Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam Trung Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ HẢI YẾN

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ HẢI YẾN

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

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 62-44-02-24

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS. TS Ngô Lê Long
2. PGS. TS Trần Thanh Tùng

HÀ NỘI, NĂM 2018


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) đã
đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Lê Thị Hải Yến

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngô 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, Phòng Đào tạo ĐH&SĐH, Tập
thể các Thầy cô giáo khoa Thủy văn và Tài nguyên nƣớc, Phòng Khoa học Công nghệ,
Trƣờng Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn
thành luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ môn Thủy Lực - Khoa Kỹ thuật Tài Nguyên nƣớc,
nơi tác giả đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và công việc giúp tác giả hoàn
thành luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng 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

ii


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƢƠNG 1
KHÍ HẬU

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI
6

1.1

Tổng quan các nghiên cứu về mƣa, lũ trong nƣớc và thế giới ...........................6

1.2

Sơ lƣợc về BĐKH và các kịch bản ....................................................................9

1.3

Tổng quan các nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ ......13

1.3.1

Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ trên thế giới ...13

1.3.2

Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ ở Việt Nam ........17

1.3.3 Những hạn chế trong nghiên cứu tính toán mƣa, lũ có xét đến biến đổi khí
hậu ở Việt Nam......................................................................................................21
1.4

Tổng quan về khu vực nghiên cứu ...................................................................22

1.4.1

Đặc điểm địa lý tự nhiên ...........................................................................22

1.4.2

Đặc điểm khí tƣợng, thủy văn ...................................................................27

1.4.3

Đặc điểm dòng chảy lũ trên các lƣu vực sông ..........................................30

1.4.4

Xu thế mƣa lớn của khu vực Nam Trung Bộ ............................................32

1.5

Định hƣớng nghiên cứu của luận án ................................................................36

1.6

Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................40

CHƢƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH MƢA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾN
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ....................................................................................................42
2.1

Các mô hình khí hậu ........................................................................................42

2.1.1

Sự phát triển của các mô hình khí hậu ......................................................42

2.1.2

Mô hình khí hậu toàn cầu ..........................................................................43

2.1.3

Tổ hợp mô hình khí hậu của IPCC ............................................................45

2.1.4

Lựa chọn mô hình khí hậu sử dụng trong Luận án ...................................46

2.2

Cơ sở lý thuyết chi tiết hóa các kịch bản BĐKH .............................................50

2.3

Phƣơng pháp thống kê chi tiết hóa ...................................................................55

iii


2.4

Kịch bản BĐKH và dữ liệu sử dụng trong luận án ..........................................57

2.5

Phƣơng pháp tính toán lũ thiết kế ....................................................................59

2.6

Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................66

CHƢƠNG 3
TÍNH TOÁN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ
HẬU KHU VỰC NGHIÊN CỨU .................................................................................68
3.1

Tính toán mƣa một ngày lớn nhất có xét đến biến đổi khí hậu .......................68

3.1.1

Kết quả chi tiết hóa lƣợng mƣa về từng trạm và hiệu chỉnh sai số ...........68

3.1.2 Phân tích kết quả lƣợng mƣa một ngày lớn nhất có xét đến BĐKH của
một số lƣu vực điển hình trên khu vực ..................................................................70
3.1.3 Xây dựng bản đồ biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất khu vực Nam
Trung Bộ ................................................................................................................77
3.2

Tính toán đỉnh lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ có xét đến biến đổi khí hậu
88

3.2.1

Tính toán lũ thiết kế cho khu vực vừa và nhỏ ...........................................88

3.2.2

Tính toán lũ thiết kế cho lƣu vực có diện tích lớn ....................................94

3.2.3

Đánh giá sự biến động Qmax ....................................................................106

3.3 Ứng dụng bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ vào tính toán dòng chảy
lũ thiết kế .................................................................................................................110
3.4

Kết luận chƣơng 3 ..........................................................................................111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................113
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ ...........................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................117
PHỤ LỤC ....................................................................................................................124

iv


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 vực nghiên cứu .........................................................23
Hình 1.3 Bản đồ mạng lƣới sông suối ...........................................................................26
Hình 1.4 Xu thế lƣợng mƣa 1 ngày lớn nhất .................................................................36
Hình 1.5 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu ..............................................................................39
Hình 2.1 Cấu trúc lƣới ...................................................................................................43
Hình 2.2 Ô lƣới mô hình Access1-3, CanESM2, CMCC-CMS, CNRM-CM5. ...........49
Hình 2.3 Phân bố tần suất mƣa thực đo và hiệu chỉnh (theo Gudmundsson và nnk [83])
.......................................................................................................................................56
Hình 2.4 Bản đồ vị trí 93 trạm khí tƣợng sử dụng trong luận án ..................................58
Hình 2.5 Cấu trúc mô hình NAM (theo Nielsen và Hansen, 1973) [87].......................64
Hình 2.6 Cân bằng lƣợng trữ đoạn sông........................................................................65
Hình 3.1 Trung bình (a) và độ lệch chuẩn (b) sai số giữa lƣợng mƣa tính toán 1 ngày
lớn nhất của 11 mô hình GCM với số liệu thực đo ở 93 trạm mƣa trong khu vực
nghiên cứu .....................................................................................................................69
Hình 3.2 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch
bản RCP4.5 giai đoạn 2040-2069 ..................................................................................71
Hình 3.3 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch
bản RCP4.5 giai đoạn 2070-2099 ..................................................................................71
Hình 3.4 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch

bản RCP8.5 giai đoạn 2040-2069 ..................................................................................72
Hình 3.5 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 2070-2099 ..................................................................................72
Hình 3.6 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch
bản RCP4.5 giai đoạn 2040-2069 ..................................................................................73
Hình 3.7 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch
bản RCP4.5 giai đoạn 2070-2099 ..................................................................................73
Hình 3.8 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 2040-2069 ..................................................................................74
Hình 3.9 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 2070-2099 ..................................................................................74
Hình 3.10 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Vu Gia – Thu
Bồn kịch bản RCP4.5 giai đoạn 2040-2069 ..................................................................75
Hình 3.11 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Vu Gia – Thu
Bồn kịch bản RCP4.5 giai đoạn 2070-2099 ..................................................................75
Hình 3.12 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực sông Ba kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 2040-2069 ..................................................................................76
v


Hình 3.13 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực sông Ba kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 2070-2099 ..................................................................................77
Hình 3.14 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch
bản RCP4.5 giai đoạn 1(2040-2069) .............................................................................80
Hình 3.15 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch
bản RCP4.5 giai đoạn 2(2070-2099) .............................................................................82
Hình 3.16 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 1(2040-2069) .............................................................................84
Hình 3.17 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch
bản RCP8.5 giai đoạn 2(2070-2099) .............................................................................86

Hình 3.18 Biến động trung bình lƣợng mƣa 1 ngày lớn nhất trên một số lƣu vực chính
so với thời kỳ nền ..........................................................................................................87
Hình 3.19 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2040-2069 ...92
Hình 3.20 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2070 - 2099 .93
Hình 3.21 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Nông Sơn (1977-2010) ..................95
Hình 3.22 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Thành Mỹ (1977-2010)..................96
Hình 3.23 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Củng Sơn (1977-1997) ..................97
Hình 3.24 Quan hệ giữa Qmax và Q ngày max tại trạm An Khê .................................97
Hình 3.25 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại trạm Bình Tƣờng ..................................98
Hình 3.26 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực Nông Sơn .............................................................99
Hình 3.27 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực Thành Mỹ...........................................................100
Hình 3.28 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực Củng Sơn ...........................................................101
Hình 3.29 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực sông Kôn tại Bình Tƣờng. .................................102
Hình 3.30 Dòng chảy thực đo và mô phỏng (trung bình tháng) tại Nông Sơn (a), Thành
Mỹ (b), Bình Tƣờng (c) và Củng Sơn (d) giai đoạn hiệu chỉnh ..................................103
Hình 3.31 Dòng chảy thực đo và mô phỏng (trung bình tháng) tại Nông Sơn (a), Thành
Mỹ (b), Bình Tƣờng (c) và Củng Sơn (d) giai đoạn kiểm định ..................................105
Hình 3.32 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP4.5 giai đoạn
2040-2069 ....................................................................................................................107
Hình 3.33 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP4.5 giai đoạn
2070- 2099 ...................................................................................................................107
Hình 3.34 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP8.5 giai đoạn
2040- 2069 ...................................................................................................................107
Hình 3.35 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP8.5 giai đoạn
2070- 2099 ...................................................................................................................108

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các kịch bản Biến đổi khí hậu .......................................................................13
Bảng 1.2 Lƣợng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều năm Đơn vị:mm............28
Bảng 1.3 Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất năm vào các tháng trong năm. .......................32
Bảng 1.4 Số cơn bão và tần suất xuất hiện bão khu vực nghiên cứu ............................33
Bảng 1.5 Xu thế biến đổi lƣợng mƣa một ngày lớn nhất theo chuỗi năm quan trắc .....34
Bảng 2.1 Các mô hình khí hậu đƣợc lựa chọn ..............................................................48
Bảng 2.2 Thống kê số trạm mƣa và số năm quan trắc sử dụng trong tính toán ............58
Bảng 2.3 Tiêu chuẩn thiết kế lũ của Hoa Kỳ.................................................................61
Bảng 3.1 Tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ .............................91
Bảng 3.2 Thông số mô hình các lƣu vực con và các đoạn sông lƣu vực Nông Sơn –
Thành Mỹ ....................................................................................................................103
Bảng 3.3 Bảng thông số mô hình ................................................................................104
Bảng 3.4 Thông số mô hình các lƣu vực con và các đoạn sông cho lƣu vực Củng Sơn
.....................................................................................................................................104
Bảng 3.5 Đánh giá khả năng gia tăng dòng chảy lũ thiết kế một số lƣu vực giai đoạn
2040-2069 ....................................................................................................................109
Bảng 3.6 Bảng đánh giá khả năng gia tăng dòng chảy lũ thiết kế một số lƣu vực giai
đoạn 2070-2099 ...........................................................................................................110

vii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BĐKH

Biến đổi khí hậu

IPCC

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

IDF

Intensity-Duration-Frequency ( Cƣờng độ mƣa – Thời gian – Tần suất)

GCM

Global Climate Model hoặc General Circulation Model (Mô hình khí
hậu toàn cầu)

GDP

Gross Domestic Product (Tổng sản phẩm nội địa)

PMP

Probable Maximum Precipitation (Mƣa lớn nhất khả năng)

QP

Quy phạm

QP.TL

Quy phạm thủy lợi

RCP

Representative Concentration Pathways (Kịch bản nồng độ khí nhà kính)

RCM

Regional Climate Model (Mô hình khí hậu khu vực)

HTNĐ

Hội tụ nhiệt đới

XTNĐ

Xoáy thuận nhiệt đới

KKL

Khối khí lạnh

CMIP

Coupled Model Intercomparison Project Phase (Dự án Đối chứng các
Mô hình khí hậu)

SRES
UNISDR

UNDP

Special Report on Emission Scenarios (Kịch bản phát thải)
United Nations Office for Disaster Risk Reduction ( Ủy ban Liên hợp

quốc về giảm nhẹ thiên tai)
United Nations Development Programme (Chƣơng trình phát triển của
Liên hợp quốc)

NOAA

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

GIS

Geographic information systems (Hệ thống thông tin địa lý)

viii


SCS

Soil Conservation Service (Cơ quan bảo vệ thổ nhƣỡng)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNN

Tài nguyên nƣớc

ix

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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 trọng nếu
không có giải pháp và chƣơng trình ứng phó kịp thời, đặc biệt là đối với các quốc đảo và
các quốc gia ven biển. Việt Nam đƣợc đánh giá là một trong những quốc gia bị ảnh
hƣởng nặng nề nhất của biển đổi khí hậu. Trong những năm qua, dƣới tác động của biến
đổi khí hậu, tần suất và cƣờng độ thiên tai ngày càng gia tăng, gây ra nhiều tổn thất to
lớn về ngƣời, tài sản, tác động xấu đến môi trƣờng. Chỉ tính trong 15 năm trở lại đây,
các loại thiên tai nhƣ: bão, lũ, lũ quét, sạt lở đất, úng ngập, hạn hán, xâm nhập mặn và
các thiên tai khác đã làm chết và mất tích hơn 10.711 ngƣời, thiệt hại về tài sản ƣớc tính
chiếm khoảng 1,5% GDP/năm (Theo thống kê của Ủy ban Quốc gia về phòng chống
thiên tai, Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn năm 2017).
Một trong những tác động lớn của BĐKH có thể kể đến đó là hiện tƣợng mƣa lớn, lũ lụt
tăng mạnh trong những năm qua, ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng sống. Những trận
lũ lớn xảy ra có lƣu lƣợng đỉnh lũ thay đổi liên tục, đƣờng quá trình lũ phức tạp, tổng
lƣợng lũ lớn, gây ra những hậu quả hết sức nghiêm trọng. Đặc biệt khủng khiếp hơn khi
dòng chảy lũ chịu tác động của con ngƣời nhƣ: sự cố vỡ đập Delhi (Bang Iowa, Hoa
Kỳ) năm 2010, đã gây ra ngập lớn ở 2 thành phố Hopkinton và Monticello, hay ở nƣớc
ta sự cố vỡ đập Khe Mơ, Hà Tĩnh ngày 10/2010 gây ra thiệt hại lớn về ngƣời và tài sản.
Trong những năm gần đây, hiện tƣợng thời tiết cực đoan, trái quy luật xuất hiện ngày
càng nhiều, nhất là các tỉnh thuộc khu vực Nam Trung Bộ do địa hình đặc trƣng của lƣu
vực, kéo dài từ Đà Nẵng vào đến Bình Thuận, phía Đông là Biển Đông, phía Tây là khu
vực rừng núi ngắn dốc. Hƣớng đón gió Tây Nam gây mƣa lớn với tần suất mạnh tạo nên
những trận lũ lớn. Các trận lũ thƣờng xuất hiện đột ngột, xảy ra liên tục và những trận
mƣa cực đoan cũng đã xuất hiện ngày càng nhiều. Do ảnh hƣởng của hoàn lƣu bão gần
đây nhất là cơn bão số 12 vào 11/2017 làm thiệt hại nghiêm trọng về ngƣời và tài sản,
gây hậu quả hết sức nặng nề và lâu dài về xã hội, kinh tế và môi trƣờng ở các tỉnh Miền

1


Trung, nhất là Khánh Hòa, Phú Yên, Bình Thuận, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định
và một số huyện thuộc thành phố Đà Nẵng. Nhiều khu vực ngập sâu từ 0,5-2,0m, các
tuyến đƣờng đều bị tắc trong thời gian mƣa, lũ và sau lũ do nƣớc ngập, đất đá sạt lở, cầu
cống hƣ hỏng và nhiều vùng dân cƣ bị cô lập với bên ngoài trong nhiều ngày. Hay trận
lũ lịch sử 11/1999 chỉ trong khoảng một tháng xảy ra liên tiếp hai đợt mƣa lũ lớn lịch sử
trên hầu nhƣ toàn Miền Trung và Tây Nguyên là trƣờng hợp chƣa từng thấy trong 50100 năm gần đây. Năm 2007, trận mƣa lớn ở Miền Trung đạt tới 600-800mm. Trên các
sông ở Quảng Nam xảy ra lũ lớn (Dự án SCDM; UNDP, 2012 [1]).
Trong Kịch bản BĐKH và nƣớc biển dâng của Bộ TNMT công bố cũng nhƣ các
nghiên cứu trƣớc đây, mƣa 1 ngày lớn nhất đã có nhiều khác biệt so với quá khứ, sự
thay đổi mƣa 1 ngày lớn nhất ở khu vực miền Trung đƣợc ƣớc tính tăng trong khoảng
10%-70%. Tuy nhiên hầu hết các kết quả nghiên cứu tính toán mƣa, lũ có xét đến biến
đổi khí hậu đã công bố trƣớc đây, đều đƣợc lấy trung bình hóa từ kết quả của các mô
hình khí hậu toàn cầu với lƣới tính toán theo phạm vi quốc gia hoặc chỉ một số ít các
vùng đƣợc tính chi tiết, không chi tiết đƣợc cho vùng nhỏ gây ra hệ quả là sai số khá
lớn khi tính toán chi tiết cho các vùng khác nhau. Do đó, giá trị mƣa hay lũ trong
tƣơng lai dùng để tính toán thiết kế các công trình thuộc lƣu vực nhỏ gặp rất nhiều khó
khăn. Do đó rất cần có một nghiên cứu để chi tiết hóa kết quả tính toán của các mô
hình khí hậu toàn cầu cho phạm vi nhỏ với lƣới tính toán chi tiết, nhằm định lƣợng giá
trị mƣa một ngày lớn nhất, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu để phục vụ tính toán
thiết kế đa ngành.
Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết trên, NCS lựa chọn luận án nghiên cứu với nội
dung“Nghiên cứu tính toán mưa, lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu khu vực Nam
Trung Bộ”.
Luận án tiến hành nghiên cứu, tính toán 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 mô
hình khí hậu toàn 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 toàn công trình cũng nhƣ tối ƣu về các lợi ích về kinh tế.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn tính toán mƣa, lũ khu vực Nam
Trung Bộ khi xét đến biến đổi khí hậu phục vụ tính toán thiết kế đa ngành, đánh giá an
toàn các công trình thủy lợi, giao thông. Mục tiêu cụ thể bao gồm:
 Nghiên cứu, tính toán mƣa một ngày lớn nhất khu vực Nam Trung Bộ bằng
phƣơng pháp chi tiết hóa lƣợng mƣa từ các mô hình khí hậu toàn cầu.
 Xác định phƣơng pháp tính lũ thiết kế có xét đến BĐKH cho khu vực Nam
Trung Bộ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tƣợng nghiên cứu của Luận án là mƣa và lũ thiết kế có xét đến BĐKH.
 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 Yên, Khánh Hoà,
Ninh Thuận và Bình Thuận.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
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 mô
hình khí hậu toàn 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 có nhằm
tập hợp, đánh giá các nghiên cứu về mƣa lũ có xét đến BĐKH trên thế giới và
trong nƣớc.
 Phƣơng pháp chi tiết hóa lƣợng mƣa từ các mô hình khí hậu toàn cầu về từng
trạm phục vụ tính toán lƣợng mƣa một ngày lớn nhất.

 Phƣơng pháp mô hình toán, tính toán lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ- Việt
Nam.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3


BĐKH là một chủ đề đƣợc nhiều chính phủ, tổ chức và các nhà khoa học trên Thế giới
quan tâm nên đã có rất nhiều nghiên cứu và mô hình BĐKH ra đời. Mặc dù vậy vẫn
chƣa có một mô hình BĐKH nào đƣợc đánh giá là tốt nhất trên Thế giới để có thể lựa
chọn 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 đến lƣợng
mƣa một ngày lớn nhất cho vùng nghiên cứu, có xét đến sự khác biệt giữa các mô hình
khí hậu cho khu vực Nam Trung Bộ, có đóng góp khoa học về phƣơng pháp luận tính
toán mƣa, lũ khi xét đến BĐKH cho một khu vực cụ thể.
Kết quả tính toán mƣa, lũ thiết kế cho các lƣu vực vừa, nhỏ và một số lƣu vực có diện
tích lớn của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có giá trị trong công tác
kiểm tra, đánh giá an toàn các công trình thủy lợi, giao thông, cũng nhƣ trong tính toán
thiết kế phục vụ nâng cấp và xây mới các công trình trong khu vực Nam Trung Bộ
mang ý nghĩa thực tiễn cao.
6. Cấu trúc của luận án
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 đến mƣa,
lũ trên Thế giới và Việt Nam. Phân tích những hạn chế trong các nghiên cứu về mƣa
và lũ có xét đến biến đổi khí hậu ở Việt Nam và đã định hƣớng nghiên cứu tính toán
mƣa, 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 mô hình khí hậu toàn cầu, phân tích
đánh giá và lựa chọn mô hình ứng dụng trong luận án. Thiết lập đƣợc những cơ sở
khoa học để phân tích hiệu chỉnh sai số. Xây dựng mô hình thông số bán phân bố, mô
phỏng dòng chảy cho các lƣu vực có diện tích lớn thuộc khu vực nghiên cứu

4


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

5


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ CÓ XÉT ĐẾN
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
1.1

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

Mƣa, lũ là những hiện tƣợng tự nhiên gây ra những tác động to lớn đến con ngƣời, xã
hội và môi trƣờng, đã có nhiều nghiên cứu về mƣa, lũ đƣợc thực hiện với các mục đích
khác 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 đến là:
Những nghiên cứu dựa trên bộ số liệu quan trắc đƣợc thực hiện trên quy mô toàn cầu
nhƣ công trình của Frich và nnk, 2002 [2]. Kết quả nghiên cứu của Alexander và nnk,
2006 [3] với các chỉ số đƣợc phân tích cho thấy xu thế tăng của mƣa lớn, mƣa cực trị

chiếm ƣu thế. Xu thế này cũng đƣợc tìm thấy ở các khu vực nhƣ phía nam Châu Phi,
đông nam Châu Úc, phía tây nƣớc Nga, nhiều khu vực thuộc Châu Âu và phần phía
đông của nƣớc Mỹ. Nghiên cứu của Frich và nnk, 2002 [2] còn cho thấy xu thế giảm
của mƣa lớn, mƣa cực trị ở phía đông Châu Á và khu vực Siberia. Những nghiên cứu
trên hình thành bức tranh toàn cầu về sự biến đổi của mƣa lớn trong thế kỷ 20.
Các nghiên cứu trên quy mô toàn cầu cung cấp những thông tin tổng quát về mƣa lớn
và xu thế biến đổi của hiện tƣợng này trên hầu hết các khu vực trên thế giới. Những
thông tin này là cơ sở để các nghiên cứu ở các quy mô 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, phân tích
chƣa thống nhất nên giữa các kết quả nghiên cứu trên quy mô toàn cầu ở một số khu
vực còn chƣa thực sự đồng nhất. Ngoài ra, do số lƣợng trạm không nhiều để cung cấp
đầy đủ thông tin gây khó khăn trong việc phân tích chi tiết cho quy mô khu vực hoặc
quốc gia. Việc tập hợp đƣợc bộ số liệu toàn cầu và kiểm soát chất lƣợng của toàn bộ số
liệu là không dễ dàng. Mỗi khu vực có một chế độ khí hậu tƣơng đối khác nhau nên
chỉ số mƣa lớn, mƣa cực trị cho các khu vực này cũng cần đƣợc thay đổi cho phù hợp.
Do vậy, những nghiên cứu trên quy mô nhỏ hơn là cần thiết để có đƣợc những phân
tích chi tiết và phù hợp hơn với chế độ khí hậu cũng nhƣ các đặc điểm mƣa lớn, mƣa
cực trị của một vùng hoặc quốc gia.

6


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 quy mô
Châu lục tiêu biểu nhƣ công trình của Re và Barros, 2009 [4] cho khu vực Đông Nam
của Nam Mỹ. Nghiên cứu này cho thấy cƣờng độ và tần suất mƣa lớn có xu thế gia
tăng đối với khu vực nghiên cứu. Xu thế biến đổi của mƣa lớn trên khu vực lòng chảo
La Plata thuộc Châu Mỹ đƣợc Penalba và Robledo, 2009 [5] đánh giá theo các mùa.
Kết quả cho thấy xu thế tăng của mƣa trong các mùa xuân, hè và thu với khu vực La

Plata. Xu thế tăng này chỉ phát hiện đƣợc trong mùa hè với khu vực phía Nam của
Brazil 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] tập
trung nghiên cứu và thấy đƣợc xu thế giảm của mƣa trên khu vực quan tâm. Xu thế
biến đổi của mƣa ở khu vực Châu Âu nhìn chung là tăng với hầu hết các chỉ số. Xu thế
tăng về mƣa nhanh hơn so với xu thế tăng của tổng lƣợng mƣa năm. Ở các trạm có xu
thế mƣa cực trị giảm thì lƣợng mƣa trung bình năm ở các trạm này cũng giảm. Các kết
luận về xu thế biến đổi của mƣa lớn trên khu vực Châu Âu đƣợc rút ra từ công trình
của 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 hết các
trạm. Cƣờng độ tăng trên một số trạm ở Úc, Fiji, New Caledonia, French Polynesia và
Nhật Bản. Những đặc điểm biến đổi của mƣa lớn trên khu vực Châu Úc đƣợc nghiên
cứu bởi Haylock và Nicholls, 2000 [8]. Nghiên cứu này cho thấy tần suất mƣa ở phía
Tây nam Châu Úc giảm mạnh, ở phía Bắc sự gia tăng tần suất là không đáng kể.
Shaw (1964) [9] viết cuốn sổ tay tính toán thủy văn có đề cập đến phƣơng pháp tính
toán lũ thiết kế phụ thuộc vào diện tích lƣu vực và tình trạng số liệu: đối với lƣu vực
lớn, đủ số liệu thì dùng phƣơng pháp ngẫu nhiên (thống kê xác suất), đối với lƣu vực
nhỏ dùng phƣơng pháp mô hình quan hệ, đƣờng lũ đơn vị và quan hệ lƣu lƣợng với
diện 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 quá trình thu phóng, lựa chọn mƣa thiết kế và
xây dựng đƣờng cong IDF, biểu đồ mƣa thiết kế dạng đƣờng cong tích lũy 24h, ƣớc
tính thời gian mƣa giới hạn, tính toán lƣợng mƣa lớn nhất khả năng (PMF), các bản đồ

7


đẳng trị mƣa với các thời gian mƣa, D = 5 - 60 phút hay 30 phút - 24h cho các thời kỳ
lặp lại T = 1 - 100 năm. Các phƣơng pháp chuyển đổi mƣa hiệu quả và xác định dòng
chảy thiết kế gồm đỉnh lũ, tổng lƣợng và quá trình lũ thiết kế dùng để thiết kế công

trình thoát nƣớc, mô phỏng vùng ngập lụt, thiết kế hồ chứa, sử dụng và quản lý tài
nguyên nƣớc. Đối với thoát nƣớc, Chow cũng giới thiệu phƣơng pháp tính lũ cho lƣu
vực vừa và nhỏ theo mô hình quan hệ với A là diện tích lƣu vực, I là cƣờng độ mƣa, C
là hệ số dòng chảy. Ngoài ra, các đƣờng lũ đơn vị cũng đƣợc đề cập sử dụng cho các
lƣu vực vừa và nhỏ.
Vijay (2002) [11] trình bày các mô hình toán ứng dụng để tính lũ cho lƣu vực lớn và
các lƣu vực nhỏ. Đối với các lƣu vực nhỏ các mô hình ứng dụng trình bày 15 mô hình
đại diện trên toàn thế giới. Về lý thuyết cơ bản để xây dựng các mô hình đều là những
kiến thức ứng dụng từ các tài liệu của Chow hay Maidment.
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 tổng lƣợng
lũ, đỉnh lũ, tần suất lũ, xác suất rủi ro với các phƣơng pháp đề xuất nhƣ: Đƣờng lũ đơn
vị tức thời, mô hình Nash, mô hình Clark, đƣờng lũ đơn vị SCS, hồi quy tuyến tính,
phân tích thống kê xác suất, mô hình toán, tính lũ tại vị trí không có số liệu quan trắc
theo phƣơng pháp hồi quy đa biến.
Lê Đình Thành (1997) [13] đã nghiên cứu tìm ra khả năng và điều kiện ứng dụng
phƣơng pháp tính mƣa lớn nhất khả năng (PMP) và lũ lớn nhất khả năng (PMF), từ đó
kiến 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 lũ liên
quan đến lũ lớn nhất khả năng.
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.

8

Doãn Thị Nội (2016) [16], Luận án Tiến sỹ với đề tài: “Nghiên cứu sự biến động của
mƣa lũ và đề xuất cơ sở khoa học tính lũ cho công trình giao thông vùng núi Đông Bắc
– Việt Nam”. Luận án đã bổ sung phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho công trình giao
thông 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 lũ cho
công trình thoát nƣớc trên đƣờng giao thông. Tuy nhiên, luận án mới dừng lại ở việc
xem xét sự biến động của mƣa mà chƣa đánh giá đƣợc biến động của lũ trên toàn bộ
khu vực nghiên cứu.
Sổ tay Kỹ thuật Thủy Lợi (Chƣơng 3, tập 4) [17] đã đƣa ra các phƣơng pháp tính lũ
hiện nay ứng với các trƣờng hợp có tài liệu, thiếu tài liệu và không có tài liệu. Ngoài ra
trong Sổ tay cũng đề cập đến lũ cực hạn PMF bằng phƣơng pháp tính toán PMP từ hai
loại mô hình là mô hình mƣa đối lƣu và mô hình mƣa địa hình theo các thời đoạn
ngắn. Sổ tay là một tài liệu quan trọng đƣa ra cách tiếp cận dựa trên nền của QP.TL C
- 6- 77 giúp việc tính toán lũ thiết kế dễ dàng hơn.
Tiêu chuẩn Việt Nam 9845(2013) [18] đƣợc xây dựng dựa trên cơ sở tham khảo
22TCN220-95 về tính toán các đặc trƣng dòng chảy lũ do Tổng cục Đƣờng bộ Việt
Nam biên soạn. Tài liệu này đề cập đến các công thức kinh nghiệm trong tính toán lũ
thiết kế bao gồm các phƣơng pháp nằm trong QP.TL C - 6- 77 nhƣng có xem xét đến
các yếu tố về khẩu độ cầu, cống phục vụ cho các công trình giao thông.
Ngoài các tài liệu cơ bản đã nêu, còn 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 tập trung
dòng chảy hay phƣơng thức chuyển đổi mƣa hiệu quả vẫn nhƣ những tài liệu trên. Tuy
nhiên từ hai thập kỷ trở lại đây với sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ máy tính, kỹ
thuật viễn thám và GIS cho phép các nhà khoa học phân tích và thử nghiệm, cập nhật
những công nghệ hiện đại nhằm chính xác hóa các tham số mà các phƣơng pháp trƣớc
đây chƣa xây dựng đƣợc.
1.2

Sơ lƣợc về BĐKH và các kịch bản

Sự phát thải khí nhà kính là hệ quả của nhiều quá 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

9


triển kinh tế - xã hội, và sự thay đổi về công nghệ. Đây là quá trình mà sự tiến triển
của chúng trong tƣơng lai cần phải ƣớc tính trƣớc đƣợc. Điều đó cũng có nghĩa là phải
đƣa ra đƣợc bức tranh tƣơng lai của các tác động điều khiển, chi phối nói trên. Đó
chính là các kịch bản phát triển của thế giới nói chung mà dựa trên cơ sở đó có thể ƣớc
tính đƣợc lƣợng khí nhà kính sẽ phát triển trong tƣơng lai, đƣợc phác họa một cách có
cơ sở khoa học, và chúng là công cụ hỗ trợ trong việc phân tích biến đổi khí hậu, bao
gồm mô hình hóa khí hậu và đánh giá tác động, giải pháp thích ứng và giảm thiểu thiệt
hại. Khả năng mà một phƣơng án phát thải nào đó sẽ xảy ra nhƣ đã mô tả trong các
kịch bản là không chắc chắn và ngay chính các mô hình khí hậu cũng còn có những
hạn chế.
Cuối thế kỷ 20 và thập niên đầu của thế kỷ 21, Uỷ ban Liên chính phủ về Biến đổi khí
hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) đƣa ra các kịch bản biến
đổi khí hậu theo các giai đoạn, lần đầu tiên năm 1990 và bổ sung vào năm 1992, lần
thứ 2 vào năm 2000, lần thứ 3 năm 2001, lần thứ 4 năm 2007 và lần thứ 5 năm 2014.
SRES (Special Report on Emission Scenarios) là kịch bản đƣợc sử dụng cho các báo
cáo lần 3 và lần 4 đã hạn chế kết quả kịch bản biến đổi khí hậu đƣợc thiết lập bằng bốn
họ kịch bản chính tƣơng ứng với các tình huống có thể xảy ra trong tƣơng lai của thế
giới là A1, A2, B1 và B2. Mỗi kịch bản đƣợc xây dựng tƣơng ứng với các bức tranh
chi tiết mô tả điều kiện xã hội, kinh tế, công nghệ, môi trƣờng và chính trị toàn cầu
khác nhau. Họ kịch bản A1 mô tả một thế giới phát triển kinh tế rất nhanh, dân số tăng
chậm và tạo ra nhanh các công nghệ mới và hiệu quả. Họ kịch bản A2 mô tả một thế
giới không đồng nhất, mức tăng trƣởng dân số cao, phát triển kinh tế và đổi mới công
nghệ chậm hơn các họ kịch bản khác. Họ kịch bản B1 mô tả một thế giới có dân số
chậm phát triển, kinh tế dịch vụ và thông tin biến đổi nhanh, tƣơng ứng với công nghệ

sạch hơn và ít dựa vào nguồn tài nguyên thiên nhiên. Họ kịch bản B2 mô tả một thế
giới dựa vào các giải pháp địa phƣơng để giải quyết những vấn đề toàn cầu, dân số
phát triển vừa phải, phát triển kinh tế mức trung bình và có nhiều thay đổi về công
nghệ hơn các họ A1 và B1. Sau đó, từ mỗi họ kịch bản khác nhau, có tổng 40 kịch bản
đã đƣợc xây dựng dựa trên 4 họ kịch bản A1, A2, B1 và B2 theo hai cách tiếp cận là
tuần tự và đồng thời (hình 1.1).

10


Năm 2013, IPCC công bố kịch bản cập nhật, đƣờng phân bố nồng độ khí nhà kính đại
diện, RCP đƣợc sử dụng để thay thế cho các kịch bản SRES (Wayne, 2013 [19]) . Các
RCP đƣợc lựa chọn sao cho đại diện đƣợc các nhóm kịch bản phát thải và đảm bảo
bao gồm đƣợc khoảng biến đổi của nồng độ các khí nhà kính trong tƣơng lai một cách
hợp lý. Các RCP cũng đảm bảo tính tƣơng đồng với các kịch bản SRES (IPCC,2007
[20]).

Hình 1.1 Hai cách tiếp cận trong xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC (2010)
(Moss và nnk, 2010 [21])
Các tiêu chí để xây dựng RCP (Moss và nnk, 2010 [21]), bao gồm:
(1) Các RCP phải đƣợc dựa trên các kịch bản đã đƣợc công bố trƣớc đó, đƣợc phát
triển độc lập bởi các nhóm mô hình khác nhau và "đại diện" về mức độ phát thải và
nồng độ khí nhà kính. Đồng thời, mỗi RCP phải mô tả hợp lý và nhất quán trong tƣơng
lai (không có sự chồng chéo giữa các RCP);
(2) Các RCP phải cung cấp thông tin về tất cả các thành phần của bức xạ tác động cần
thiết để làm đầu vào của các mô hình khí hậu và mô hình hóa khí quyển (phát thải khí
nhà kính, ô nhiễm không khí và sử dụng đất). Hơn nữa, những thông tin này là có sẵn
đối với các khu vực địa lý;
(3) Các RCP có thể đƣợc xác định theo số liệu trong thời kỳ cơ sở đối với phát thải và
sử dụng đất, cho phép chuyển đổi giữa các phân tích trong thời kỳ cơ sở và tƣơng lai;

11


(4) Các RCP có thể đƣợc xây dựng cho khoảng thời gian tới năm 2100 và vài thế kỷ
sau 2100.
Trên cơ sở các tiêu chí trên, bốn kịch bản RCP (RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6)
đã đƣợc xây dựng. Tên các kịch bản đƣợc ghép bởi RCP và độ lớn của bức xạ tác
động tổng cộng của các khí nhà kính trong khí quyển đến thời điểm vào năm 2100.
Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao (RCP8.5) đƣợc phát triển bởi Viện Phân tích hệ
thống ứng dụng quốc tế, Úc. Kịch bản RCP8.5 đƣợc đặc trƣng bởi bức xạ tác động
tăng liên tục từ đầu thế kỷ và đạt 8,5W/m2 vào năm 2100, tiếp tục tăng tới 13W/m2 vào
năm 2200 và ổn định sau đó. Kịch bản RCP8.5 tƣơng đƣơng với SRES A1FI (Riahi và
nnk, 2007 [22]). Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình cao (RCP6.0) đƣợc phát
triển bởi nhóm nghiên cứu mô hình AIM tại Viện Nghiên cứu Môi trƣờng (NIES),
Nhật Bản. RCP6.0 là một trong hai kịch bản trung bình với bức xạ tác động ổn định.
Bức xạ tác động trong RCP6.0 tăng tới mức khoảng 6,0W/m2 vào năm 2100 và ổn
định sau đó với giả thiết là áp dụng các công nghệ và chiến lƣợc giảm phát thải khí
nhà kính. Kịch bản RCP6.0 tƣơng đƣơng với kịch bản SRES B2 (Fujino và nnk, 2006
[23]; Hijioka và nnk, 2008 [24]). Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp
(RCP4.5) đƣợc phát triển bởi nhóm nghiên cứu mô hình GCAM tại Phòng thí nghiệm
quốc tế Tây Bắc Thái Bình Dƣơng, Viện Nghiên cứu Biến đổi toàn cầu (JGCRI), Hoa
Kỳ. Đây cũng là kịch bản có bức xạ tác động ổn định, trong đó tổng bức xạ tác động
đạt tới mức khoảng 4,5W/m2 vào năm 2065, ổn định tới năm 2100 và sau đó, không có
sự tăng đột ngột trong một thời gian dài. Kịch bản RCP4.5 tƣơng đƣơng với SRES B1
(Clarke và nnk, 2007 [25]). Kịch bản nồng độ khí nhà kính thấp (RCP2.6) đƣợc phát
triển bởi nhóm mô hình IMAGE của Cơ quan đánh giá môi trƣờng Hà Lan (PBL).
Trong RCP2.6, bức xạ tác động đạt đến giá trị khoảng 3,1W/m2 vào giữa thế kỷ, sau
đó giảm về giá trị 2,6 W/m2 vào năm 2100 và tiếp tục giảm sau đó. Để đạt đƣợc mức
bức xạ tác động thấp này, phát thải khí nhà kính phải giảm một cách đáng kể theo thời

gian. Không có kịch bản SRES tƣơng đƣơng với kịch bản RCP2.6 (Van Vuuren và
nnk, 2011 [26]).

12


Bảng 1.1 Các kịch bản Biến đổi khí hậu
Kịch
bản
RCP

Bức xạ
tác động
năm 2100

Nồng độ
CO2tđ năm
2100 (ppm)

Tăng nhiệt độ toàn cầu
(oC) vào năm 2100 so
với thời kỳ cơ sở (19862005)

Đặc điểm đƣờng
phân bố cƣỡng bức
bức xạ tới năm 2100

RCP2.6

2,6W/m2

490

1,5

Đạt cực đại 3,0
W/m2 rồi giảm

RCP4.5
RCP6.0
RCP8.5

4,5W/m2
6,0W/m2
8,5W/m2

650
850
1370

2,4
3,0
4,9

Tăng dần rồi ổn định
Tăng dần rồi ổn định
Tăng liên tục

Kịch bản
SRES

tƣơng
đƣơng
Không có
tƣơng
đƣơng
B1
B2
A1FI

Các mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs – General Circulation Models) đƣợc sử dụng để
mô phỏng sự thay đổi các đặc trƣng khí tƣợng trong tƣơng lai theo các kịch bản
BĐKH. Đây là các mô hình số trị, là công cụ tiên tiến nhất hiện nay để mô tả các quá
trình vật lý trong bầu khí quyển, đại dƣơng, bề mặt đất… mô phỏng phản ứng của hệ
thống khí hậu toàn cầu. Dù có các mô hình đơn giản hơn đã đƣợc sử dụng để ƣớc tính
trên phạm vi toàn cầu hoặc trung bình về phản ứng khí hậu nhƣng chỉ có GCMs kết
hợp lồng với các mô hình vùng là có khả năng cung cấp các ƣớc tính phù hợp về mặt
địa lý và vật lý của biến đổi khí hậu khu vực đƣợc yêu cầu trong phân tích tác động.
Chi tiết về các mô hình số trị này đƣợc trình bày ở mục 2.1.
1.3

Tổng quan các nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ

1.3.1 Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mưa, lũ trên thế giới
Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu đã và đang tác động trực tiếp đến đời sống
kinh tế-xã hội và môi trƣờng toàn cầu, nhiều nơi trên thế giới đã phải chịu nhiều thiên
tai nguy hiểm nhƣ bão lớn, nắng nóng dữ dội, lũ lụt, hạn hán và khí hậu khắc nghiệt
gây thiệt hại lớn về vật chất và tính mạng con ngƣời. Nhiều nghiên cứu cho thấy mối
liên hệ giữa các thiên tai nói trên với biến đổi khí hậu. Thế giới đang ấm lên rõ rệt nhƣ
hiện nay và việc xuất hiện ngày càng nhiều các thiên tai đặc biệt nguy hiểm với tần
suất, quy mô và cƣờng độ ngày càng khó lƣờng, thì những nghiên cứu về biến đổi khí

hậu càng cần đƣợc đẩy mạnh. Mặt khác lƣợng mƣa và dòng chảy là hai yếu tố quan
trọng hình thành nên dòng chảy lũ. Các dự án biến đổi khí hậu IPCC, 2007 [20] chỉ ra
rằng biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn ở nhiều vùng trên thế giới. Những
nghiên cứu sự thay đổi chế độ thủy văn trên toàn cầu, vùng hay khu vực có xét đến

13


biến đổi khí hậu đang đƣợc sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học. Nhiều
nghiên cứu đã đƣợc các nhà khoa học đƣa ra và đều cho những kết quả khả quan.
Hilton Silveira Pinto và nnk (2014) [27] đã phân tích xu hƣớng lƣợng mƣa một ngày
lớn nhất tại miền Trung, miền Nam và Đông Nam của Brazil trong 71 năm qua, công
trình nghiên cứu đã phân tích rõ sự thay đổi lƣợng mƣa một ngày lớn nhất trên các khu
vực khác nhau.
Schoenwiese và nnk (1994) [28], Schoenwiese và Rapp (1997) [29] đã đƣa ra một
nghiên cứu khái quát về sự biến đổi xu hƣớng mƣa mùa ở một số nƣớc Châu Âu thời
kỳ 1961-1990 và 1891-1990. Từ năm 1961-1990 là xu thế tăng lên của lƣợng mƣa vào
mùa xuân ở phía bắc nƣớc Ý và xu thế giảm vào mùa thu ở phía nam Châu Âu, trong
khi đó đối với thời kỳ 1891-1990 lại quan trắc đƣợc một xu thế khí hậu khô hơn ở một
vài vùng trên khu vực Địa Trung Hải.
Nghiên cứu của Piervitali và nnk (1998) [30] đã cho thấy xu thế giảm lƣợng mƣa năm
ở vùng Trung tâm của phía tây Địa Trung Hải trong thời kỳ 1951-1995.
R. Dankers, L. Feyen (2008) [31] đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hiểm
họa lũ ở châu Âu trong tƣơng lai. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình HIRHAM để mô
phỏng khí hậu vùng với độ phân giải ngang 12 km làm đầu vào cho mô hình thủy văn
LISFLOOD nhằm tính toán tần suất của các giá trị lƣu lƣợng cực đoan. Kết quả cho
thấy vào cuối thế kỷ này với kịch bản phát thải A2 các giá trị lƣu lƣợng cực đoan ở
nhiều sông suối Châu Âu sẽ tăng cả tần suất và độ lớn. Một số con sông đặc biệt là ở
phía Tây và một phần của Đông Âu, các trận lũ ứng với tần suất xuất hiện 100 năm
một lần sẽ giảm xuống còn 50 năm.

Ở Na Uy [32], tính toán lại lũ thiết kế đƣợc yêu cầu phải cập nhật sau mỗi 15-20 năm
để đảm bảo an toàn đập. Tác động của BĐKH cũng đƣợc xem xét trong bài toán phân
tích rủi ro do lũ. Đánh giá sự BĐKH bằng cách sử dụng phƣơng pháp mƣa – dòng
chảy để phân tích. Kết quả biến đổi đƣợc chia thành các mức độ thay đổi 0%, 20%,
40%. Một số vùng của Na Uy đƣợc dự báo là có sự suy giảm về dòng chảy lũ, thì mức
độ thay đổi đƣợc đề xuất là 0%. Một số vùng khác tính toán cho thấy lƣu lƣợng đỉnh lũ
thiết kế có thể gia tăng thêm 20-40%, từ đó có những giải pháp thích hợp.

14