Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc thành phố Hà Nội

Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến
cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy
thuộc thành phố Hà Nội
Nguyễn Ý Nhƣ
Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS Chuyên ngành: Thủy văn; Mã số: 60 44 90
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Thanh Sơn
Năm bảo vệ: 2011

Abstract: Tổng quan các vấn đề cần nghiên cứu: Giới thiệu tình hình
nghiên cứu tài nguyên nƣớc trên thế giới liên quan tới biến đổi khí hậu;
Khái quát điều kiện địa lý tự nhiên – kinh tế xã hội lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa phận thành phố Hà Nội . Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu
và mô hình mô phỏng khí hậu – dòng chảy. Đánh giá biến động của dòng
chảy cực đoan dƣới tác động của biến đổi khí hậu: Cơ sở dữ liệu; Áp dụng
mô hình cho khu vực nghiên cứu; Đánh giá biến động cực trị dòng chảy
Keywords: Thủy văn học; Sông Nhuệ; Biến đổi khí hậu; Lƣu vực sông;
Sông Đáy
Content
Lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy không phải là một lƣu vực lớn, nhƣng có vị trí địa
lý đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của cả nƣớc nói chung, của vùng
đồng bằng sông Hồng nói riêng. Sông Nhuệ và sông Đáy là hai con sông cung cấp nguồn
nƣớc ngọt quan trọng cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dân sinh cho cộng đồng
dân cƣ, đang chịu áp lực mạnh mẽ của sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hoá, cũng nhƣ
các hoạt động kinh tế xã hội (KT – XH) diễn ra trên lƣu vực. Trƣớc những yêu cầu lớn
đặt ra với nguồn nƣớc của lƣu vực này để đáp ứng nhu cầu sử dụng nƣớc ngày càng cao
về số lƣợng do sự phát triển dân sinh KT - XH cũng nhƣ đòi hỏi nguồn nƣớc để duy trì hệ
sinh thái, hạn chế ô nhiễm nguồn nƣớc, trong xu thế tài nguyên nƣớc đang suy giảm cả về
chất và lƣợng, dƣới tác động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con ngƣời và cả
tác động của biến đổi khí hậu. Đối với lƣu vực vấn đề đánh giá tác động của biến đổi khí
hậu đến các cực trị dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn thành phố Hà

Nội nhằm tạo tiền đề cho việc xây dựng các giải pháp giảm thiểu những tác hại do biến
đổi khí hậu, giúp các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách xác định chiến lƣợc
phát triển kinh tế bền vững và đảm bảo an sinh xã hội là vấn đề có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn. Luận văn đƣợc bố cục thành 3 chƣơng, ngoài mở đầu, kết luận, tài liệu tham
khảo nhƣ sau:
•

Chƣơng 1. Tổng quan

•

Chƣơng 2. Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu và mô hình mô phỏng khí hậu –

dòng chảy
•

Chƣơng 3. Đánh giá biến động của dòng chảy cực đoan dƣới tác động của biến đổi

khí hậu

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI LIÊN
QUAN TỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Vấn đề biến đổi khí hậu (BĐKH) đã đƣợc Svante Arrhenius, một nhà khoa học ngƣời
Thủy Điển, đề cập đến lần đầu tiên năm 1896, cho rằng sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch
sẽ dẫn đến khả năng cao hiện tƣợng nóng lên toàn cầu. Nghiên cứu về vấn đề này bị gián
đoạn đến cuối thập niên 1980, khi nhiệt độ bắt đầu tăng lên nhanh thì hiện tƣợng nóng lên
toàn cầu lại đƣợc chú ý đến. Lý thuyết về hiệu ứng nhà kính ra đời và Tổ chức Liên

Chính phủ về Biến đổi khí hậu của Liên Hiệp quốc (IPCC) đã đƣợc thành lập qua
Chƣơng trình Môi trƣờng Liên Hiệp quốc và Tổ chức Khí tƣợng thế giới. Năm 1990, các
nghiên cứu về biến đổi khí hậu của IPCC đƣợc công bố, bao gồm hiện tƣợng nóng lên
toàn cầu, khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính, nƣớc biển dâng, các tác nhân khí hậu, lịch sử
thay đổi của khí hậu Trái Đất và trở thành một cơ sở khoa học khi nghiên cứu về vấn đề
này.
Biến đổi khí hậu có khả năng ảnh hƣởng đến rất nhiều lĩnh vực trong đó có tài nguyên
nƣớc. Trong khoảng 10 – 15 năm qua đã có nhiều nhà thủy văn trên thế giới nghiên cứu
tác động của biến đổi khí hậu đối với tài nguyên nƣớc. Trong những nghiên cứu này vận
dụng nhiều cách tiếp cận các mô hình khác nhau.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC


Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị tác động nhiều nhất của BĐKH mà cụ
thể là hiện tƣợng nƣớc biển dâng cao - hậu quả của sự tăng nhiệt độ làm bề mặt Trái Đất
nóng lên do phát thải khí nhà kính (KNK). Đã có rất nhiều chƣơng trình nghiên cứu nhằm
đƣa ra các giải pháp giảm nhẹ và ứng phó với BĐKH trên các quy mô khác nhau.
1.3 MỘT SỐ THẢO LUẬN
Từ việc tổng quan các tài liệu nghiên cứu có thể đƣa ra các kết luận rằng:
1/. Chƣa có sự thống nhất trong các phƣơng pháp đánh giá tài nguyên nƣớc dƣới tác động
của biến đổi khí hậu. Phần lớn các nhà nghiên cứu đều sử dụng phƣơng pháp hạ quy mô
để thực hiện bài toán.
2/. Hầu hết các công trình khoa học đã công bố rộng rãi ở Việt Nam gần đây chỉ mới tập
trung sự thích ứng này ở đại lƣợng dòng chảy trung bình và chỉ mới tập trung vào những
lƣu vực có quy mô lớn hệ thống sông Hồng – Thái Bình hay sông Mê Công mà chƣa có
những nghiên cứu cho các lƣu vực nhỏ, nhƣ lƣu vực sông Nhuệ - Đáy, một lƣu vực đóng
vai trò đặc biệt với Thủ đô Hà Nội, nơi tập trung đông dân cƣ và quá trình đô thị hóa diễn
ra mạnh.
Đề tài luận văn Nghiên cứu tác động của Biến đổi khí hậu đến cực trị dòng chảy trên lƣu
vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa bàn Thành phố Hà Nội đã đƣợc hình thành, có ý nghĩa

khoa học và thực tiễn sâu sắc. Tiếp theo, luận văn đi vào tổng quan các đặc điểm địa lý tự
nhiên và tài nguyên nƣớc của lƣu vực sông Nhuệ - Đáy trong phần tiếp theo.
1.4 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN – KINH TẾ XÃ HỘI LƢU VỰC SÔNG NHUỆ
ĐÁY THUỘC ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
1.4.1 Điều kiện địa lý tự nhiên
Lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có diện tích là 1900km2, lƣu vực sông
Nhuệ có diện tích khoảng 603km2. Mạng lƣới sông ngòi khu vực nghiên cứu tƣơng đối
phát triển, mật độ lƣới sông đạt 0,7 - 1,2km/km2 Lƣu vực có dạng dài, hình nan quạt,
gồm Sông Đáy nguyên là một phân lƣu lớn đầu tiên ở hữu ngạn sông Hồng, đến năm
1937, sau khi xây dựng xong đập Đáy nƣớc sông Hồng không thƣờng xuyên vào sông
Đáy qua cửa đập Đáy trừ những năm phân lũ, vì vậy phần đầu nguồn sông (từ km 0 đến
Ba Thá dài 71km) sông Đáy coi nhƣ đoạn sông chết và Sông Nhuệ lấy nƣớc từ sông
Hồng qua cống Liên Mạc để tƣới cho hệ thống thủy nông Đan Hoài. Sông Nhuệ còn tiêu
nƣớc cho thành phố Hà Nội, thị xã Hà Đông và chảy vào sông Đáy tại thành phố Phủ Lý.


Nƣớc sông Tô Lịch thƣờng xuyên xả vào sông Nhuệ với lƣu lƣợng trung bình từ 1117m3/s, lƣu lƣợng cực đại đạt 30m3/s. Ngoài 2 sông chính ra có rất nhiều các chi lƣu
nhƣ: sông Tích, sông Bùi, sông Thanh Hà.
Dòng chảy trên lƣu vực sông phân bố không đều theo không gian và thời gian. Theo
không gian, dòng chảy lớn nhất là ở núi Ba Vì, phần hữu ngạn lƣu vực có dòng chảy lớn
hơn phần tả ngạn. Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng
chảy trong năm. Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của
lƣợng mƣa năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa
rõ rệt là mùa mƣa và mùa khô. Mùa mƣa từ tháng V đến tháng X chiếm 80-85% lƣợng
mƣa cả năm . Mùa khô từ tháng XI đến tháng IV năm sau.
1.4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội
Dân cƣ Tốc độ tăng lao động nhanh không phù hợp với tốc độ tăng trƣởng của nền kinh
tế, nên số ngƣời thất nghiệp và thiếu việc làm ở đây khá cao, tác động xấu đến môi
trƣờng tự nhiên, môi trƣờng xã hội. Sự phân bố nguồn nhân lực và tốc độ tăng trƣởng
nguồn nhân lực giữa các vùng, các địa phƣơng cũng rất khác nhau, không tƣơng ứng với

nguồn tài nguyên thiên nhiên nhƣ đất, nƣớc, rừng và khoáng sản cũng nhƣ không phù
hợp với tốc độ tăng của nền kinh tế. Điều đó dẫn đến những luồng di chuyển dân cƣ lao
động từ vùng này sang vùng khác, cũng là nguyên nhân gây mâu thuẫn, xung đột trong
việc khai thác, sử dụng tài nguyên trong vấn đề tìm kiếm việc làm.
Tình hình phát triển kinh tế Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy có nền kinh tế - xã hội phát triển
liên tục từ rất lâu đời, cho đến ngày nay đây vẫn là một vùng kinh tế - xã hội phát triển
nhất đồng bằng sông Hồng. Ngoài ra, vùng còn có nhiều thị trấn, huyện lỵ với qui mô dân
số mỗi thị trấn, huyện lỵ khoảng 3000 - 5000 ngƣời. Những năm qua các cơ sở hạ tầng
của các khu đô thị đang phát triển mạnh, nhƣng chƣa đƣợc đầu tƣ thích đáng và chƣa đáp
ứng đƣợc nhu cầu phất triển. Trong tƣơng lai định hƣớng phát triển đô thị vùng đƣợc bố
trí theo cụm hay theo chùm.
1.4.3 Hiện trạng tài nguyên nƣớc
Lƣu vực sông Đáy Lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội với chiều dài 114
km. Các chi lƣu của sông Đáy: sông Tích, sông Bùi, sông Thanh Hà. Nói chung 85%
lƣợng dòng chảy trên lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội có nguồn gốc từ
sông Hồng chuyển sang, chỉ 15% còn lại bắt nguồn từ lƣu vực.


Trong mùa mƣa, mực nƣớc và lƣu lƣợng các sông suối lớn thay đổi nhanh, tốc độ dòng
chảy đạt từ 2- 3 m/s, biên độ mực nƣớc trong từng con lũ thƣờng 4- 5 m. Mực nƣớc và
lƣu lƣợng lớn nhất năm có có khả năng xuất hiện trong tháng VII, VIII, hoặc IX, nhƣng
phổ biến vào tháng VIII.
Lƣu vực sông Nhuệ Sông Nhuệ là một con sông nhỏ dài 74 km, nhận nƣớc từ sông Hồng
và lƣợng mƣa trên toàn lƣu vực khống chế của sông Nhuệ cuối cùng đổ vào sông Đáy
qua cống Lƣơng Cổ ở khu vực thành phố Phủ Lý. Về mùa kiệt cống Liên Mạc luôn mở
để lấy nƣớc sông Hồng vào sông Nhuệ, còn về mùa lũ chỉ mở khi mực nƣớc sông Hồng
dƣới báo động cấp I và trong đồng có nhu cầu cấp nƣớc. Cống Lƣơng Cổ về mùa lũ luôn
luôn mở để tiêu nƣớc và chỉ đóng lại khi có phân lũ qua đập Đáy. Nƣớc sông Tô Lịch
thƣờng xuyên xả vào sông Nhuệ với lƣu lƣợng trung bình từ 11-17m3/s, lƣu lƣợng cực
đại đạt 30m3/s.

1.4.4 Một số nghiên cứu tiêu biểu trong lƣu vực sông Nhuệ - Đáy
Nhƣ đã đƣợc trình bày trên, lƣu vực sông Nhuệ- sông Đáy là một khu vực đông dân cƣ và
có vị trí quan trọng đặc biệt là bao hàm thủ đô Hà Nội. Điều đó có nghĩa là các nguồn
thải ô nhiễm vào môi trƣờng nói chung, đặc biệt là môi trƣờng nƣớc nói riêng sẽ gia tăng
mạnh mẽ, và hệ quả tất yếu là chất lƣợng nƣớc ở đây suy giảm, ảnh hƣởng nghiêm trọng
tới hệ sinh thái phong phú và cuộc sống của dân cƣ trong khu vực này. Chính vì vậy lƣu
vực sông Nhuệ Đáy đƣợc lựa chọn làm đối tƣợng nghiên cứu của rất nhiều đề tài. Đây
cũng là nguyên nhân chính của việc hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào khía cạnh
chất lƣợng nƣớc của lƣu vực.
Trong thời gian gần đây, những nghiên cứu trên lƣu vực liên quan đến khía cạnh biến đổi
khí hậu đã đƣợc chú ý nhiều hơn. Nhƣ vậy các nghiên cứu thực hiện trên lƣu vực Nhuệ
Đáy mặc dù đã có mở rộng về hƣớng nghiên cứu, kết quả đạt đƣợc mới chỉ ở bƣớc đầu
nhƣng đã đặt ra những thách thức đối với các nhà quản lý tài nguyên nƣớc và cho thấy
tính cấp thiết của việc xây dựng một bức tranh đầy đủ và đáng tin cậy hơn để cung cấp cơ
sở khoa học cho các nhà quy hoạch và hoạch định chính sách.
Chương 2
LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KHÍ
HẬU – DÒNG CHẢY
2.1 KỊCH BẢN BIỂN ĐỔI KHÍ HẬU CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU


Từ tổng quan ở chƣơng 1 có thể thấy tồn tại một số giới hạn quan trọng liên quan đến kết
quả kịch bản kéo theo những tác động đối với kết quả đánh giá của mô hình thủy văn.
Thứ nhất, mô hình thủy văn yêu cầu số liệu dạng điểm (số liệu trạm) thay vì số liệu quy
mô lƣới. Thứ hai, khả năng đáp ứng về độ chính xác trong dữ liệu đầu ra các mô hình khí
tƣợng làm đầu vào của mô hình thủy văn. Trên cơ sở đó luận văn sẽ đề cập chi tiết đến
kịch bản phát thải cũng nhƣ những công cụ đƣợc sử dụng nghiên cứu.
2.1.1 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu
Trên cơ sở kết hợp với các yếu tố xã hội, tốc độ phát triển kinh tế cũng nhƣ những chiến
lƣợc nhằm giảm thiểu tác động của BĐKH toàn cầu, kịch bản phát thải trung bình A1B

và kịch bản phát thải cao A2 đã lựa chọn xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu khu vực
Việt Nam, kịch bản A1B có khả năng xảy ra cao nhất, A2 là kịch bản tiêu cực nhất có thể
xảy ra.
2.1.2 Một số công cụ đƣợc sử dụng xây dựng kịch bản
Với mục đích cải thiện kết quả dự tính khí hậu cho phạm vi quy mô khu vực, từ ban đầu
các nhà nghiên cứu đã thực hiện theo 2 hƣớng độc lập: hạ quy mô động lực hay mô hình
hóa khí hậu khu vực, và phƣơng pháp hạ quy mô thống kê.
Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu, nhƣợc điểm riêng do đó việc kết hợp hạ quy mô
động lực và thống kê, vừa tính toán đến những thay đổi trong quá trình vật lý của hệ
thống khí hậu khu vực, vừa mô phỏng quá trình thực (thể hiện qua số liệu quan trắc), là
cách tiếp cận tốt nhất và đƣợc lựa chọn thực hiện trong nghiên cứu. Từ đó số liệu hạ quy
mô từ mô hình động lực RegCM3 với độ phân giải ngang 36km sẽ đƣợc đƣa vào hạ quy
mô thống kê. Tuy nhiên nhƣ đã đƣợc đề cập ở trên, các mô hình thủy văn yêu cầu số liệu
điểm (tại trạm quan trắc). Vì thế trƣớc khi hạ quy mô thống kê, đầu ra từ mô hình khí hậu
khu vực đƣợc đƣa vào phép toán nội suy từ quy mô lƣới về điểm
2.1.3 Phƣơng pháp nội suy
Sử dụng phƣơng pháp nội suy song tuyến tính là hàm nội suy mở rộng của nội suy tuyến
tính 2 biến trên lƣới đều. Ý tƣởng chính của phƣơng pháp là thực hiện nội suy tuyến tính
theo một hƣớng, sau đó lặp lại bƣớc đó ở hƣớng khác.
2.1.4 Hệ số chỉnh sai
Cách tiếp cận tốt nhất là kết hợp cả hai phƣơng pháp hạ quy mô thống kê và động lực.
Trên cơ sở đó, luận văn đã thực hiện bƣớc chỉnh sai giữa số liệu kịch bản và số liệu quan


trắc dựa vào phƣơng pháp hạ quy mô thống kê theo phƣơng pháp thay đổi tỉ lệ. Phƣơng
pháp này có ƣu điểm là dễ thực hiện và là một phƣơng pháp phổ biến của hiệu sai kịch
bản biến đổi khí hậu từ mô hình khí tƣợng vào mô hình thủy văn.
2.2 CÁC MÔ HÌNH KHÍ HẬU – DÒNG CHẢY
2.2.1 Giới thiệu một số mô hình khí hậu – dòng chảy
Trong vài thập kỷ qua, một số lƣợng lớn các mô hình mƣa – dòng chảy đƣợc sử dụng

phục vụ cho bài toán đánh giá tác động của BĐKH toàn cầu đến các quá trình thủy văn
trên lƣu vực, và mỗi mô hình đƣợc sử dụng phổ biến và thành công ở một lĩnh vực nhất
định. Trong phần này tác giả sẽ giới thiệu tóm tắt các mô hình đƣợc sử dụng phổ biến cho
bài toán BĐKH, nhấn mạnh vào khía cạnh của mô hình phản ánh tác động của BĐKH.
Mô hình thủy văn đƣợc lựa chọn cần phải đáp ứng đƣợc yêu cầu: 1) đánh giá đƣợc những
thay đổi thủy văn trong lƣu vực sông Nhuệ Đáy dƣới điều kiện BĐKH, 2) phải phù hợp
với việc phân tích những thay đổi trong phân bố dòng chảy năm, và 3) phản ánh đƣợc
những thay đổi trong yếu tố cực trị .
So với mô hình cân bằng nƣớc và mô hình thông số phân bố, mô hình thông số tập trung
có khả năng đánh giá chi tiết hơn cƣờng độ, thời gian của phản ứng thủy văn đối với
BĐKH, đồng thời cũng giảm đƣợc những biến động sinh ra do dữ liệu đầu vào. Hơn nữa
hầu hết các nghiên cứu về BĐKH ở Việt Nam đều sử dụng mô hình NAM làm công cụ
đánh giá, do đó nó đƣợc lựa chọn làm công cụ thực hiện bài toán .
2.3 MÔ HÌNH THỦY VĂN CHO LƢU VỰC NGHIÊN CỨU
2.3.1 Cấu trúc của mô hình NAM
NAM là mô hình mƣa - dòng chảy thuộc nhóm phần mềm của Viện Thủy lực Đan Mạch
(DHI), là một phần của mô hình MIKE 11. Nó đƣợc xem nhƣ là mô hình dòng chảy tất
định, tập trung và liên tục cho ƣớc lƣợng mƣa - dòng chảy dựa theo cấu trúc bán kinh
nghiệm. Mô hình NAM có thể sử dụng để mô phỏng mƣa trong nhiều năm, hoặc cũng có
thể thay đổi bƣớc thời gian để mô phỏng trận mƣa nhất định.
Để đánh giá những thay đổi thuộc tính thủy văn trên lƣu vực, lƣu vực chia thành nhiều
lƣu vực con khép kín. Quá trình diễn toán thực hiện bởi mô dun diễn toán thủy động lực
trong kênh của MIKE 11. Phƣơng pháp này cho phép các tham số khác nhau của NAM
ứng dụng trong mỗi một lƣu vực con, do đó đƣợc xem là mô hình phân bố.


•

Giáng thủy – Số liệu đầu vào. Trong đó mô đun tuyết đƣợc tính toán thông qua chỉ

số nhiệt độ.
•

Bốc thoát hơi, bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thực vật– Số liệu đầu vào.

•

Dòng chảy mặt – biến đổi tuyến tính theo lƣợng ẩm tƣơng đối của đất, và tính theo

hệ số dòng chảy mặt.
•

Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – đƣợc tính toán theo lƣợng trữ ẩm và

lƣợng ẩm tƣơng đối, hệ số dòng chảy sát mặt và ngƣỡng sinh dòng chảy sát mặt.
Có thể sử dụng chức năng tự hiệu chỉnh thông qua AUTOCAL bằng cách cung cấp số
liệu lƣu lƣợng theo bƣớc thời gian tính toán vào mô hình [22].
Để mô hình hóa các quá trình mƣa – dòng chảy phục vụ cho bài toán BĐKH, có thể
nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc sử dụng để giải đáp những mục tiêu thủy văn khác
nhau, nhƣ quản lý tài nguyên nƣớc, lũ lụt, hạn hán hay ô nhiễm. Một trong những bƣớc
đầu tiền để giải quyết vấn đề là lựa chọn mô hình phù hợp với mục tiêu cụ thể.
Tóm lại, mô hình NAM đƣợc sử dụng để xác định đƣờng quá trình lƣu lƣợng tại mặt cắt
cửa ra của lƣu vực từ số liệu mƣa và bốc hơi thông qua bài toán xác định một bộ thông số
phù hợp với đặc điểm của lƣu vực nghiên cứu. Để xác định đƣợc các thông số cần thiết
đó, số liệu lƣu lƣợng thực đo một vài năm đƣợc yêu cầu để hiệu chỉnh và kiểm định mô
hình. Chƣơng sau sẽ trình bày chi tiết số liệu, thiết lập cũng nhƣ thực hiện tính toán bằng
mô hình.
Chương 3
ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN
ĐỔI KHÍ HẬU

3.1 CƠ SỞ DỮ LIỆU
3.1.1 Số liệu đầu vào mô hình NAM
Số liệu vào của mô hình bao gồm số liệu không gian và số liệu thuộc tính. Số liệu
khí tƣợng, thủy văn đƣợc sử dụng với bƣớc thời gian ngày để cho phép nghiên cứu dòng
chảy một cách chi tiết theo thời gian trên lƣu vực. Chuỗi số liệu mƣa, bốc hơi và dòng
chảy đồng bộ 1971 – 1974, 1976 – 1980 của 7 trạm đƣợc sử dụng cho bài toán hiệu chỉnh
và kiểm định.
3.1.2 Số liệu sử dụng đánh giá biến đổi


Số liệu mƣa và bốc hơi quan trắc giai đoạn 1970 – 1999 tại 7 trạm đƣợc sử dụng để xác
định hệ số hiệu sai. Bƣớc hiệu sai đƣợc thực hiện tại từng trạm cho từng yếu tố mƣa, bốc
hơi ngày đạt đƣợc từ phép nội suy song tuyến tính giá trị ở ô lƣới 36km. So sánh độ lệch
chuẩn chuỗi số liệu sau khi hiệu sai với số liệu quan trắc cho thấy mức độ phù hợp tốt với
cả giá trị quan trắc của yếu tố mƣa và bốc hơi.
Chuỗi số liệu mƣa và bốc hơi kịch bản A1B và A2 đƣợc hiệu sai qua hệ số a cho từng
tháng và đƣợc sử dụng làm đầu vào cho mô hình NAM nhằm mục đích tính toán dòng
chảy với bƣớc thời gian ngày cho 40 năm giai đoạn 2010-2049. Từ chuỗi số liệu đầu ra,
thống kê tổng hợp lũ, kiệt và chế độ dòng chảy trong lƣu vực sông Nhuệ Đáy đƣợc thực
hiện dƣới điều kiện khí hậu khác nhau theo hai kịch bản A1B và A2.
3.2 ÁP DỤNG MÔ HÌNH CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Bản đồ độ cao số hóa DEM kết hợp với bản đồ mạng lƣới sông suối, mạng lƣới trạm khí
tƣợng thủy văn đƣợc đƣa vào AVSWAT để xác định các đặc điểm địa hình và xác định
các thông số thủy văn của lƣu vực nhƣ độ dốc lƣu vực, hƣớng dòng chảy nhằm mục đích
phân chia lƣu vực cơ sở cho việc phân tích, tính toán dòng chảy trên lƣu vực sông Nhuệ
Đáy. Lƣu vực nghiên cứu tính trên địa phận thành phố Hà Nội gồm 4 lƣu vực cơ sở và
mỗi lƣu vực cơ sở đƣợc coi là một đơn vị thủy văn tƣơng đối đồng nhất. Đồng thời số
liệu diện tích khống chế bởi trạm thủy văn đo lƣu lƣợng đƣợc sử dụng để kiểm tra lại
diện tích lƣu vực đã phân chia từ công cụ SWAT. Bản đồ lƣu vực cơ sở đƣợc xuất ra
dạng shape hoặc txt làm đầu vào mô hình NAM.

Bảng 3. 1. Trạm đo mƣa và trọng số theo phƣơng pháp đa giác Thiessen đƣợc sử dụng để
tính toán dòng chảy cho các tiểu lƣu vực thuộc lƣu vực Nhuệ Đáy
Số trạm

1

2

3

Tên lƣu vực (Diện tích km2)
Phủ Lý

Hà Đông

4

5

Lâm Sơn

6

7

Sơn Tây

Hƣng Thi

Láng

Thƣợng nguồn sông Đáy
ND1 (1640.31)

0.259 0.454 -

0.093 -

0.194 -

0.110 -

0.480 0.410

Thƣợng nguồn sông Nhuệ
ND2 (482.938)

-

-

-

Lƣu vực sông Hoàng Long
ND3 (663.699)

0.485 -

0.421 0.094 -

-

-

Ba

Thá


Hạ lƣu sông Đáy
ND4 (738.385)

0.010 -

0.284 0.501 0.205 -

-

-

-

Hạ lƣu sông Nhuệ
ND5 (387.811)

-

0.663 0.336 0.001 -

Trạm đo mƣa, bốc hơi, và trọng số của các trạm mƣa tính theo phƣơng pháp đa giác

Thiessen sử dụng trong tính toán dòng chảy trên các lƣu vực con cho từng giai đoạn đƣợc
tổng hợp trong bảng 3. 1.
3.2.1 Chỉ tiêu đánh giá hoạt động mô hình
Luận văn sử dụng chỉ tiêu của Nash – Sutcliffe (1970) để đánh giá kết quả tính toán của
mô hình. Chỉ tiêu Nash xác định tỉ lệ tổng chênh lệch giữa chuỗi quan trắc và tính toán.
3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mƣa dòng chảy NAM
Quy trình hiệu chỉnh tự động đƣợc sử dụng để trợ giúp tối ƣu hóa chỉ tiêu NSE (hệ số
Nash–Sutcliffe) trong khi giữ sai số tổng nƣớc tích lũy thấp. Do dòng chảy từ các lƣu vực
cơ sở hạ lƣu và trung lƣu không đƣợc đo đạc một cách độc lập, hay nói cách khác trên
lƣu vực sông Nhuệ Đáy chỉ có Ba Thá đƣợc xây dựng để thực hiện quan trắc lƣu lƣợng,
vì thế không có hiệu chỉnh riêng của mô hình NAM đƣợc thực hiện cho từng lƣu vực cơ
sở này. Bộ thông số hiệu chỉnh và kiểm định tại lƣu vực ND1 đƣợc áp dụng cho các lƣu
vực còn lại.
Ngoại trừ một vài đỉnh lũ tính toán chênh lệch (lớn hơn hoặc nhỏ hơn) so với quan trắc,
nhìn chung các giai đoạn đều thể hiện mức độ phù hợp tƣơng đối tốt giữa chuỗi dòng
chảy quan trắc và tính toán. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định đều đạt chỉ tiêu Nash
khoảng 85%, thuộc loại khá, và hệ số tƣơng quan cao do đó có thể sử dụng bộ thông số
trong mô hình vừa hiệu chỉnh và kiểm định tại trạm Ba Thá (bảng 3. 3) để tính toán dòng
chảy đến cho các lƣu vực con thuộc lƣu vực sông Nhuệ Đáy (ND). Đồng thời qua giai
đoạn hiệu chỉnh và kiểm định cho thấy giả thiết về điều kiện lƣu vực không thay đổi đáng
kể trong tƣơng lai là hoàn toàn chấp nhận đƣợc.
Bảng 3. 3. Bộ thông số tối ƣu cho lƣu vực sông Nhuệ Đáy
Thông số
Umax Lmax CQOF CKIF CK1.2 TOF TIF

TG

CKBF CK2

14

292

0.568 282.5 88.9

0.03740.141 0.05411318 10

U

L

QOF QIF

Điều kiện ban đầu

BF


0.6

0.4

5

1

8

3.3 ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỰC TRỊ DÒNG CHẢY
3.3.1 Biến động các đặc trƣng dòng chảy lũ

3.3.1.1 Dòng chảy lũ, dòng chảy 3 tháng lớn nhất và dòng chảy tháng lớn nhất
Sử dụng chỉ tiêu phân mùa dòng chảy cho thấy xu hƣớng biến đổi rõ rệt trên lƣu vực mà
do sự khác biệt về mƣa và đặc điểm lƣu vực, cụ thể là diện tích lƣu vực và độ cao. Tính
chất của dòng chảy lũ trong giai đoạn 1970 – 1999 không mạnh có xu hƣớng biến đổi ít
đột ngột và diễn ra trong 6 tháng, bắt đầu tháng VI và kết thúc tháng XI. Dòng chảy mùa
lũ giai đoạn 2010 – 2050 ở cả 2 kịch bản A1B, A2 tập trung vào 4 tháng từ tháng VII đến
tháng X với 2 xu hƣớng đối lập, dòng chảy tăng mạnh về cƣờng độ ở vùng thƣợng lƣu và
giảm ở vùng hạ lƣu. Biến đổi khí hậu tác động đến dòng chảy tƣơng tự nhau nhƣng khác
nhau về cƣờng độ. Kịch bản A2 gây ra tác động tăng lớn hơn ở dòng chảy lũ ở các lƣu
vực thƣợng lƣu và tác động giảm nhỏ hơn ở các lƣu vực hạ lƣu so với kịch bản A1B
ngoại trừ tiểu lƣu vực ND3, điểm đặc biệt ở đây là xu hƣớng giảm ở vùng hạ lƣu này thể
hiện cả trên dòng chảy kiệt (xem xét kỹ hơn ở phần sau).
Tác động của điều kiện khí hậu khác nhau theo 2 kịch bản đối với dòng chảy khi xét đến
đại lƣợng trung bình mùa lũ, 3 tháng lũ lớn nhất trung bình nhiều năm, tháng lũ lớn nhất
trung bình nhiều năm và tháng lũ lớn nhất tuyệt đối đƣợc xem xét cho thấy 2 xu hƣớng
khác biệt ở 2 khu vực thƣợng lƣu và hạ lƣu của các đặc trƣng dòng chảy lũ, xu hƣớng
tăng ở vùng thƣợng lƣu và xu hƣớng giảm ở hạ lƣu và đều thể hiện một xu hƣớng thay
đổi tƣơng tự nhau dƣới tác động của cả 2 kịch bản nhƣng khác nhau về mức độ đối với cả
3 đặc trƣng dòng chảy bao gồm 3 tháng lớn nhất, tháng lớn nhất và tháng lớn nhất tuyệt
đối. Điều đó cho thấy một điểm thú vị là khoảng biến đổi có xu hƣớng thiên dƣơng đối
với những yếu tố cực trị hơn hay nói cách khác những yếu tố cực trị hơn chịu tác động
mạnh hơn của kịch bản biến đổi khí hậu, đồng thời xu hƣớng thiên dƣơng cũng tìm thấy
khi so sánh biến đổi dƣới tác động của kịch bản A2 so với kịch bản A1B, làm dòng chảy
tăng mạnh hơn kịch bản A1B ở khu vực phía bắc, giảm nhẹ hơn ở khu vực phía Nam.
3.3.1.2 Thời gian xuất hiện đỉnh lũ
P lớn đỉnh lũ xuất hiện vào tháng VIII trong giai đoạn 1970 – 1999 trong khi đó xuất hiện
vào tháng X trong giai đoạn 2010 – 2050. Cƣờng độ biến đổi của dòng chảy cực đại
tháng dƣới tác động của 2 kịch bản vẫn thể hiện hai xu hƣớng chính. Ở các lƣu vực

thƣợng lƣu, cƣờng độ dòng chảy biến đổi mạnh và đột ngột, mức độ biến đổi của dòng
chảy dƣới tác động của kịch bản A2 vẫn lớn hơn đáng kể so với kịch bản A1B. Ở hạ lƣu
dòng chảy dƣới tác động của kịch bản A1B cho thấy một dao động tƣơng tự với dòng
chảy ở điều kiện khí hậu hiện tại, thậm chí còn ít rủi ro hơn; dƣới tác động của kịch bản
A2 mức độ rủi ro của dòng chảy tăng cao, có sự xuất hiện của 2 đỉnh lũ lớn gần tƣơng
đƣơng nhau vào 2 thời điểm, tháng VIII và tháng X.
Tác động của biến đổi khí hậu gây ra dao động mạnh của dòng chảy ngày, đồng thời dẫn
đến sự dịch chuyển về cuối năm của tháng đỉnh lũ, muộn hơn với cƣờng độ lớn hơn.
Ngƣợc lại dòng chảy hạ lƣu cho thấy một dấu hiêu khả quan hơn, ít biến động hơn dƣới
tác động của kịch bản A1B.
3.3.1.3 Dòng chảy ngày cực đại
Xét trong thời kỳ 1970 – 2049, kết quả tính toán cho thấy xu thế tăng nhanh của dòng
chảy theo thời gian, đƣợc biểu hiện qua giá trị tƣơng đối lớn và dƣơng của hệ số A với
giá trị lớn nhất 3.4, 2.6 ở ND1, ND4 tƣơng ứng, thể hiện rõ rệt trong hầu hết các tiểu
vùng ngoại trừ ND5 có hệ số A âm, giá trị của nó mặc dù không lớn nhƣng cho thấy xu
hƣớng đối lập là xu hƣớng giảm theo thời gian của dòng chảy.
Đƣờng xu thế của toàn chuỗi cho từng thời kỳ cho thấy biến đổi của dòng chảy cực đại
từng 10 năm tƣơng tự nhau nhƣng khác về mức độ. Trên tiểu vùng ND1, xu thế của thời
đoạn 70 – 99 giảm, xu thế của 3 thời đoạn 2010 - 2049 đều tăng theo thời gian và tăng so
với thời đoạn 70 – 99 nhƣng tốc độ tăng của thời kỳ sau cao hơn thời kỳ trƣớc. Các lƣu
vực khác cũng biến đổi tƣơng tự nhƣng tốc độ tăng chậm hơn ND1. Riêng tiểu lƣu vực
ND5 cho thấy xu hƣớng đối lập, 3 thời đoạn 2010 – 2049 có xu hƣớng giảm so với giai
đoạn 70 – 99.
Tác động của kịch bản A2 đối với dòng chảy cũng thể hiện một bức tranh hoàn toàn
tƣơng tự, nhƣng với cƣờng độ lớn hơn. Nhìn chung dòng chảy ngày cực đại thế hiện xu
thế tăng chủ đạo trong cả thời kỳ 1970 – 2049, tăng mạnh hơn ở lƣu vực sông Đáy, tuy
nhiên đƣợc tách biệt với 2 xu thế đối lập, giảm trong giai đoạn hiện tại và tăng trong giai
đoạn tƣơng lai.
3.3.1.4 Chế độ lũ
Chế độ lũ đƣợc mô tả thông qua đƣờng tần suất lũ. Nghiên cứu phân tích tần suất lũ của

chuỗi dòng chảy cực đại, liên hệ cƣờng độ lũ với giai đoạn lặp lại trong các biến, đƣợc


gọi là phân vị lũ. Sự biến đổi trong 2 chỉ số lũ đƣợc xem xét: tính nghiêm trọng của lũ
đƣợc mô tả bởi sự thay đổi trong cƣờng độ của một trận lũ với thời gian lặp lại xác định,
và tần suất của trận lũ đƣợc mô tả thông qua sự thay đổi trong thời gian lặp lại của một
trận lũ với cƣờng độ xác định.
Phân bố tần suất của dòng chảy 3 ngày lớn nhất và độ lặp lại của từng tần suất cho 5 tiểu
lƣu vực tƣơng ứng với giai đoạn nền và kịch bản cho thấy 2 dạng biến đổi đƣợc xác định
theo không gian. Đối với lƣu vực thƣợng lƣu, cƣờng độ dòng chảy của tất cả các phân vị
lũ tăng rõ rệt ở cả 2 kịch bản, cƣờng độ của sự thay đổi mặc dù biến đổi giữa chúng. Phản
ứng của lƣu vực hạ lƣu đối với biến đổi khí hậu hỗn hợp với giảm cƣờng độ dòng chảy
trong kịch bản A1B và tăng cƣờng độ với kịch bản A2. Dạng thay đổi theo khu vực có
chút xáo trộn, cả mức độ tăng và giảm của cƣờng độ lũ tƣơng ứng đều lớn lớn hơn trên
lƣu vực ND2 và ND5 so với ND1 và ND4. Điều đó cho thấy biến đổi đáng kể nhất diễn
ra trên lƣu vực sông Nhuệ.
Vì quan hệ giữa độ lặp lại và cƣờng độ lũ không tuyến tính, nó quan trọng để phân tích
tần suất của một cƣờng độ xác định thay đổi trong tƣơng lai. Bảng 3. 5 thể hiện độ lặp lại
gắn với các tần suất tƣơng ứng cho 2 kịch bản A1B và A2. Giai đoạn lặp lại của một
cƣờng độ lũ lựa chọn nói chung cũng thể hiện theo 2 xu hƣớng chính, giảm ở thƣợng lƣu
và tăng ở khu vực hạ lƣu theo kịch bản A1B, giảm trên toàn bộ lƣu vực theo kịch bản A2,
cho thấy rằng một trận lũ với cƣờng độ xác định trƣớc đƣợc dự tính xảy ra thƣờng xuyên
hơn hiện tại. Tuy nhiên, những thay đổi này khó nhận thấy để có thể đƣa ra quy trình
thích nghi và không thể hiện liên kết với tần suất của một sự kiện lũ.
Những biến đổi tƣơng tự theo không gian của cƣờng độ lũ cũng đƣợc tìm thấy trong độ
lặp lại, giảm lớn nhất trong thời gian lặp lại ở ND2 và tăng lớn nhất trên ND5. Với tiểu
lƣu vực ND3 vẫn thể hiện xu hƣớng riêng so với các tiểu lƣu vực khác, tăng trong kịch
bản A1B không rõ ràng, và giảm đáng kể ở kịch bản A2.
3.3.2 Biến động các đặc trƣng dòng chảy kiệt
Đối tƣợng dòng chảy kiệt trong phạm vi nghiên cứu này là một hiện tƣợng theo mùa và

thành phần tổng hợp của chế độ dòng chảy trong sông, đƣợc giới hạn trong những quá
trình hoạt động trong mùa khô và khía cạnh khác nhau của đầu ra tích lũy của những quá
trình này – dòng chảy kiệt nhƣ một phần của đƣờng quá trình dòng chảy liên tục.
3.3.2.1 Dòng chảy kiệt và tháng kiệt nhất


Dòng chảy kiệt đƣợc tính toán cho giai đoạn từ tháng XII năm nay đến tháng V năm sau
(nửa năm) cho mỗi năm trong từng giai đoạn nền và tƣơng lai. Tác động của 2 kịch bản
biến đổi khí hậu A1B và A2 đều gây ra cả xu hƣớng tăng và giảm trong dòng chảy kiệt
của lƣu vực, đồng thời thể hiện khoảng dao động rộng trong dòng chảy (hình 3. 11). Điều
đó cho thấy mặc dù dòng chảy biến đổi mạnh về tỉ lệ, nhƣng giá trị thay đổi thực là
không đáng kể, tƣơng đƣơng với tăng hoặc giảm trong khoảng 1 đến 3 m3/s do bản thân
dòng chảy kiệt của khu vực nghiên cứu thấp. Kịch bản A2 gây ra tác động tăng tuyến tính
so với kịch bản A1B do đó vẫn thể hiện cùng tính chất biến đổi theo không gian.
Dòng chảy tháng kiệt nhất của lƣu vực sông Nhuệ chịu tác động lớn hơn của biến đổi khí
hậu và kịch bản A2 gây ra một tác động tăng tuyến tính đến cả dòng chảy mùa kiệt và
dòng chảy tháng kiệt nhất so với kịch bản A1B trên cả 5 lƣu vực cơ sở. Tuy nhiên, những
thay đổi của đặc trƣng kiệt rất nhỏ (chỉ dao động từ 2 đến 6 m3/s ở cả 2 kịch bản).
3.3.2.2 Dòng chảy 3 tháng kiệt nhất
Chu kỳ của dòng chảy kiệt khoảng 10 năm thể hiện khá rõ rệt, xen kẽ thời kỷ nƣớc nhiều
và nƣớc ít và theo 2 xu hƣớng đối lập theo không gian trên toàn lƣu vực nghiên cứu qua
đƣờng trung bình trƣợt 10 năm. Xét trong thời kỳ dài từ 1970 đến 2049, xu thế tăng ở
vùng thƣợng lƣu và giảm ở vùng hạ lƣu theo thời gian. Tuy nhiên mức độ biến đổi không
lớn.
Dòng chảy kiệt xét trong phạm vi thời gian từng thập niên thể hiện 2 xu hƣớng chủ đạo,
giảm trong thời kỳ 70 – 99, và tăng trong các thời kỳ 2010 – 2049, mức độ biến đổi mặc
dù chênh lệch không đáng kể. Xét theo không gian cũng cho thấy bằng chứng của 2 xu
hƣớng biến đổi chính, ở phía Bắc xu hƣớng thập kỷ sau tăng tuyến tính so với thập kỷ
trƣớc trong cả giai đoạn dài từ 1970 đến 2049, trong khi ở khu vực phía Nam xu thế này
đƣợc tìm thấy trong giai đoạn 2010 đến 2049, và đều thấp hơn dòng chảy thời kỳ 1970 –

1999.
Một điểm đáng chú ý là gradient của đƣờng xu thế tăng, lớn nhất ở thập niên cuối 40 –
49, cho thấy biên độ dao động của dòng chảy kiệt tăng theo thời gian dƣới tác động của
biến đổi khí hậu. Dòng chảy kiệt nhìn chung vẫn thể hiện 2 xu thế đối lập theo không
gian tƣơng tự dòng chảy lũ. Nghĩa là biến đổi khí hậu gây ra tác động giống nhau theo
mùa nhƣng biến đổi theo không gian.
3.3.2.3 Đƣờng xác suất vƣợt ngƣỡng


Tốc độ thay đổi của cƣờng độ vƣợt quá giá trị Q90 cũng nhƣ các phân vị khác thay đổi
không đáng kể dƣới tác động của 2 kịch bản, trong đó tác động của kịch bản A2 gây ra
biến đổi lớn hơn. Mặc dù vậy 2 xu hƣớng đối lập đƣợc tìm thấy, xu hƣớng giảm cƣờng
độ vƣợt quá ở những phân vị lớn hơn 50 và xu hƣớng ngƣợc lại, tăng với phân vị nhỏ hơn
50.
Kết quả cho thấy ở lƣu vực nghiên cứu, một lƣợng dòng chảy rất nhỏ đƣợc yêu cầu để
duy trì dòng chảy kiệt, nƣớc ngầm để duy trì dòng chảy kiệt trên lƣu vực nhỏ dẫn đến sự
biến đổi dòng chảy kiệt lớn; đồng thời những chỉ số này cho thấy tác động của biến đổi
khí hậu là không đáng kể đối với dòng chảy kiệt.
3.3.2.4 Tần suất dòng chảy kiệt
Không giống với đƣờng cong thời khoảng của dòng chảy, thể hiện tỉ lệ thời gian trong đó
một giá trị dòng chảy bị vƣợt quá, đƣờng cong tần suất dòng chảy kiệt thể hiện tỉ lệ năm
khi một dòng chảy bị vƣợt quá. Các chỉ số tần suất dòng chảy kiệt đƣợc sử dụng rộng rãi
trong nghiên cứu hạn, thiết kế hệ thống cấp nƣớc, tính toán lƣợng nƣớc mặt khai thác
đảm bảo an toàn, phân loại tiểm năng dòng chảy cho khả năng pha loãng, điều phối lƣợng
chất thải vào dòng chảy, duy trì lƣu lƣợng nhất định trong sông vì thế việc phân tích nó là
cần thiết.
Đƣờng tần suất dòng chảy kiệt đƣợc xây dựng trên cơ sở chuỗi số liệu dòng chảy tháng
nhỏ nhất năm. Một lý do của việc lựa chọn bƣớc thời gian tháng là vì Nhuệ Đáy nằm
trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, dòng chảy năm có thể không phản ánh đƣợc những
trận kiệt khắc nghiệt nhất, do nếu một mùa hè kiệt bất thƣờng đƣợc tiếp theo bởi một mùa

mƣa, dòng chảy trung bình năm không thể hiện rõ sự sai lệch so với bình thƣờng và với
dòng chảy năm thời gian xuất hiện kiệt không thể xác định đƣợc dẫn đến những kết luận
về tác động của nó bị giới hạn (Bonacci, 1993) [19], do đó dòng chảy tháng là khoảng
thời gian thích hợp cho nghiên cứu hạn đối với nông nghiệp, cấp nƣớc và nƣớc ngầm vì
nó chứa nhiều thông tin chi tiết hơn năm, và nó có khoảng thời gian đủ dài để loại đi
những hiện tƣợng ít có ý nghĩa đƣợc gọi là kiệt cục bộ.
Các hàm phân bố thƣờng đƣợc sử dụng trong các tài liệu liên quan đến dòng chảy kiệt,
các phân bố Weibull, Gumbel, Pearson III, và phân bố log chuẩn, đƣợc kiểm tra để lựa
chọn hàm phân bố lý thuyết phù hợp nhất với chuỗi dòng chảy nhỏ nhất năm với bƣớc
thời gian tháng trên lƣu vực Nhuệ Đáy, với phƣơng pháp đánh giá dựa vào kiểm tra đồ


thị. Kết quả cho thấy phân bố log – chuẩn nên đƣợc sử dụng trong mô tả thống kê dòng
chảy kiệt trong lƣu vực Nhuệ Đáy cho cả thời kỳ nền và 2 kịch bản biến đổi khí hậu A1B,
A2 (hình 3. 14a, b, c).
Kết quả cho thấy sự biến đổi của tần suất dòng chảy tháng kiệt nhất cũng tƣơng tự với
dòng chảy tháng lớn nhất xét trên phạm vi không gian, và xu hƣớng biến đổi mạnh hơn
dƣới tác động của kịch bản A2. Tuy nhiên, điểm khác biệt so với tần suất lũ là những cực
trị hiếm thay đổi nhỏ hơn (Bảng 3. 7), diễn biến này có khả năng do giá trị cực trị hiếm
của dòng chảy kiệt là quá thấp. Cụ thể cƣờng độ của dòng chảy mùa kiệt với tần suất xuất
hiện lại là 20 năm tăng 8.7% và 17.4% tƣơng ứng với kịch bản A1B, A2, trong khi đó
kịch bản A1B và A2 dẫn đến tăng 21.17%, 59.7% đƣợc tính toán trong cƣờng độ của
dòng chảy kiệt với p 95%..
KẾT LUẬN
1/. Tính toán thủy văn offline, đƣợc nhận định là một phƣơng pháp thực tiễn và hiệu quả
trong nghiên cứu biến đổi khí hậu đến tài nguyên nƣớc cho đến nay, lựa chọn phƣơng
pháp hạ quy mô thống kê kết hợp với hạ quy mô động lực thông qua hệ số hiệu sai nhằm
cải thiện kết quả đầu ra của mô hình khí hậu.
Lƣu vực sông Nhuệ Đáy đóng vai trò là vùng kinh tế trọng điểm , tập trung đông dân dẫn
đến tăng nhu cầu nƣớc, quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh, Hà Nội có khả năng phải chịu

những tác động nghiêm trọng hơn do biến đổi khí hậu. Một điểm cần chú ý nữa là hiện
tƣợng úng ngập ở Hà Nội thƣờng xuyên xảy ra, nhiều trận mƣa thậm chí với cƣờng độ 50
mm/giờ đã gây úng ngập ở nhiều khu vực, gây những hậu quả nghiêm trọng đối với nhiều
ngành kinh tế quốc dân.
2/. Mô hình NAM đƣợc lựa chọn làm công cụ chính khảo sát 2 kịch bản biến đổi khí hậu
A1B và A2 trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy cho kết quả nhƣ sau:
Tác động của biến đổi khí hậu có tính phân kỳ mạnh theo không gian. Ở các tiểu lƣu vực
thƣợng lƣu, dạng biểu đồ thủy văn biến đổi đáng kể, dòng chảy lũ tập trung vào 4 tháng
từ tháng VII đến tháng X, trong đó tháng đỉnh lũ dịch chuyển về cuối năm, tháng X.
Trong dòng chảy lũ thì yếu tố càng mang tính cực trị biến đổi càng lớn, sự kiện lũ càng
hiếm biến đổi càng lớn, và diễn ra thƣờng xuyên hơn dƣới tác động của kịch bản A1B và
A2. Trên các tiểu lƣu vực hạ lƣu, các đặc trƣng lũ thể hiện 2 xu hƣớng biến đổi đối lập


dƣới tác động của 2 kịch bản BDKH. Không giống với kịch bản A2 gây ra tác động
tƣơng tự ở thƣợng lƣu, kịch bản A1B có thiên hƣớng làm giảm rủi ro lũ so với hiện tại.
Dòng chảy kiệt cũng cho thấy một bức tranh hoàn toàn tƣơng tự dòng chảy lũ nhƣng khác
về cƣờng độ, nó cũng thể hiện tác động phân kỳ theo không gian. Mặc dù có sự xen kẽ
chu kỳ nhiều nƣớc và ít nƣớc 10 năm của dòng chảy nhƣng thể hiện 2 xu thế biến đổi
chính, tăng ở thƣợng lƣu và giảm ở hạ lƣu.
Hàm phân bố log chuẩn đƣợc đề nghị sử dụng trong phân tích tần suất cực trị dòng chảy
trên lƣu vực Nhuệ Đáy vì nó thể hiện mức độ phù hợp tốt nhất so với những hàm phân bố
đƣợc xét đến (Weibull, Gumbel, Pearson III).
Một cách tổng quát có thể thấy rõ tác động của biến đổi khí hậu trội hơn hẳn với sự biến
đổi theo không gian, trong khi biến đổi dòng chảy thể hiện sự phân kỳ theo không gian
thì đối với biến đổi theo thời gian chúng diễn ra theo xu thế tƣơng tự nhau với biên dao
động tăng ở cả dòng lũ và kiệt nhƣng khác nhau về cƣờng độ.
Từ khía cạnh quản lý lũ, kết quả cho thấy biến động lớn, đại diện bởi khoảng chênh lệch
giữa các kết quả từ 2 kịch bản. Trong khi hƣớng thay đổi đƣợc biết đến trên toàn lƣu vực,
cƣờng độ thay đổi có thể biến đổi đáng kể theo độ phân giải thời gian đƣợc xem xét. Các

kết quả dƣờng nhƣ ít phân tán trong lƣu vực sông Đáy hơn sông Nhuệ, biểu hiện qua
khoảng biến động bé hơn trong tính toán biến đổi khí hậu, đi cùng với khả năng khoảng
biến đổi nhỏ hơn trong chế độ dòng chảy tƣơng lai ở lƣu vực này.
Với các chỉ số từ biến đổi khí hậu cho thấy xu hƣớng này có khả năng tiếp tục và có thể
biến đổi lớn hơn trong tƣơng lai, chính sách quy hoạch nên đặt ra những quy trình mới để
thực hiện. Cần thiết phải có những kế hoạch quản lý lũ trong thời gian dài để kết hợp các
yếu tố của biến đổi khí hậu và các chiến lƣợc đánh giá rủi ro bao gồm những thay đổi khí
hậu trong khoảng biến động.
4/. Một số hƣớng nghiên cứu tiếp theo
Nghiên cứu về tác động biến đổi khí hậu còn nhiều bất định không chỉ do mô hình hóa
thủy văn mả cả trong đánh giá tác động đối với tƣơng lai.
Đối với mô hình hóa thủy văn, luận văn đã cố gắng loại bỏ những bất định thông qua việc
hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy văn trong tính toán nhằm mục đích tối thiểu hóa sai
số từ mô hình, nhƣng những biến đổi trong quá trình mƣa – dòng chảy sẽ diễn ra dƣới
những điều kiện biến đổi trong tƣơng lai, do đó việc thay đổi thông số của mô hình theo


thời gian là cần thiết. Những thay đổi này có thể là không đáng kể so với cƣờng độ của
chế độ lũ nhƣng hoàn toàn khác với dòng chảy kiệt và việc tìm ra quy luật của những
thay đổi này sẽ góp phần cung cấp kết quả đánh giá chính xác, có độ tin cậy cao hơn.
Đối với khía cạnh mô hình hóa khí hậu và đánh giá tác động, độ phân giải cả về thời gian
và không gian của các quá trình thủy văn rất khác so với đầu ra của mô hình khí hậu,
bƣớc đầu khắc phục vấn đề này đã đƣợc thực hiện trong luận văn tuy nhiên do hạn chế về
mặt thời gian, cũng nhƣ hệ thống máy móc, kết quả của luận văn vẫn chỉ mới dừng lại ở
một mức độ nhất định. Do đó việc cải thiện kết quả đầu ra của mô hình khí hậu cũng nhƣ
cải thiện cầu nối giữa thủy văn và khí hậu là một vấn đề còn cần đƣợc nghiên cứu nhiều,
trong đó có 2 hƣớng tiếp cận để có thể khắc phục đƣợc những vấn đề này, một là từ khía
cạnh thủy văn xây dựng mô đun thủy văn tích hợp vào mô hình khí hậu sử dụng mƣa
dạng lƣới ở độ phân giải cao, hai là từ khía cạnh khí tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp
chuyển đổi dữ liệu khí tƣợng sang dữ liệu đáp ứng yêu cầu của mô hình thủy văn với độ

tin cậy cao hơn.

References
Tiếng Việt
1. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, 2009. Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho
Việt Nam, Hà Nội.
2. Nguyễn Văn Cƣ, 2005. Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước: Xây dựng đề án tổng
thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy – Hà Nội, Lƣu trữ Viện Địa lý.
3. Hồ Thị Minh Hà, 2008. Nghiên cứu khả năng mô phỏng mùa các yếu tố khí tượng
trên lãnh thổ Việt Nam bằng phương pháp thủy động và thống kê, Luận án tiến sỹ khí
tƣợng học, Trƣờng Đại học KHTN Hà Nội.
4. Văn Thị Hằng 2010, Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến biến động tài
nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc thành phố Hà Nội, Luận văn thạc sỹ
khoa học, Trƣờng Đại học KNTN Hà Nội.
5. Vũ Văn Minh, Nguyễn Hoàng Minh, Trần Hồng Thái, 2011. Đánh giá tác động của
Biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ lƣu vực sông Hồng - Thái Bình. Tuyển tập Báo cáo
Khoa học lần thứ XIII, tr. 72 – 78.


6. Nguyễn Ý Nhƣ, 2009. Ứng dụng mô hình SWAT nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi
khí hậu và sử dụng đất đến dòng chảy sông Bến Hải. Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng
Đại học Khoa học Tự nhiên.
7. Nguyễn Ý Nhƣ, Lê Văn Linh, Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, 2011. Nghiên cứu
tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lƣu vực sông Đáy trên địa bàn thành
phố Hà Nội. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Tập 27,
số 1S, tr. 192.
8. Nguyễn Ý Nhƣ, Nguyễn Thanh Sơn, 2011. Biến đổi dòng chảy kiệt trong bối cảnh
Biến đổi khí hậu trên lƣu vực sông Nhuệ Đáy. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa
học Tự nhiên và Công nghệ Tập 27, số 3S, tr. 39 – 43.
9. Nguyễn Ý Nhƣ, Nguyễn Thanh Sơn, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Quang Trung, 2011.

The potential impacts of climate change on flood flow in Nhue – Day river basin. The
second International MAHASRI/HyARC Workshop, August 22-24, 2011, Nha
Trang, Vietnam.
10. Lê Vũ Việt Phong, 2006. Nghiên cứu áp dụng mô hình toán MIKE 11 tính toán chất
lượng nước sông Nhuệ và sông Đáy. Khóa luận tốt nghiệp trƣờng Đại học Thủy lợi.
11. Nguyễn Thanh Sơn, 2008. Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy phục vụ
sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực sông thượng nguồn miền
Trung. Luận án tiến sỹ Địa lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội.
12. Nguyễn Thanh Sơn, Ngô Chí Tuấn, Văn Thị Hằng, Nguyễn Ý Nhƣ, 2011. Ảnh hƣởng
của biến đổi khí hậu đến biến đổi tài nguyên nƣớc lƣu vực sông Nhuệ - Đáy. Tạp chí
Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Tập 27, số 1S, tr. 218.
13. Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Ý Nhƣ, Trần Ngọc Anh, Lê Thị Hƣờng, 2011. Khảo sát
hiện trạng tài nguyên nƣớc lƣu vực sông Nhuệ - Đáy, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN,
Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Tập 27, số1S, tr. 227.
14. Nguyen Thanh Son, Nguyen Y Nhƣ, 2009, Applying SWAT model to simulate
streamflow in BenHai River Basin in response to climate change scenarios. Journal of
Science, Earth Sciences, VNU, V25, No3, tr. 161.
15. Trung tâm Tƣ vấn Khí tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng, Viện KH KTTV & MT, 2010.
Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước và các biện pháp thích
ứng – Lưu vực sông Hồng – Thái Bình, Lƣu trữ Viện KH KTTV & MT.
16. Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn & Môi trƣờng, 2010. Tác động của biến đổi khí
hậu lên tài nguyên nước và các biện pháp thích ứng, Lƣu trữ Viện KH KTTV & MT.


17. Trần Thanh Xuân, Hoàng Minh Tuyển, Lê Tuấn Nghĩa, Lƣơng Hữu Dũng, 2011. Tác
động của Biến đổi khí hậu đến dòng chảy trong sông Tuyển tập Báo cáo Khoa học lần
thứ XIII, tr. 146 – 153.
Tiếng Anh
18. Andersen H.E., Kronvang B., Larsen S.E., Hoffmann C.C., Jensen T.S, Rasmussen
E.K., 2006. Climate change impacts on hydrology and nutrients in a Danish lowland

river basin. Science of the Total Environment 365, pp 223 – 237.

19. Bonacci, O., Tadic, Z., Trninic, D., 1992. Effects of dams and reservoirs on the
hydrological characteristics of the lower Drava River. Regul. Rivers Res. Manag. 7
(4), pp. 349–357.
20. Cooley, K.R. 1990: Effects of CO2 – induced climate changes on snowpack and
streamflow. Hydrological Sciences Journal 35, pp. 511 – 22.
21. D. Labat, Y. Godderis, J. L. Probst, 2004. Evidence for global runoff increase related
to climate warming. Advances in Water Resources, 27, pp. 631 – 642.
22. DHI, 2007. Mike 11 – User’s Manual.
23. Feddes, R.A., M. Menenti, and P. Kabat, 1989. Modeling the soil water and surface
energy balance in relation to climate models, European coordination group on land –
surface processes, hydrology, Dessertification in Europe, Barcelona, pp. 21.
24. Hayhoe K.A., 2010. A standardized framework for evaluating the skill of regional
climate downscaling techniques. Doctor of Philosophy in Atmospheric, Sciences in
the Graduate College of the University of Illinois at Urbana – Champaign.
25. IPCC (2007), Climate Change 2007: Synthesis Report.
26. IPCC (2001), Special Report on Emissions Scenarios
27. Gleick, P.H., 1987a. Regional hydrologic consequences of increases in atmospheric
CO2 and other trace gases, Climate Change 10, tr. 137 – 61.
28. Kalvova, J., Nemesova, I., 1997. Projections of climate change for the Czech
Republic. Climate Change 36, tr. 41 – 64.
29. Kim U., Kaluarachchi J. J., Smakhtin V. U., 2008. Climate Change Impacts on
Hydrology and Water Resources of the Upper Blue Nile River Basin, Ethiopia,


Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute pp. 27 (IWMI
Research Report 126)
30. Mark Maslin, 2004. GLOBAL WARMING: A Very Short Introduction, OXFORD
University Press.

31. Michal Jenicek, 2007. Rainfall-runoff modelling in small and middle-large
catchments – an overview.
32. Nemec, J. and Schaake, J., 1982. Sensitivity of water resources systems to climate
variation. Hydrological Sciences Journal 2, pp. 327 – 43.
33. S.L.Neitsch, J.G. Arnold, J.R.Kiniry, J.R.Williams, 2001. Soil and water assessment
tool user’s manual, USDA_ARS Publications.
34. Nash, J. E. and J. V. Sutcliffe, 1970. River flow forecasting through conceptual
models part I — A discussion of principles, Journal of Hydrology, 10 (3), 282–290.
35. Sapkota M., Hamagochi T., Kojiri T., 2010. Geostatistical bias correction of super
high resolution GCM outputs under climate change and its application to runoff
simulations in Red river basin. Proceedings of the fifth conference of APHW
Conference, Labor and Social Publisher.
36. US Army Corps of Engineers (2001), Hydrology Model System HEC-HMS. Users’
Manual.
37. Wigley, T.M.L, Jones, P.D., 1987. England and Wales precipitations: a discussion of
recent changes in variability and an update to 1985. J. Climatol. 7, 231 – 246.
38. Z.X. Xu, F.F. Zhao, J.Y. Li, 2008. Response of streamflow to climate change in the
headwater catchment of the Yellow River basin. Quaternary International xxx, pp 1 –
14.
39. Yevjevich, V., 1972. Probability and Statistics in Hydrology. Water Resources
Publications, Fort Collins, CO, USA, pp. 302.