiệp tư nhân (chiếm 75,9%), 11 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (chiếm 39,3%) Có 2551 cơ sở sản xuất, chiếm 39,3% và 7586 công nhân, chiếm 37,9% Doanh nghiệp thương mại là 20 (chiếm 100%), doanh nghiệp vận tải là 3 (chiếm 75%) Trọng điểm của sản xuất kinh doanh thuộc địa phận thành phố Nha Trang, trong đó có ngành du lịch rất phát triển

* Một số khu công nghiệp và vùng kinh tế trọng điểm

Trên lưu vực sông Cái Nha Trang bao gồm huyện Khánh Vĩnh, huyện Diên Khánh và Thành phố Nha Trang Trong đó về kinh tế TP Nha Trang là trung tâm chính trị, văn hóa, kinh tế của tỉnh Khánh Hòa Sự phát triển của Nha Trang luôn được đánh giá là có tính chất đầu tàu, làm động lực phát triển chung cho cả tỉnh Hiện nay, cơ cấu kinh tế của TP Nha Trang đã hình thành khá rõ nét theo hướng dịch vụ, du lịch - công nghiệp - nông nghiệp Hướng tới, TP Nha Trang sẽ tiếp tục đầu tư phát triển mạnh lĩnh vực dịch vụ, du lịch nhằm xây dựng TP Nha Trang thành một trung tâm du lịch có tầm cỡ quốc gia, quốc tế

- Khu công nghiệp Suối Dầu: đã có 21 doanh nghiệp trong và ngoài nước đang hoạt động; khu công nghiệp Ninh Thủy đang xây dựng; ngoài ra các khu công nghiệp Nam và Bắc như: Cam Ranh, Vạn Ninh chuẩn bị xây dựng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà đầu tư

- Cụm công nghiệp Bình Tân (Nha Trang): bao gồm các ngành sản xuất chính là chế biến thủy sản, dệt, nhuộm, thuốc lá, song mây Trong cụm có nhà máy Dệt Tân Tiến, nhà máy thuốc lá Khánh Hòa, xí nghiệp chế biến song mây xuất khẩu Nha Trang, công ty sản xuất hàng thủ công xuất khẩu Nha Trang

- Cụm công nghiệp Suối Hiệp (Diên Khánh): bao gồm các ngành sản xuất chính là đường Diên Khánh, nhà máy bia Rồng Vàng, phân xưởng sản xuất cồn công nghiệp, phân xưởng sản xuất giấy Hoa Hồng, nước ngọt Suối Tiên và cụm khu công nghiệp Suối Dầu

- Cụm công nghiệp Hòn Khô (Nha Trang): bao gồm các ngành khai thác và chế biến thủy sản, sản xuất vật liệu xây dựng

1.2.2 Đặc điểm xã hội

* Dân số

Theo số liệu niên giám thống kê tỉnh Khánh Hoà năm 2009 dân số trên lưu vực sông Cái Nha Trang là 552060 người (trong đó nam là 271602 người chiếm 49,2%, nữ là 280458 người chiếm 50,8%) Dân số ở thành thị là 317496 người chiếm 57,5%, nông thôn là 234564 người chiếm 42,5%; nơi có mật độ dân số cao nhất là Thành phố Nha Trang với 1540 người/km2

* Giáo dục

Trên lưu vực sông Cái Nha Trang có 82 trường tiểu học, chiếm 25,6% so với toàn tỉnh; 37 trường trung học cơ sở, chiếm 37%; 14 trường trung học phổ thông, chiếm 50% Giáo viên tiểu học là 2010, chiếm 42,4% so với toàn tỉnh; 1756 giáo viên trung học cơ sở, chiếm 41,8%; 873 giáo viên trung học phổ thông, chiếm 47,9% Trên lưu vực có 5 trường đại học, 3 trường cao đẳng, tập trung ở thành phố Nha Trang

* Y tế

Tổng số giường bệnh các huyện, thành phố trên lưu vực sông Cái Nha Trang

là 1941, chiếm 64,5% so với toàn tỉnh, có 410 bác sĩ (chiếm 68,8%), 399 y sĩ (chiếm 60,1%), 600 y tá (chiếm 64,2%), 20 dược sĩ cao cấp (chiếm 76,9%), 124 dược sĩ trung cấp (chiếm 76%), 39 dược tá (chiếm 52%) [3]

1.3 Tổng quan về biến đổi khí hậu

1.3.1 Khái niệm

Biến đổi khí hậu, theo cách sử dụng của IPCC, chỉ sự biến đổi trong trạng thái khí hậu nhận biết được thông qua những thay đổi về giá trị trung bình hoặc tính chất của nó diễn ra trong một thời đoạn dài hàng thập kỷ hoặc hơn thế Nó chỉ ra bất

cứ thay đổi nào của khí hậu theo thời gian cho dù là do biến đổi tự nhiên hay do tác động của con người [1]

1.3.2 Biểu hiện về BĐKH

a) Quy mô toàn cầu

Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng khoảng 0,89oC (dao động từ 0,69 đến 1,08oC) trong thời kỳ 1901-2012 Nhiệt độ trung bình toàn cầu có chiều hướng tăng nhanh đáng kể từ giữa thế kỷ 20 với mức tăng khoảng 0,12oC/thập kỷ trong thời kỳ 1951-2012

Giáng thủy trung bình toàn cầu kể từ năm 1901 có xu thế tăng ở vùng lục địa

vĩ độ trung bình thuộc bắc bán cầu

Số ngày và số đêm lạnh có xu thế giảm, số ngày và số đêm nóng cùng với hiện tượng nắng nóng có xu thế tăng rõ rệt trên quy mô toàn cầu từ khoảng năm

1950 Mưa lớn có xu thế tăng trên nhiều khu vực, nhưng lại giảm ở một số ít khu vực

Hình 1.5.Chuẩn sai nhiệt độ trung

bình toàn cầu thời kỳ 1850-2012

(so với thời kỳ 1961-1990)

Hình 1.7 Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1901-2012

(Nguồn: IPCC, 2013)

Chú thích: Các ô lưới được thể hiện (được tô màu) nếu đảm bảo điều kiện: có đủ tối thiểu 70% số liệu trong thời kỳ 1901-2012; trong đó, tối thiểu giai đoạn đầu chỉ được thiếu 20% số liệu và giai đoạn cuối thiếu 10% số liệu Những ô lưới màu trắng (không được tô màu) là những ô không đảm bảo điều kiện tính toán Những ô được đánh dấu + là những ô lưới có xu thế biến đổi ở mức ý nghĩa 10% (hay mức tin cậy 90%) trở lên

Hình 1.8 Biến đổi của lƣợng mƣa năm thời kỳ 1901-2010 và thời kỳ 1951-2010

(Nguồn: IPCC, 2013)

b) Biến đổi khí hậu ở Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu Trong những năm qua, dưới tác động của biến đổi khí hậu, tần suất và cường độ các thiên tai ngày càng gia tăng, gây nhiều tổn thất to lớn

về người, tài sản, cơ sở hạ tầng, về kinh tế, văn hoá, xã hội, tác động xấu đến môi trường Tác động của biến đổi khí hậu đối với nước ta là rất nghiêm trọng, là nguy

cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói giảm nghèo, cho việc thực hiện các mục tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của đất nước Việt Nam đã rất nỗ lực ứng phó với biến đổi khí hậu, thể hiện qua các chính sách và các chương trình quốc gia

Năm 2009, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng và công bố kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam và được cập nhật qua các năm

2011, năm 2016

Với phiên bản cập nhật năm 2016, mô hình khí hậu toàn cầu và khu vực là những công cụ chính được sử dụng để đánh giá xu thế và mức độ biến đổi của khí hậu tương lai, đặc biệt là các cực đoan khí hậu Các mô hình được sử dụng trong tính toán xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam, gồm: (i) Mô hình AGCM/MRI của Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản, (ii) Mô hình PRECIS của Trung tâm Hadley - Vương quốc Anh, (iii) Mô hình CCAM của Cơ quan Nghiên

cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang Úc (CSIRO), (iv) Mô hình RegCM của Trung tâm quốc tế về Vật lý lý thuyết của Ý (ICTP), (v) Mô hình clWRF của Mỹ

Nhiệt độ

Nhiệt độ có xu thế tăng ở hầu hết các trạm quan trắc, tăng nhanh trong những thập kỷ gần đây Trung bình cả nước, nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1958-2014 tăng khoảng 0,62oC, riêng giai đoạn (1985-2014) nhiệt độ tăng khoảng 0,42oC Tốc độ tăng trung bình mỗi thập kỷ khoảng 0,10oC, thấp hơn giá trị trung bình toàn cầu (0,12oC/thập kỷ, IPCC 2013)

Nhiệt độ tại các trạm ven biển và hải đảo có xu thế tăng ít hơn so với các trạm ở sâu trong đất liền Có sự khác nhau về mức tăng nhiệt độ giữa các vùng và các mùa trong năm Nhiệt độ tăng cao nhất vào mùa đông, thấp nhất vào mùa xuân Trong 7 vùng khí hậu, khu vực Tây Nguyên có mức tăng nhiệt độ lớn nhất, khu vực Nam Trung

Bộ có mức tăng thấp nhất[1]

Hình 1.9 Chuẩn sai nhiệt độ ( o C) trung bình năm (a) và nhiều năm (b) trên quy

mô cả nước

Hình 1.10 Chuẩn sai nhiệt độ trung bình năm ( o

C) đối với các trạm ven biển và hải đảo

Hình 1.11 Thay đổi nhiệt độ trung

bình năm ( oC) thời kỳ 1958-2014 Hình 1.12 Thay đổi lƣợng mƣa năm (%) thời kỳ 1958-2014

Lƣợng mƣa

Trong thời kỳ 1958-2014, lượng mưa năm tính trung bình cả nước có xu thế tăng nhẹ Trong đó, tăng nhiều nhất vào các tháng mùa đông và mùa xuân; giảm vào các tháng mùa thu Nhìn chung, lượng mưa năm ở các khu vực phía Bắc có xu thế giảm (từ 5,8% ÷ 12,5%/57 năm); các khu vực phía Nam có xu thế tăng (từ 6,9%

÷ 19,8%/57 năm) Khu vực Nam Trung Bộ có mức tăng lớn nhất (19,8%/57 năm); khu vực đồng bằng Bắc Bộ có mức giảm lớn nhất (12,5%/57 năm)

Đối với các khu vực phía Bắc, lượng mưa chủ yếu giảm rõ nhất vào các tháng mùa thu và tăng nhẹ vào các tháng mùa xuân Đối với các khu vực phía Nam,

lượng mưa các mùa ở các vùng khí hậu đều có xu thế tăng; tăng nhiều nhất vào các tháng mùa đông (từ 35,3% ÷ 80,5%/57 năm) và mùa xuân (từ 9,2% ÷ 37,6%/57 năm)[1]

Bảng 1.4 Thay đổi lƣợng mƣa (%) trong 57 năm qua (1958-2014)

1.3.3 Kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu

Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sử dụng kịch bản RCP4.5 và RCP 8.5

về sự thay đổi % lượng mưa do biến đổi khí hậu cho lượng mưa 5 ngày trung bình

lớn nhất (Bảng 1.5) và mưa trung bình theo mùa (Bảng 1.6) cho lưu vực nghiên

cứu được chiết xuất từ báo cáo “Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam”(năm 2016) [1] để tính toán lưu lượng dòng chảy 5 ngày lớn nhất, dòng chảy trung bình tháng mùa lũ vào giữa thế kỷ, cuối thế kỷ Từ đó đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang tỉnh Khánh Hòa

Bảng 1.5 % Thay đổi lƣợng mƣa 5 ngày lớn nhất theo các kịch bản

Bảng 1.6 % thay đổi lƣợng mƣa mùa theo các kịch bản

Bùi Văn Chanh (2013)[2] đã ứng dụng mô hình thủy lực một và hai chiều kết hợp HDM (Hydro Dynamic Model) xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Cái Nha Trang Sản phẩm của đề tài là đã xây dựng bản đồ ngập lụt ứng với tần suất lũ 1%, 3%, 5% và 10% cho vùng hạ lưu sông Cái Nha Trang Mô phỏng diễn biến ngập lụt theo thời gian, tạo bản đồ ngập lụt và tích hợp chương trình sử dụng Kết quả tính toán dự tính vùng ngập lụt hạ lưu sông Cái Nha Trang bao gồm hầu hết vùng đồng bằng của Huyện Diên Khánh và ngoại thành Nha Trang Ngoài ra nhánh sông Chò còn gây ngập lụt lớn tại thôn Khánh Xuân xã Diên Lâm Vùng nội thành Nha Trang hầu như không bị ảnh hưởng ngập lụt của lũ sông Cái mà chỉ ảnh hưởng ngập úng

do mưa lớn gây ra Vùng ngập sâu nhất là xã Diên Thạnh, Diên Toàn và Diên Lạc của Huyện Diên Khánh Diện ngập và độ sâu thay đổi theo các kịch bản với tần suất

lũ 1%, 3%, 5% và 10%

Nguyễn Ý Như (2012)[8] đã đánh giá dòng chảy năm tỉnh Khánh Hòa trong bối cảnh biến đổi khí hậu Mô hình MIKE – NAM được áp dụng đối với tỉnh Khánh Hòa để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với dòng chảy Biến đổi khí hậu được dự tính theo Bộ tài nguyên và Môi trường (kịch bản B1, B2 và A2) cho giai

đoạn 2050 – 2100 Theo kịch bản lượng mưa trung bình năm tăng 0.7 đến 1.7% và nhiệt độ tăng 0.4 – 1oC Kịch bản biến đổi khí hậu được sử dụng như tác nhân bên ngoài đối với mô hình mưa dòng chảy NAM, được cài đặt và thực hiện cho 18 tiểu lưu vực Dòng chảy trung bình năm trên lưu vực dao động trong khoảng 1- 7m3

/s (31 – 45%) khi so sánh kịch bản với giai đoạn nền Những biến đổi lớn hơn được nhận thấy ở giá trị cực trị Dòng chảy theo mùa được dự đoán thay đổi với dòng chảy cao hơn đáng kể trong mùa mưa, giảm đáng kể trong dòng chảy mùa kiệt

Đặng Đình Đức (2012)[4] đã khôi phục số liệu dòng chảy tỉnh Khánh Hòa bằng mô hình NAM Lí do bởi các lưu vực sông thuộc tỉnh Khánh Hòa có nguồn số liệu dòng chảy đo đạc rất hạn chế Toàn tỉnh chỉ có duy nhất trạm thủy văn Đồng Trăng có số liệu dòng chảy đo đạc (từ năm 1983 tới nay), trong khi đó số trạm đo mưa trong tỉnh tương đối đầy đủ và đồng bộ từ năm 1977 tới nay Bài toán đặt ra là cần phải khôi phục số liệu dòng chảy từ tài liệu đo mưa Tác giả đã sử dụng phương pháp mô hình toán, cụ thể là ứng dụng mô hình NAM để khôi phục số liệu dòng chảy các lưu vực sông thuộc tỉnh Khánh Hòa Bài báo đã tính toán lưu lượng trung bình tháng từ 1977-2010 cho 18 tiểu lưu vực thuộc tỉnh Khánh Hòa Qua số liệu tính toán được từ mô hình NAM đã đưa ra được một bức tranh tương đối đầy đủ về tài nguyên nước mặt của tỉnh, sự phân bố theo không gian và thời gian trong năm Các số liệu dòng chảy tính toán cùng với số liệu dòng chảy thực đo sẽ là một nguồn tài liệu quý giá, làm đầu vào cho các bài toán khác, đặc biệt là bài toán cân bằng nước, quy hoạch, sử dụng hợp lý tài nguyên nước của tỉnh

Lại Thị Hương (2012)[13] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước mặt tỉnh Khánh Hoà của thời kỳ 2000-2009 so giai đoạn 1980-1999 với việc sử dụng phương pháp thống kê Kết quả của nghiên cứu đưa ra kết luận: Biến đổi khí hậu tác động đến tài nguyên nước thông qua việc làm thay đổi lượng mưa và phân bố mưa giữa các vùng trên địa bàn Nhiệt độ tăng sẽ làm lượng nước bốc hơi nhiều hơn kết hợp với địa hình đặc thù tỉnh Khánh Hoà dẫn đến lượng mưa nhiều hơn Một hậu quả của BĐKH là thay đổi về thời gian mùa mưa Trong khoảng 5 năm trở lại đây, mùa mưa lũ trên các sông trong tỉnh đến sớm và cũng kết

thúc sớm hơn so với TBNN khoảng gần 01 tháng, thường bắt đầu từ tháng IX và kết thúc vào giữa tháng XI

Như vậy, các nghiên cứu thực hiện trên lưu vực sông Cái Nha Trang mặc dù

đã sử dụng mô hình thông số tập trung để đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến dòng chảy mặt trên địa bàn tỉnh Khánh Hoà, tuy nhiên vấn đề cấp thiết đặt ra ở đây

là cần cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu bản mới nhất hiện nay cũng như sử dụng

mô hình thông số phân bố trong việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy mới mang ý nghĩa cho thực tiễn Trong những năm gần đây, Việt Nam

đã có một số công trình nghiên cứu đánh giá tác động của BĐKH đến lũ lụt cũng như chứng minh hiệu quả của SWAT trên nhiều lưu vực[6, 7, 8, 9, 10, 11, 20] Chính vì vậy, để giải quyết bài toán này mô hình SWAT được lựa chọn là công cụ chính Hơn thế nữa, mô hình đánh giá được thay đổi thuỷ văn trong lưu vực sông Cái Nha Trang dưới tác động của BĐKH và phản ánh đuợc những thay đổi các đặc trưng mùa lũ như: dòng chảy mùa lũ, dòng chảy 5 ngày lớn nhất Thời gian gần đây,

nó đã mô phỏng được khá tốt cho dòng chảy ngày và giờ [15, 18, 19, 21, 22] là điều kiện tốt cho việc tính toán dòng chảy mùa lũ và dòng chảy 5 ngày lớn nhất dưới tác động của biến đổi khí hậu theo các kịch bản

CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWAT 2.1 Xuất xứ của mô hình SWAT

Mô hình “Công cụ đánh giá đất và nước“ SWAT (Soil and Water Assement Tools) là một mô hình vật lý được xây dựng từ những năm 90 do tiến sỹ Jeff Arnold thuộc trung tâm nghiên cứu đất nông nghiệp USDA- Agricultural Research Service (ARS) xây dựng nên Mô hình này được xây dựng để mô phỏng ảnh hưởng của việc quản lý sử dụng đất đến nguồn nước, bùn cát và hàm lượng chất hữu cơ trong đất trên hệ thống lưu vực sông trong một khoảng thời gian nào đó Tiền thân của mô hình SWAT là mô hình SWRRB ((Simulator for Water Resources in Rural Basins) (Williams et al., 1985; Arnold et al., 1990)) và mô hình ROTO ((Routing Outputs to Outlet) (Arnold et al., 1995))

Các phiên bản của mô hình SWAT là:

+ SWAT94.2: Mô phỏng đường lưu lượng đơn vị

+ SWAT96.2: Trong phiên bản này được cập nhật thêm phần quản lý về hàm lượng chất hữu cơ trong đất, trong đó nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu tới sự phát triển của cây trồng Phương trình chất lượng nước từ mô hình QUAL2E được sử dụng đến

+ SWAT98.1: Trong phiên bản này thêm phần diễn toán dòng chảy do tuyết tan, chất lượng nước trong sông

+ SWAT99.2: Phiên bản này cập nhật thêm diễn toán chất lượng nước cho

hồ chứa, phần thuỷ văn đô thị được cập nhật từ mô hình SWMM

+ SWAT2000: Cập nhật thêm phương trình thấm của Green & Ampt, cập nhật thêm các yếu tố khí tượng thời tiết như bức xạ mặt trời, tố độ gió , cho phép giá trị bốc thoát hơi tiềm năng của lưu vực được lấy từ giá trị đầu vào của mô hình hoặc được tính toán theo phương trình Đặc biệt trong phiên bản này có sử dụng môi trường ARCVIEW là môi trường giao diện

+SWAT2012: Đặc biệt trong phiên bản này có sử dụng môi trường ARCGIS

là môi trường giao diện Trong luận văn này đã sử dụng phiên bản SWAT 2012 để

tính toán

2.2 Cấu trúc của mô hình

Mô hình SWAT mô phỏng quá trình thuỷ văn diễn ra trên lưu vực

Mô hình chia dòng chảy thành ba pha: pha mặt đất, pha dưới mặt đất (sát mặt, ngầm) và pha trong sông

 Pha mặt đất diễn tả các thành phần dòng chảy mặt, phần xói mòn

 Pha sát mặt diễn tả các thành phần dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm

 Pha trong sông diễn tả diễn toán lượng dòng chảy tới mặt cắt cửa ra của lưu vực

2.2.1 Pha đất của chu trình thuỷ văn

Chu trình thuỷ văn được mô tả trong mô hình SWAT dựa trên phương trình cân bằng nước như sau:

)QW

EQ

R(SW

t

1 i day 0



(2.1) trong đó:

SWt là tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán (mm)

SWo là tổng lượng nước ban đầu tại ngày thứ i (mm)

T là thời gian (ngày)

Rday là tổng lượng mưa tại ngày thứ i (mm)

Qsurf là tổng lượng nước mặt của ngày thứ i (mm)

Ea là lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm)

Wseep là lượng nước đi vào tầng ngầm tại ngày thứ i (mm)

Qgw là lượng nước hồi quy tại ngày thứ i (mm)

1 Các yếu tố khí hậu

Các yếu tố khí hậu của lưu vực cung cấp số liệu đầu vào của mô hình để kiểm soát cân bằng nước và xác định mối liên quan giữa các thành phần khác nhau trong chu trình thuỷ văn Các biến khí hậu được sử dụng trong mô hình SWAT là mưa, nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp, độ ẩm, vận tốc gió, bức xạ Các số liệu này

được lấy ở những trạm đo khí tượng và trạm đo mưa

2 Các yếu tố thuỷ văn

Khi lượng mưa rơi xuống, nó có thể bị chặn trong tầng lá cây hoặc rơi xuống bề mặt đất Nước trên bề mặt đất sẽ thấm vào trong đất hoặc chảy tràn trên

bề mặt lưu vực Nước di chuyển một cách tương đối nhanh chóng về phía kênh dẫn tạo ra dòng chảy trực tiếp Lượng nước thấm vào trong đất sẽ đóng góp cho dòng chảy ngầm Tính toán thuỷ văn trong mô hình bao gồm các thành phần sau :

- Diễn toán dòng chảy ngầm

- Tính các tổn thất

- Diễn toán dòng chảy mặt

- Diễn toán trong hồ chứa

- Diễn toán trong kênh dẫn

2.2.2 Pha diễn toán của chu trình thuỷ văn

Mô hình SWAT có thể xác định sự chuyển tải lượng nước, bồi lắng, những chất dinh dưỡng và những thuốc bảo vệ thực vật tới kênh chính, rồi diễn toán theo mạng lưới sông suối trên lưu vực Ngoài việc tính toán lưu lượng nước, mô hình còn mô tả sự biến đổi của các hoá chất trong kênh

1 Diễn toán trong sông

Việc diễn toán trong sông có thể được chia thành bốn thành phần: Nước, chất bồi lắng, những chất dinh dưỡng và hoá chất hữu cơ

2 Diễn toán qua hồ chứa

Sự cân bằng nước cho những kho chứa bao gồm dòng chảy đến, dòng chảy

ra, mưa trên bề mặt, bốc thoát hơi, thấm qua đáy hồ và những công trình phân nước

2.3 Các quá trình thành phần trong mô hình SWAT

2.3.1 Quá trình hình thành dòng chảy mặt

2.3.1.1 Tính lƣợng mƣa hiệu quả

Phương pháp đường cong thấm SCS tính lượng mưa hiệu quả

Trong mô hình SWAT, tác giả đã dùng hai phương pháp đường cong thấm SCS (1972) và phương trình thấm Green & Ampt (1911) để xác định lượng mưa hiệu quả Phương trình dòng chảy SCS là phương trình thực nghiệm, nó được xây

dựng từ những năm 1950, dùng để xác định lượng dòng chảy mặt dưới điều kiện khác nhau về sử dụng đất và loại đất Phương trình đường cong SCS được viết như sau:

) S I R

(

) I R

( Q

a day

2 a day



trong đó:

Qsurf là lượng dòng chảy mặt hay lượng mưa hiệu quả (mm)

Rday là lượng mưa ngày (mm)

Ia là tổn thất thấm ban đầu (mm)

S là lượng thấm cho phép tối đa có thể trữ trong đất (mm)

Lượng thấm cho phép tối đa phụ thuộc vào đặc tính đất, sử dụng đất và độ

ẩm đất tại thời điểm bắt đầu mưa và được xác định như sau:

trong đó CN chỉ số đường cong đại biểu cho đặc tính đất tính cho ngày

Hệ số tổn thất thấm ban đầu Ia = 0,2 S ứng với những trận mưa có cường độ mưa lớn Khi đó phương trình (2.2) được viết thành như sau:

) S 8 , 0 R

(

) S 2 , 0 R

( Q

day

2 day



Dòng chảy mặt chỉ xuất hiện khi Rday >Ia Hệ số CN được tra trong tài liệu

của SCS (1972) Hệ số CN phụ thuộc vào vấn đề sử dụng đất và lớp độ ẩm đất Lớp

độ ẩm đất được phân làm 3 loại: lớp loại I biểu thị cho đất có độ ẩm ít hay còn gọi lớp đất khô, lớp loại II biểu thị cho đất có độ ẩm vừa, lớp III biểu thị cho đất có độ

ẩm cao Đất lại được phân làm 4 loại A,B,C,D Mỗi một nhóm đất lại ứng với một chỉ số CN khác nhau Đường cong CN tính theo điều kiện độ ẩm loại I và III được tính như sau:

exp CN

100 (

) CN 100 ( 20 CN

CN

2 2

2 1

 0 , 00673 ( 100 CN ) 

exp CN

Giá trị đường cong CN trong phương trình (2.3) được viết lại như sau:

)254S

(

25400CN



Trong đó CN là chỉ số đường cong tính cho ngày và S là thông số diễn toán tính hàm lượng ẩm của đất trong ngày Điều kiện độ ẩm loại II theo phương pháp trên là tính cho đất có độ dốc 5% William (1995) đã phát triển mô hình trên và tính chỉ số CN cho các loại độ dốc khác nhau với điều kiện độ ẩm loại hai như sau:

2 3

s

3

) CN CN

Phương pháp thấm Green & Ampt tính tổng lượng dòng chảy

Phương trình Green & Ampt (Green & Ampt, 1911) được xây dựng để xác định lượng dòng chảy trên bề mặt sau khi đã khấu trừ tổn thất thấm tại mọi thời điểm Phương trình giả thiết các tầng đất là đồng nhất và độ ẩm kỳ trước phân bố đều trong đất Khi nước thấm vào trong đất, giả thiết đất ở tầng trên sau khi đã bão hòa sẽ tạo thành một bề mặt phân cách

Hình 2.1 Sự khác nhau giữa phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô phỏng

theo phương trình Green và Ampt và trong thực tế

Mein and Larson (1973) đã xây dựng một phương pháp xác định thời gian giữ nước dựa trên phương trình thấm Green & Ampt Phương pháp xác định lượng mưa hiệu quả của Mein and Larson (1973) được dùng trong mô hình SWAT để xác định dòng chảy mặt

Tốc độ thấm theo Mein and Larson (1973) được xác định như sau:

v wf e

t inf,

F 1

wf là tiềm năng tại bề mặt phân cách (mm)

v là sự thay đổi thể tích ẩm qua bề mặt phân cách (mm/mm)

Finf là lượng thấm luỹ tích tại thời điểm t (mm)