Nghiên cứu lựa chọn các phương pháp xác suất thống kê để phân tích và dự báo sự thay đổi của các yếu tố khí hậu trường hợp khu vực quảng nam đà nẵng

Mục tiêu: Mục tiêu tổng thể của ựề tài là ựánh giá xu thế phục vụ cho dự báo sự thay ựổi trong tương lai của các yếu tố khắ hậu khu vực Quang Nam - đà Nẵng, theo ựó tập trung vào hai nh

đẠI HỌC đÀ NẴNG TRƯỜNG đẠI HỌC KINH TẾ



BÁO CÁO TỔNG KẾT

đỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC SUẤT THỐNG KÊ đỂ PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO SỰ THAY đỔI CỦA

CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU TRƯỜNG HỢP KHU VỰC

QUẢNG NAM - đÀ NẴNG

Mã số: T2020-04-51

Chủ nhiệm ựề tài: TS đoàn Thị Ngọc Cảnh

Cơ quan chủ trì: Khoa Thống kê - Tin học

đà Nẵng Ờ 12/2020

TRƯỜNG ðẠI HỌC KINH TẾ



BÁO CÁO TỔNG KẾT

ðỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC SUẤT THỐNG KÊ ðỂ PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO SỰ THAY ðỔI CỦA

CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU TRƯỜNG HỢP KHU VỰC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA

Thành viên tham gia ðơn vị công tác và lĩnh

TS ðoàn Thị Ngọc Cảnh Khoa Thống kê – Tin học/

Xác suất thống kê Chủ nhiệm ñề tài

TS Lê Dân Khoa Thống kê – Tin học/

Xác suất thống kê Thành viên ñề tài

MỤC LỤC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

PHẦN MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ðẶC ðIỂM ðIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU 6

1.1 Vị trí ñịa lý 6

1.2 ðiều kiện ñịa hình 6

1.2.1 ðịa hình vùng núi 6

1.2.2 ðịa hình vùng gò ñồi 7

1.2.3 ðịa hình vùng ñồng bằng 7

1.2.4 ðia hình vùng cát ven biển 7

1.3 ðặc ñiểm khí tượng - thủy văn 8

1.3.1 ðặc ñiểm khí tượng 8

1.3.2 ðặc ñiểm thủy văn 9

1.4 Tình hình dữ liệu nghiên cứu 13

1.4.1 Thu thập dữ liệu vùng nghiên cứu 13

1.4.2 Phân tích tình hình số liệu khu vực nghiên cứu 14

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ðÂY VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XU THẾ 16

2.1 Tổng quan về cơ sở lý thuyết nghiên cứu 16

2.1.1 Phương pháp ñồ thị 17

2.1.2 Phương pháp Hồi quy tuyến tính 17

2.1.3 Kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall 18

2.1.4 Xu thế Sen (Sen’ slope) 20

2.1.5 Phân tích lựa chọn phương pháp 20

2.2 Tổng quan về các nghiên cứu trước ñây 21

2.2.1 Thế giới 21

2.2.2 Việt Nam 27

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TRONG PHÂN TÍCH XU THẾ CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN 30

3.1 Chương trình phân tích 30

3.2 căn cứ phân tích kết quả 30

3.3 Xu thế biến ñổi lượng mưa 31

3.4 Xu thế biến ñổi nhiệt ñộ 71

3.5 Xu thế biến ñổi ñộ ẩm 76

3.6 Xu thế biến ñổi dòng chảy 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Sơ ựồ lôgic của bài toán nghiên cứu biến ựổi khắ hậu [3] 2

Hình 1-2: địa hình khu vực Quảng Nam - đà Nẵng 7

Hình 1-3: Bản ựồ mạng lưới sông trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 10

Hình 1-4: Mạng lưới trạm KTTV khu vực Quảng Nam - đà Nẵng 14

Hình 2-1: Biến ựổi của nhiệt ựộ bề mặt Trái đất theo thời gian 21

Hình 2-2: Xu hướng biến ựổi một số khắ nhà kắnh ựến năm 2005 [11] 22

Hình 2-3: Biến ựổi mực nước biển theo thời gian 23

Hình 3-1: Xu hướng biến ựổi lượng mưa 1 ngày max tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, 38 đà Nẵng 38

Hình 3-2: Xu hướng biến ựổi lượng mưa 3 ngày max tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng 44

Hình 3-3: Xu hướng biến ựổi lượng mưa trung bình mùa lũ tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng .50

Hình 3-4: Xu hướng biến ựổi lượng mưa trung bình mùa kiệt tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng 56

Hình 3-5: Xu hướng biến ựổi lượng mưa trung bình năm tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng 66

Hình 3-6: Phân bố xu thế biến ựổi lượng mưa 1 ngày max theo phương trình xu thế 67

Hình 3-7: Phân bố xu thế biến ựổi lượng mưa 3 ngày max theo phương trình xu thế 68

Hình 3-8: Phân bố xu thế biến ựổi lượng mưa mùa kiệt theo phương trình xu thế 68

Hình 3-9: Phân bố xu thế biến ựổi lượng mưa mùa lũ theo phương trình xu thế .69

Hình 3-10: Phân bố xu thế biến ựổi lượng mưa năm theo phương trình xu thế 69

Hình 3-11: Xu hướng biến ựổi nhiệt ựộ trung bình năm tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng 72

Hình 3-12: Xu hướng biến ựổi nhiệt ựộ trung bình ngày lớn nhất năm tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng .73

Hình 3-13: Xu hướng biến ựổi nhiệt ựộ trung bình ngày nhỏ nhất năm tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng .74

Hình 3-14: Xu hướng biến ựổi ựộ ẩm nhỏ nhất năm tại các trạm Trà My, Tam Kỳ, đà Nẵng 77Hình 3-15: Xu hướng biến ựổi ựộ ẩm trung bình năm tại các trạm Trà My, Tam Kỳ,

đà Nẵng 78Hình 3-16: Xu hướng biến ựổi lưu lượng trung bình mùa kiệt các trạm Nông Sơn, Thành Mỹ .81Hình 3-17: Xu hướng biến ựổi lưu lượng trung bình năm tại các trạm Nông Sơn, Thành Mỹ 82Hình 3-18: Xu hướng biến ựổi lưu lượng trung bình ngày lớn nhất năm các trạm Nông Sơn, Thành Mỹ 82Hình 3-19: Xu hướng biến ựổi lưu lượng trung bình mùa lũ các trạm Nông Sơn, Thành Mỹ 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: ðặc trưng dòng chảy tại các lưu vực nghiên cứu 12

Bảng 1-2: Dữ liệu nghiên cứu 15

Bảng 3-1: Căn cứ ñánh giá phân tích kết quả chương trình Kendall.exe 30

Bảng 3-2: Kết quả phân tích xu thế ứng với lượng mưa trung bình 1 ngày lớn nhất 32

Bảng 3-3: Kết quả phân tích xu thế ứng với lượng mưa trung bình 3 ngày lớn nhất 38

Bảng 3-4: Kết quả phân tích xu thế ứng với lượng mưa trung bình mùa lũ .44

Bảng 3-5: Kết quả phân tích xu thế ứng với lượng mưa trung bình mùa kiệt .50

Bảng 3-6: Kết quả phân tích xu thế ứng với lượng mưa trung bình năm 56

Bảng 3-7: Kết quả phân tích xu thế ứng với dữ liệu nhiệt ñộ 71

Bảng 3-8: Kết quả phân tích xu thế ứng với dữ liệu ñộ ẩm 76

Bảng 3-9: Kết quả phân tích xu thế ứng với dữ liệu dòng chảy 80

đẠI HỌC đÀ NẴNG

TRƯỜNG đẠI HỌC KINH TẾ

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên ựề tài: Nghiên cứu lựa chọn các phương pháp xác suất thống kê ựể phân tắch và

dự báo sự thay ựổi của các yếu tố khắ hậu trường hợp khu vực Quảng Nam - đà Nẵng

- Mã số: T2020-04-51

- Chủ nhiệm ựề tài: TS đoàn Thị Ngọc Cảnh

- Tổ chức chủ trì: Khoa Thống kê Ờ Tin học

- Thời gian thực hiện: 01/2020-12/2020

2 Mục tiêu:

Mục tiêu tổng thể của ựề tài là ựánh giá xu thế phục vụ cho dự báo sự thay ựổi trong tương lai của các yếu tố khắ hậu khu vực Quang Nam - đà Nẵng, theo ựó tập trung vào hai nhiệm vụ mục tiêu cụ thể:

- Lựa chọn phương pháp phân tắch xu thế cho các yếu tố khắ tượng thủy văn lưu vực;

- Xác ựịnh xu hướng biến ựổi các yếu tố khắ tượng thủy văn khu vực Quảng Nam

4 Kết quả nghiên cứu:

- Xác ựịnh xu thế biến ựổi của các yếu tố nhiệt ựộ, ựộ ẩm, lượng mưa, dòng chảy;

- Xây dựng phương trình xu thế của các ựại lượng nhiệt ựộ, ựộ ẩm, lượng mưa, dòng chảy

5 Sản phẩm:

- Bài báo ựăng tạp chắ trong nước: 1

- Báo cáo tổng kết về Nghiên cứu lựa chọn các phương pháp xác suất thống kê ựể phân tắch và dự báo sự thay ựổi của các yếu tố khắ hậu trường hợp khu vực Quảng Nam - đà Nẵng

- Báo cáo về việc ứng dụng phương trình xu thế trong dự báo dòng chảy mùa lũ năm

2020

6 Phương thức chuyển giao, ựịa chỉ ứng dụng, tác ựộng và lợi ắch mang lại của kết quả nghiên cứu:

- đăng bài báo trên các tạp chắ khoa học trong nước;

- Ứng dụng trong dự báo lũ, vận hành liên hồ chứa lưu vực Vu Gia Thu Bồn;

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Nonparametric estimation approach for evaluating the trend of meteorological factors in Quang Nam – Da Nang

hydro-Code number: T2020-04-51

Coordinator: Dr Doan Thi Ngoc Canh

Implementing institution: The Faculty of Statistics and Informatics, The university of Economics, University of Danang

Duration: From 01/2020 to 12/2020

2 Objective(s):

The overall objective of this study is to assess trends in order to forecast future changes in climatic factors in Quang Nam - Da Nang, focusing on two specific target tasks:

- Choosing trend analysis methods for the hydro-meteorological factors;

- Determining the variation trend of hydro-meteorological factors in Quang Nam-Da Nang area

3 Creativeness and innovativeness:

- Applying the non-parametric test method to assess trend of hydro-climatic factors in Quang Nam - Da Nang area

- Based on measured data obtained in 40 years from 1976 to 2016, trend analysis is the basis for future climate change calculations

01 article published on a domestic scientific journal

01 report on the selection of statistical probability methods to analyze and forecast changes in climate factors in the case of Quang Nam - Da Nang

01 report on the application of trend equations in flood season flow forecast for 2020

6 Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results:

- The products transfered for Water resources research center, The University of Science and Technology, University of Danang Application in flood forecasting

- Applications in flood forecasting, inter-reservoir operation in Vu Gia Thu Bon basin

PHẦN MỞ đẦU

1 Tắnh cấp thiết của ựề tài

Việt Nam nằm ở khu vực nhiệt ựới gió mùa đông Nam châu Á, hàng năm gánh chịu rất nhiều thiên tai tự nhiên, trong ựó lũ lụt ựược ựánh giá là loại hình thiên tai nguy hiểm nhất và tác ựộng sâu rộng nhất ựối với xã hội Việt Nam Trong lịch sử loại hình thiên tai này ựã có những ảnh hưởng lớn ựến sự phát triển kinh tế

xã hội của quốc gia, như lụt lớn năm 1945 ựã dẫn tới nạn ựói trong một thời gian dài

và gây ra cái chết cho hơn hai triệu người Trận lũ năm 1964 gây ngập lụt khu vực rộng lớn ở miền Trung Việt Nam từ Quảng Bình ựến Phú Yên Trận lụt 1999 năm

ựã gây thiệt hại ựáng kể về người và tài sản cho nhiều tỉnh khu vực duyên hải miền Trung Ngoài ra, Việt Nam vẫn là một nước ựang phát triển, cơ sở hạ tầng còn yếu kém, nhận thức của người dân với thảm họa tự nhiên chưa cao Do ựó, Việt Nam ựược ựánh giá là một trong những nước dễ bị tổn thương ựối với thảm họa thiên nhiên

Vấn ựề nghiêm trọng hơn, khi mà theo dưới tác ựộng của biến ựổi khắ hậu, thiệt hại do thiên tai tự nhiên ở Việt Nam ựược dự báo sẽ tăng nhanh trong các năm sắp tới Bên cạnh ựó, với ựường bờ biển dài khoảng 3,440 Km, dân số phần lớn tập trung tại các khu vực ven biền và sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp, Việt Nam là một trong những nước sẽ bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi những hậu quả của biến ựổi khắ hậu Báo cáo mới nhất của ngân hàng phát triển châu Á về kinh tế biến ựổi khắ hậu ở các nước đông Nam Á dự báo rằng Việt Nam có khả năng sẽ chịu tác ựộng nhiều hơn từ biến ựổi khắ hậu so với mức trung bình chung toàn cầu Dự báo cho rằng vào cuối thế kỷ này, dưới tác ựộng của hiện tượng ấm lên toàn cầu, nên kinh tế Việt Nam có thể chịu một tổn thất tương ựương với hơn 6% GDP hàng năm [1] Và theo ựánh giá mới nhất của chắnh phủ Việt Nam, vào cuối thế kỷ 21, nhiệt

ựộ trung bình hàng năm của Việt Nam sẽ tăng từ 2ồ C ựến 3ồ C so với hiện nay, tổng lượng mưa hàng năm và theo mùa sẽ tăng trong khi lượng mưa trong mùa khô

sẽ giảm, mực nước biển có thể tăng 0.75m ựến 1m so với giai ựoạn 1980-1999 Khoảng 10% ựến 12% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp và kinh tế Việt Nam có thể mất khoảng 10% GDP [2] Những thách thức này thúc giục Việt Nam cần phải có chắnh sách phù hợp và các biện pháp cụ thể ựể nâng cao nhận thức cộng

ựồng, cũng như tăng cường năng lực ứng phó với biến ựổi khắ hậu

Việc ựánh giá xu thế biến ựổi của các yếu tố khắ tượng thủy văn dựa vào dữ liệu ựo ựạc trong quá khứ ựể làm cơ sở cho việc dự ựoán sự thay ựổi của các yếu tố này trong tương lai là hết sức cần thiết [2] Phân tắch sự thay ựổi trong quá khứ ựược xem là một bước cơ bản, là nguồn tham vấn quan trọng cho công tác ựánh giá biến ựổi khắ hậu trong tương lai [3] hình 1-1

Hình 1-1 Sơ ựồ lôgic của bài toán nghiên cứu biến ựổi khắ hậu [3]

Quảng Nam Ờ đà Nẵng nằm trong khu vực nhiệt ựới gió mùa, cùng với các ựặc trưng ựịa hình phức tạp, do ựó thiên tai lũ lụt thường xuyên diễn ra, gây ra những hậu quả nặng nề ựến ựời sống nhân dân và sự phát triển kinh tế xã hội của ựịa phương Những hậu quả này ựược dự báo là sẽ khốc liệt hơn trong tương lai dước tác ựộng của hiện tượng nóng lên toàn cầu (theo dự báo của Bộ Tài Nguyên Môi Trường Việt Nam, nhiệt ựộ của khu vực cuối thế kỷ sẽ tăng trung bình 2-3o, và mực nước biển tăng trung bình 0.75-1.0m so với hiện nay) [2] Những thách thức này ựòi hỏi chúng ta cần có những hoạch ựịnh và chắnh sách phù hợp ựể giảm thiểu tác ựộng của biến ựổi khắ hậu tới ựịa phương Với mục ựắch, phân tắch sự thay ựổi của các yếu tố khắ tượng thủy văn trên ựịa bàn Quảng Nam, đà Nẵng làm cơ sở ựể

dự ựoán các kịch bản biến ựổi khắ hậu trong tương lai, ựề tài tiến hành phân tắch số liệu nhiệt ựộ, ựộ ẩm, lượng mưa và dòng chảy ựo ựạc trong 40 năm qua trên ựịa bàn bằng một số phương pháp thông kế Kết quả ựược kỳ vọng cung cấp một cái nhìn sơ lược về xu hướng biến ựổi các yếu tố khắ tượng thủy văn trong quá khứ và từ ựó

phân tắch, dự ựoán biến ựổi các yếu tố trong tương lai Kết quả cũng ựược sử dụng

ựể tham vấn cho công tác quy hoạch, phát triển kinh tế xã hội của ựịa phương trong tương lai

2 Mục tiêu ựề tài

Mục tiêu tổng thể của ựề tài là ựánh giá xu thế phục vụ cho dự báo sự thay trong tương lai của các yếu tố khắ hậu khu vực Quang Nam - đà Nẵng, theo ựó tập trung vào hai nhiệm vụ mục tiêu cụ thể:

- Lựa chọn phương pháp phân tắch xu thế cho các yếu tố khắ tượng thủy văn lưu vực;

- Xác ựịnh xu hướng biến ựổi các yếu tố khắ tượng thủy văn khu vực Quảng Nam đà Nẵng

3 đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- đối tượng nghiên cứu: Các yếu tố khắ tượng thủy văn (nhiệt ựộ, ựộ ẩm, lượng mưa, dòng chảy) khu vực Quảng Nam Ờ đà Nẵng và lân cận;

tố khắ tượng thủy văn khu vực Quảng Nam Ờ đà Nẵng

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các phương pháp xác ựịnh xu thế biến ựổi các yếu tố khắ tượng thủy văn: đồ thị, hồi quy tuyến tắnh, Mann-Kendal và SenỖs;

- Nghiên cứu thực nghiệm: Phân tắch xu thế biến ựổi các yếu tố khắ tượng thủy văn khu vực Quảng Nam - đà Nẵng

5 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu ựược thực hiện với hai nội dung cơ bản: Nghiên cứu lý thuyết và

nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết:

+ Khái quát về biến ựổi khắ hậu và các tác ựộng của hiện tượng này ựến con người; trình bày xu hướng biến ựổi của các yếu tố thời tiết; các hiện tượng thời tiết cực ựoan cũng như là các tác ựộng của chúng trong những năm qua

và thời gian tới;

+ Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới: trình bày những kết quả nghiên cứu trước ựây;

+ Nghiên cứu các lý thuyết xác suất thống kê áp dụng trong việc xác ựịnh xu thế biến ựổi;

- Nghiên cứu thực nghiệm:

+ Thu thập số liệu khắ tượng thủy văn trong ựịa bàn Quảng Nam Ờ đà Nẵng; + Áp dụng các phương pháp thống kê vào số liệu thực tế số liệu Quảng Nam Ờ

- Chương 1 Tổng quan về ựặc ựiểm ựiều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu

+ Vị trắ ựia lý: khu vực nghiên cứu Quảng Nam - đà Nẵng

+ điều kiện ựịa hình

+ đặc ựiểm khắ hậu

+ Tình hình dữ liệu nghiên cứu

- Chương 2 Tổng quan các nghiên cứu trước ựây về phân tắch xu thế

+ Xu thế biến ựổi lượng mưa

+ Xu thế biến ựổi nhiệt ựộ

+ Xu thế biến ñổi ñộ ẩm

+ Nhận xét kết quả

- Kết luận & Kiến nghị

- Phắa Bắc khu vực giáp tỉnh Thừa Thiên Huế;

- Phắa Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, Kon Tum;

- Phắa Tây giáp Lào;

- Phắa đông giáp biển đông

Dân số tỉnh Quảng Nam năm 2019 là 1.567.890 người, 31% dân số sống ở ựô thị và 69% dân số sống ở nông thôn Quảng Nam hiện có 18 ựơn vị hành chắnh cấp huyện bao gồm 2 thành phố, 1 thị xã và 15 huyện, trong ựó có với 241 ựơn vị cấp xã (25 phường, 12 thị trấn, 203 xã)

Thành phố đà Nẵng có 8 ựơn vị hành chắnh cấp huyện, gồm 6 quận và 2 huyện Tổng diện tắch thành phố là 1285,4 kmỗ, gồm 56 ựơn vị hành chắnh cấp xã, trong ựó có

45 phường và 11 xã Ngoại trừ quận Cẩm Lệ, năm quận còn lại của thành phố ựều giáp biển

1.2 điều kiện ựịa hình

Nhìn chung ựịa hình của lưu vực biến ựổi khá phức tạp và bị chia cắt mạnh địa hình có xu hướng nghiêng dần từ Tây sang đông ựã tạo cho lưu vực có 4 dạng ựịa hình chắnh: địa hình vùng núi, ựịa hình vùng gò ựồi, ựịa hình vùng ựồng bằng và ựịa hình vùng cát ven biển (Hình 1-2)

1.2.1 địa hình vùng núi

Vùng núi chiếm phần lớn diện tắch của lưu vực, dãy núi Trường Sơn có ựộ cao phổ biến từ 500 ọ 2.000 m đường phân thuỷ của lưu vực là những ựỉnh núi có ựộ cao từ 1.000 m ọ 2.000 m, ựược kéo dài từ ựèo Hải Vân ở phắa Bắc có cao ựộ 1.700

m sang phắa Tây rồi Tây Nam và phắa Nam lưu vực hình thành một cánh cung bao lấy lưu vực điều kiện ựịa hình này rất thuận lợi ựón gió mùa đông Bắc và các hình thái thời tiết từ biển đông ựưa lại hình thành các vùng mưa lớn gây lũ quét cho

miền núi và ngập lụt cho vùng hạ du

1.2.4 đia hình vùng cát ven biển

Vùng ven biển là các cồn cát có nguồn gốc biển Cát ựược sóng gió ựưa lên bờ

và nhờ tác dụng của gió, cát ựược ựưa ựi xa bờ về phắa Tây tạo nên các ựồi cát có dạng lượn sóng chạy dài hàng trăm km dọc bờ biển

Hình 1-2: địa hình khu vực Quảng Nam - đà Nẵng

1.3 đặc ựiểm khắ tượng - thủy văn

1.3.1.3 Chế ựộ ẩm

độ ẩm không khắ có quan hệ chặt chẽ với nhiệt ựộ không khắ và lượng mưa Vào các tháng mùa mưa ựộ ẩm không khắ vùng ựồng bằng ven biển có thể ựạt 85 - 88%, vùng núi có thể ựạt 90 - 95% Các tháng mùa khô vùng ựồng bằng ven biển chỉ còn dưới mức 80%, vùng núi còn 80 - 85% độ ẩm không khắ vào những ngày thấp nhất có thể xuống tới mức 20 - 30%

1.3.1.4 Bốc hơi

Khả năng bốc hơi phụ thuộc vào yếu tố khắ hậu: nhiệt ựộ không khắ, nắng, gió,

ựộ ẩm Khả năng bốc hơi vùng nghiên cứu khoảng 680 ọ 1.040mm, vùng núi bốc hơi ắt khoảng 680 ọ 800mm, vùng ựồng bằng ven biển bốc hơi nhiều hơn khoảng

880 ọ 1.050mm

1.3.1.5 Gió - bão

Vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng của các hướng gió thổi tới: từ tháng V ựến tháng IX hướng đông Nam và Tây Nam, từ tháng X ựến tháng IV hướng đông và đông Bắc, vùng ựồng bằng ven biển tốc ựộ gió lớn hơn vùng miền núi

Tốc ựộ gió bình quân hàng năm vùng núi ựạt 0,7ọ1,3 m/s, trong khi ựó vùng ựồng bằng ven biển ựạt 1,3ọ1,6 m/s Tốc ựộ gió lớn nhất ựã quan trắc ựược ở Trà

My mùa hạ ựạt 34 m/s trong mùa mưa ựạt 25 m/s Vùng ựồng bằng ven biển gió thường mạnh hơn và ựạt 40 m/s như ở đà Nẵng

Bão thường xuất hiện từ biển đông, do tác dụng chắn gió của các ựỉnh núi cao

và dãy Trường Sơn làm cho tốc ựộ gió và tốc ựộ di chuyển của bão bị chậm lại, bão trở thành vùng áp thấp gây gió mạnh và mưa lớn tạo nên lũ lụt vùng hạ du các sông hoặc hình thành lũ quét vùng thượng du

1.3.1.6 Chế ựộ mưa

Dãy Trường Sơn là vai trò chắnh ựóng góp cho việc làm lệch pha mùa mưa của các tỉnh Trung Trung Bộ trong ựó có tỉnh Quảng Nam và thành phố đà Nẵng so với mùa mưa cả nước

Mùa nhiều mưa ở Quảng Nam, đà Nẵng từ tháng IX ựến tháng XII, mùa ắt mưa từ tháng I ựến tháng VIII Riêng tháng V và tháng VI xuất hiện ựỉnh mưa phụ, càng về phắa Tây của vùng nghiên cứu ựỉnh mưa phụ càng rõ nét hơn, hình thành thời kỳ tiểu mãn trên lưu vực sông Bung

Lượng mưa hàng năm vùng nghiên cứu từ 2.000 ọ 4.000mm và phân bố như sau:

+ Từ 3.000 ọ 4.000mm ở vùng núi cao như Trà My, Tiên Phước;

+ Từ 2.500ọ3.000mm ở vùng núi trung bình Khâm đức, Nông Sơn, Quế Sơn; + Từ 2.000ọ2.500mm ở vùng núi thấp và ựồng bằng ven biển: Tây Giang, đông Giang, Ba Nà, Hội Khách, Ái Nghĩa, Giao Thuỷ, Hội An, đà Nẵng Vùng nghiên cứu thời ựiểm bắt ựầu mùa mưa không ựồng nhất: Vùng núi mùa mưa ựến sớm hơn (do ảnh hưởng mùa mưa Tây Trường Sơn) và chậm dần về phắa ựồng bằng ven biển Tuy nhiên thời kỳ mưa lớn nhất trên toàn vùng thường tập trung vào 2 tháng X và XI

1.3.2 đặc ựiểm thủy văn

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn ựược bắt nguồn từ vùng núi cao sườn phắa đông của dãy Trường Sơn, có ựộ dài của sông ngắn và ựộ dốc lòng sông lớn Vùng núi lòng sông hẹp, bờ sông dốc ựứng, sông có nhiều ghềnh thác, ựộ uốn khúc từ 1 ọ

2 lần Phần giáp ranh giữa trung lưu và hạ lưu lòng sông tương ựối rộng và nông, có nhiều cồn bãi giữa dòng, về phắa hạ lưu lòng sông thường thay ựổi, bờ sông thấp nên vào mùa lũ hàng năm nước tràn vào ựồng ruộng, làng mạc gây ngập lụt Sông

Vu Gia - Thu Bồn gồm 2 nhánh chắnh:

- Sông Vu Gia

Sông Vu Gia gồm nhiều nhánh sông hợp thành, ựáng kể là các sông đak Mi (sông Cái), sông Bung, sông A Vương, sông Con Sông Vu Gia có chiều dài ựến cửa ra tại đà Nẵng là 204 km, ựến Cẩm Lệ: 189 km, ựến Ái Nghĩa: 166 km Diện tắch lưu vực ựến Ái Nghĩa là 5.180 km2

- Sông Thu Bồn

Sông ựược bắt nguồn từ vùng biên giới 3 tỉnh Quảng Nam, Kon Tum và Quảng Ngãi ở ựộ cao hơn 2.000 mm sông chảy theo hướng Nam - Bắc, về Phước Hội sông chảy theo hướng Tây Nam - đông Bắc khi ựến Giao Thuỷ sông chảy theo hướng Tây - đông và ựổ ra biển tại Cửa đại Diện tắch lưu vực từ thượng nguồn ựến Nông Sơn: 3.150 km2, dài 126 km, diện tắch lưu vực tắnh ựến Giao Thuỷ là 3.825 km2, dài 152 km

Hình 1-3: Bản ựồ mạng lưới sông trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

1.3.2.1 Dòng chảy năm

a Phân phối dòng chảy năm

Do lưu vực có lượng mưa lớn nên dòng chảy mặt trong sông khá lớn Mô ựun dòng chảy trung bình năm từ 60,0 ọ 80,0 l/s.km2 Tổng lượng dòng chảy mặt hệ

thống sông Thu Bồn vào khoảng 24 km3 (24 tỷ m3), tương ứng với Q0 =760 m3/s và

M0 = 73,4 l/s.km2 Mùa lũ từ tháng X - XII (3 tháng), có lượng dòng chảy chiếm khoảng 64,8% Wnăm Lượng dòng chảy trung bình tháng lớn nhất là tháng XI chiếm khoảng 27,3% Wnăm Mô ñun dòng chảy ñỉnh lũ trên dòng chính Mmax từ 3.300 ÷ 3.800 l/s.km2, trên các lưu vực nhỏ có Mmax từ 500 ÷ 1.000 l/s.km2 Do lưu vực sông Thu Bồn dốc, sông suối ngắn, có dạng hình nan quạt thuận lợi cho lũ tập trung về hạ lưu cùng lúc

Mặt khác lưu vực có lượng mưa và cường ñộ mưa lớn, sông hầu như không có phần trung lưu nên lũ ñổ dồn về hạ lưu khá ñột ngột, biên ñộ lũ, cường ñộ lũ và mực nước lũ khá cao, thường gây ra ngập lụt nghiêm trọng cho vùng hạ lưu Mùa cạn kéo dài từ tháng I - X (9 tháng), có tổng lượng dòng chảy trung bình mùa cạn chiếm khoảng 35,2% Wnăm Tổng lượng dòng chảy trung bình của ba tháng nhỏ nhất tháng III ñến tháng V chiếm khoảng 8,45% Wnăm Mô ñun dòng chảy nhỏ nhất Mmin biến ñổi từ 4 - 6 l/s.km2

- Trên sông Vu Gia

Theo số liệu quan trắc từ 1976-2007 tại trạm thuỷ văn Thành Mỹ có diện tích lưu vực F= 1.850 km2, lưu lượng trung bình năm là Q0 = 114 m3/s, tương ứng với

mô ñun dòng chảy trung bình năm là M0 = 66,0 l/s/km2, tổng lượng dòng chảy mặt trung bình năm W0 = 3,91 km3; mùa lũ từ tháng X - XII, có tổng lượng dòng chảy mặt trung bình mùa lũ là WTB mùa lũ = 2,39 km3, chiếm khoảng 61,1% Wnăm, lượng dòng chảy trung bình tháng lớn nhất là tháng IX chiếm khoảng 25,1% Wnăm, lưu lượng lớn nhất ñã quan trắc ñược là Qmax = 7.000 m3/s (20/XI/1998) tương ứng với mô dun dòng chảy lớn nhất là Mmax=3.784 l/s/km2; và mùa cạn kéo dài từ tháng

I - X (9 tháng), có tổng lượng dòng chảy trung bình mùa cạn khoảng 38,9% Wnăm, tổng lượng dòng chảy trung bình của ba tháng nhỏ nhất chiếm khoảng 9,65%Wnăm, lượng dòng chảy trung bình tháng nhỏ nhất chiếm khoảng 2,80%Wnăm, lưu lượng nhỏ nhất Qmin= 11,3 m3/s (27/VII/1988), tương ứng với mô ñun dòng chảy nhỏ nhất

là Mmin = 6,11 l/s/km2

- Trên sông Thu Bồn

Theo số liệu quan trắc từ 1976-2007 tại trạm thuỷ văn Nông Sơn: Lưu lượng nước trung bình năm là Q0 = 271 m3/s, tương ứng với mô ñun dòng chảy trung bình

năm là M0 = 86,0 l/s/km2, tổng lượng dòng chảy mặt trung bình năm W0 = 8,61

km3; mùa lũ từ tháng X- XII, có tổng lượng dòng chảy mặt trung bình mùa lũ là

WTB mùa lũ = 5,84 km3, chiếm khoảng 67,8% Wnăm, lượng dòng chảy trung bình tháng lớn nhất (tháng XI) chiếm khoảng 29,0% Wnăm, lưu lượng lớn nhất ựã quan trắc ựược là Qmax = 10.815 m3/s (12/XI/2007), tương ứng với mô ựun dòng chảy lớn nhất là Mmax=3.433 l/s/km2, mùa cạn kéo dài từ tháng I - X (9 tháng), có tổng lượng dòng chảy trung bình mùa cạn (WTB mùa cạn) chiếm khoảng 32,2% Wnăm, tổng lượng dòng chảy trung bình của ba tháng nhỏ nhất (VI-VIII) chiếm khoảng 7,57%

Wnăm, lượng dòng chảy trung bình tháng nhỏ nhất (VII) chiếm khoảng 2,15% Wnăm, lưu lượng nhỏ nhất là Qmin= 14,6 m3/s (21/VIII/1977), tương ứng với mô ựun dòng chảy nhỏ nhất là Mmin = 4,63 l/s/km2

b Biến ựộng dòng chảy năm

Theo số liệu thực ựo tại trạm Nông Sơn và Thành Mỹ, thì biến ựộng dòng chảy năm trên dòng chắnh sông Vu Gia và Sông Thu Bồn không lớn lắm Hệ số biến ựộng dòng chảy năm trên sông Thu Bồn là 0,32 còn trên sông Vu Gia thì dòng chảy năm biến ựộng mạnh hơn với hệ số biến ựộng dòng chảy năm là 0,35 (Bảng 1-1)

Bảng 1-1: đặc trưng dòng chảy tại các lưu vực nghiên cứu

(km2)

X0(mm)

Y0(mm)

Q0(m3/s)

M0(l/s.km2)

W0(109m3) Thành Mỹ 1.850 2.770 1.943 114 61,6 3,60

Vu Gia

Ái Nghĩa 5.180 2.420 1.650 271 52,3 8,55 Nông Sơn 3.150 3.300 2.393 254 75,9 7,54 Thu Bồn

Giao Thủy 3.825 3.300 2.390 308 75,8 9,15

1.3.2.2 Chế ựộ lũ

Tỉnh Quảng Nam, Thành phố đà Nẵng và vùng phụ cận có mùa lũ hàng năm

từ tháng X ựến tháng XII Tuy nhiên mùa lũ ở ựây cũng không ổn ựịnh, nhiều năm

lũ xảy ra từ tháng IX và cũng nhiều năm sang tháng I của năm sau vẫn có lũ, ựiều này chứng tỏ lũ lụt ở Quảng Nam - Thành phố đà Nẵng và vùng phụ cận có sự

biến ựộng khá mạnh mẽ

- Lũ xảy ra vào tháng IX ựến nửa ựầu tháng X gọi là lũ sớm

- Lũ xảy ra vào tháng XII hoặc sang tháng I năm sau gọi là lũ muộn

- Lũ lớn nhất trong năm thường xảy ra vào nửa cuối tháng X và XI

Nhìn chung lũ lụt vùng nghiên cứu diễn biến khá phức tạp, do ảnh hưởng của bão kết hợp với hoạt ựộng không khắ lạnh thường gây mưa lớn trên diện rộng thêm vào ựó với ựịa hình dốc nên khả năng tập trung nước nhanh, sông suối lại ngắn nên

lũ vùng này rất ác liệt, lũ lên nhanh, xuống nhanh, cường suất lũ lớn Lũ các sông Quảng Nam - đà Nẵng có lũ ựơn, lũ kép; lũ kép 2 ựến 3 ựỉnh ựặc biệt một số trận lũ

có 4 ựến 5 ựỉnh như lũ tháng XI năm 1999 có tới 5 ựỉnh trong ựó có 4 ựỉnh trên báo ựộng cấp III

1.3.2.3 Dòng chảy kiệt

Ở lưu vực Vu Gia - Thu Bồn có mùa cạn từ tháng I ựến tháng VIII hàng năm Dòng chảy nhỏ nhất trên lưu vực phần lớn rơi vào tháng IV, những năm ắt hoặc không có mưa tiểu mãn vào tháng V, tháng VI thì dòng chảy nhỏ nhất vào tháng VII và tháng VIII

1.4 Tình hình dữ liệu nghiên cứu

1.4.1 Thu thập dữ liệu vùng nghiên cứu

1.4.1.1 Dữ liệu khắ tượng thủy văn

Dữ liệu khắ tượng thủy văn ựược thu thập từ các dự án nghiên cứu trước ựây

và ựược hỗ trợ bởi đài khắ tượng thủy văn khu vực Trung Trung Bộ Tắnh khả dụng của loại dữ liệu ựược liệt kê trong hình 1-4

Hình 1-4: Mạng lưới trạm KTTV khu vực Quảng Nam - đà Nẵng

Có trạm đà Nẵng, ựại diện cho vùng duyên hải và Trà My, phục vụ vùng núi Các trạm khác, bao gồm: Tiên Phước, Khâm đức, Hiệp đức, Hiền, Thành Mỹ, Nông Sơn, Quế Sơn, Hội Khách, Ái Nghĩa, Giao Thủy, Cẩm Lệ, Cầu Lâu là các trạm ựo mưa phổ thông

1.4.2 Phân tắch tình hình số liệu khu vực nghiên cứu

Mạng lưới trạm quan trắc: Tắnh ựến nay, khu vực Quảng Nam - đà Nẵng có mạng lưới trạm khắ tượng thủy văn khá dày với tổng cộng 16 trạm quan trắc khắ tượng, thủy văn, tuy nhiên sự phân bố lại không ựều theo không gian Trong tổng số

16 trạm quan trắc, chỉ có 3 trạm ựo mưa là trạm Hiên, Khâm đức và Trà My ựược bố trắ trên vùng thượng lưu, còn lại ựược các trạm nằm hầu hết trong vùng ựồng bằng của lưu vực Hầu hết các trạm ựều có thời gian quan trắc từ năm 1976 ựến nay, riêng trạm đà Nẵng có thời gian quan trắc từ năm 1961 Các yếu tố quan trắc chủ yếu là mưa và mực nước Trên lưu vực có 3 trạm ựo ựầy ựủ các yếu tố khắ tượng là các trạm

đà Nẵng, Trà My và Tam Kỳ và 2 trạm thủy văn cấp I ựo lưu lượng dòng chảy là trạm Nông Sơn trên sông Thu Bồn và trạm Thành Mỹ trên sông Vu Gia Mạng lưới các trạm khắ tượng thủy văn trên lưu vực

Bảng 1-2: Dữ liệu nghiên cứu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC đÂY VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG

PHÁP PHÂN TÍCH XU THẾ 2.1 Tổng quan về cơ sở lý thuyết nghiên cứu

đánh giá Biến ựổi Khắ hậu (BđKH) là một trong những nội dung hết sức quan trọng và phải ựược thực hiện trước tiên trong bài toán nghiên cứu BđKH Kết quả của việc ựánh giá BđKH là cơ sở khoa học cho việc ựánh giá tác ựộng của BđKH Trên cơ sở những thông tin về mức ựộ, tắnh chất và xu thế biến ựổi của các yếu tố

và hiện tượng khắ hậu, việc ựánh giá tác ựộng của chúng sẽ ựược thực hiện ựối với các vùng, miền, lĩnh vực, ựối tượng, ựể từ ựó nghiên cứu, xây dựng và ựề xuất các giải pháp ứng phó Việc ựánh giá BđKH thường ựược thực hiện theo hai cách tiếp cận: (1) nghiên cứu các bằng chứng trong quá khứ dựa trên nguồn số liệu quan trắc hoặc mô hình; và (2) dự tắnh tương lai với công cụ chủ yếu là các mô hình khắ hậu toàn cầu và khu vực

Trong cách tiếp cận thứ nhất, từ những dấu hiệu, bằng chứng biến ựổi của các yếu tố và hiện tượng khắ hậu, bản chất và các nguyên nhân gây BđKH sẽ ựược chỉ

ra trên cơ sở nghiên cứu mối liên hệ tương hỗ giữa các hợp phần cấu thành hệ thống khắ hậu Cho ựến nay bản chất của BđKH ựược cho là sự gia tăng hiệu ứng nhà kắnh và sự biến ựổi tắnh chất bề mặt ựệm, còn nguyên nhân chắnh của BđKH ngoài nhân tố tự nhiên là sự hoạt ựộng của con người làm gia tăng hàm lượng khắ nhà kắnh trong khắ quyển và làm biến ựổi sử dụng ựất

Trong cách tiếp cận thứ hai, từ sản phẩm dự tắnh khắ hậu tương lai, các kịch bản BđKH sẽ ựược xây dựng ựể làm cơ sở cho việc ựánh giá tác ựộng, qua ựó làm căn cứ cho việc ựề xuất và ựưa ra các giải pháp ứng phó

Ở Việt Nam trong những năm gần ựây ựã có nhiều nghiên cứu về ựánh giá BđKH theo cả 2 cách tiếp cận trên Với cách tiếp cận thứ nhất, các nghiên cứu ựã ựi sâu vào phân tắch xu thế và mức ựộ biến ựổi của một số yếu tố như lượng mưa và nhiệt ựộ, hoặc một số hiện tượng cực ựoan như nắng nóng, rét ựậm, rét hại, hạn hán, cho các vùng khắ hậu khác nhau của Việt Nam, và cho các kết quả tương ựối phù hợp với các nhận ựịnh của các tác giả khác trên thế giới Tuy nhiên, trong hầu hết những nghiên cứu này, việc phân tắch, ựánh giá xu thế và mức ựộ biến ựổi của các yếu tố và hiện tượng khắ hậu chủ yếu dựa vào hệ số góc của phương trình hồi

qui tuyến tính mà nhược ñiểm cơ bản của nó là rất nhạy cảm với sai số quan trắc cũng như tính biến ñộng bất thường của yếu tố hay hiện tượng ñược xét

Việc sử dụng này có nhiều ưu ñiểm, có thể kể ra như sau:

- Mô hình ngẫu nhiên có thể ñược biểu diễn một cách trực quan bằng hình ảnh, giúp dễ tư duy và sử dụng;

- Việc nghiên cứu tính chất của mô hình có thể thực hiện qua làm việc trên ñồ thị, qua ñó nhiều tính toán, suy luận có thể thực hiện hiệu quả hơn nhờ vào các công

cụ toán học của lý thuyết ñồ thị

2.1.2 Phương pháp Hồi quy tuyến tính

Phân tích hồi quy tuyến tính là một phương pháp phân tích quan hệ giữa biến phụ thuộc Y với một hay nhiều biến ñộc lập X Mô hình hóa sử dụng hàm tuyến tính (bậc 1) Các tham số của mô hình (hay hàm số) ñược ước lượng từ dữ liệu

- Mô hình / phương trình hồi quy tuyến tính quần thể

Y = β +β X +ε

Trong ñó:

+ Y: giá trị của biến phụ thuộc;

+ Xi: giá trị của biến ñộc lập;

+β0: ñiểm cắt của ñường thẳng hồi quy và trục Y;

Trong ựó:

+Ẽy là giá trị của biến phụ thuộc;

+ x là giá trị của biến ựộc lập;

+β0 là ựiểm cắt của ựường thẳng hồi quy và trục y;

+β1 là hệ số góc

2.1.3 Kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall

Phương pháp Mann-Kendall là phương pháp phi tham số dùng ựể xác ựịnh xu thế trong một chuỗi dữ liệu thời gian Phương pháp này so sánh biên ựộ tương ựối của dữ liệu hơn là bản thân giá trị của các dữ liệu ấy [4] điều này giúp tránh ựược

xu thế giả tạo do một vài giá trị cực trị cục bộ gây ra nếu sử dụng phương pháp tắnh toán xu thế tuyến tắnh bằng bình phương tối thiểu thông thường ựang ựược áp dụng chủ yếu dựa vào hệ số góc của phương trình hồi quy tuyến tắnh Ngoài ra, khi xem xét xu thế của chuỗi bằng phương pháp này không cần quan tâm việc tập mẫu tuân theo quy luật phân bố nào Việc áp dụng một phương pháp ựể tắnh toán xu thế khác với phương pháp bình phương tối thiểu mà các nghiên cứu trước ựã sử dụng là ựóng góp mới ựang ựược thức hiện cho các lưu vực sông vùng nhiệt ựới gió mùa cũng như khu vực Quảng Nam đà Nẵng Giả thiết rằng chỉ có một dữ liệu tại mỗi một thời ựiểm Mỗi giá trị dữ liệu tại mỗi thời ựiểm ựược so sánh với các giá trị trên toàn chuỗi thời gian Giá trị ban ựầu của thống kê Mann-Kendall, S, là 0 (nghĩa là không có xu thế) [5], [6] Nếu một dữ liệu ở một thời ựiểm sau lớn hơn giá trị của

dữ liệu ở một thời ựiểm nào ựó trước ựấy, S ựược tăng thêm 1 và ngược lại

Nếu chuỗi giá trị x1, x2,Ầ,xn biểu diễn n ựiểm dữ liệu trong ựó xj là giá trị dữ liệu tại thời ựiểm j Khi ựó chỉ số thống kê Mann-Kendall S ựược tắnh bởi:

Giá trị S dương là chỉ số cho một xu hướng tăng, giá trị S âm là chỉ số cho một

Phương sai của S ñược tính theo công thức:

Chỉ số Mann-Kendall Z ñược tính như sau (tuân theo luật phân phối chuẩn trung bình 0, phương sai 1):

Với mức ý nghĩa α cho trước, quy tắc bác bỏ giả thuyết H0 nếu

Hàm xác suất mật ñộ có công thức như sau:

( )

2 z 2

2.1.4 Xu thế Sen (Sen’ slope)

ðể xác ñịnh ñộ lớn Q của xu thế chuỗi [4], [5], chúng tôi sử dụng cách ước lượng của Sen

2.1.5 Phân tích lựa chọn phương pháp

Hiện nay, việc ứng dụng các lý thuyết xác suất thống kê trong phân tích các vấn ñề ñời sống xã hội là rất phổ biến ðây ñược xem là một cách tiếp cận khá hiệu quả và thực dụng trong phân tích dự báo sự thay ñổi Các phương pháp truyền thống như lý thuyết ñồ thị, hồi quy tuyến tính có những ưu ñiểm nhất ñịnh, tuy nhiên ñối với việc phân tích các yếu tố khí hậu thì các phương pháp này thể hiện những hạn chế nhất ñịnh Nhằm khắc phục những yếu ñiểm trên, trong nghiên cứu này nhóm tác giả sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall và ước lượng

xu thế Sen (Sen’ slope) Mann – Kendall so sánh ñộ lớn tương ñối của các quan sát thay vì giá trị thực của chúng, không bị ảnh hưởng bởi sự phân phối thực tế của dữ liệu và ít nhạy cảm hơn với các ngoại lệ Mặt hạn chế của kiểm ñịnh với tham số là yêu cầu dữ liệu phải tuân theo phân phối chuẩn và dễ bị ảnh hưởng bởi các dữ liệu ngoại lai Do ñó, kiểm ñịnh Mann - Kendall, cũng như các thử nghiệm xu hướng phi tham số khác, phù hợp hơn ñể phát hiện các xu hướng trong chuỗi thời gian, thường

bị lệch và có thể bị nhiễm các giá trị ngoại lai Yêu cầu chung của cả kiểm ñịnh xu hướng tham số và phi tham số là dữ liệu phải ñộc lập [9] Và cũng theo Mann, H.B [10], Mann Kendall là một trong những kiểm ñịnh phi tham số ñược sử dụng rộng rãi ñể phát hiện các xu thế quan trọng trong chuỗi thời gian ñặc biệt là chuỗi dữ liệu thủy văn thường bị lệch và có nhiều giá trị ngoại lai Phương pháp này so sánh ñộ lớn tương ñối của các phần tử của chuỗi chứ không xét chính giá trị của các phần tử Việc này hạn chế ñược sự ảnh hưởng do các giá trị ngoại lai gây ra nếu sử dụng

phương pháp tắnh toán xu thế tuyến tắnh bằng bình phương tối thiểu thông thường Bên cạnh ựó, kiểm ựịnh này cũng như các kiểm ựịnh phi tham số khác thường không yêu cầu dữ liệu phải tuân theo phân phối chuẩn Với những ựặc trưng của chuỗi dữ liệu thủy văn cũng như ưu nhược ựiểm của phương pháp như ựã nêu trên,

mà trong phạm vi ựề tài này, tác giả lựa chọn phương kiểm ựịnh phi tham số ựể áp dụng phân tắch xu hướng biến ựổi các yếu tố khắ tượng thủy văn của khu vực Quảng Nam-đà Nẵng như lượng mưa, dòng chảy, nhiệt ựộ và ựộ ẩm

2.2 Tổng quan về các nghiên cứu trước ựây

2.2.1 Thế giới

Theo số liệu quan trắc khắ hậu ở các nước cho thấy, Trái đất ựang nóng lên với sự gia tăng của nhiệt ựộ bình quân toàn cầu và nhiệt ựộ nước biển; băng và tuyết ựã và ựang tan trên phạm vi rộng làm cho diện tắch băng ở Bắc Cực và Nam Cực thu hẹp ựáng kể, dẫn ựến mực nước biển dâng cao Theo ựánh giá ựáng tin cậy nhất thì trong khoảng thời gian từ năm 1906 ựến năm 2005, nhiệt ựộ trên toàn cầu ựã tăng trong phạm vi 0,58 - 0,92 0C, trung bình 0,74 0C, tăng nhanh trong vòng 50 năm gần ựây (Hình 2-1) Sự nóng lên toàn cầu từ giữa thế kỷ 20 là do sự gia tăng của hàm lượng KNK do con người gây ra

Hình 2-1: Biến ựổi của nhiệt ựộ bề mặt Trái đất theo thời gian

(Nguồn: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Global_

Temperature_Anomaly.svg)

Sự thay ựổi thành phần và chất lượng khắ quyển có hại cho môi trường sống

của con người và các sinh vật trên Trái ðất: Nồng ñộ các khí trong khí quyển thay ñổi theo chiều hướng tăng nồng ñộ các khí gây hiệu ứng nhà kính Nồng ñộ CO2 tăng khoảng 31%; nồng ñộ NO2 tăng khoảng 151%; nồng ñộ CH4 tăng 248%; các khí khác cũng có nồng ñộ tăng ñáng kể so với thời kỳ trước công nghiệp hóa; một

số khí như các dạng khác nhau của khí HFC, PFC, SF6 là những khí chỉ mới xuất hiện sau cuộc cách mạng công nghiệp

Hình 2-2: Xu hướng biến ñổi một số khí nhà kính ñến năm 2005 [11]

Kết quả phân tích cho thấy, nói chung, trong phạm vi 300 - 850 vĩ Bắc, mưa trên ñất liền tăng trong thế kỷ 20, nhưng trong phạm vi 100 vĩ Nam ñến 300 vĩ Bắc thì mưa giảm ñáng kể trong 40 năm qua Trong phạm vi 100 - 300 vĩ Bắc, có dấu hiệu mưa tăng trong thời gian từ năm 1900 ñến năm 1950, nhưng giảm từ khoảng sau năm 1970 Những trận mưa lớn sẽ xuất hiện thường xuyên hơn Cường ñộ những trận mưa cũng sẽ tăng lên, ñặc biệt là ở các vùng nhiệt ñới và vĩ ñộ cao, nơi lượng mưa bình quân tăng; nhưng có xu thế khô hạn ở các khu vực giữa các lục ñịa, dẫn ñến nguy cơ hạn hán ở các khu vực này tăng lên Trên phần lớn các khu vực nhiệt ñới và vĩ ñộ cao, mưa dữ dội sẽ tăng nhiều hơn so với mưa trung bình

Bốc thoát hơi tiềm năng sẽ tăng lên ở hầu hết các nơi Do ñó, từ sau năm 1970, hạn hán xuất hiện thường xuyên hơn ở vùng nhiệt ñới và cận nhiệt ñới Hoạt ñộng của xoáy thuận nhiệt ñới, ñặc biệt là các cơn bão mạnh, gia tăng từ năm 1970 và ngày càng xuất hiện nhiều hơn các cơn bão có quỹ ñạo bất thường

Biến ñổi trong chế ñộ hoàn lưu quy mô lớn trên các lục ñịa và ñại dương, dẫn ñến sự gia tăng về số lượng và cường ñộ hiện tượng El Ninô Các thành phần của chu trình thủy văn ñã có sự biến ñổi trong vài thập niên qua, như gia tăng hàm lượng hơi nước trong khí quyển; mưa thay ñổi cả về lượng mưa, dạng mưa, cường

ñộ và các cực trị mưa; giảm băng tuyết che phủ trên diện rộng; ñộ ẩm ñất và dòng chảy thay ñổi

Hình 2-3: Biến ñổi mực nước biển theo thời gian

(Nguồn: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Recent_Sea_Level_Rise.png) TNN bị tổn thương và bị tác ñộng mạnh bởi BðKH và do ñó gây nên những hậu quả bất lợi ñối với loài người và các hệ sinh thái Dự báo rằng, vào giữa thế kỷ này, do BðKH nên dòng chảy năm trung bình của sông suối sẽ tăng lên ở các khu vực vĩ ñộ cao và một vài khu vực nhiệt ñới ẩm, nhưng giảm ở một số khu vực nằm

ở vĩ ñộ vừa và khu vực nhiệt ñới khô Nhiều bằng chứng cho thấy, dòng chảy năm

ñã có những thay ñổi trên phạm vi toàn cầu với sự gia tăng dòng chảy ở một số vùng (vĩ ñộ cao và phần nhiều các nơi ở Mỹ), nhưng lại giảm ở các vùng khác (như một số nơi ở Tây Châu Phi, Nam Châu Âu và cực nam của Nam Mỹ và nhiều nghiên cứu khác trên phạm vi lưu vực [12] Sự dao ñộng giữa các năm của dòng chảy còn chịu ảnh hưởng bởi sự biến ñổi của chế ñộ hoàn lưu trên quy mô lớn như các hiện tượng: ENSO (El Nino - Sourthern Oscillation), NAO (North Atlantic Oscillation) và PNA (Pacific - North American) Một nghiên cứu cho rằng, trong thế kỷ 20, tổng lượng dòng chảy toàn cầu ñã tăng lên cùng với sự gia tăng của nhiệt

độ với mức tăng 4%/10C [13]

Mực nước biển trung bình tồn cầu đã tăng lên với mức tăng trung bình khoảng 1,7 ± 0,5 mm/năm trong thời kỳ từ giữa thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20, 1,8 ± 0,5 mm/năm trong giai đoạn từ năm 1961 đến năm 2003 và đặc biệt tăng nhanh trong giai đoạn từ năm 1993 đến năm 2003 với mức 3,1 ± 0,7 mm/năm [14] Sự dâng cao mực nước biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng đất thấp, các đảo nhỏ trên biển (Hình 2-3)

Sự di chuyển của các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác nhau của Trái ðất dẫn tới nguy cơ đe doạ sự sống của các lồi sinh vật, các hệ sinh thái và hoạt động của con người: BðKH gây hiện tượng di cư của các lồi lên vùng

cĩ vĩ độ cao; gây nguy cơ diệt vong cho 1/3 số lồi hiện cĩ trên Trái ðất Theo cảnh báo của Quỹ ðộng vật hoang dã Thế giới, tình trạng nĩng lên của khí hậu Trái ðất nếu khơng được kiểm sốt cĩ thể đẩy 72% số lồi chim trên hành tinh tới bờ vực của

sự tuyệt chủng

Một số biểu hiện khác:

- Sự thay đổi cường độ hoạt động của quá trình hồn lưu khí quyển, chu trình tuần hồn nước trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hĩa khác ðặc biệt, sự biến đổi trong chế độ hồn lưu quy mơ lớn trên các lục địa và đại dương, dẫn đến sự gia tăng về số lượng và cường độ hiện tượng El Ninơ;

Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần của thuỷ quyển, sinh quyển, các địa quyển…

Biến đổi khí hậu do sự gia tăng phát thải khí nhà kính được coi là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21 [15] Theo Báo cáo đánh giá (AR4) của Uỷ ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu [16]vào cuối thế kỷ

21, nhiệt độ bề mặt trung bình tồn cầu cĩ thể tăng khoảng từ 1,1 đến 6,4 ° C và trung bình tồn cầu mực nước biển dâng khoảng từ 0.18m đến 0.59m so với 1980-

1999 Sự gia tăng này được dự đốn dẫn đến sự thay đổi lớn về lượng mưa, độ ẩm khơng khí, bốc hơi và làm gia tăng sự xuất hiện của các sự kiện cực đoan Hậu quả của hiện tượng này được cho rằng sẽ ảnh hưởng lớn đến nhiều khía cạnh của xã hội lồi người như sức khỏe, sản xuất nơng nghiệp, thiệt hại về kinh tế, an ninh lương thực, an ninh nguồn nước, gia tăng sự đĩi nghèo và nguy cơ chiến tranh Nghiên

cứu của [17], [18] cho thấy rằng nếu chúng ta khơng hành động kịp thời và cĩ những giải pháp chiến lược để thích ứng với biến đổi khi hậu, thì tổng thiệt hại do hiện tương này gây ra cĩ thể lên đến ít nhất 5% GDP tồn cầu mỗi năm, bắt đầu từ thời điểm hiện nay và tỉ lệ này tiếp tục tăng trong tương lai Nếu được đánh giá tồn diện trên nhiều khía cạnh khác nhau thì con số này cĩ thể lên tới 20% GDP hoặc hơn Vì vậy, để đối phĩ chủ động với hiện tượng biến đổi khí hậu đối với sự phát triển của xã hội lồi người, cần thiết cĩ nghiên cứu tổng thể để cung cấp những cơ

sở vững chắc cho việc giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu và thích ứng với những thách thức này

Mơ phỏng tác động của biến đổi khí hậu đối với dịng chảy và ngập lụt đã được thực hiện nhiều trong những năm gần đây và được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới Bằng cách áp dụng các kịch bản biến đổi khí hậu vào một mơ hình thủy văn đã kiểm định, ta cĩ thể đánh giá được xu hướng biến động của dịng chảy trong tương lai [19]–[22] Sự thay đổi của các yếu tố dịng chảy, thơng qua các mơ hình thủy lực chúng ta cĩ thể xây dựng được các bản đồ ngập lụt tương ứng với các kịch bản biển đổi khí hậu tại thời điểm tính tốn Từ đĩ kết hợp với các bản đồ sử dụng đất, dự đốn các thiệt hại do ngập lụt dưới tác động của biến đổi khí hậu được đưa

ra và làm cơ sở cho cơng tác xây dựng kết hoạch chiến lược phát triển kinh tế xã hội

và kế hoạch phịng chống và giảm nhẹ thiên tai

Vấn đề mang tính thời sự này đã được nghiên cứu ở nhiều cấp độ khác nhau

và rộng khắp ở nhiều nơi trên thế giới như: [17], [23]–[31], đã phân tích và chỉ ra xu hướng của của biến đổi khí hậu trên phạm vi tồn cầu cũng như cách thức nghiên cứu và đánh giá xu hướng tới sự phát triển kinh tế xã hội của thế giới trong những năm tiếp sau Riêng khu vực châu Á – Thái Bình Dương là một trong những khu vực trong những năm qua được nhận định là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu Hàng loạt các nghiên cứu đã phân tích trên mọi mặt về tác động của biến đổi khí hậu tới khu vực này như trong nghiên cứu của các tác giả Kusangaya và các cộng sự, Michael và cộng sự [32], [35]

Việc cĩ thể loại bỏ ảnh hưởng của tương quan nối tiếp bằng cách loại bỏ khỏi

dữ liệu trước khi áp dụng các kiểm nghiệm xu thế được nhận định là một ưu điểm giúp đánh giá rõ ràng sự thay đổi của các yếu tố khí hậu [36] Chính vậy mà phương

pháp kiểm ñịnh phi tham số trong ñánh giá biến ñổi các yếu tố khí tượng thủy văn của lưu vực ñã ñược áp dụng rất nhiều trong các nghiên cứu trước ñây, ví dụ như: Hai tác giả Aziz, Omar I Abdul và Burn, Donald H [37] ñã sử dụng phương pháp Mann Kendall ñể ñánh giá sự thay ñổi của các yếu tố khí tượng thủy văn tại lưu vực sông Mackenzie ở Canada Trên trên cơ sở dữ liệu của 54 trạm thủy văn và 10 trạm khí tượng với chuỗi số liệu hơn 35 năm nhóm tác giả ñã chỉ ra sự thay ñổi của hai yếu tố cơ bản là nhiệt ñộ và dòng chảy trên lưu vực Kết quả phân tích với nhiều thể hiện sự thay ñổi của các yếu tố theo các tháng trong năm, theo mùa, theo giá trị cực trị và theo mùa Tác giả Birsan, Marius-Victor và cộng sự [38] cũng bằng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann Kendall ñã ñánh giá xu hướng biến ñổi của dòng chảy ở Thụy sĩ Kết quả phân tích ñã chỉ ra rằng dòng chảy vào mùa ñông ở các con sông Thụy sĩ có xu hướng tăng ở hơn 60% trạm quan trắc phân tích, trong

ñó ñáng lưu ý là giá trị ñỉnh lũ có xu hướng tăng cao Trong khi ñó dòng chảy lại có

xu thế giảm vào mùa kiệt Tác giả Stahl và cộng sự [39] ñã tiến hành ñánh giá sự thay ñổi của các ñại lượng thủy văn của 441 trạm của 15 nước châu Âu trong thời

kỳ 1962-2004 Bằng phương pháp kiểm ñịnh phi tham số, nhóm tác giả ñã chỉ ra bức tranh tổng thể về diễn biến các yếu tố dòng chảy trong hơn 40 ở khu vực châu

Âu Theo ñó, trong thời kỳ tính toán, dòng chảy khu vực này phần lớn có xu hướng tăng trong mùa ñông và ngược lại dòng chảy trong mùa kiệt lại có xu hướng giảm Kết quả ñánh giá này là cơ sở ñể tính toán các kịch bản biến ñổi khí hậu ở khu vực châu Âu Fathian, Farshad và cộng sự [40] bằng phương pháp Mann Kendal ñã chỉ

ra xu thế thay ñổi của nhiệt ñộ tại 25 trạm, lượng mưa tại 35 trạm và dòng chảy tại

35 trạm trong lưu vực Urmia, Iran Với phân tích số liệu từ 1975-2007, nhóm tác giả ñã chỉ ra sự gia tăng trong nhiệt ñộ của các trạm trong lưu vực, nhưng lượng mưa và dòng chảy thì có xu hướng giảm Nghiên cứu cũng nhận ñịnh rằng, lưu vực Urmia có biến ñộng về nhiệt ñộ hơn là lượng mưa Tosunoglu, F và cộng sự [41] ñã phân tích xu hướng hạn hán ở Thổ Nhĩ Kỳ trong giai ñoạn 1962 ñến 2007 Kết quả

ñã ñược sử dụng ñể xây dựng bản ñồ nguy cơ hạn hán cho khu vực phục vụ trong công tác xây dựng kế hoạch phòng chống hạn cho khu vực này Ngoài ra còn rất nhiều nghiên cứu tương tự sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số trong ñánh giá xu hướng biến ñổi của các ñại lượng khí tượng thủ văn phục vụ công tác

dự báo cũng như ựánh giá biến ựổi khắ hậu [41]Ờ[47]

Bộ có nhiệt ựộ tháng 1 tăng chậm hơn so với các vùng khắ hậu phắa Bắc (khoảng 0,6 - 0,90C/50 năm) Tắnh trung bình cho cả nước, nhiệt ựộ mùa ựông ở nước ta ựã tăng lên 1,2 0C trong 50 năm qua Nhiệt ựộ tháng 7 tăng khoảng 0,3 - 0,5 0C/50 năm trên tất cả các vùng khắ hậu của nước ta Nhiệt ựộ trung bình năm tăng 0,5 Ờ 0,6

0C/50 năm ở Tây Bắc, đông Bắc Bộ, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ còn mức tăng nhiệt ựộ trung bình năm ở Nam Trung Bộ thấp hơn, chỉ vào khoảng 0,30C/50 năm

Lượng mưa mùa ắt mưa (tháng 11 - 4) tăng lên chút ắt hoặc không thay ựổi ựáng kể ở các vùng khắ hậu phắa Bắc và tăng mạnh mẽ ở các vùng khắ hậu phắa Nam trong 50 năm qua Lượng mưa mùa mưa nhiều (tháng 5 - 10) giảm từ 5 ựến trên 10% trên ựa phần diện tắch phắa Bắc nước ta và tăng khoảng 5 ựến 20% ở các vùng khắ hậu phắa Nam trong 50 năm qua Xu thế diễn biến của lượng mưa năm hoàn toàn tương tự như lượng mưa mùa mưa nhiều, tăng ở các vùng khắ hậu phắa Nam và giảm ở các vùng khắ hậu phắa Bắc Khu vực Nam Trung Bộ có lượng mưa mùa ắt mưa, mùa mưa nhiều và lượng mưa năm tăng mạnh nhất so với các vùng khác ở nước ta, nhiều nơi ựến 20% trong 50 năm qua

Số liệu mực nước quan trắc cho thấy xu thế biến ựổi mực nước biển trung bình năm không giống nhau tại các trạm hải văn ven biển Việt Nam Trên dải ven biển Việt Nam, mặc dù hầu hết các trạm có xu hướng mực nước trung bình năm tăng,

tuy nhiên, một số ắt trạm lại có xu hướng mực nước giảm Xu thế biến ựổi trung bình của mực nước biển dọc bờ biển Việt Nam là khoảng 2,8 mm/năm

Số liệu mực nước ựo ựạc từ vệ tinh từ năm 1993 ựến 2010 cho thấy, xu thế tăng mực nước biển trên toàn biển đông là 4,7 mm/năm, phắa đông của biển đông

có xu thế tăng nhanh hơn phắa Tây Chỉ tắnh cho dải ven bờ Việt Nam, khu vực ven biển Trung Trung Bộ và Tây Nam Bộ có xu hướng tăng mạnh hơn, trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam tăng khoảng 2,9 mm/năm

Việc ựánh giá xu hướng biến ựổi của các yếu tố khắ hậu làm cơ sở cho việc quy hoạch và phát triển kinh tế xã hội của ựịa phương ựã ựược triển khai ở rất nhiều cấp ngành và ựịa phương Như tác giả Nguyễn Long Biên [49] ựã ựánh giá xu hướng tác ựộng của biến ựổi khắ hậu tới tỉnh Hà Giang Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp nghiên cứu cơ bản, thu thập dữ liệu và phương pháp phân tắch thống

kê, ựể từ ựó có những căn cứ cho sự biến ựổi của các yếu tố khắ tượng thủy văn trên lưu vực sông cùa Hà Giang Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, tác giả cũng ựề xuất các giải pháp nhằm thắch ứng với xu thế thay ựổi Như nghiên cứu của tác giả Hà & Tân, 2009, ựã phân tắch xu thế và mức ựộ biên ựổi của nhiệt ựộ cực trị ở Việt Nam giai ựoạn 1961-2007 Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tắch thống kê trên chuỗi dữ liệu của nhiệt ựộ ngày của Việt Nam, từ ựó ựưa ra những xu hướng biến ựổi nhiệt ựộ theo vùng miền Nghiên cứu của tác giả Phan Văn Tân và cộng sự ( Phan, 2008) cũng ựã ựề cập ựến xu hướng biến ựổi các yếu tố khắ hậu cực ựoan ở Việt Nam Nghiên cứu này sử dụng các biện pháp thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, tổng hợp ựể ựanh giá xu hướng thay ựổi lượng mưa, nhiệt ựộ ở các khu vực của Việt Nam

Ở Việt Nam, phương pháp kiểm ựịnh phi tham số cũng ựã ựược áp dụng ở nhiều ựịa phương ựể ựánh giá xu thế biến ựổi khắ hậu Vắ dụ như tác giả Phan Thị Thanh Hằng ựã áp dụng phương pháp này ựể ựánh giá sự thay ựổi của các yếu tố khi tượng thủy văn cho lưu vực sông Ba, kết quả nghiên cứu ựã chỉ ra ựược sự thay ựổi nhiệt ựộ, ựộ ẩm, mưa, lưu lượng của 6 trạm trên sông Ba từ 1979 ựến 2010 [52] Cũng với phương pháp này, Phan Thi Thanh Hang và cộng sự ựã ựánh giá sự thay ựổi dòng chảy của 6 trạm trên lưu vực sông Kone Bình định từ 1979 ựến 2007 [53] Kết quả phân tắch bằng phương pháp này ựược sử dụng ựể tắnh toán các giá trị dòng