Nghiên cứu tính toán mưa lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực nam trung bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ
PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI

LÊ THỊ HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT
ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NAM TRUNG BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀPTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI

LÊ THỊ HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT
ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NAM TRUNG BỘ

Chuyênngành:

Thủy

vănhọcMãsố:

62-

44-02-24

NGƢỜI HƢỚNG DẪNKHOAHỌC

1. PGS. TS Ngô LêLong
2. PGS. TS Trần Thanh Tùng


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu
có)đãđƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúngquyđịnh.
Tác giả luậnán

Lê Thị HảiYến

1


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin đƣợc bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngơ Lê Long,
PGS.TS Trần Thanh Tùng, đã tận tình hƣớng dẫn tác giả trong suốt thời gian nghiên
cứu và thực hiện luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu, Phịng Đào tạo ĐH&SĐH, Tập
thểcácThầycơgiáokhoaThủyvănvàTàingunnƣớc,PhịngKhoahọcCơngnghệ,Trƣờng
Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giảhoànthành
luậnán.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ môn Thủy Lực - Khoa Kỹ thuật Tài
Nguyênnƣớc,nơi tác giả đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và cơng việc giúp

tác giả hồn thành luậnán.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè luôn sát cánh động viên tác giả
vƣợt qua mọi khó khăn để thực hiện luận án của mình.

Tác giả luận án


MỤC LỤC
MỤCLỤC..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁCHÌNHẢNH.......................................................................................v
DANH MỤCBẢNGBIỂU...........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC TỪVIẾTTẮT...............................................................................viii
MỞĐẦU........................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ CĨ XÉT ĐẾN
BIẾNĐỔIKHÍHẬU 6
1.1

Tổngquancácnghiêncứuvềmƣa,lũtrongnƣớcvàthếgiới...........................................6

1.2

SơlƣợcvềBĐKHvàcáckịchbản............................................................................9

1.3

Tổngquancácnghiêncứuvềtácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũ.......................13

1.3.1

Nghiêncứuvềtácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũtrênthếgiới....................13

1.3.2

Nghiêncứutácđộngcủabiếnđổikhíhậuđếnmƣa,lũởViệtNam........................17

1.3.3
Nam

Nhữnghạnchếtrongnghiêncứutínhtốnmƣa,lũcóxétđếnbiếnđổikhíhậu ởViệt
21

1.4

Tổng quan về khu vựcnghiêncứu....................................................................22

1.4.1

Đặc điểm địa lýtự nhiên............................................................................22

1.4.2

Đặc điểm khí tƣợng,thủyvăn......................................................................27

1.4.3

Đặcđiểmdịngchảylũtrêncáclƣuvựcsơng.....................................................30

1.4.4

XuthếmƣalớncủakhuvựcNamTrungBộ......................................................32

1.5

Địnhhƣớngnghiêncứucủaluậnán.......................................................................36

1.6

Kết luậnchƣơng1..............................................................................................40

CHƢƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT
ĐẾNBIẾN ĐỔIKHÍHẬU.................................................................................................42
2.1

Các mơ hìnhkhíhậu.........................................................................................42

2.1.1

Sự phát triển của các mơ hìnhkhí hậu.......................................................42

2.1.2

Mơ hình khí hậutồncầu...........................................................................43

2.1.3

Tổ hợp mơ hình khí hậucủaIPCC.............................................................45

2.1.4

Lựa chọn mơ hình khí hậu sử dụng trongLuậnán.....................................46

2.2

Cơ sở lý thuyết chi tiết hóa các kịchbảnBĐKH..............................................50

2.3

Phƣơng pháp thống kê chitiếthóa.....................................................................55


2.4

Kịch bản BĐKH và dữ liệu sử dụng trongluậnán............................................57

2.5

Phƣơng pháp tính tốn lũthiếtkế.......................................................................59

2.6

Kết luậnchƣơng2..............................................................................................66

CHƢƠNG 3
TÍNH TỐN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CĨ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI
KHÍHẬU KHU VỰCNGHIÊNCỨU................................................................................68
3.1

Tínhtốnmƣamộtngàylớnnhấtcóxétđếnbiếnđổikhíhậu......................................68

3.1.1

Kếtquảchitiếthóalƣợngmƣavềtừngtrạmvàhiệuchỉnhsaisố..............................68

3.1.2 Phân tích kết quả lƣợng mƣa một ngày lớn nhất có xét đến BĐKH
củamộtsốlƣuvựcđiểnhìnhtrênkhuvực......................................................................70
3.1.3
3.2

XâydựngbảnđồbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtkhuvựcNamTrungBộ....77

Tính tốn đỉnh lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ có xét đến biến đổi khí
hậu88

3.2.1

Tính tốn lũ thiết kế cho khu vực vừavànhỏ............................................88

3.2.2

Tínhtốnlũthiếtkếcholƣuvựccódiệntíchlớn..................................................94

3.2.3

Đánh giá sự biếnđộngQmax...................................................................... 106

3.3 Ứng dụng bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ vào tính tốn dịng
chảylũthiếtkế..........................................................................................................110
3.4

Kết luậnchƣơng3............................................................................................111

KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ.....................................................................................113
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃCÔNGBỐ.............................................................116
TÀI LIỆUTHAM KHẢO...........................................................................................117
PHỤLỤC...................................................................................................................124


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hai cách tiếp cận trong xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC (2010)
(Moss và nnk,2010[21])...............................................................................................11
Hình 1.2 Bản đồ vị trí địa lý khu vựcnghiêncứu...........................................................23
Hình1.3Bảnđồmạnglƣớisơngsuối...................................................................................26
Hình1.4Xuthếlƣợngmƣa1ngàylớnnhất............................................................................36
Hình 1.5 Sơ đồ tiếp cậnnghiêncứu................................................................................39
Hình 2.1 Cấutrúclƣới.....................................................................................................43
Hình2.2ƠlƣớimơhìnhAccess1-3,CanESM2,CMCC-CMS,CNRM-CM5..........................49
Hình2.3Phânbốtầnsuấtmƣathựcđovàhiệuchỉnh(theoGudmundssonvànnk[83])
.......................................................................................................................................56
Hình2.4Bảnđồvịtrí93trạmkhítƣợngsửdụngtrongluậnán..................................................58
Hình 2.5 Cấu trúc mơ hình NAM (theo Nielsen và Hansen,1973)[87].........................64
Hình2.6Cânbằnglƣợngtrữđoạnsơng...............................................................................65
Hình 3.1 Trung bình (a) và độ lệch chuẩn (b) sai số giữa lƣợng mƣa tính tốn 1ngàylớn nhất của 11 mơ
hình GCM với số liệu thực đo ở 93 trạm mƣa trong khuvựcnghiêncứu....................................69
Hình 3.2 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 20402069............................................................................................................................. 71
Hình 3.3 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn 20702099............................................................................................................................. 71
Hình 3.4 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 20402069............................................................................................................................. 72
Hình 3.5 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn 20702099............................................................................................................................. 72
Hình3.6Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP4.5

giaiđoạn 2040-2069........................................................................................................73
Hình3.7Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP4.5
giaiđoạn 2070-2099........................................................................................................73
Hình3.8Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP8.5
giaiđoạn 2040-2069........................................................................................................74
Hình3.9Kếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣa mộtngàylớnnhấtlƣuvựcThànhMỹkịchbản RCP8.5
giaiđoạn 2070-2099........................................................................................................74
Hình3.10KếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtlƣuvựcVuGia–ThuBồnkịchbảnRCP4.5giaiđoạn2040-2069
..................................................................................................................................... 75
Hình3.11KếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtlƣuvựcVuGia–ThuBồnkịchbảnRCP4.5giaiđoạn2070-2099
..................................................................................................................................... 75
Hình 3.12 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực sông Bakịchbản RCP8.5 giaiđoạn
2040-2069..................................................................................................................... 76


Hình3.13KếtquảsựbiếnđộnglƣợngmƣamộtngàylớnnhấtlƣuvựcsơngBakịchbản RCP8.5 giaiđoạn
2070-2099..................................................................................................................... 77
Hình 3.14 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nềnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn
1(2040-2069)................................................................................................................80
Hình 3.15 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nềnkịchbản RCP4.5 giaiđoạn
2(2070-2099)................................................................................................................82
Hình 3.16 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nềnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn
1(2040-2069)................................................................................................................84
Hình 3.17 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nềnkịchbản RCP8.5 giaiđoạn
2(2070-2099)................................................................................................................86
Hình3.18Biếnđộngtrungbìnhlƣợngmƣa1ngàylớnnhấttrênmộtsốlƣuvựcchínhso với thờikỳnền
..................................................................................................................................... 87
Hình 3.19 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giaiđoạn2040-2069......92
Hình 3.20 Bản đồ phân vùng biến động dịng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2070 2099.93Hình 3.21 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại NơngSơn(1977-2010)................95
Hình 3.22 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại ThànhMỹ(1977-2010)....................96

Hình 3.23 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại CủngSơn(1977-1997).....................97
Hình 3.24 Quan hệ giữa Qmax và Q ngày max tại trạmAnKhê...................................97
Hình 3.25 Quan hệ giữa Qmaxvà Qngàymaxtại trạmBìnhTƣờng..........................................98
Hình3.26SơđồmơphỏnglƣuvựcNơngSơn.......................................................................99
Hình3.27SơđồmơphỏnglƣuvựcThànhMỹ....................................................................100
Hình3.28SơđồmơphỏnglƣuvựcCủngSơn......................................................................101
Hình3.29SơđồmơphỏnglƣuvựcsơngKơntạiBìnhTƣờng..................................................102
Hình 3.30 Dịng chảy thực đo và mơ phỏng (trung bình tháng) tại Nơng Sơn (a),
ThànhMỹ(b),BìnhTƣờng(c)vàCủngSơn(d)giaiđoạnhiệuchỉnh......................................103
Hình 3.31 Dịng chảy thực đo và mơ phỏng (trung bình tháng) tại Nơng Sơn (a),
ThànhMỹ(b),BìnhTƣờng(c)vàCủngSơn(d)giaiđoạnkiểmđịnh......................................105
Hình 3.32 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch bản RCP4.5 giaiđoạn2040-2069..............107
Hình 3.33 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch bản RCP4.5 giaiđoạn2070-2099.............107
Hình 3.34 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch bản RCP8.5 giaiđoạn2040-2069.............107
Hình 3.35 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm ThànhMỹkịch bản RCP8.5 giaiđoạn2070-2099.............108


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các kịch bản Biến đổikhíhậu........................................................................13
Bảng 1.2 Lƣợng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều nămĐ ơ n vị:mm.............28
Bảng 1.3 Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất năm vào các thángtrongnăm..........................32
Bảng 1.4 Số cơn bão và tần suất xuất hiện bão khu vựcnghiêncứu...............................33
Bảng1.5Xuthếbiếnđổilƣợngmƣamộtngàylớnnhấttheochuỗinămquantrắc..........................34
Bảng2.1Cácmơhìnhkhíhậuđƣợclựachọn........................................................................48
Bảng2.2Thốngkêsốtrạmmƣavàsốnămquantrắcsửdụngtrongtínhtốn...............................58
Bảng 2.3 Tiêu chuẩn thiết kế lũ củaHoaKỳ..................................................................61
Bảng 3.1 Tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dịngchảylũ...............................91
Bảng3.2ThơngsốmơhìnhcáclƣuvựcconvàcácđoạnsơnglƣuvựcNơngSơn–T h à n h Mỹ..................103
Bảng 3.3 Bảng thơng sốmơhình.................................................................................104
Bảng 3.4 Thơng số mơ hình các lƣu vực con và các đoạn sông cho lƣu vực CủngS ơ n

.....................................................................................................................................104
Bảng 3.5 Đánh giá khả năng gia tăng dòng chảy lũ thiết kế một số lƣu vực giaiđoạn2040-2069
................................................................................................................................... 109
Bảng 3.6 Bảng đánh giá khả năng gia tăng dòng chảy lũ thiết kế một số lƣu vựcgiaiđoạn20702099........................................................................................................................... 110


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BĐKH

Biến đổi khíhậu

IPCC

Intergovernmental Panel on Climate Change (Ủy ban Liên chính phủ về
Biến đổi Khíhậu)

IDF

Intensity-Duration-Frequency(Cƣờngđộmƣa–Thờigian–Tầnsuất)

GCM

Global Climate Model hoặc General Circulation Model (Mơ hình khí
hậu tồncầu)

GDP

Gross Domestic Product (Tổng sản phẩm nộiđịa)

PMP

Probable Maximum Precipitation (Mƣa lớn nhất khảnăng)

QP

Quyphạm

QP.TL

Quy phạm thủylợi

RCP

Representative Concentration Pathways (Kịch bản nồng độ khí nhàkính)

RCM

Regional Climate Model (Mơ hình khí hậu khuvực)

HTNĐ

Hội tụ nhiệtđới

XTNĐ

Xốy thuận nhiệtđới

KKL

Khối khílạnh

CMIP

Coupled Model Intercomparison Project Phase (Dự án Đối chứng các
Mơ hình khíhậu)

SRES
UNISDR
UNDP

Special Report on Emission Scenarios (Kịch bản phátthải)
United Nations Office for Disaster Risk Reduction ( Ủy ban Liên hợp
quốc về giảm nhẹ thiên tai)
UnitedNationsDevelopmentProgramme(ChƣơngtrìnhpháttriểncủaLiên
hợpquốc)

NOAA

National Oceanic and Atmospheric Administration Commissioned Corps
(Cơ quan Quản trị Khí quyển và Đại dƣơng Quốcgia)

GIS

Geographic information systems (Hệ thống thông tin địalý)


SCS

Soil Conservation Service (Cơ quan bảo vệ thổnhƣỡng)

TCVN

Tiêu chuẩn ViệtNam

TNN

Tài nguyênnƣớc


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đềtài
Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ
21. Những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đƣợc dự báo là rất nghiêm
trọngnếukhơngcógiảiphápvàchƣơngtrìnhứngphókịpthời,đặcbiệtlàđốivớicácquốcđảovàcác
quốc gia ven biển.ViệtNam đƣợc đánh giá là một trong những quốc gia
bịảnhhƣởngnặngnềnhấtcủabiểnđổikhíhậu.Trongnhữngnămqua,dƣớitácđộngcủabiếnđổi

khí

hậu, tần suất và cƣờng độ thiên tai ngày càng gia tăng, gây ra nhiều tổn thấttolớn về
ngƣời, tài sản, tác động xấu đến mơi trƣờng. Chỉ tính trong 15 năm trở lạiđây,các loại
thiên tai nhƣ:bão,lũ, lũ quét, sạt lở đất, úng ngập, hạn hán, xâm nhập
mặnvàcácthiêntaikhácđãlàmchếtvàmấttíchhơn10.711ngƣời,thiệthạivềtàisảnƣớctínhchiếm
khoảng 1,5% GDP/năm (Theo thống kê của Ủy ban Quốc gia về phịng
chốngthiêntai,BộnơngnghiệpvàPháttriểnnơngthơnnăm2017).
MộttrongnhữngtácđộnglớncủaBĐKHcóthểkểđếnđólàhiệntƣợngmƣalớn,lũlụttăngmạnhtrongn
hữngnămqua,ảnhhƣởngtrựctiếpđếnmơitrƣờngsống.Nhữngtrậnlũlớnxảyracólƣulƣợngđỉnhlũ
thayđổiliêntục,đƣờngqtrìnhlũphứctạp,tổnglƣợnglũlớn,gâyranhữngh ậ u quảhếtsứcnghiêm
trọng.Đặcbiệtkhủngkhiếphơnkhidịngchảy lũ chịu tác động của con ngƣời nhƣ: sự cố vỡ

đập

Delhi

(Bang

Iowa,HoaKỳ)năm2010,đãgâyrangậplớnở2thànhphốHopkintonvàMonticello,hayởnƣớctas
ựcốvỡđậpKheMơ,HàTĩnhngày10/2010gâyrathiệthạilớnvềngƣờivàtàisản.
Trong những năm gầnđây,hiện tƣợng thời tiết cực đoan, trái quy luật xuất
hiệnngàycàngnhiều,nhấtlàcáctỉnhthuộckhuvựcNamTrungBộdođịahìnhđặctrƣngcủalƣuvực,ké
odàitừĐàNẵngvàođếnBìnhThuận,phíaĐơnglàBiểnĐơng,phíaTâylàkhu
vựcrừngnúingắndốc.HƣớngđóngióTâyNamgâymƣalớnvớitầnsuấtmạnhtạonênnhữngtrận

lũ

lớn.

và

Các

trận

lũ

thƣờng

xuất

hiện

đột

ngột,

xảy

raliêntục

nhữngtrậnmƣacựcđoancũngđãxuấthiệnngàycàngnhiều.Doảnhhƣởngcủahồnlƣubãogầnđây
nhất là cơn bão số 12 vào 11/2017 làm thiệt hại nghiêm trọng về ngƣời và
tàisản,gâyhậuquảhếtsứcnặngnềvàlâudàivềxãhội,kinhtếvàmôitrƣờngởcáctỉnhMiền

1


Trung,nhấtlàKhánhHịa,Phún,BìnhThuận,QuảngNam,QuảngNgãi,BìnhĐịnh và một số
huyện thuộcthànhphố Đà Nẵng. Nhiều khu vực ngập sâu từ 0,5-2,0m, các
tuyếnđƣờngđềubịtắctrongthờigianmƣa,lũvàsaulũdonƣớcngập,đấtđásạtlở,cầucốnghƣhỏngvànhiề
uvùngdâncƣbịcơlậpvớibênngồitrongnhiềungày.Haytrậnlũlịchsử11/1999chỉtrongkhoảngmộ
tthángxảyraliêntiếphaiđợtmƣalũlớnlịchsửtrênhầunhƣtồnMiềnTrungvàTâyNgunlàtrƣờn
ghợpchƣatừngthấytrong50-100nămgầnđây.Năm2007,trậnmƣalớnởMiềnTrungđạttới600800mm.TrêncácsơngởQuảngNamxảyralũlớn(DựánSCDM;UNDP,2012[1]).
Trong Kịch bản BĐKH và nƣớc biển dâng của Bộ TNMT công bố cũng nhƣcácnghiên
cứu trƣớc đây, mƣa 1 ngày lớn nhất đã có nhiều khác biệt so với quá
khứ,sựthayđổimƣa1ngàylớnnhấtởkhuvựcmiềnTrungđƣợcƣớctínhtăngtrongkhoảng10%70%.Tuynhiên hầu hết các kết quả nghiên cứu tính tốn mƣa, lũ có xét đếnbiếnđổi khí
hậu đã cơng bố trƣớc đây, đều đƣợc lấy trung bình hóa từ kết quả của cácmơhình khí
hậu tồn cầu với lƣới tính tốn theo phạm vi quốc gia hoặc chỉ một số ítcácvùng đƣợc
tính chi tiết, khơng chi tiết đƣợc cho vùng nhỏ gây ra hệ quả là sai sốkhálớn khi tính
tốn

chi

tiết

cho

các

vùng

khác

nhau.

Do

đó,

giá

trị

mƣa

hay

lũtrongtƣơnglaidùngđểtínhtốnthiếtkếcáccơngtrìnhthuộclƣuvựcnhỏgặprấtnhiềukhókhăn.
Do đó rất cần có một nghiên cứu để chi tiết hóa kết quả tính tốn của các mơ
hìnhkhíhậutồncầuchophạmvinhỏvớilƣớitínhtốnchitiết,nhằmđịnhlƣợnggiátrị mƣa một
ngày lớn nhất, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu để phục vụ tínhtốnthiết kế

đangành.
Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết trên, NCS lựa chọn luận án nghiên cứu với nội
dung“Nghiên cứu tính tốn mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực
NamTrung Bộ”.
Luận án tiến hành nghiên cứu, tính tốn chi tiết hóa lƣợng mƣa về từng trạm và phân
vùng mƣa một ngày lớn nhất, đỉnh lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu từ các mơ
hình khí hậu tồn cầu khác nhau, phục vụ cho thiết kế đa ngành và ứng dụng khác
trong bối cảnh biến đổi khí hậu của khu vực Nam Trung Bộ, nhằm đem lại hiệu quả
cao về an tồn cơng trình cũng nhƣ tối ƣu về các lợi ích về kinh tế.


2. Mục tiêu nghiêncứu
Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn tính tốn mƣa, lũ khu vực Nam
Trung Bộ khi xét đến biến đổi khí hậu phục vụ tính tốn thiết kế đa ngành, đánh giá an
tồn các cơng trình thủy lợi, giao thơng. Mục tiêu cụ thể bao gồm:
 Nghiên cứu, tính tốn mƣa một ngày lớn nhất khu vực Nam Trung
Bộbằngphƣơngphápchitiếthóalƣợngmƣatừcácmơhìnhkhíhậutồncầu.
 Xác định phƣơng pháp tính lũ thiết kế có xét đến BĐKH cho khu
vựcNamTrungBộ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiêncứu
 ĐốitƣợngnghiêncứucủaLuậnánlàmƣavàlũthiếtkếcóxétđếnBĐKH.
 Phạm vi nghiên cứu của Luận án là khu vực Nam Trung Bộ, bao gồm thành phố
Đà Nẵng, các tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú n, Khánh Hồ,
Ninh Thuận và BìnhThuận.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiêncứu
Để đạt đƣợc mục tiêu đề ra, tác giả đã thu thập các số liệu, tài liệu cần thiết, tiến hành
nghiên cứu tổng quan các nghiên cứu về mƣa, lũ có xét đến biến đổi khí hậu, các mơ
hình khí hậu tồn cầu đã đƣợc sử dụng ở trong nƣớc và trên Thế giới, từ đó lựa chọn
hƣớng tiếp cận phù hợp, vừa mang tính kế thừa vừa đảm bảo tính sáng tạo trong
nghiên cứu.

Các phương pháp được sử dụng trong luận án bao gồm:
 Phƣơng pháp phân tích thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài liệu đã cónhằmtập
hợp, đánh giá các nghiên cứu về mƣa lũ có xét đến BĐKH trên thế
giớivàtrongnƣớc.
 Phƣơng pháp chi tiết hóa lƣợng mƣa từ các mơ hình khí hậu tồn cầu
vềtừngtrạm phục vụ tính tốn lƣợng mƣa một ngày lớnnhất.
 Phƣơng pháp mơ hình tốn, tính tốn lũ thiết kế khu vực Nam Trung BộViệtNam.
5. Ý nghĩa khoa học và thựctiễn


BĐKHlàmộtchủđềđƣợcnhiềuchínhphủ,tổchứcvàcácnhàkhoahọctrênThếgiớiquan

tâm

nên đã có rất nhiều nghiên cứu và mơ hình BĐKH ra đời. Mặc dù vậy vẫn chƣa có
một mơ hình BĐKH nào đƣợc đánh giá là tốt nhất trên Thế giới để có thểlựachọn và
xây dựng các kịch bản chi tiết cho từng khu vực, từng quốc gia, và cho từng vùng.
Chính vì vậy kết quả phân tích, đánh giá các tác động của BĐKH
đếnlƣợngmƣamộtngàylớnnhấtchovùngnghiêncứu,cóxétđếnsựkhácbiệtgiữacácmơhìnhkhí
hậu cho khu vực Nam Trung Bộ, có đóng góp khoa học về phƣơng pháp luậntínhtốn
mƣa, lũ khi xét đến BĐKH cho một khu vực cụthể.
Kếtquảtínhtốnmƣa,lũthiếtkếchocáclƣuvựcvừa,nhỏvàmộtsốlƣuvựccódiệntích

lớn

của

luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có giá trị trong cơng tác
kiểmtra,đánhgiáantồncáccơngtrìnhthủylợi,giaothơng,cũngnhƣtrongtínhtốnthiết

kế

phục vụ nâng cấp và xây mới các cơng trình trong khu vực Nam Trung Bộ mang ý
nghĩa thực tiễncao.
6. Cấu trúc của luậnán
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong 3
chƣơng:
Chương 1: Tổng quan về các nghiên cứu mƣa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu.
Chƣơng này luận án trình bày các nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đếnmƣa,lũ
trên Thế giới và Việt Nam. Phân tích những hạn chế trong các nghiên cứu vềmƣavà lũ
có xét đến biến đổi khí hậu ở Việt Nam và đã định hƣớng nghiên cứu tínhtốnmƣa, lũ
thiết kế cho khu vực Nam Trung Bộ.
Chương 2: Cơ sở khoa học và thực tiễn tính mƣa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí
hậu.
Chƣơng này trình bày cơ sở lý thuyết của các mơ hình khí hậu tồn cầu, phân tích
đánh giá và lựa chọn mơ hình ứng dụng trong luận án. Thiết lập đƣợc những cơ sở
khoa học để phân tích hiệu chỉnh sai số. Xây dựng mơ hình thơng số bán phân bố, mơ
phỏng dịng chảy cho các lƣu vực có diện tích lớn thuộc khu vực nghiên cứu


Chương 3: Tính tốn mƣa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi của biến đổi khí hậu
khuvựcNam Trung Bộ.
Chƣơng này trình bày các kết quả tính tốn mƣa 1 ngày lớn nhất và phƣơng pháptínhlũ
thiết kế cho các lƣu vực vừa, nhỏ cũng nhƣ lƣu vực lớn trong khu vực nghiên cứu


CHƢƠNG1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ CĨ
XÉTĐẾNBIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
1.1

Tổng quan các nghiên cứu về mƣa, lũ trong nƣớc và thếgiới

Mƣa,lũlànhữnghiệntƣợngtựnhiêngâyranhữngtácđộngtolớnđếnconngƣời,xãhộivàmơitrƣờ
ng,đãcónhiềunghiêncứuvềmƣa,lũđƣợcthựchiệnvớicácmụcđíchkhác nhau. Mỗi nghiên cứu
đều có những đóng góp nhất định chọ sự phát triển bền vững của xã hội. Một số
nghiên cứu điển hình có thể kể đếnlà:
Những nghiên cứu dựa trên bộ số liệu quan trắc đƣợc thực hiện trên quy mơ
tồncầunhƣ cơng trình của Frich và nnk, 2002 [2]. Kết quả nghiên cứu của Alexander
vànnk,2006 [3] với các chỉ số đƣợc phân tích cho thấy xu thế tăng của mƣa lớn, mƣa
cựctrịchiếm ƣu thế. Xu thế này cũng đƣợc tìm thấy ở các khu vực nhƣ phía nam
ChâuPhi,đơng nam Châu Úc, phía tây nƣớc Nga, nhiều khu vực thuộc Châuvà
phầnphíađơng của nƣớc Mỹ. Nghiên cứu của Frich và nnk, 2002 [2] còn cho thấy xu
thếgiảmcủa mƣa lớn, mƣa cực trị ở phía đơng Châu Á và khu vực Siberia. Những
nghiêncứutrênhìnhthànhbứctranhtồncầuvềsựbiếnđổicủamƣalớntrongthếkỷ20.
Các nghiên cứu trên quy mơ tồn cầu cung cấp những thông tin tổng quát về
mƣalớnvà xu thế biến đổi của hiện tƣợng này trên hầu hết các khu vực trên thế
giới.Nhữngthông tin này là cơ sở để các nghiên cứu ở các quy mơ nhỏ hơn có thể đánh
giá sự phù hợp và khác biệt so với xu thế chung của thế giới. Tuy nhiên, do việc sử
dụng số liệu từ các nguồn khác nhau cùng với việc áp dụng các phƣơng pháp nghiên
cứu, phântíchchƣa thống nhất nên giữa các kết quả nghiên cứu trên quy mô tồn cầu ở
một sốkhuvực cịn chƣa thực sự đồng nhất. Ngồi ra, do số lƣợng trạm khơng nhiều để
cungcấpđầy đủ thơng tin gây khó khăn trong việc phân tích chi tiết cho quy mơ khu
vực hoặc quốcgia.Việctậphợpđƣợcbộsốliệutồncầuvàkiểmsốtchấtlƣợngcủatồnbộsốliệu
là khơng dễ dàng. Mỗi khu vực có một chế độ khí hậu tƣơng đối khác
nhaunênchỉsốmƣalớn,mƣacựctrịchocáckhuvựcnàycũngcầnđƣợcthayđổichophùhợp.Do
vậy, những nghiên cứu trên quy mô nhỏ hơn là cần thiết để có đƣợc nhữngphântích chi
tiết và phù hợp hơn với chế độ khí hậu cũng nhƣ các đặc điểm mƣa lớn,mƣacực trị của
một vùng hoặc quốcgia.

Dự án số liệu và đánh giá khí hậu Châu Âu đã xây dựng một bộ chỉ số riêng phù hợp
với điều kiện khí hậu của các nƣớc thuộc khu vực Châu Âu. Nghiên cứu trên
quymôChâu lục tiêu biểu nhƣ cơng trình của Re và Barros, 2009 [4] cho khu vực
ĐôngNamcủa Nam Mỹ. Nghiên cứu này cho thấy cƣờng độ và tần suất mƣa lớn có xu
thếgiatăng đối với khu vực nghiên cứu. Xu thế biến đổi của mƣa lớn trên khu vực
lòngchảoLa Plata thuộc Châu Mỹ đƣợc Penalba và Robledo, 2009 [5] đánh giá theo
cácmùa.Kết quả cho thấy xu thế tăng của mƣa trong các mùa xuân,hèvà thu với khu
vựcLaPlata. Xu thế tăng này chỉ phát hiện đƣợc trong mùa hè với khu vực phía
NamcủaBrazil và xu thế giảm xuất hiện vào mùa đông trong khu vực nghiên cứu. Khu
vực phía Tây của Trung Phi và một số nƣớc lân cận đƣợc Aguilar và nnk, 2009
[6]tậptrung nghiên cứu và thấy đƣợc xu thế giảm của mƣa trên khu vực quan tâm.
XuthếbiếnđổicủamƣaởkhuvựcChâunhìnchunglàtăngvớihầuhếtcácchỉsố.Xuthếtăngvềm
ƣanhanhhơnsovớixuthếtăngcủatổnglƣợngmƣanăm.
Ởcáctrạmcóxuthếmƣacựctrịgiảmthìlƣợngmƣatrungbìnhnămởcáctrạmnàycũnggiảm.Cáckếtlu
ận về xu thế biến đổi của mƣa lớn trên khu vực Châu Âu đƣợc rút ra từ cơngtrìnhcủa
Moberg và nnk, 2006 [7] thực hiện nghiên cứu cho các khu vực Nam Á, Trung Á và
Đông Nam Á và cho thấy rằng tần suất của các sự kiện mƣa lớn với hầu hếtcáctrạm.
Cƣờng độ tăng trên một số trạm ở Úc, Fiji, New Caledonia, French PolynesiavàNhật
Bản. Những đặc điểm biến đổi của mƣa lớn trên khu vực Châu Úc đƣợcnghiêncứu bởi
Haylock và Nicholls, 2000 [8]. Nghiên cứu này cho thấy tần suất mƣa ởphíaTây nam
Châu Úc giảm mạnh, ở phía Bắc sự gia tăng tần suất là khơng đángkể.
Shaw (1964) [9] viết cuốn sổ tay tính tốn thủy văn có đề cập đến phƣơng
pháptínhtốn lũ thiết kế phụ thuộc vào diện tích lƣu vực và tình trạng số liệu: đối với
lƣuvựclớn, đủ số liệu thì dùng phƣơng pháp ngẫu nhiên (thống kê xác suất), đối với
lƣuvựcnhỏ dùng phƣơng pháp mơ hình quan hệ, đƣờng lũ đơn vị và quan hệ lƣu
lƣợngvớidiện tích và thời gian.
Chow, Maidment (1988) [10] là tài liệu cơ bản nhất có đề cập đến tính toán thủy văn
và các đặc trƣng thủy văn thiết kế nhƣ q trình thu phóng, lựa chọn mƣa thiết
kếvàxây dựng đƣờng cong IDF, biểu đồ mƣa thiết kế dạng đƣờng cong tích lũy

24h,ƣớctínhthờigianmƣagiớihạn,tínhtốnlƣợngmƣalớnnhấtkhảnăng(PMF),cácbảnđồ


đẳng trị mƣa với các thời gian mƣa, D = 5 - 60 phút hay 30 phút - 24h cho các
thờikỳlặp lại T = 1 - 100 năm. Các phƣơng pháp chuyển đổi mƣa hiệu quả và xác
địnhdòngchảy thiết kế gồm đỉnh lũ, tổng lƣợng và quá trình lũ thiết kế dùng để thiết
kếcơngtrình thốt nƣớc, mơ phỏng vùng ngập lụt, thiết kế hồ chứa, sử dụng và quản
lýtàingunnƣớc.Đốivớithốtnƣớc,Chowcũnggiớithiệuphƣơngpháptínhlũcholƣuvựcvừav
ànhỏtheomơhìnhquanhệvớiAlàdiệntíchlƣuvực,Ilàcƣờngđộmƣa,Clà hệ số dịng chảy. Ngồi ra, các
đƣờnglũđơnvịcũngđƣợcđềcậpsửdụngchocáclƣu vực vừa vànhỏ.
Vijay (2002) [11] trình bày các mơ hình tốn ứng dụng để tính lũ cho lƣu vực
lớnvàcáclƣuvựcnhỏ.Đốivớicáclƣuvựcnhỏcác

mơhìnhứngdụngtrìnhbày15

mơhìnhđại

diện trên tồn thế giới. Về lý thuyết cơ bản để xây dựng các mơ hình đều là những
kiến thức ứng dụng từ các tài liệu của Chow hayMaidment.
Raghunath (2006) [12] là tài liệu về nguyên lý thủy văn, trình bày các vấn đề về tính
thủy văn vùng Tapti, Ân độ (miền trung Ấn độ). Phần tính lũ thiết kế gồm
tổnglƣợnglũ,đỉnhlũ,tầnsuấtlũ,xácsuấtrủirovớicácphƣơngphápđềxuấtnhƣ:Đƣờnglũđơnvị tức
thời, mơ hình Nash, mơ hình Clark, đƣờng lũ đơn vị SCS, hồi quy tuyếntính,phân tích
thống kê xác suất, mơ hình tốn, tính lũ tại vị trí khơng có số liệu quan trắc theo
phƣơng pháp hồi quy đabiến.
Lê Đình Thành (1997) [13] đã nghiên cứu tìm ra khả năng và điều kiện ứng dụng
phƣơngpháptínhmƣalớnnhấtkhảnăng(PMP)vàlũlớnnhấtkhảnăng(PMF),từđókiến

nghị

một tiêu chuẩn tính lũ thiết kế hợp lý hơn cho điều kiện Việt Nam. Kết quả nghiên cứu
đã đề cập một cách chi tiết đến các phƣơng pháp cũng nhƣ tính lũliênquan đến lũ lớn
nhất khảnăng.
Phạm Ngọc Quý và nnk (2005) [14] đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu
cảnh báo dự báo lũ vƣợt thiết kế - Giải pháp tràn sự cố” đã tiến hành xây dựng phần
mềm tính lũ thiết kế. Phần mềm này cho phép tính lũ theo tần suất thiết kế dựa vào các
công thức kinh nghiệm trong QP.TL C - 6- 77 [15] nêu trên, phƣơng pháp tính lũ đơn
vị SCS, tính lũ lớn nhất khả năng PMF theo phƣơng pháp thống kê của Hasfield. Hạn
chế là phần mềm này cũng chƣa có sự cập nhập mới nào về bảng tra.


Doãn Thị Nội (2016) [16], Luận án Tiến sỹ với đề tài: “Nghiên cứu sự biến động của
mƣalũvàđềxuấtcơsởkhoahọctínhlũchocơngtrìnhgiaothơngvùngnúiĐơngBắc
– Việt Nam”. Luận án đã bổ sung phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho cơng
trìnhgiaothơng trên cơ sở ứng dụng thành tựu công nghệ hiện đại là hệ thống thông tin
địa lý (GIS). Mặc khác, luận án đã bƣớc đầu xây dựng đƣợc phần mềm hỗ trợ tính
lũchocơng trình thốt nƣớc trên đƣờng giao thông. Tuy nhiên, luận án mới dừng lại
ởviệcxem xét sự biến động của mƣa mà chƣa đánh giá đƣợc biến động của lũ trên
toànbộkhu vực nghiên cứu.
Sổ tay Kỹ thuật Thủy Lợi (Chƣơng 3, tập 4) [17] đã đƣa ra các phƣơng pháp
tínhlũh i ệ n nayứngvớicáctrƣờnghợpcótàiliệu,thiếutàiliệuvàkhơngcótàiliệu.Ngồiratrong
Sổ tay cũng đề cập đến lũ cực hạn PMF bằng phƣơng pháp tính tốn PMP từhailoại
mơ hình là mơ hình mƣa đối lƣu và mơ hình mƣa địa hình theo các thờiđoạnngắn. Sổ
tay là một tài liệu quan trọng đƣa ra cách tiếp cận dựa trên nền của QP.TLC
- 6- 77 giúp việc tính tốn lũ thiết kế dễ dàng hơn.
Tiêu chuẩn Việt Nam 9845(2013) [18] đƣợc xây dựng dựa trên cơ sở
thamkhảo22TCN220-95 về tính tốn các đặc trƣng dịng chảy lũ do Tổng cục Đƣờng
bộViệtNam biên soạn. Tài liệu này đề cập đến các cơng thức kinh nghiệm trong tính
tốn lũ thiết kế bao gồm các phƣơng pháp nằm trong QP.TL C - 6- 77 nhƣng có xem
xétđếncác yếu tố về khẩu độ cầu, cống phục vụ cho các công trình giao thơng.

Ngồi các tài liệu cơ bản đã nêu, cịn có rất nhiều các tài liệu nghiên cứu liên quan đề
cập đến các phƣơng pháp tính lũ thiết kế trên thế giới. Về cơ bản, lý thuyết
tậptrungdòngchảyhayphƣơngthứcchuyểnđổimƣahiệuquảvẫnnhƣnhữngtàiliệutrên.Tuynhiên
từ hai thập kỷ trở lại đây với sự phát triển vƣợt bậc của cơng nghệ máy tính,kỹthuật
viễn thám và GIS cho phép các nhà khoa học phân tích và thử nghiệm, cập nhật
nhữngcơngnghệhiệnđạinhằmchínhxáchóacácthamsốmàcácphƣơngpháptrƣớcđây

chƣa

xây dựngđƣợc.
1.2

Sơ lƣợc về BĐKH và các kịchbản

Sự phát thải khí nhà kính là hệ quả của nhiều q trình kết hợp phức tạp, đƣợc xác
định bởi những tác động điều khiển, chi phối khác nhau, nhƣ sự tăng dân số, sự phát