Ứng dụng mô hình khí thượng thủy văn kết hợp wehy hcm nghiên cứu biến động nguồn nước trên lưu vực sông thao trong điều kiện biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN QUANG CHIẾN

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN KẾT HỢP
WEHY-HCM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG NGUỒN NƯỚC TRÊN
LƯU VỰC SÔNG THAO TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN QUANG CHIẾN

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN KẾT HỢP
WEHY-HCM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG NGUỒN NƯỚC TRÊN
LƯU VỰC SÔNG THAO TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 60440225

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. PGS.TS HỒ VIỆT CƯỜNG
2. TS. VŨ THỊ MINH HUỆ

HÀ NỘI, NĂM 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu và
các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và
dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích
dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn

NGUYỄN QUANG CHIẾN

1


LỜI CẢM ƠN
Luận văn“Ứng dụng mơ hình khí tượng thủy văn kết hợp WEHY-HCM nghiên
cứubiến động nguồn nước trên lưu vực sơng thao trong điều kiện biến đổi khí
hậu”đã hồn thành theo đúng nội dung của đề cương nghiên cứu, được Hội đồng Khoa
học và Đào tạo khoa Thủy văn và Tài nguyên nước phê duyệt.
Trước hết tác giả xin gửi lời chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trường, phòng
Đào tạo Đại học và Sau đại học, khoa Thủy văn và Tài nguyên nước trước đây, và khoa
Kỹ thuật Tài nguyên nước hiện nay, cùng toàn thể các Thầy giáo, Cơ giáo trong khoa
đã tận tình truyền đạt kiến thức về chuyên môn và kinh nghiệm giúp đỡ tác giả trong
suốt quá trình học và làm luậnvăn.
Để có kết quả như ngày hơm nay, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. HỒ

VIỆT CƯỜNG, TS. VŨ THỊ MINH HUỆ, khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, trường Đại
học Thủy Lợi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Nghiên cứu động lực sơng, Phịng thí nghiệm trọng
điểm quốc gia về động lực học sông biển đã nhiệt tình giúp đỡ cung cấp các thơng tin,
số liệu cần thiết cho luận văn.
Xin chân thành cảm ơn tới đồng nghiệp, tập thể lớp 25V11, 25V21, 26V11 trường Đại
học Thủy lợi, cùng tồn thể gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên, khích lệ để tác giả
hồn thành luận văn đúng kế hoạch đề ra.
Xin trân trọng cảm ơn!


MỤC LỤC
DANH MỤCBẢNGBIỂU..............................................................................................v
DANH MỤCHÌNHẢNH..............................................................................................vii
MỞĐẦU..........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUANNGHI ÊN CỨU..................................................................2
1.1 Tổng quan các nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước liên quan đến biến đổi khíh ậ u
.........................................................................................................................................2
1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu đánh giá trênt h ế giới...................................................2
1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu đánh giát r o n g nước....................................................5
1.2 Khái quát các điều kiện tự nhiên lưu vựcs ô n g Thao................................................7
1.2.1 Đặc điểm địa lýtựnhiên..........................................................................................7
1.2.2 Đặc điểm khí tượng,thủyvăn.................................................................................9
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MƠ HÌNH WEHY-HCM CHO LƯU
VỰCSƠNGTHAO.....................................................................................................................23
2.1 Phân tích lựa chọn phương pháp nghiên cứu cho lưu vựcs ô n g Thao....................23
2.2 Giới thiệu về mô hình khí tượng thủy văn kếth ợ p WEHY-HCM..........................24
2.3 Cơ sởdữliệu.............................................................................................................24
2.4 Thiết lập mơ hình WEHY-HCM cho lưu vựcs ơ n g Thao.......................................25

2.4.1 Thu thập dữ liệu toàn cầu phục vụ thiết lập mơh ì n h WEHY-HCM..................25
2.4.2 Thiết lập mơ hình hóa chi tiết khit ư ợ n g HCM....................................................34
2.4.3 Thiết lập mơhìnhWEHY......................................................................................42
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÀI NGUN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG THAO HIỆNTRẠNG VÀ
TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔIK H Í HẬU...............................................................................57
3.1 Phân tích lựa chọn kịch bản tính tốn dịng chảy trên lưu vực sơng Thao trong
điềukiện biến đổikhíhậu..................................................................................................57
3.2 Kết quả tính tốn cáckịchbản..................................................................................59
3.2.1 Kết quả tính tốn đối với giai đoạnh i ệ n trạng......................................................59
3.2.2 Kết quả tính tốn dự báo diễn biến trong tương lai sử dụng kịch bản RCP 4.5
từmơhìnhCCSM4..........................................................................................................65


3.2.3 Kết quả tính tốn dự báo diễn biến trong tương lai sử dụng kịch bản RCP 8.5
từmơhìnhMiroc5...........................................................................................................67
3.3 Đánh giá tài nguyên nước lưu vựcs ô n g Thao.........................................................69
3.3.1 Đánh giá kết quả thay đổilượngmưa...................................................................69
3.3.2 Đánh giá kết quả thay đổi vềd ò n g chảy...............................................................71
3.3.3 Đánh giá diễn biến một số trận lũ lớn trên lưu vực trong giai đoạntương lai........73
KẾTLUẬN....................................................................................................................83
TÀI LIỆUTHAMKHẢO...............................................................................................84
PHỤLỤC.......................................................................................................................88


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Bảng tổng hợp các mơ hình tốn thủy văn đánhg i á dịng..............................4
Bảng 1. 2. Lượng mưa trung bình tháng và tỷ lệ so với lượngm ư a năm......................11
Bảng 1. 3. Lượng mưa mùa mưa, mùa khô và tỷ lệ so với lượngm ư a năm.................13
Bảng 1. 4. Đặc trưng nhiệt độ khơng khí trung bình tạic á c trạm..................................13
Bảng 1. 5. Đặc trưng nhiệt độ khơng khí Max, Min tạic á c trạm..................................14

Bảng 1. 6. Bốc hơi trung bình tháng , năm tại một số trạmk h í tượng...........................15
Bảng 1. 7. Số giờ nắng bình qn tháng, năm tại các vịt r í (giờ)...................................15
Bảng 1. 8. Đặc trưng dịng chảy các sơng trong lưu vựcs ô n g Thao............................18
Bảng 1. 9. Tần suất dòng chảy năm tạic ác trạm............................................................19
Bảng 1. 10. Nhà máy thủy điện trên sông Thao phần lưu vựcT r u n g Quốc.................21
Bảng 2. 1. Các sản phẩm dữ liệu vệt i n h LAI................................................................29
Bảng 2. 2. Các tham chiếu yếu tố khí tượngt r o n g ERA-20C.......................................36
Bảng 2. 3. Đầu ra của mơ hình WEHY-HCM đãc h u ẩ n hóa.......................................41
Bảng 2. 4. Thơng số vềcâ y trồng...................................................................................45
Bảng 2. 5. Thông sốvềđất..............................................................................................47
Bảng 2. 6. Cấu trúc dữ liệu trong các file đầu vào cho mơh ì n h WEHY......................50
Bảng 2. 6. Đánh giá sai số hiệu chỉnh môh ì n h WEHY.................................................54
Bảng 2. 7. Đánh giá sai số kiểm mơh ì n h WEHY..........................................................55
Bảng 3. 1 Tóm tắt đặc trưng các kịch bản, mức tăngn h i ệ t độ......................................59
Bảng 3. 3. Phân bố lượng mưa mùa mưa và mùa khơ tại cácv ị trí................................62
Bảng 3. 4. Kết quả phân mùa dòng chảyc á c trạm.........................................................64
Bảng 3. 5. Tần suất xuất hiện của lưu lượng bình quân thángl ớ n hơn..........................64
Bảng 3. 6. Phân bố lượng mưa tháng trung bình nhiều năm giai đoạn 2019 – 2100
theokịch bảnRCP4.5......................................................................................................65
Bảng 3. 7. Phân bố lượng mưa theo mùa giai đoạn 2019– 2100....................................66
Bảng 3. 8. Tần suất xuất hiện của lưu lượng bình quân thángl ớ n hơn..........................66
Bảng 3. 9. Phân bố lượng mưa tháng trung bình nhiều năm giai đoạn 2019 – 2100
theokịch bảnRCP8.5......................................................................................................67
Bảng 3. 10. Phân bố lượng mưa theo mùa giai đoạn 2019– 2100..................................68
Bảng 3. 11. Tần suất xuất hiện của lưu lượng bình quân thángl ớ n hơn........................68
Bảng 3. 12. Thay đổi tổng lượng mưa năm các kịch bản BĐKH so với giai đoạnn ề n 6 9
Bảng3.13.ThayđổitổnglượngmưamùamưakịchbảnBĐKHsovớigiaiđoạnnền
.......................................................................................................................................70
Bảng 3. 14. Thay đổi tổng lượng mưa mùa khô kịch bản BĐKH so vớigiai đoạn nền70

Bảng 3. 15. Thay đổi về dòng chảy trạm Lào Cai theo cácg i a i đoạn...........................71
Bảng 3. 16. Thay đổi về dòng chảy trạm Yên Bái theo cácg i a i đoạn...........................72
Bảng 3. 17. Tổng lượng dòng chảy 1-3-5-7 theo chu kỳ 10 năm cho trạm Yên Bái,
lưuvựcsông Thao...........................................................................................................76
Bảng 3. 18. Tổng lượng dòng chảy 1-3-5-7 theo chu kỳ 10 nămc h o trạm....................81


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Bản đồ lưu vựcs ô n g Thao..............................................................................7
Hình 1. 2. Đập Madushan trên lưu vực sơng Thao phầnT r u n g Quốc.........................21
Hình 1. 3 Hình ảnh và vị trí đập Nansha (Vân NamT r u n g Quốc)..............................22
Hình 2. 3. Dữ liệu DEM cho lưu vực sông Thao (Aster) độ phâng i ả i 30m.................27
Hình 2. 4 Thu thập dữ liệu thảm phủc â y trồng..............................................................28
Hình 2. 3 Thu thập dữ liệu che phủ lác â y (LAI)............................................................29
Hình 2. 4. Dữ liệu LAI tháng 2 cho lưu vựcs ơ n g Thao................................................30
Hình 2. 5. Phân loại đấtth eo Soilgrid(250m)................................................................30
Hình 2. 6. Dữ liệu độ ẩm tồn cầu, độ phâng i ả i 125km...............................................31
Hình 2. 7. Dữ liệu nhiệt độ khơng khí tồn cầu, độ phâng i ả i 125km..........................32
Hình 2. 8. Dữ liệu áp suất khơng khí tồn cầu, độ phâng i ả i 125km............................32
Hình 2. 9. Dữ liệu tốc độ gió tồn cầu, độ phâng i ả i 125km.........................................33
Hình 2. 10. Dữ liệu ERA-20C thô ở dạng nén Gribvới độ phâng i ả i 125km...............33
Hình 2. 11. Quá trình thiếtlậpdomain...........................................................................35
Hình 2. 12. Đầu ra của bộ dữ liệu sau khi tiềnx ử lý.......................................................37
Hình 2. 13. Miền tính tốn (miền 3-9km) mơ hình HCM, và vị trí cácđiểmđo.............39
Hình 2. 14. Kết quả hiệu chỉnh mưa từ 1983-1999 trên lưu vựcs ô n g Thao................40
Hình 2. 15. Kết quả kiểm định mưa trung bình tháng lưu vực Thaot ừ 2000-2010.......40
Hình 2. 16. Các bước thiết lập mơh ì n h WEHY............................................................43
Hình 2. 17. Phần mềm tiền xửlý QWEHY.....................................................................44
Hình 2. 18 Thiết lập thơng số vềt h ả m phủ....................................................................45

Hình 2. 19. Các thơng số về đất cho lưu vựcs ơ n g Thao...............................................49
Hình 2. 20 Các thông số vật lý đã được đưa vàom ơ hình..............................................51
Hình 2. 21. Các thơng sốd ịn g chảy...............................................................................52
Hình 2. 23. Giao diện chạy của mơ hình WEHY trênn ề n WEB...................................52
Hình 2. 23. Tiến hành chạy mơ hình WEHY trênn ề n web............................................53
Hình 2. 24 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình WEHYt ừ 1975-1979......................................54
Hình 2. 25 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình WEHYt ừ 1975-1979......................................54
Hình 2. 26. Kết quả kiểm định dịng chảy trêns ơ n g Thao............................................55
Hình 2. 27 So sánh dữ liệu lưu lượng dòng chảy trungb ì n h ngày................................56
Hình 2. 28 So sánh dữ liệu lưu lượng dịng chảy trungb ì n h ngày................................56
Hình 3. 1. Sơ đồ truyền bức xạvàdòng năng lượng (W/m2) trong hệ thống khí
hậu(IPCC2013)..............................................................................................................58
Hình 3. 2. Bản đồ vị trí các điểm xuất kết quả tính mưa trên lưu vựcsơng Thao..........60


Hình 3. 3. Phân bố dịng chảy trung bình tháng giai đoạn hiện trạngt ạ i trạm..............64
Hình 3. 4. Lưu lượng trung bình năm, mùa lũ, mùa kiệt trạm Yên Bái vàLào Cai........65
Hình 3. 5. Lưu lượng trung bình năm theo các tháng trạm Yên Bái và Lào Cai –
kịchbảnRCP4.5..............................................................................................................67
Hình 3. 6. Lưu lượng trung bình năm theo các tháng trạm Yên Bái và Lào Cai –
kịchbảnRCP8.5..............................................................................................................69
Hình 3. 7. Lưu lượng trung bình trạm Lào Cai theo cácg i a i đoạn................................72
Hình 3. 8. Lưu lượng trung bình trạm Yên Bái theo cácg i a i đoạn...............................73
Hình 3. 9 Tổng lượng dịng chảy lũ 1,3,5,7 ngày max lưu vực sơng Thao trong tương
laitừ 2019-2100, kịchbảnRCP4.5....................................................................................73
Hình 3. 11 Đường tần suất cho trận lũ 1,3,5,7 ngày max trong quá khứ và trong tươnglai
theo kịch bản RCP 4.5 CCSM4 trên sông Thao tạiY ê n Bái...............................................75
Hình 3. 13. Biểu đồ phân chia tổng lượng dòng chảy 1,3,5,7 theo chu kỳ 10 năm
chotrạm n Bái lưu vựcsơngThao.................................................................................77
Hình 3. 14. Tổng lượng dịng chảy 1,3,5,7 ngày max lưu vực sông Thao trong tương

laitừ 2019-2100, kịchbảnRCP8.5....................................................................................78
Hình 3. 15. Tần suất lặp lại tổng lượng lũ 1,3,5,7 ngày max trạm n Bái sơng Thao
từ2019-2100, kịchbảnRCP8.5.......................................................................................78
Hình 3. 16. Đường tần suất cho trận lũ 1,3,5,7 ngày max trong tương lai theo kịch
bảnRCP 4.5 và RCP8.5 trên sông Thao tạiY ê n Bái......................................................80
Hình 3. 17. Bản đồ dịng chảy sườn dốc trung bình 3 ngày max tổng hợp từ 83 trận
lũtrong tương lai theo kịch bản MIROC5 RCP8.5,s ô n g Thao......................................80
Hình 3. 18 Biểu đồ phân chia tổng lượng dòng chảy 1,3,5,7 theo chu kỳ1 0 năm.........82


CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
BĐKH

Biến đổi khí hậu

GCM

Mơ hình khí hậu tồn cầu

FAO

Tổ chức nơng lương thế giới

RCM

Mơ hình khí hậu vùng

RCP 4.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp

RCP 8.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình cao



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của nghiêncứu:
Lưu vực sơng Thao có tổng diện tích khoảng 59.800 km 2, trong đó phần lãnh thổ Việt
Nam chiếm khoảng 12.000 km2, phần còn lại nằm trên lãnh thổ Trung Quốc. Với việc
cácsốliệuquantrắc

vềkhí

tượng,thủyvăntrênlưuvựcsơngThaophầnlãnhthổTrung Quốc

khơng được nước bạn chia sẻ, các nghiên cứu về tài nguyên nước lưu vực sông Thao trước
đây thường gặp rất nhiều khó khăn do khơng có số liệu. Hiện nay, với sự
pháttriểnmạnhmẽcủacơngnghệvệtinhtrêntồncầu,cácdữliệuviễnthámngàycàng đa dạng về
thơng tin và có độ chính xác cao, cùng với sự hồn thiện của cơng nghệ mơ phỏng số (các mơ hình
số trị khí tượng, thủy văn) thì các yếu tố mưa, dịng chảy trên lưu vực có thể được tính tốn mơ
phỏng một cách tương đối chính xác. Vì vậy, để đánh giá được tình hình diễn biến mưa và dịng
chảy của lưu vực sơng Thao trong điều kiện hạn chế về số liệu, cũng như dự báo tài nguyên nước
lưu vực trong tương lai theo các kịch bản biến đổi khí hậu, luận văn đã lựu chọn tên đề tài“Ứng
dụng mơ hình khí tượngthủy văn kết hợp WEHY-HCM nghiên cứu biến động nguồn
nước trên lưu vực sơng Thao trong điều kiện biến đổi khí hậu”. Để đạt được các kết quả
tính tốn trong luận văn, học viên đã sử dụng bộ thông số mô hình mưa - dịng chảy bốc hơi,… theo các giai đoạn quá khứ và tương lai của đề tài “Tiếp thu cơng nghệ tính
tốn mưa, lũ lớn cho các lưu vực sông liên quốc gia trong điều kiện hạn chế hoặc khơng
có dữ liệu đo đạc – Áp dụng thử nghiệm cho lưu vực sông Đà – Thao (bao gồm cả phần

lưu vực thuộc lãnh thổ Trung Quốc)” do PGS. TS Hồ Việt Cường – Viện Khoa học
Thủy lợi Việt Nam làm chủ nhiệm. Dưới sự hướng dẫn của chủ nhiệm đề tài cũng là
giáo

viên

hướng

dẫn

luận

văn,họcviênđãtrựctiếptiếnhànhxửlý,tính

tốnvàphântíchđánhgiádiễnbiếndịng chảy mặt trên vực sơng Thao cho giai đoạn hiện
trạng và tương lai theo các kịch bản BĐKH. Một số kết quả tính tốn, đánh giá diễn biến
một số trận lũ lớn trên lưu vực trong tương lai là kế thừa kết quả của đềtài.
Trên cơ sở đánh giá biến động nguồn nước trên lưu vực sông Thao, luận văn đồng thời
tập trung xây dựng cơ sở khoa học nhằm đánh giá chính xác hiện trạng tài nguyên nước
trên lưu vực hiện trạng và trong tương lai.

1


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan các nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước liên quan đến biến đổi
khíhậu
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu đánh giá trên thế giới.
Hiện nay, dưới sự phát triển của khoa học công nghệ và nhu cầu sử dụng, các mơ hình
tốnthủyvănthươngmạiđượcsửdụngkhá phổbiếntronglĩnhvựcđánhgiátàingun nước bởi

tính ưu việt về giao diện và thao tác đơn giản. Song song với các mơ hình thương mại, các
mơ hình mã nguồn mở cũng được sử dụng trong nhiều nghiên cứu với khả năng xử lý
nhanh và ít các ràng buộc về thương mại và bảnq u y ề n .
Pakistan được đánh giá là một trong những quốc gia luôn phải đối mặt với căng thẳng
nước cao nhất trên thế giới, tài nguyên nước ở Pakistan là đối tượng dễ bị tổn thương
cao dưới các thay đổi về điều kiện khí hậu. (Rashid và các đồng nghiệp, 2016) [1] đã
tậptrungđiềutra,đánhgiádiễnbiếntàinguyênnướccholưuvựcsôngKunhar,Pakistan dưới kịch bản
BĐKH A2 và B2 từ mơ hình tồn cầu HadCM3. Mơ hình thủy văn HEC- HMS được thiết lập
cho lưu vực sông nhằm đánh giá dịng chảy cho các thời kỳ2011-2040, 2041-2070 và 20712099

so

với

thời

kỳ

nền

1961-1990

dựa

trên

các

đặc

trưng

dịngchảynhưdịngchảytrungbình,dịngchảymùakiệt,dịngchảymùalũ,đườngq trình dòng
chảy, sự dịch chuyển thời gian tới đỉnh. Kết quả cho thấy, nhìn chung có sự gia tăng dịng
chảy trung bình năm trong cả hai kịch bản tuy nhiên mùa xn và mùa đơngcósựsụt
giảmrõrệtvềdịngchảymùakiệt.Nghiêncứucũngchỉrakhảnăngdịch chuyển đỉnh lũ từ tháng 6
đến tháng 7 trong tương lai cho cả hai kịch bản BĐKH. Nói cách khác, lưu vực sơng Kunhar
có nguy cơ đối mặt với lũ lụt và hạn hán cao trong tương lai do sự gia tăng về dòng chảy mùa
lũ và sự suy giảm dòng chảy mùa kiệt cũng như sự thay đổi lớn cả về thời gian và lượng đỉnh
dòngchảy.
Nghiên cứu tiếp theo tại Brazil được thực hiện bởi Ricardo và cộng sự (2017) [2] đã áp
dụng mơ hình tốn thủy văn phân bố MHD-INPE nhằmđánhgiácáncânbằngnướccholưuvựcsơngPurus
vùngtâynamAmazondướiđiềukiệnBĐKH.Trongđó,cácdữliệukhíhậudựbáođượctínhtốnbằngmơhìnhkhíhậukhuvựcETAINPE

từ

mơ

tồncầuHadCM3chokịchbảnphátthảiA1B(IPCC,AR4).Kếtquảmơphỏngtừmơ

hình


hình dự báo cho kịch bản A1B cho thấy mức sụt giảm về lượng mưa tới 11,1% trong
khi nhiệt độ có thể gia tăng tới 4,4 0C và tốc độ gió gia tăng tới 8,4% vào cuối thế kỷ.
Trên cơ sở dữ liệu dự báo này, mơ hình dự báo dịng chảy trong lưu vực sơng Purus có
khả năng giảm trung bình khoảng 27%, với sự khác biệt giữa mùa mưa và mùak h ơ .
Một nghiên cứu điển hình khác về đánh giá tài nguyên nước trong điều kiện BĐKH
được thực hiện bởi Masoud (2017) [3] cho lưu vực sơng Kabul, Afghanistan. Dữ liệu
mưavànhiệtđộdựbáo(tháng)kịchbảnRCP4.5vàRCP8.5đượckhaitháctừmơhình

khíhậutồncầuCMIP5-GCMsbằngphươngphápchitiếthóa
tốnsaisốhệthốngtới

tuyếntínhtrêncơsởtính

cáctrạmthủyvăntrênlưuvựcsơngKabulchocácthờikỳ2020,

2050và2080dựatrênthờikỳnền1971-2000.Theođó,mơhìnhphânbốthủyvănJ2000 được áp dụng
nhằm đánh giá tình hình tài ngun nước cho lưu vực sơng. Mơ hình J2000 có thể sử dụng cho
các lưu vực sơng trung bình và lớn và được thiết lập trong khung chương trình hệ thống mơ
hình

thích

ứng

Jena

(JAMS)

tại

Đức.

Với

lượng

mưa

dựbáosuygiảmởcảhaikịchbảntrongkhoảng -19%đến-3%,mơhìnhthủyvănJ2000 tính tốn sự
thay đổi dịng chảy trên lưu vực sơng nằm trong khoảng từ -14% đến +49% dưới kịch bản
RCP4.5 và -16% đến 100% dưới kịch bản RCP8.5 vào cuối thế kỷ 21. Mức thay đổi trung
bình vào khoảng -9% đến22%.
Tương tự, mơ hình phân bố thủy văn SWAT được ứng dụng trong nghiên cứu đánh giá
dịng chảy lưu vực sơng đa biên giới Mangla, (Ấn Độ và Pakistan) [4] từ các dữ liệu dự
báo tồn cầu HadCM3-GCM qua mơ hình chi tiết hóa SDSM cho kịch bản phát thải khí
nhà kính A2 và B2 bởi Yaseen và nnk, 2020. Kết quả dự báo cho thấy sự gia tăng nhiệt
độ lớn nhất trung bình năm trong khi ở khu vực vùng núi cao, nhiệt độ lại có xu hướng
giảm. Sự gia tăng lượng mưa năm được dự báo cho tồn lưu vực sơng cho các thời kỳ
2020, 2050 và 2080 dẫn tới mức gia tăng dịng chảy lên ở 16% (mùa đơng), 19% (mùa
xn) và 20% (mùa hè) trong khi đó mùa thu cho thấy xu hướng giảm dòng chảy ở tất
cả các thời kỳ tươnglai.
Kavvas và các cộng sự (2013), Kure và các cộng sự (2013) [5], Trinh và các cộng sự
(2016) [6] đã phát triển ra bộ công cụ sử dụng kết hợp mơ hình khí tượng và thủy văn
dựa trên các bản chất vật lý của tự nhiên. Bộ mơ hình này có tên gọi là WEHY-HCM là
sự kết hợp từ một mơ hình khí tượng động lực với một mơ hình thủy văn lưu vực vật lý


thực WEHY [6] với một mơ hình khí tượng khu vực (RegHCM) (Chen 2011; Shaaban
2010) [7]. Để có thể tiến hành khơi phục dữ liệu dịng chảy tại một lưu vực cụ thể, số
liệu đầu vào của bộ mơ hình là các số liệu khí tượng tồn cầu – reanalysis trong quá
khứ. Độ phân giải của bộ dữ liệu này là rất thô, do vậy cần phải sử dụng các mơ hình
khí tượng nhằm chi tiết hóa các số liệu trên lưu vực sơng. Sau đó WEHY-HCM mơ
phỏng các q trình thủy văn với các dữ liệu khí tượng đã thu hẹp làm đầu vào. Những
tính tốn được thực hiện trong khoảng thời gian chia rất nhỏ, vì vậy mà WEHY-HCM
có thể tạo ra dữ liệu thủy văn theo giờ trên lưu vực mục tiêu. Ngoài ra, WEHY-HCM
được áp dụng cho một lưu vực khơng có số liệu đo hoặc đo thưa thớt bởi vì các thơng
số mơ hình được đánh giá trực tiếp từ các thông số về đất đai, chất đất và địa hình của
lưu vực. Do tất cả các thành phần của nó được dựa trên thực tế, WEHY-HCM có thể

thíchứngvớiđiềukiệnkhíhậu-thủyvănthayđổitrongkhuvựcmơhìnhvàdođókhơng u cầu cố
định các đặc tính thống kê theo thời gian. Mơ hình WEHY-HCM đã được áp
dụngtrướcđótạikhuvựcnúiSierra,baogồmcáclưuvựcBigChicoCreek,LittleChico

Creek,

Thượng Butte Creek, Deer Creek, Shasta Dam ở Bắc California [6] và cả các nước như
Nhật, Malaysia, Thổ Nhĩ Kỳ, Syria, Iraq, Iran, Hàn Quốc[8]. Các kết quả của
việcxácnhậnmơhìnhtrongứngdụngnàyđượcdựatrênviệcsosánhmơhìnhmơphỏng

về

lượng

mưa, dịng chảy bề mặt và tuyết tan đối với các quan sát tương ứng, cho kết quả rấttốt.
Bảng 1. 1 Bảng tổng hợp các mơ hình tốn thủy văn đánh giá dịng
chảy lưu vực sơng
Mơ hình
Bước
Dữ liệu đầu vào cơ bản
thời gian
HBV
Ngày
Nhiệt độ, mưa, dịng chảy, địa hình, sử dụng đất, khu
vực băng
GSM-SOCONT Ngày
Nhiệt độ, mưa, bốc hơi tiềm năng, dòng chảy, dữ liệu
băng
J2000
Ngày

Nhiệt độ, mưa, số giờ chiếu sáng, loại đất, diện tích
sơng băng
SNOWMOD
Ngày
Nhiệt độ, mưa, dịng chảy, diện tích băng
WATFLOOD
Ngày
Nhiệt độ, dịng chảy, địa hình, sử dụng đất, diện tích
băng hà
MHD-INPE
Ngày
Nhiệt độ, mưa, dịng chảy


Mơ hình
WEHY-HCM

Bước
thời gian
Ngày, giờ

HEC

Ngày

SWAT
MIKE

Ngày, giờ
Ngày, giờ

Dữ liệu đầu vào cơ bản
Nhiệt độ, mưa, dịng chảy, địa hình, sử dụng đất, loại
đất
Nhiệt độ, mưa, dịng chảy, địa hình, sử dụng đất, loại
đất
Nhiệt độ, mưa, bốc hơi, địa hình, sử dụng đất, loại đất
Nhiệt độ, mưa, bốc hơi, địa hình, sử dụng đất, loại đất,
dòng chảy.

1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu đánh giá trongnước
Tại Việt Nam, các nghiên cứu đánh giá sự biến đổi tài nguyên nước cho các lưu vực
sông dưới ảnh hưởng của BĐKH cũng được thực hiện dưới dạng các đề tài, dự án phục
vụ phát triển kinh tế xã hội.
Trong đó, đề tài BĐKH.08 do Trần Hồng Thái chủ nhiệm đã đánh giá diễn biến tài
nguyên nước ở đồng bằng sơng Cửu Long (ĐBSCL)[9] như dịng chảy vào, diễn biến
mặn song song với các tiềm tàng của BĐKH bao gồm thiếu hụt nguồn nước, ngập lụt
tác động đến quỹ đất, và dịng chảy theo mùa từ đó xây dựng bản đồ ngập đối với các
loạiquỹđất.ĐềtàicũngxácđịnhđượcsựthayđổibấtlợicủadòngchảyởBĐSCLtheo các kịch bản
BĐKH A2 và B2 tới năm 2050. Trên cơ sở đó, đề tài đưa ra các giải pháp khai thác, sử dụng
và bảo vệ tài nguyên nước cho ĐBSCL trong điều kiện BĐKH như chuyển đổi sử dụng đất
và cơ cấu cây trồng vật nuôi, quy hoạch tập trung các công trình quản lý lũ và phục vụ lấy
nước tưới – tiêu và xây dựng đê biển dọc bờ biển Đông và bờ biển Tây, các cơng xâm
nhậpmặn.
Mơ hình SWAT cũng được ứng dụng khá phổ biến trong các nghiên cứu ở Việt Nam.
Trong đó mơ hình được ứng dụng bởi Nguyễn Kỳ Phùng & Lê Thị Thu An (2012) [10]
nhằmmơphỏngsựthayđổidịngchảylưuvựcsơngĐồngNaidướitácđộngcủaBĐKH kịch bản B2.
Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm các dữ liệu địa hình, thảm phủ thực vật, thổ
nhưỡng và khí tượng được xử lý bằng phần mềm ENVI và ArcGIS làm đầu vào cho mơ
hình SWAT. Kết quả mô phỏng cho thấy, do ảnh hưởng của BĐKH, lưu lượng mùa nước lũ

có

khả

năng

tăng

cao

và

mùa

kiệt

có

xu

hướng

giảm

đi.

Lượng

dịngchảynămtrongtươnglai2020đến2100tăngtừ0,5%đến3,85%vàcósựkhác

nhau giữa các tiểu lưu vực; lưu lượng trung bình các tháng mùa khô giảm từ -9,6% đến
-0,05% ngược lại các tháng mùa mưa tăng từ 0,013% đến 5,256%.
Nguyễn Duy Liêm: “Ứng dụng cơng nghệ GIS và mơ hình SWAT đánh giá lưu
lượng dịng chảy lưu vực sơng Bé”[11]. Nghiên cứu này đã mơ phỏng lưu lượng dịng
chảy lưu vực sông Bé trong giai đoạn 1979 – 2007 bằng mô hình SWAT với kết quả
khá tốt (giá trị R2 và NSI đều trên 0,7 trong thời kì 1979 – 1994). Từ kết quả tính tốn,
mùa lũ trên lưu vực được xác định kéo dài từ tháng VI – 11, với lưu lượng dịng chảy
trung bình là 224,55 m3/s (Phước Long) và 458,53 m3/s (Phước Hòa). Trong mùa kiệt
(từ tháng I2 đến tháng V năm sau), lưu lượng dòng chảy trung bình xuống thấp, chỉ đạt
mức 30,85 m3/s (Phước Long) và 60,49 m3/s (Phước Hòa). Với kết quả đạt được nêu
trên đã chứng minh cách tiếp cận tích hợp cơng nghệ GIS và mơ hình SWAT là phương
pháp mơ phỏng lưu lượng dịng chảy có tính hiệu quả cao, phù hợp với đặc điểm lưu
vực sơng Bé, có thể áp dụng cho những lưu vực sơngkhác.
Bộ mơ hình MIKE (NAM, MIKE 11, MIKE BASIN) được sử dụng trong nghiên cứu
do Nguyễn Hoàng Minh, 2013 nhằm đánh giá tác động của BĐKH đến tài nguyên nước
lưu vực sông Lô dựa trên ba kịch bản BĐKH A1, B1 và B2 cho các thời kỳ nền 19801999, 2020 – 2039, 2040-2059, 2060-2079 và 2080-2099 [12]. Kết quả dự báo chothấy
xu hướng tăng ở tổng dòng chảy năm và mức biến đổi của lưu lượng đỉnh lũ trên tồn
hệ thống sơng Lơ ở cả ba kịchbản.
Tiểu dự án “Tiếp thu cơng nghệ tính tốn mưa, lũ lớn cho các lưu vực sơng liên Quốc
giatrongđiềukiệnhạnchếhoặckhơngcódữliệuđođạc–Ápdụngthửnghiệmcholưu vực sơng Đà
– Thao” do Hồ Việt Cường - Phịng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông
biển phối hợp với Trung tâm Thủy văn California (CHRL) - Đại học UC Davis, Hoa Kỳ
[13]. Hai đơn vị đã nghiên cứu lựa chọn cấu hình thích hợp của mơ hình WEHY-HCM để
mơ phỏng mưa, lũ lớn cho lưu vực sông Đà - Thao (bao gồm cả phần lưu vực thuộc lãnh thổ
Trung Quốc); Các dữ liệu đầu vào được sử dụng bao gồm thông tin về điều kiện tự nhiên
(địa hình, thảm phủ, mạng lưới sơng suối…), số liệu dân sinh kinh tế xã hội trên lưu vực,
tình

hình

thiên

tai

lũ

lụt…

qua

điều

tra,

khảo

sát

và

liệuthốngkê.Từđó,nhómnghiêncứuđãtínhtốnkhơiphụctồnbộchuỗisốliệuMưa
vàDịngchảycholưuvựccholưuvựcĐà–Thaotừ1900-2016.Mơphỏngdiễnbiến

tài


các điều kiện khí tượng thủy văn trên lưu vực trong tương lai trong giai đoạn 2019 2100 theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.
1.2. Khái quát các điều kiện tự nhiên lưu vực sôngThao.
1.2.1 Đặcđiểm địa lý tựnhiên

a) Vị trí địa lý:
Sơng Thao được coi là dịng chính của sông Hồng, bắt nguồn từ vùng núi thuộc huyện
Nguỵ Sơn thuộc tỉnh Vân Nam - Trung Quốc ở độ cao 1.776m, chảy theo hướng Tây
bắc - Đông nam, qua tỉnh Vân Nam rồi đổ vào nước ta tại vùng biên giới Việt Trung
thuộc huyện Bát Xát tỉnh Lào Cai, tiếp tục chảy qua Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ. Đến
Việt Trì hợp với các nhánh khác (sơng Lơ, sơng Đà) và chảy vào sơng Hồng. Diện tích
lưu vực sơng Thao trên lãnh thổ Việt Nam đến Yên Bái là 7000km 2, trong đó diện tích
ngồi lãnh thổ Việt Nam chiếm 41.000km2.

Hình 1. 1.Bản đồ lưu vực sơng Thao
b) Đặc điểm địahình
Lưu vực sơng Thao (địa phận Việt Nam) có địa hình phức tạp phân cách rất mạnh theo
nhiều kiểu khác nhau. Hai dãy núi chạy song song là núi Voi và Dãy Hoàng Liên Sơn


xuyên suốt hai tỉnh theo hướng Tây Bắc – Đông Nam chính là đường phân nước của
sơng Thao: dãy núi con Voi ở phía Đơng là đường phân nước giữa sơng Thao và sơng
Chảy, dãy Hồng Liên Sơn ở phía Tây là đường phân nước giữa sông Đà và sông Thao.
Địa hình sơng Thao trong lãnh thổ Việt Nam thấp dần từ Đông Bắc xuống Đông và
Đông Nam, hướng chảy các sông suối trong lưu vực cũng chảy theo hướng dốc của địa
hình. Gió Đơng Nam hoặc Tây Nam thổi dọc theo thung lũng sông Thao đều bị chặn lại
và nâng lên theo các khối núi chặn giữ ở phía Tây gây ra mưa địa hình. Có những trận
mưa ở Việt Nam đạt 300 – 400mm thì phần lưu vực bên Trung Quốc chỉ mưa 50 –
100mm. Trạm Yên Bái diện tích khống chế so với trạm Lào Cai tăng 17% nhưng tổng
lượng dịng chảy năm trung bình tăng 42,8%. Rõ ràng phần lãnh thổ ở Việt Nam của
sông Thao đã cung cấp một lượng dịng chảy đáng kể.
Địa hình vùng núi cao phía Đơng dãy Hồng Liên Sơn hiểm trở với những đỉnh núi cao
trên 2000 - 3000m so với mặt biển, trong đó đỉnh Phan-Xi- Păng cao 3143m được coi
là nóc nhà của Việt Nam. Đặc điểm địa hình vùng này có hai kiểu rõ rệt, đó là địa hình
kiểu cổ và địa hình thứsinh.

Địahìnhkiểucổlàkếtquảcủasựbảotồnlớpbềmặtđãbịbàomịnnênđãtạoranhững lớp bề mặt
gợn sóng ở trên những độ cao khác nhau như 1350 - 1450 mét, 1600 - 1700 mét và 2000 2100 mét. Những bề mặt gợn sóng ấy tạo thành bởi những núi đồi có hướng Tây Bắc Đơng Nam phân bố rộng khắp và phân cách với nhau bởi những thung lũng hẹp, có tác
dụng như những bình phong ngăn chặn gió mùa ĐơngB ắ c .
Địa hình thứ sinh là kiểu địa hình bị phân cách mãnh liệt có độ dốc lớn (40 o-50o), chênh
lệchđộcao200-300mét,thunglũnghẹp,sâu500-600mét,hướngnúichủyếuTâyNam
- Đông Bắc tạo thành hướng gần vng góc với sơng Thao. Địa hình này có tác dụng
chặngióĐơngNamhoặcTâyNammangẩmthổitheodọcthunglũngsơngThao.Lượng ẩm này bị
chặn lại và nâng lên theo các khối núi và dễ dàng gây ram ưa .
Vùng đồi thung lũng bồn địa, phạm vi phân bố vùng này khơng rộng, địa hình có q
trình hình thành phức tạp, nhiều đồi, chênh lệch độ cao 40 - 50 mét, có nhiều hình thái
của vùng đồi cổ đỉnh tròn, sườn thoải với độ dốc 20 o- 25ovà độ cao 400 – 500m. Dưới
chân núi là những thung lũng rộng, thung lũng kiểu lòng chảo Mường Lò (Văn Chấn)