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
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
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
Với các nghiên cứu trước đây trên lưu vực nghiên cứu mới dừng lại ở việc lấy các giá trị % biến đổi lượng mưa theo tháng, mùa. Trong nghiên cứu này, sử dụng kịch bản biến đổi cho giá trị cực trị (lượng mưa cực trị) để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến giá trị đỉnh lũ trạm Đồng Trăng, sông Cái Nha Trang. Như trong chương 1 đã phân tích, các trận lũ lớn thường xảy ra vào tháng XI kéo dài 4-5 ngày. Trong khi kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam (2016) đề cập về % thay đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất và 5 ngày lớn nhất và trong khuôn khổ luận văn đã lựa chọn % thay đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất để giải quyết bài toán trên. Cụ thể như sau:
Bảng 3.9. % Thay đổi lƣợng mƣa 5 ngày lớn nhất theo các kịch bản so với giai đoạn nền (1986-2005)
TT Giữa thế kỷ Cuối thế kỷ
% Thay đổi lƣợng mƣa
50 40 30 20 10 0
44.2%
RCP4.5 RCP8.5
Hình 3.20. % Thay đổi lƣợng mƣa 5 ngày lớn nhất theo các kịch bản
87
Sự thay đổi này được dùng để xây dựng kịch bản mưa giờ đầu vào cho thời kỳ giữa thế kỷ và cuối thế kỷ cho khu vực nghiên cứu dựa trên cơ sở lượng mưa trung bình 5 ngày lớn nhất giai đoạn nền 1986-2005. Vì số liệu đo mưa trạm Đồng Trăng không đầy đủ nên trạm Khánh Vĩnh được sử dụng trong tính toán bài toán này.
Để đánh giá tác động của BĐKH đến quá trình lũ và giá trị đỉnh lũ, cần xác định đường quá trình lũ đại biểu cho giai đoạn nền. Có nhiều cách để chọn trận lũ đại biểu và trong khuôn khổ luận văn đã lựa chọn trận lũ theo tần suất thiết kế. Có nhiều tần suất được lựa chọn và sử dụng như 1%, 2%, 5%, 10%, trong khuôn khổ luận văn tiến hành thử nghiệm trận lũ tần suất 1% vì cách này được sử dụng phổ biến trong thiết kế và quy hoạch. Nó được xác định dựa trên đường tần suất lí luận cho chuỗi lượng mưa 5 ngày lớn nhất giai đoạn 1986-2005 để xem như là trận lũ đặc trưng cho giai đoạn nền. Việc xác định lũ tần suất 1% giai đoạn nền được thông qua phân tích tần suất chuỗi lượng mưa 5 ngày lớn nhất giai đoạn 1986-2005 (Bảng 3.9) theo quy luật phân bố log chuẩn trong đó các thông số thống kê xác định bằng phương pháp momen (sử dụng phần mềm phân bố tần suất FFC2008). Phân bố log chuẩn được chọn trong nghiên cứu này bởi vì tính phổ biến và thế mạnh của nó trong phân tích cực trị, đồng thời nó cho thấy mức độ phù hợp tốt nhất giữa đường phân bố tần suất lí luận và thực nghiệm trên lưu vực sông Cái so với các phân bố khác (Hình 3.22 ). Các trận lũ với thời gian xuất hiện lại là 100 năm được phân tích vì chúng thể hiện sự kiện tương đối hiếm mang tính bất lợi. Bởi có một xu hướng chung nổi bật là lũ càng hiếm chịu tác động của biến đổi khí hậu càng lớn, kết luận này được đề cập đến trong nghiên cứu khác[7].
88
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
Bảng 3.10. Bảng số liệu lƣợng mƣa 1 ngày, 3 ngày, 5 ngày lớn nhất trạm Khánh Vĩnh
Năm 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
2001 2002 2003 2004 2005
( Nguồn: Đài Khí tượng thuỷ văn khu vực Nam Trung Bộ)
Từ việc xác định được lượng mưa 5 ngày lớn nhất tần suất 1%, ta chọn được trận mưa đại diện ( trận mưa có tổng lượng mưa xấp xỉ với lượng mưa 5 ngày lớn nhất tần suất 1%) có đường quá trình lũ có tính bất lợi nhất. Và trận mưa được chọn làm đại diện là trận mưa 5 ngày gây lên trận lũ lịch sử tháng XI năm 2009 với tổng lượng mưa là 413mm. Từ đó, xác định hệ số thu phóng K để thu phóng trận mưa đại diện cho giai đoạn nền sau đó mô phỏng lưu lượng dòng chảy đại diện cho giai đoạn đó.
K =
trong đó: X1% là lượng mưa ứng tần suất 1%
X db là lượng mưa được chọn làm đại diện
Sau khi, xác định được hệ số thu phóng K = 1.5 và trận mưa được chọn làm đại diện, ta có mô hình mưa 5 ngày lớn nhất đặc trưng cho giai đoạn nền. Từ số liệu mưa này sẽ mô phỏng được dòng chảy đại diện cho giai đoạn nền. Bước tiếp theo, sẽ tiến hành đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến giá trị đỉnh lũ dựa trên số liệu mưa giờ đầu vào được tính toán theo kịch bản RCP4.5, RCP8.5 (chi tiết Bảng 3.9 và Hình 3.21). Dưới đây là một số kết quả luận văn đạt được:
Kịch bản RCP4.5
Từ kết quả tính toán cho thấy với điều kiện khí hậu biến đổi theo xu thế của kịch bản này thì thời gian xuất hiện đỉnh lũ không thay đổi, nhưng tổng lượng lũ có xu hướng nhìn chung tăng so với giai đoạn nền. Theo kịch bản RCP4.5, khi lượng mưa 5 ngày lớn nhất tăng lần lượt 44.2%, 22.6% tương ứng giữa thế kỷ và cuối thế
90
kỷ thì tổng lượng lũ tăng 50.3% và 23.7% tương ứng (Hình 3.23). Qua kết quả tính toán (Hình 3.23), ta có thể thấy mức độ biến đổi mạnh về lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng lũ của dòng chảy. Lưu lượng đỉnh lũ có xu hướng tăng so với giai đoạn nền, cụ thể tăng mạnh vào giữa thế kỷ, tăng nhanh nhẹ ở cuối thế kỷ.
/s)3(mlượngLưu
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
Kịch bản RCP8.5
Nhìn chung ở kịch bản RCP8.5, thời gian xuất hiện đỉnh lũ không thay đổi, nhưng tổng lượng lũ có xu hướng nhìn chung tăng so với giai đoạn nền. Khi lượng mưa 5 ngày lớn nhất tăng lần lượt 18.8%, 16.4% tương ứng giữa thế kỷ và cuối thế kỷ thì tổng lượng lũ tăng 19.7% và 17.2% tương ứng ( Hình 3.24). Qua kết quả tính toán trong Hình 3.24, ta có thể thấy mức độ biến đổi mạnh về lưu lượng đỉnh lũ và
91
tổng lượng lũ, nhưng thấp hơn so với kịch bản RCP 4.5. Lưu lượng đỉnh lũ biến động mạnh các thời kỳ giữa thế kỷ và cuối thế kỷ so với giai đoạn nền, nhưng giữa thời kỳ giữa thế kỷ so với cuối thế kỷ thay đổi không đáng kể.
/s)3(mlượngLưu
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