MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sông Thạch Hãn sông lớn tỉnh Quảng Trị, diện tích lưu vực sông Thạch Hãn 2660 km2, chiếm tới 56% diện tích tỉnh Quảng Trị Tuy nhiên, nay, việc sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Thạch Hãn tồn số vấn đề sau: - Nguồn nước khai thác sử dụng cho mục đích riêng rẽ, gây lãng phí hiệu Việc phân bổ nguồn nước chưa hợp lý, chưa đáp ứng mục tiêu cho hộ dùng nước - Dấu hiệu khan nước ngày cao (lượng nước suy giảm mùa kiệt, mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, ô nhiễm nước thải chất thải tăng v.v…) - Tài nguyên đất khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác phát triển công nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chuyển đổi giống trồng vật nuôi v.v… gây tác động lớn đến nguồn nước Do vậy, “Ứng dụng mô hình SWAT khảo sát biến đổi dòng chảy biến đổi khí hậu sử dụng đất cho lưu vực sông Thạch Hãn” đề tài có tính khoa học thực tiễn, góp phần giải khó khăn giúp cho nhà quản quản lý tài nguyên nước đưa định chiến lược phát triển kinh tế xã hội có hiệu MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI  Nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Trị nói chung lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng để phục vụ cho toán quản lý tài nguyên nước hiệu  Chứng minh mức độ phù hợp việc ứng dụng mô hình SWAT cho lưu vực sông Thạch Hãn tính toán dòng chảy  Khảo sát tác động sử dụng đất biến đổi khí hậu dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng: Dòng chảy sông Thạch Hãn tác động biến đổi khí hậu sử dụng đất  Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Thạch Hãn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ứng dụng mô hình SWAT BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Luận văn gồm chương phần mở đầu, kết luận, phụ lục, tài liệu tham khảo:  Chương 1: Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Thạch Hãn  Chương 2: Mô hình SWAT  Chương 3: Kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất  Chương 4: Ứng dụng mô hình SWAT tính toán cho kịch lựa chọn Luận văn hoàn thành Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Trong trình thực hiện, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy, cô khoa Khí tượng – Thuỷ văn & Hải dương học hỗ trợ chuyên môn kỹ thuật Đặc biệt, xin bày tỏ cảm ơn chân thành đến hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thanh Sơn tận tình đạo góp ý để tác giả hoàn thành luận văn CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực Sông Thạch Hãn nằm phạm vi từ 16 018 đến 16054’ vĩ độ Bắc từ 106036’ đến 107018’ kinh độ Đông Phía đông giáp Biển Đông, phía tây giáp lưu vực sông Sê Pôn phía nam giáp lưu vực sông Ô Lâu tỉnh Thừa Thiên Huế, phía bắc giáp lưu vực sông Bến Hải Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 150 km Dòng Thạch Hãn, đoạn thượng nguồn (sông Đakrông) chảy quanh dãy núi Da Ban, tới Ba Lòng, sông chuyển hướng Đông Bắc đổ biển cửa Việt với diện tích lưu vực 2660 km2 Đặc điểm sông tỉnh Quảng Trị nói chung sông Thạch Hãn nói riêng là: lòng sông dốc, chiều rộng sông hẹp, đáy sông cắt sâu vào địa hình, phần đồng hạ du lòng sông mở rộng, có chịu ảnh hưởng thuỷ triều Lưu vực sông Thạch Hãn phân chia thành vùng địa sau: vùng cát ven biển, vùng đồng bằng, vùng núi thấp đồi, vùng núi cao Lưu vực sông Thạch Hãn phân chia thành vùng thổ nhưỡng: vùng đồng ven biển, vùng gò đồi, vùng đồi núi dãy Trường Sơn Ngay đất nước thống nhất, kế hoạch khôi phục lớp phủ thực vật với ý nghĩa phục hồi hệ sinh thái tối ưu, trở thành kế hoạch hành động cụ thể tích cực Đồng thời với kế hoạch trồng rừng, giai đoạn từ 1995 đến 2000, thực hạn chế khai thác rừng tự nhiên, tăng cường khoanh nuôi phục hồi rừng tự nhiên, độ che phủ rừng tăng bình quân 1%/năm Đến năm 2005 độ che phủ rừng đạt 43,2% Tỉnh Quảng Trị gần vùng đất vành đai trắng thời gian chiến tranh, 25 sau chiến tranh, rừng che phủ đất đai tự nhiên tăng từ 7,4% lên 40%, thành sinh thái quan trọng 1.1.2 Khí hậu Quảng Trị nói chung lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng nằm vùng mưa tương đối lớn nước ta Lượng mưa hàng năm tính trung bình phạm vi toàn lưu vực đạt 2400 mm, lượng mưa năm phân bố không theo không gian, phụ thuộc vào hướng sườn dốc phù hợp với xu tăng dần mưa theo độ cao địa hình Cũng nơi khác nước ta, lượng mưa tỉnh Quảng Trị nói chung lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng phân phối không năm Một năm hình thành hai mùa mùa mưa mùa khô Tổng lượng mưa đến tháng mùa mưa chiếm tới 68  70% lượng mưa năm Sự phân hoá mưa năm theo tháng sâu sắc Lượng mưa tháng mưa nhiều (tháng X) chiếm từ 20 đến 29 tổng lượng mưa năm Lượng mưa tháng mưa (I, II, III IV) không đáng kể, chiếm từ 0,5 đến 2,1 tổng lượng mưa năm Ba tháng mưa nhiều tháng IX, X, XI Ba tháng mưa tháng I, II, III II, III, IV Nhiệt độ không khí vùng thấp vào mùa Đông (tháng 11 tới tháng 3) Cao vào mùa Hè (tháng tới tháng 8) Nhiệt độ bình quân nhiều năm vào khoảng 24,30C Chênh lệch nhiệt độ ngày từ tới 100C 1.1.3 Đặc điểm thủy văn Nằm vùng mưa tương đối lớn nước ta nên dòng chảy năm sông suối lưu vực sông Thạch Hãn dồi Môđun dòng chảy năm bình quân đạt 44,8 l/skm2, ứng với lớp dòng chảy hàng năm khoảng 1442,8 mm Trong phạm vi lưu vực sông Thạch Hãn, chuẩn dòng chảy năm phân phối không theo không gian, biến đổi phù hợp với biến đổi lượng mưa năm, nghĩa theo xu tăng dần theo độ cao địa hình với phạm vi biến đổi từ 30 l/skm2 đến 60 l/skm2 Hàng năm, toàn sông suối lưu vực sông Thạch Hãn có tổng lượng dòng chảy lưu vực khoảng 3,92 km3 Nhìn chung, dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn chia thành mùa rõ rệt Mùa lũ kéo dài tháng (từ tháng VIII đến tháng XI từ tháng IX đến tháng XII) mức độ tập trung dòng chảy mùa lũ lớn, chiếm tới 62,5 - 80% tổng lượng dòng chảy năm 1.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI 1.2.1 Chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị Định hướng vùng núi chuyển kinh tế tự cung tự cấp sang kinh tế sản xuất hàng hoá sở nông lâm kết hợp, xã hội hoá nghề rừng, công nghiệp ngắn ngày dài ngày, dược liệu, đặc sản, ăn chăn nuôi đại gia súc, gắn liền với công nghệ chế biến khai khoáng dịch vụ du lịch nhằm ổn định nâng cao đời sống dân cư miền núi Bảo vệ tái tạo tài nguyên rừng, khôi phục môi trường sinh thái, chống xói mòn đất Phát triển đồng sở hạ tầng, đồng thời mở rộng mạng lưới giao lưu trao đổi hàng hoá, văn hoá xã hội với huyện tỉnh, với tỉnh nước bạn Lào, Thái Lan Xây dựng cụm điểm kinh tế - văn hoá - xã hội cho vùng cao, vùng sâu, vùng đồng bào dân tộc người Chú trọng đào tạo cán người dân tộc thiểu số, bước nâng cao mặt dân trí, cải thiện đời sống tinh thần cho đồng bào dân tộc miền núi Phát triển công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp trung tâm, mở rộng mạng lưới thương mại, dịch vụ du lịch, đẩy mạnh sản xuất mặt hàng xuất 1.2.2 Tình hình phát triển dân số, nguồn nhân lực Theo Niên giám thống kê năm 2011 dân số toàn tỉnh 604.671 người (t ng n gi i ng i n m gi i 122 ng i), dân số thành thị 174.179, dân số nông thôn 430.492 nhân Toàn tỉnh có 154.278 hộ, bình quân 3,92 người/hộ Đồng bào dân tộc thiểu số phân bố tập trung chủ yếu hai huyện ĐaKrông, Hướng Hoá, phân bố số xã thuộc huyện Gio Linh, huyện Vinh Linh Cam Lộ Năm 2011, Quảng Trị có 329.943 người độ tuổi lao động (chiếm 55,5% dân số), số người độ tuổi làm việc ngành kinh tế quốc dân 318.477 người, chiếm 52,67% dân số Tổng số lao động, phân bố ngành: nông, lâm nghiệp chiếm 52,06%; thủy sản 3,94%; công nghiệp xây dựng chiếm 14,93% 1.2.3 Xu phát triển kinh tế - xã hội Trong thập niên qua tình hình phát triển kinh tế xã hội tỉnh đạt mức cao, nhiên có xu hướng giảm năm gần Tốc độ tăng trưởng kinh tế GDP số ngành lĩnh vực kinh tế - xã hội tiếp tục cải thiện đặc biệt ngành dịch vụ, nhiên kinh tế nông nghiệp có xu hướng giảm tương đối lớn từ 4.9% năm 2005 xuống 2.9% năm 2011 Gi i ạn 2011 Quảng Trị đạt số kết sau: Tốc độ tăng trưởng ngành nông - lâm - ngư nghiệp tăng 2.9%; Công nghiệp xây dựng tăng 14.6%; Dịch vụ tăng 9.1% Tổng vốn đầu tư phát triển toàn xã hội ước đạt: 6.451 tỷ đồng Tổng thu ngân sách địa bàn ước đạt: 1466 tỷ đồng; thu nội địa: 903 tỷ đồng; thu từ hoạt động xuất nhập khẩu: 563 tỷ đồng GDP bình quân đầu người đạt 21.496 triệu đồng CHƯƠNG MÔ HÌNH SWAT 2.1 TỔNG QUAN MÔ HÌNH SWAT Mô hình SWAT xây dựng để đánh giá tác động việc sử dụng đất, xói mòn việc sử dụng hoá chất nông nghiệp hệ thống lưu vực sông Mô hình xây dựng dựa sở mặt vật lý, bên cạnh kết hợp phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ biến đầu vào đầu ra, mô hình yêu cầu thông tin thời tiết, thuộc tính đất, tài liệu địa hình, thảm phủ, việc sử dụng đất lưu vực Mô hình chia lưu vực làm vùng hay lưu vực nhỏ Phương pháp sử dụng lưu vực nhỏ mô hình mô dòng chảy tiện lợi mà lưu vực có đủ số liệu sử dụng đất đặc tính đất Xét toàn lưu vực mô hình SWAT mô hình phân bố Mô hình chia dòng chảy thành pha: pha mặt đất, pha mặt đất (sát mặt, ngầm) pha sông Việc mô tả trình thuỷ văn chia làm hai phần chính: phần thứ pha lưu vực với chu trình thuỷ văn kiểm soát khối lượng nước, bùn cát, chất hữu chuyển tải tới kênh lưu vực Phần thứ hai diễn toán dòng chảy, bùn cát, hàm lượng chất hữu tới hệ thống kênh tới mặt cắt cửa lưu vực Các liệu đầu vào kết đầu mô hình Cá d liệu ầu ủ mô hình Yêu cầu liệu vào mô hình biểu diễn hai dạng: dạng số liệu không gian số liệu thuộc tính  Số liệu không gian dạng đồ số hóa bao gồm:  Bản đồ độ cao số hóa DEM;  Bản đồ sử dụng đất;  Bản đồ loại đất;  Bản đồ mạng lưới sông suối, hồ chứa lưu vực;  Số liệu thuộc tính dạng liệu số bao gồm:  Số liệu khí tượng bao gồm nhiệt độ không khí, xạ, tốc độ gió, mưa,  Số liệu thuỷ văn bao gồm dòng chảy, bùn cát, hồ chứa ;  Số liệu đất bao gồm: loại đất, đặc tính loại đất theo lớp phẫu diện đất ;  Số liệu loại trồng lưu vực, độ tăng trưởng trồng ;  Số liệu loại phân bón lưu vực canh tác ; b Cá kết ầu ủ mô hình gồm :  Đánh giá lượng chất nguồn nước;  Đánh giá lượng bùn cát vận chuyển lưu vực;  Đánh giá trình canh tác đất thông qua mođun chu trình chất dinh dưỡng;  Đánh giá công tác quản lý lưu vực; 2.2 CẤU TRÚC MÔ HÌNH SWAT 2.2.1 Mô hình lưu vực Chu trình thủy văn mô tả mô hình SWAT dựa phương trình cân nước: t  SW t  SWo   R day  Q surf  E a  w seep  Q gw  i 1 Trong đó:  SWt tổng lượng nước cuối thời đoạn tính toán (mm);  SWo tổng lượng nước ban đầu (mm);  t thời gian (ngày);  Rday số tổng lượng mưa ngày thứ i (mm);  Qsurf tổng lượng nước mặt ngày thứ i (mm);  Ea lượng bốc thoát ngày thứ i (mm);  wseep lượng nước vào tầng ngầm ngày thứ i (mm);  Qgw số lượng nước hồi quy ngày thứ i (mm) 2.2.2 Mô hình diễn toán Mô hình SWAT xác định chuyển tải lượng nước, bồi lắng, chất dinh dưỡng thuốc bảo vệ thực vật tới kênh chính, diễn toán theo mạng lưới sông suối lưu vực Ngoài việc tính toán lưu lượng nước, mô hình mô tả biến đổi hóa chất kênh Mô hình diễn toán sông bao gồm thành phần:  Diễn toán sông Việc diễn toán sông chia thành bốn thành phần: Nước, chất bồi lắng, chất dinh dưỡng hóa chất hữu  Diễn toán qua hồ chứa Sự cân nước cho kho chứa bao gồm dòng chảy đến, dòng chảy ra, mưa bề mặt, bốc thoát hơi, thấm qua đáy hồ công trình phân nước 2.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH Hiệu mô hình đánh giá cách so sánh kết chạy mô hình với số liệu thực đo dòng chảy năm, tháng, ngày Để đánh giá mô hình SWAT, luận văn dùng tiêu Nash – Sutcliffe (1970) Chỉ tiêu viết sau: n R2  n   xi  x     xi  xi  i 1 i 1 n   xi  x  i 1 Trong đó: R2 : Hệ số hiệu mô hình i xi x’i : Chỉ số : Giá trị đo đạc : Giá trị tính toán theo mô hình : Giá trị thực đo trung bình Bảng 2.1 Bảng kết đánh giá Mô hình tiêu Nash Hệ số hiệu Kết 1,0 ≥ R2 ≥ 0,9 tốt 0,9 ≥ R2 ≥ 0,7 0,7 ≥ R2 ≥ 0,5 trung bình 0,5 ≥ R2 ≥ 0,3 CHƯƠNG KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ SỬ DỤNG ĐẤT 3.1 KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Biến đổi khí hậu thể kỷ 21 phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phát thải nhà kính, tức phụ thuộc vào mức độ phát triển kinh tế - xã hội Vì kịch biến đổi khí hậu xây dựng kịch phát triển kinh tế - xã hội toàn cầu Trong Bá ặ biệt ề phát thải nh kính năm 2000, IPCC đưa 40 kịch bản, phản ánh đa dạng khả phát thải khí nhà kính kỷ 21 Các kịch phát thải tổ hợp thành kịch gốc A1, A2, B1, B2 3.2 KỊCH BẢN SỬ DỤNG ĐẤT Việc hiểu tác động thay đổi sử dụng đất giúp quyền địa phương nhà sách đề ra, thực để làm giảm tác động không mong muốn thay đổi sử dụng đất tương lai Để đương đầu với tác động việc thay đổi sử dụng đất dòng chảy tương lai việc hiểu tác động thay đổi dòng chảy lịch sử vấn đề quan trọng Bảng 3.1 Các kịch sử dụng đất Kịch Đất đồng cỏ chuyển sang đất trồng rừng, phần chuyển thành đất nông nghiệp, đất trồng công nghiệp lâu năm Kịch Toàn đất lưu vực bị hoang mạc hóa Kịch Toàn diện tích bụi cỏ vùng phục hồi thành đất trồng rừng 3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.4.1 Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu Dựa vào đặc điểm tình hình phát triển kinh tế, dân số, mức độ quan tâm đến môi trường tỉnh Quảng Trị nói chung lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng, luận văn lựa chọn kịch để đánh giá mức độ tác động biến đổi khí hậu dòng chảy là: kịch phát thải cao (A2) kịch phát thải trung bình (B2) từ báo cáo “Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam” Bộ Tài Nguyên Môi trường (2012) Đây kịch trọng đến giải pháp cục cho vấn đề bền vững mặt môi trường, kinh tế xã hội 3.4.2 Lựa chọn kịch sử dụng đất Tiến hành đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất theo kịch nêu trên, với xu hướng cực đoan tốt để thấy rõ tác động thay đổi sử dụng đất dòng chảy 3.4.3 Lựa chọn kết hợp kịch biến đổi khí hậu kịch sử dụng đất Những thay đổi dù nhỏ nhất, tác động điều kiện cực đoan tốt làm cho biến đổi diễn mạnh hơn, điều giúp có nhìn xác vấn đề Chính khóa luận lựa chọn kết hợp kịch biến đổi khí hậu với điều kiện thảm phủ theo kịch 10 CHƯƠNG ÁP DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI CÁC KỊCH BẢN ĐÃ LỰA CHỌN 4.1 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWAT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 4.1.1 Áp dụng mô hình để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Thạch Hãn Để tính toán được, mô hình cần có đầy đủ liệu vào mô hình nêu trên, sau tiến hành chạy chương trình Nếu kết tính toán thực đo chưa phù hợp, tiến hành hiệu chỉnh Tuy nhiên, tỉnh Quảng Trị có trạm thủy văn Gia Vòng đo lưu lượng dòng chảy cửa cho lưu vực sông Bến Hải mà số liệu thực đo của cho lưu vực sông Thạch Hãn, nên áp dụng lý thuyết lưu vực tương tự, luận văn sử dụng thông số hiệu chỉnh lưu vực sông Bến Hải để tính toán cho lưu vực sông Thạch Hãn Bộ thông số xác định cách áp dụng mô hình SWAT tính toán cho liệu đầu vào lưu vực sông Bến Hải: đồ lưu vực, đồ DEM, đồ sử dụng đất, đồ thảm phủ thực vật, đồ hệ thống sông suối, hệ thống trạm đo khí tượng – thủy văn số liệu khí tượng – thủy văn tương ứng với lưu vực sông Bến Hải Kết tính toán hiệu chỉnh kiểm định với số liệu dòng chảy thực đo trạm Gia Vòng 4.1.2 Kết hiệu chỉnh thông số mô hình Số liệu lưu lượng theo chuỗi thời gian cửa số liệu quan trọng để hiệu chỉnh kiểm định mô hình Số liệu dòng chảy theo ngày từ 1978 đến 2006 lấy từ trung tâm tư liệu quốc gia đo trạm Gia Vòng cửa lưu vực sông Bến Hải Bộ số liệu phân chia thành giai đoạn 1978-1997 1998-2006 hiệu chỉnh kiểm định tương ứng Các thông số hiệu chỉnh mô hình xác định theo phương pháp dò tìm thông số Rosenbrok Các thông số chia làm nhóm thông số sau:  Nhóm thông số tính toán dòng chảy mặt  Nhóm thông số tính toán dòng chảy ngầm  Thông số diễn toán dòng chảy lòng dẫn 11 Kết hiệu chỉnh thông số mô hình thống kê bảng 4.1 Bảng 4.1 Kết hiệu chỉnh thông số cho lưu vực sông Thạch Hãn CN2: Chỉ số CN ứng với điều số kiện ẩm II Thông Quá trình hình thành dòng chảy 63.5 mặt SOL_AWC: Khả trữ nước đất Nhóm thông số Dòng chảy Diễn toán ngầm kênh 0.21 OV_N: Hệ số nhám Manning cho dòng chảy mặt CH_K(1): Hệ số dẫn thuỷ lực kênh dẫn 0.26 0.18 CH_N(1): Hệ số nhám kênh dẫn (mm/giờ) 0.013 SURLAG: Hệ số trễ dòng chảy mặt 0.5 ALPHA_BF: Hệ số triết giảm dòng chảy ngầm 0.06 CH_N(2): Hệ số nhám kênh 0.01 CH_K(2): Hệ số dẫn thuỷ lực kênh (mm/giờ) 2.5 Kết tính toán lưu lượng thực đo lưu lượng tính toán cho hệ số tương quan theo tiêu Nash R2 = 0.713 Từ kết tính toán cho thấy mô hình có khả mô biến động theo thời gian dòng chảy ngày đỉnh lũ mức độ xác chưa cao 4.1.3 Kết kiểm định mô hình Từ thông số hiệu chỉnh phần tiến hành kiểm nghiệm thông số mô hình Chuỗi thời gian sử dụng để kiểm nghiệm mô hình trình lưu lượng tháng thực đo từ 1/1/1998 đến 31/12/2006 trạm Gia Vòng Kết kiểm nghiệm mô hình cho thấy hệ số tương quan lưu lượng tính toán thực đo theo tiêu Nash R2 = 0.73, đánh giá 4.1.4 Nhận xét chung Quá trình hiệu chỉnh kiểm định thông số mô hình cho lưu vực sông Bến Hải với vị trí kiểm định lấy từ lưu lượng thực đo trạm Gia Vòng Kết xác định thông số mô trình bày bảng 4.1 Bộ thông số kiểm định đánh giá Kết đánh giá sai số lưu lượng tính toán thực đo theo số Nash đạt 0.7 12 Từ đây, luận văn sử dụng thông số bảng 4.1 kiểm nghiệm để áp dụng tính toán cho lưu vực sông Thạch Hãn với kịch lựa chọn 4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY Giai đoạn 1980-1999 mốc bắt đầu xuất biến đổi cách rõ rệt khí hậu, thập kỷ nóng thiên niên kỷ qua, nên chọn làm tính toán kiểm tra phục vụ cho đánh giá biến đổi khí hậu Bảng 4.1a Số liệu thực đo dòng chảy trung bình tháng trạm Gia Vòng giai đoạn 1980 - 1999 Tháng Q (m /s) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB 8.8 4.9 3.2 2.9 5.4 3.4 2.1 3.4 19.1 57.7 49.0 22.1 15.17 4.2.1 Kịch B2: Từ kết tính toán cho thấy với điều kiện khí hậu biến đổi theo xu kịch dòng chảy tháng dao động khoảng lớn từ giảm 49,2% đến tăng tới 47.1% so với dòng chảy tháng thời đoạn (Bảng 4.3) Biến đổi dòng chảy theo tháng thể hình 4.1, hình 4.2 Q (m3/s) 70,0 60,0 Q 50,0 Q kịch B2 40,0 30,0 20,0 10,0 t (tháng) 0,0 10 11 12 Hình 4.2 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch B2 13 Quan sát hình ta thấy mức độ biến đổi mạnh dòng chảy Theo xu hướng biến đổi kịch B2: dòng chảy tháng tăng mạnh vào mùa lũ, đồng thời giảm vào mùa kiệt Dòng chảy tháng mùa lũ (từ tháng IX-XII) tăng mạnh từ 7.4% 24.3% so với thời đoạn Trong đó, dòng chảy kiệt lại giảm từ khoảng [-9.2% → - 49.2%] Trong dao động tháng mạnh, dòng chảy năm tăng lên không nhiều, khoảng 11.22% so với thời đoạn tính toán 4.2.2 Kịch A2 Tương tự kịch B2, kịch này, ta đánh giá biến đồi theo thời đoạn giai đoạn từ 1980-1999 Tác động kịch tương tự kịch B2, song mức độ tác động diễn mạnh dòng chảy năm (Bảng 4.2) lẫn dòng chảy tháng (Bảng 4.3) Q (m3/s) 70 60 Q 50 Q kịch A2 40 30 20 10 t (tháng) 10 11 12 Hình 4.5 Thay đổi dòng chảy trung bình tháng thời đoạn 2020-2100 so với thời đoạn 1980-1999 theo kịch A2 Quan sát hình ta thấy mức độ biến đổi mạnh dòng chảy Theo xu hướng biến đổi kịch A2: dòng chảy tháng tăng mạnh vào mùa lũ, đồng thời giảm vào mùa kiệt 14 Vào tháng mùa lũ (từ tháng IX-XII), dòng chảy tăng mạnh từ 8.1% 27.2% so với thời đoạn Trong đó, dòng chảy kiệt lại giảm từ khoảng [-13.9% → -56.2%] Bảng 4.2 Thay đổi dòng chảy năm theo kịch biến đổi khí hậu A2 17.18 13.3 Q (m /s) Thay đổi (%) B2 16.87 11.22 Giai đoạn 15.17 Bảng 4.3 Biến đổi dòng chảy tháng so với số liệu thực đo thời đoạn Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII B2 (%) 11.9 4.3 -9.2 -19.8 -49.2 9.1 18.9 47.1 24.3 15.4 10.6 7.4 A2 (%) 14.1 7.4 -13.9 -26.7 -56.2 11.2 23.4 58.6 27.2 19.4 11.8 8.1 Trong dao động tháng mạnh, dòng chảy năm tăng lên không nhiều, khoảng 13.3% so với thời đoạn tính toán Nhận xét: Xu hướng thay đổi dòng chảy tương ứng với kịch tương tự nhau, xu hướng biến đổi kịch A2 diễn mạnh dòng chảy năm, dòng chảy theo mùa, đồng thời mức độ biến đổi thời kỳ lũ lớn nhiều so với mức độ biến đổi dòng chảy thời kỳ kiệt kịch so với thời đoạn 4.3 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC Tác động thay đổi thảm phủ dòng chảy lưu vực dựa vào kết so sánh dòng chảy thực đo giai đoạn – kết tính cho giai đoạn từ 1978 đến 2006, sử dụng đồ sử dụng đất năm 2000, với kết tính toán cho giai đoạn với điều kiện khí hậu giữ nguyên thay đổi đồ sử dụng đất tương ứng (đã làm lại tương ứng với kịch chọn) Sự thay đổi dòng chảy tính toán với kịch sử dụng đất so với trạng sử dụng đất năm 2000 mô tả tác động thay đổi thảm phủ dòng chảy lưu vực 4.3.1 Kịch 1: Kết dẫn đến dòng chảy năm trung bình năm giảm 2.32% Xu hướng giảm diện tích đất trống giảm xuống diện tích đất trồng tăng dẫn 15 đến lượng bốc thoát hơi, lượng nước thấm lưu trữ tăng lên ảnh hưởng đến dòng chảy năm Bảng 4.4 Thay đổi dòng chảy mùa theo kịch Thay đổi dòng chảy năm (%) - 2.32% Thay đổi dòng chảy theo tháng (%) I- III IV - VI VII VIII - X XI-XII + -7.6 + -8.18 +7.45 16.77 17.34 Bảng 4.5 Khoảng dao động biến đổi dòng chảy mùa kịch Tăng Lớn Nhỏ 26.3% 1% Giảm Lớn Nhỏ 11.6% 3.4% Q (m3/s) Biến đổi lớp phủ theo kịch làm dòng chảy theo mùa biến đổi lớn (Bảng 4.4) khoảng dao động tương đối rộng (Bảng 4.5) Sự giảm dòng chảy thay đổi thảm phủ diễn mạnh vào tháng tháng 9, mức độ giảm nhẹ tháng 4, 8, 10 Dòng chảy từ tháng 12 đến tháng tăng mạnh (hình 4.6) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 t (tháng) số liệu kiểm tra 10 11 12 kịch Hình 4.6 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 4.3.2 Kịch Toàn đất đai lưu vực bị hoang mạc hóa khiến dòng chảy năm có xu hướng tăng lên mạnh 13.67% Xu hướng tăng giảm mạnh lượng bốc thoát từ bề mặt Sinh dòng chảy mặt lớn dòng chảy phận giảm, 16 lượng nước chứa tầng nước ngầm giảm Sự thay đổi dẫn đến tổng lượng nước tăng dòng chảy lưu vực lớn Bảng 4.6 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch Thay đổi dòng chảy năm (%) I-III + 9.71 + 13.67% Thay đổi dòng chảy theo tháng IV-VI VII (%) VIII-X XI-XII +8.11 + 5.73 +6.6 +3.9 60 Q (m3/s) 50 40 30 20 10 t (tháng) Số liệu kiểm tra 10 11 12 Kịch Hình 4.7 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch 4.3.3 Kịch Trong kịch diện tích rừng chiếm 50% diện tích toàn lưu vực Diện tích rừng tăng mạnh dẫn đến dòng chảy năm có xu hướng giảm 7.3% Xu hướng giảm thực tế lượng bốc thoát hơi, lượng nước thấm lưu trữ từ diện tích rừng nhiều so với đất trồng cỏ bụi Bảng 4.7 Thay đổi lưu lượng theo mùa ứng với sử dụng đất theo kịch Thay đổi dòng chảy năm (%) -7.3% I-III + 23.94 Thay đổi dòng chảy theo tháng IV-VI VII VIIIXII (%) -23.08 + -19.56 +18.7 XI 0.52 Theo số liệu bảng 4.7 cho thấy kịch tác động mạnh đến dòng chảy theo mùa Giảm mạnh vào giai đoạn lũ: giai đoạn mưa phong phú nhiệt độ đủ cao gây bốc thoát tương đối Dòng chảy giảm bản, gây giảm 17 mạnh tổng lượng nước dòng chảy sông Việc giảm lưu lượng xảy trong tháng trước mùa lũ Q (m3/s) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 t (tháng) Lưu lượng kiểm tra 10 11 12 Kịch Hình 4.8 Diễn biến dòng chảy tháng tương ứng với kịch Theo kết đánh giá cho thấy khả điều tiết dòng chảy theo mùa rừng, điều cần thiết quy hoạch thời gian dài sử dụng đất không để bảo vệ nguồn nước mà quản lý hiệu lũ hạn hán Nhận xét chung: Từ kết đánh giá kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất thấy: đặc trưng lớn kịch biến đổi khí hậu có tác động thay đổi mạnh dòng chảy năm so với kịch biến đổi sử dụng đất Trong kịch biến đổi sử dụng đất lại có tác động mạnh đến điều tiết dòng chảy theo tháng 4.4 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TỔNG HỢP CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỚP PHỦ THỰC VẬT TỚI DÒNG CHẢY Đánh giá tác động tổng hợp biến đổi khí hậu thảm phủ thực vật dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn lấy từ việc so sánh kết chạy mô hình SWAT với liệu đầu vào: đồ sử dụng đất tỉnh Quảng Trị xây dựng lại (như kịch thay đổi thảm phủ 3) kết hợp với điều kiện khí hậu tương ứng kịch biến đổi khí hậu lựa chọn (A2 B2) Tác động điều kiện khí hậu thảm phủ dòng chảy độc lập Tuy nhiên, kết so sánh khác biệt việc kết hợp kịch biến 18 đổi khí hậu sử dụng đất với thời đoạn nền, khác biệt chúng xu hướng tác động dòng chảy từ thay đổi kết hợp Q (m3/s) Kịch BĐKH 17,2 17 Kịch kết hợp BĐKH-sử dụng đất 16,8 16,6 16,4 16,2 A2 B2 Hình 4.9 Thay đổi dòng chảy năm tương ứng với kết hợp điều kiện khí hậu khác đồ sử dụng đất theo kịch Hình 4.9 thể kết tính toán thay đổi lưu lượng kịch biến đổi khí hậu thay đổi kịch sử dụng đất Trong nhóm, lưu lượng năm từ kịch sử dụng đất khác Bảng 4.9 Thay đổi dòng chảy năm kịch kết hợp biến đổi khí hậu -sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu A2 B2 Kịch biến đổi khí hậu (m /s) 17.18 16.87 Kịch kết hợp biến đổi khí hậu – sử dụng đất (m /s) 16.95 16.63 Thay đổi (%) 1.319 1.395 Qua kết tính toán mô hình 4.9 cho thấy khác biệt tương đối giá trị dòng chảy năm nhóm (Bảng 4.9) thấy quy luật biến đổi dòng chảy nhóm tương tự So sánh với kịch biến đổi khí hậu, kịch kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất làm giảm giá trị dòng chảy tất kịch bản, chi tiết xem bảng 4.9 Và mức độ biến đổi chúng tương tự nhau, xấp xỉ 1.3% -1.4% 19 Q (m3/s) Kịch A2 70 60 50 Kịch A2 kết hợp với kịch sử dụng đất 40 30 20 10 t (tháng) 10 11 12 Hình 4.10 Thay đổi dòng chảy tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu-sử dụng đất so với kịch biến đổi khí hậu Kết thay đổi dòng chảy theo tháng kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất kịch biến đổi khí hậu thể hình 4.10 cho thấy kịch kết hợp tác động đến phân bố dòng chảy theo mùa, thay đổi theo mùa thấy rõ hình 4.11 Qua kết tính toán đó, chứng tỏ nắm bắt xu hướng tác động không tuyến tính biến đổi khí hậu sử dụng đất tới dòng chảy sử dụng kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất tính toán cho lưu vực Việc kết hợp với kịch tăng diện tích rừng cho thấy: dòng chảy trung bình năm có xu hướng giảm so với dòng chảy có tác động biến đổi khí hậu Đồng thời tác động đến phân phối dòng chảy năm, tăng dòng chảy kiệt, giảm dòng chảy lũ Nhận xét: Kết tính toán tác động kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất làm thay đổi dòng chảy lũ dòng chảy kiệt 20 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Thạch Hãn thấy lưu vực sông Thạch Hãn có điều kiện tự nhiên địa hình, khí hậu, đất đai đa dạng Tuy nhiên vùng h tận dụng ợ tối hiệu sử dụng ất, diện tích đất trống chiếm diện tích lớn, thảm thực vật nghèo nàn Nền kinh tế m ng tính ị ph ơng , hậm phát t iển ề ông nghệ Tìm hiểu mô hình SWAT ứng dụng mô hình SWAT để khảo sát kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn Mô hình SWAT mô tính toán phục vụ việc khảo sát kịch biến đổi khí hậu sử dụng đất lưu vực sông Thạch Hãn – tỉnh Quảng Trị, cho kết sau: Về biến đổi khí hậu cho thấy diễn biến khí hậu theo xu hướng kịch A2 B2 gây tác động mạnh tượng cực đoan kỷ XXI Sự biến đổi khí hậu làm lưu lượng đỉnh lũ tăng tối đa đến khoảng 20%, dòng chảy vào tháng kiệt giảm khoảng 27% Với đặc điểm lũ lụt hạn hán lưu vực sông Thạch Hãn điều gây hậu khó lường trước Khác với tác động biến đổi khí hậu, tác động thay đổi thảm thực vật từ xu hướng khác sử dụng đất, chí thay đổi cực đoan gây nh ng th y ổi nhỏ ối i dòng hảy năm, nh ng n lại gây biến ổi mạnh dòng hảy the mù Điều chứng tỏ thay đổi sử dụng đất có khả l m th y ổi biểu thủy ăn năm ủ l u ự thực vật biến đổi theo mùa với tác động đến lượng bốc thoát Với khả điều tiết dòng chảy theo mùa chứng tỏ với phương án phát triển sử dụng đất phù hợp có khả giảm lũ vào mùa lũ, tính khắc nghiệt hạn hán mùa khô, đồng thời cải thiện tình hình kinh tế, phát triển bền vững lưu vực Theo kết đánh giá tác động kịch kết hợp biến đổi khí hậu sử dụng đất cho kết khác so với kết kịch biến đổi yếu tố Nó tác động vừa làm thay đổi dòng chảy năm, vừa điều tiết dòng chảy theo mùa, với kịch kết hợp biến đổi khí hậu - sử dụng đất đánh giá cho thấy làm giảm dòng chảy năm (giảm từ 1,3% - 1,4%), đồng thời vừa làm giảm dòng chảy mùa lũ (giảm từ 2% - 59%), vừa tăng dòng chảy mùa kiệt (tăng từ 11% 21 - 48%) Có nghĩa việc kết hợp có khả khắc phục biến đổi cực đoan biến đổi khí hậu sử dụng đất gây Từ kết mở phương án giảm nhẹ tá ộng ủ biến ổi khí hậu không mong muốn môi trường tài nguyên nước quy h h sử dụng ất nhằm đạt hiệu mong muốn lưu vực 22