Nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả - Luận án tiến sĩ biến đổi khí hậu

Tài liệu nghiên cứu đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả.

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

178

Thời gian đọc

27 phút

Lượt xem

1

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu sông Cả
Số trang:
178 trang
Trường:
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu
Chuyên ngành:
Biến đổi Khí hậu
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Tác động thay đổi thảm phủ biến đổi khí hậu sông Cả

Lưu vực sông Cả giữ vai trò chiến lược đối với an ninh nguồn nước miền Trung. Khu vực này đối mặt với hai thách thức lớn. Đó là sự biến đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu toàn cầu. Rừng tự nhiên bị thu hẹp đáng kể trong nhiều thập kỷ qua. Đất lâm nghiệp chuyển đổi thành đất nông nghiệp và đất thổ cư. Nhiệt độ trung bình toàn lưu vực có xu hướng gia tăng liên tục. Lượng mưa phân bố ngày càng bất thường qua các mùa. Những biến động này làm xáo trộn chế độ dòng chảy tự nhiên. Lũ lụt xuất hiện dồn dập vào mùa mưa. Hạn hán kéo dài nghiêm trọng trong mùa khô. Việc đánh giá tổng hợp giúp xác định nguyên nhân cốt lõi gây biến đổi thủy văn. Kết quả cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho quy hoạch phát triển bền vững.

1.1. Hiện trạng thảm phủ và các biểu hiện biến đổi khí hậu

Sự thay đổi sử dụng đất và lớp phủ đất (LULC) diễn ra mạnh mẽ tại lưu vực sông Cả. Diện tích rừng tự nhiên sụt giảm nghiêm trọng trong giai đoạn 1990 đến 2020. Rừng phòng hộ đầu nguồn bị chia cắt bởi hoạt động khai hoang. Diện tích đất trồng trọt và cây công nghiệp ngắn ngày mở rộng nhanh chóng. Tốc độ đô thị hóa hạ lưu diễn ra mạnh mẽ. Đồng thời, các biểu hiện khí hậu cực đoan xuất hiện với tần suất dày đặc. Nhiệt độ mùa hè tăng cao dẫn đến bốc thoát hơi nước mạnh. Mùa mưa xuất hiện nhiều đợt mưa lớn tập trung với cường độ cao. Mùa khô kéo dài khiến nguồn nước bổ cập bị suy giảm nghiêm trọng. Hai yếu tố này tác động đồng thời lên toàn bộ hệ sinh thái sông.

1.2. Mối liên hệ giữa thảm phủ thực vật và phản ứng thủy văn

Thảm phủ thực vật đóng vai trò như một bộ đệm thủy văn tự nhiên. Tán rừng giữ lại một lượng nước mưa đáng kể trước khi rơi xuống đất. Lớp thảm mục làm tăng khả năng thấm nước vào các tầng đất sâu. Khi thảm phủ rừng biến mất, khả năng giữ nước của lưu vực suy giảm mạnh. Hệ số dòng chảy mặt tăng vọt trong các trận mưa lớn. Nước mưa nhanh chóng dồn về lòng sông chính gây lũ quét. Ngược lại, lượng nước thấm vào tầng ngậm nước ngầm giảm rõ rệt. Nguồn nước cấp cho sông trong mùa khô bị thiếu hụt nghiêm trọng. Sự suy giảm thảm phủ làm trầm trọng thêm các tác động tiêu cực từ biến đổi khí hậu. Mối liên hệ tương hỗ này đòi hỏi các giải pháp đánh giá định lượng chi tiết.

II. Phương pháp mô hình hóa dòng chảy cho lưu vực sông Cả

Nghiên cứu thủy văn hiện đại ứng dụng kết hợp nhiều công cụ toán học và viễn thám. Chuỗi Markov kết hợp hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata giúp mô phỏng động thái thảm phủ. Mô hình thủy văn SWAT được thiết lập để mô phỏng cân bằng nước chi tiết trên toàn lưu vực. Mô hình HEC-HMS hỗ trợ phân tích dòng chảy lũ với độ chính xác cao. Dữ liệu địa hình số DEM và dữ liệu viễn thám Landsat cung cấp đầu vào không gian. Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn nhiều năm phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Việc tích hợp mô hình không gian và mô hình thủy lực tạo ra khung đánh giá toàn diện. Khung phương pháp này giúp định lượng chính xác tác động riêng rẽ và tác động tổng hợp của từng kịch bản.

2.1. Ứng dụng chuỗi Markov và Cellular Automata dự báo LULC

Phương pháp chuỗi Markov tính toán ma trận xác suất chuyển đổi giữa các loại hình thảm phủ. Hệ tự hành tế bào Cellular Automata xác định vị trí không gian của các biến động đất đai. Quá trình mô phỏng thay đổi sử dụng đất và lớp phủ đất (LULC) dựa trên các tác nhân kinh tế và tự nhiên. Khoảng cách đến mạng lưới giao thông, sông suối và độ dốc địa hình là các biến số quan trọng. Phương pháp chuyên gia Delphi giúp cân chỉnh trọng số phù hợp với thực tế địa phương. Mô hình cho phép dự báo phân bố thảm phủ đến năm 2030 và 2050 theo các định hướng phát triển. Kết quả phân loại được kiểm định bằng hệ số Kappa đạt độ tin cậy rất cao. Bản đồ thảm phủ tương lai là dữ liệu đầu vào cốt lõi cho mô hình thủy văn.

2.2. Thiết lập và kiểm định mô hình thủy văn SWAT và HEC HMS

Mô hình thủy văn SWAT chia lưu vực sông Cả thành hàng trăm tiểu lưu vực và đơn vị phản ứng thủy văn. Mô hình tính toán chi tiết bốc thoát hơi nước, dòng chảy mặt, thấm và dòng chảy ngầm. Bên cạnh đó, mô hình HEC-HMS được sử dụng để mô phỏng chi tiết các trận lũ lịch sử. Dữ liệu dòng chảy thực đo tại các trạm thủy văn Dừa, Nam Đàn, Yên Thượng dùng để hiệu chỉnh. Các chỉ số đánh giá độ tin cậy như hệ số Nash-Sutcliffe (NSE) và sai số thể tích (PBIAS) đều đạt chuẩn rất tốt. Mô hình sau kiểm định tái hiện chính xác diễn biến dòng chảy thực tế. Đây là công cụ tin cậy để chạy thử nghiệm các kịch bản môi trường giả định trong tương lai.

2.3. Tích hợp kịch bản biến đổi khí hậu RCP vào mô phỏng

Nghiên cứu áp dụng các kịch bản biến đổi khí hậu RCP được Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố. Kịch bản RCP4.5 đại diện cho mức phát thải trung bình. Kịch bản RCP8.5 đại diện cho mức phát thải cao không có can thiệp giảm thiểu. Dữ liệu khí tượng tương lai bao gồm nhiệt độ cực đại, nhiệt độ cực tiểu và lượng mưa ngày. Số liệu này được hiệu chỉnh quy mô không gian để phù hợp với đặc thù lưu vực sông Cả. Các kịch bản khí hậu được ghép nối trực tiếp với kịch bản thảm phủ dự phóng. Phép thử kết hợp cho phép tách bạch mức độ đóng góp của biến đổi khí hậu và chuyển đổi đất đai. Điều này giúp nhìn nhận rõ mức độ rủi ro đối với tài nguyên nước.

III. Tác động tới dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm sông Cả

Sự kết hợp giữa biến đổi thảm phủ và khí hậu làm đảo lộn cấu trúc cân bằng nước lưu vực. Dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm có những phản ứng trái ngược nhau qua từng thời kỳ. Dòng chảy mặt có xu hướng tăng mạnh về cường độ và tốc độ tập trung nước. Ngược lại, tầng chứa nước ngầm bị suy kiệt nguồn bổ cập tự nhiên. Các kịch bản biến đổi khí hậu RCP cực đoan làm gia tăng biên độ dao động giữa hai thành phần này. Hiện tượng xói mòn bề mặt diễn ra gay gắt trên sườn dốc đồi núi. Quá trình rửa trôi lớp đất mặt làm suy giảm chất lượng nước mặt. Cân bằng thủy văn bị phá vỡ đe dọa trực tiếp đến sự ổn định của hệ sinh thái ven sông.

3.1. Xu hướng gia tăng dòng chảy mặt trong các đợt mưa lớn

Quá trình bê tông hóa và mất thảm phủ rừng khiến hệ số nhám bề mặt suy giảm. Nước mưa rơi xuống bề mặt dốc chuyển hóa tức thì thành dòng chảy tràn lan. Dòng chảy mặt tăng nhanh về lưu lượng đỉnh và rút ngắn thời gian tập trung nước. Trong các trận mưa bão lớn, lượng dòng chảy mặt trên các phụ lưu tăng từ mười lăm đến hai mươi lăm phần trăm. Vận tốc dòng chảy cao dẫn đến hiện tượng xâm thực bờ sông và sạt lở đất nghiêm trọng. Lớp đất mặt bị bóc mòn cuốn trôi lượng lớn bùn cát vào hệ thống sông chính. Hiện tượng bồi lắng lòng hồ chứa và cửa sông diễn biến phức tạp hơn. Vấn đề này làm giảm dung tích phòng lũ của các công trình thủy lợi thủy điện.

3.2. Nguy cơ suy thoái rừng làm giảm dòng chảy ngầm lưu vực

Tình trạng suy thoái rừng đầu nguồn Nghệ An Hà Tĩnh cản trở trực tiếp quá trình thấm nước. Rừng tự nhiên suy giảm làm mất đi mạng lưới rễ cây giữ nước trong tầng đất. Tầng ngậm nước không nhận đủ lượng ẩm bổ cập trong suốt mùa mưa. Lượng dòng chảy ngầm cung cấp cho dòng chính có xu thế sụt giảm liên tục. Dòng chảy cơ bản trong mùa khô bị hạ thấp mức nghiêm trọng. Mực nước ngầm tại các giếng khoan ven sông sụt giảm từ một đến hai mét vào mùa cạn. Tình trạng này gây khó khăn lớn cho việc cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu nông nghiệp. Nguồn nước ngầm dự trữ suy kiệt đặt hệ sinh thái lưu vực trước nguy cơ khô hạn kéo dài.

IV. Biến động dòng chảy mùa kiệt và lũ lớn trên sông Cả

Chế độ thủy văn sông Cả đang trải qua những xáo trộn cực đoan theo mùa. Mùa mưa đối mặt với nguy cơ lũ lụt khốc liệt và khó lường. Mùa khô lại đối diện với tình trạng kiệt quệ nguồn nước kéo dài. Sự chênh lệch giữa lưu lượng mùa lũ và mùa kiệt ngày càng giãn rộng. Các trận lũ xuất hiện với thời gian tập trung ngắn nhưng biên độ nước dâng rất cao. Trong khi đó, dòng chảy mùa kiệt sông Cả chạm các mốc thấp kỷ lục mới. Tình trạng xâm nhập mặn lấn sâu vào vùng hạ du gây tổn thất lớn cho sản xuất. Những biến động này đe dọa trực tiếp an ninh lương thực và đời sống dân sinh trong vùng.

4.1. Nguy cơ suy giảm dòng chảy mùa kiệt sông Cả trong tương lai

Dòng chảy mùa kiệt sông Cả dự báo sẽ giảm mạnh theo các kịch bản phát thải tương lai. Nhiệt độ tăng cao thúc đẩy bốc thoát hơi nước tiềm năng trên toàn bộ lưu vực. Lượng mưa mùa khô giảm kết hợp dòng chảy ngầm cạn kiệt khiến sông thiếu nước trầm trọng. Lưu lượng nước tại các trạm kiểm soát có thể giảm từ mười đến hai mươi phần trăm vào các tháng ba, tháng tư. Tình trạng thiếu nước tưới diễn ra trên diện rộng tại các vùng chuyên canh lúa. Nước mặn từ biển xâm nhập sâu vào nội đồng qua các cửa sông Lam và sông Cấm. Các nhà máy nước sinh hoạt tại hạ du đối mặt với nguy cơ thiếu hụt nguồn nước ngọt nghiêm trọng.

4.2. Xu thế gia tăng lưu lượng đỉnh lũ sông Lam và rủi ro thiên tai

Các đợt mưa bão dị thường kích hoạt lưu lượng đỉnh lũ sông Lam tăng vọt vượt ngưỡng lịch sử. Mô hình mô phỏng chỉ ra đỉnh lũ có thể tăng từ tám đến mười lăm phần trăm. Thời gian xuất hiện đỉnh lũ diễn ra sớm hơn do thảm phủ rừng bị suy giảm. Mực nước dâng nhanh gây áp lực khổng lồ lên hệ thống đê điều ven sông Lam. Vùng đồng bằng trũng thấp thuộc Nghệ An và Hà Tĩnh chịu nguy cơ ngập lụt sâu và kéo dài. Tốc độ dòng lũ xiết đe dọa sự an toàn của các công trình hạ tầng giao thông và thủy lợi. Thiệt hại kinh tế và gián đoạn đời sống xã hội ngày càng gia tăng sau mỗi trận đại hồng thủy.

V. Giải pháp bảo tồn tài nguyên nước ở lưu vực sông Cả

Ứng phó với biến đổi thảm phủ và khí hậu đòi hỏi chiến lược hành động tổng thể. Việc bảo tồn tài nguyên nước lưu vực sông Cả cần kết hợp giữa giải pháp công trình và phi công trình. Phục hồi thảm thực vật đóng vai trò nền tảng để điều hòa nguồn nước tự nhiên. Nâng cao năng lực giám sát và dự báo thủy văn bằng công nghệ số. Vận hành liên hồ chứa thông minh giúp cắt giảm lũ và bổ sung dòng chảy kiệt. Hoàn thiện khung chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng gắn với quản trị nước. Sự phối hợp liên tỉnh giữa Nghệ An và Hà Tĩnh là yếu tố then chốt bảo đảm an ninh nguồn nước bền vững.

5.1. Ngăn chặn suy thoái rừng đầu nguồn Nghệ An Hà Tĩnh

Kiểm soát tình trạng suy thoái rừng đầu nguồn Nghệ An Hà Tĩnh là giải pháp cấp bách hàng đầu. Cần tăng cường bảo vệ diện tích rừng tự nhiên hiện có tại các huyện miền núi cao. Đẩy mạnh trồng mới rừng phòng hộ bằng các loài cây bản địa có bộ rễ sâu giữ nước tốt. Chuyển đổi mô hình canh tác nông lâm kết hợp bền vững trên đất dốc để hạn chế xói mòn. Kiểm soát nghiêm ngặt các hoạt động khai thác khoáng sản và chuyển đổi mục đích sử dụng đất rừng. Tăng cường quyền sở hữu và giao đất giao rừng ổn định lâu dài cho cộng đồng địa phương. Rừng đầu nguồn phục hồi sẽ tái tạo năng lực tích trữ nước tự nhiên cho toàn lưu vực.

5.2. Quản lý bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Cả

Quy hoạch khai thác tài nguyên nước lưu vực sông Cả cần tiếp cận theo phương thức quản lý tổng hợp. Thiết lập hệ thống quan trắc tự động kết hợp mô hình dự báo thời gian thực. Tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện Bản Vẽ, Khe Bố và thủy lợi Ngàn Trươi. Xây dựng các đập dâng và cống ngăn mặn thông minh tại các vùng cửa sông ven biển. Nâng cấp hệ thống kênh mương và áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước trong nông nghiệp. Tăng cường tuyên truyền nâng cao ý thức tiết kiệm nước của người dân và doanh nghiệp. Sự phối hợp chặt chẽ giữa các cấp ban ngành đảm bảo nguồn nước được chia sẻ công bằng và bền vững.

Mục lục chi tiết luận án

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Mục tiêu của luận án
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Câu hỏi nghiên cứu
Luận điểm bảo vệ
Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của luận án
Hướng tiếp cận của luận án
Phương pháp nghiên cứu của luận án
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
Ý nghĩa thực tiễn
Đóng góp mới của luận án
Cấu trúc luận án
1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG
1.1. Một số khái niệm chung
1.1.1. Khái niệm về thảm phủ và sự thay đổi thảm phủ
1.1.2. Khái niệm về biến đổi khí hậu
1.1.3. Khái niệm về đánh giá tác động
1.2. Tổng quan lưu vực sông Cả
1.3. Tổng quan nghiên cứu về mô phỏng biến động thảm phủ trong và ngoài nước
1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới về mô phỏng biến động thảm phủ
1.3.2. Các nghiên cứu trong nước về mô phỏng biến động thảm phủ
1.4. Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông
1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông
1.4.2. Các nghiên cứu trong nước về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông
1.5. Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
1.5.1. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
1.5.2. Các nghiên cứu trong nước về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
1.6. Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
1.7. Tiểu kết chương 1
2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG
2.1. Phương pháp mô phỏng thảm phủ dựa trên chuỗi Markov và hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata
2.1.1. Phân loại thảm phủ
2.1.2. Mô phỏng, dự tính biến động trạng thái thảm phủ bằng phân tích chuỗi Markov
2.1.3. Mô phỏng biến động thảm phủ theo không gian bằng hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata
2.1.4. Kiểm định kết quả phân loại và mô phỏng
2.2. Phương pháp Delphi xác định các tác nhân mô phỏng sự thay đổi thảm phủ về không gian
2.3. Phương pháp đánh giá định lượng tác động của biến động thảm phủ và biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông
2.3.1. Mô phỏng dòng chảy lưu vực bằng mô hình SWAT
2.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT
2.4. Khung nghiên cứu
2.5. Quy trình mô phỏng sự thay đổi thảm phủ và dự tính kịch bản thảm phủ tương lai
2.5.1. Xử lý và phân loại thảm phủ
2.5.2. Tạo ma trận xác suất chuyển đổi, Ma trận diện tích chuyển đổi
2.5.3. Tạo bản đồ phù hợp
2.5.4. Mô phỏng sử dụng đất/thảm phủ
2.5.5. Kiểm định mô hình
2.6. Quy trình mô phỏng dòng chảy lưu vực dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu
2.6.1. Phân chia lưu vực
2.6.2. Phân tích đơn vị phản ứng thủy văn
2.6.3. Thiết lập biến tính toán và chạy mô hình
2.6.4. Các thông số lựa chọn
2.6.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mô phỏng
2.7. Dữ liệu sử dụng
2.7.1. Dữ liệu sử dụng mô phỏng sự thay đổi thảm phủ và dự tính thảm phủ tương lai
2.7.1.1. Dữ liệu viễn thám
2.7.1.2. Mô hình số độ cao – DEM
2.7.1.3. Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất
2.7.1.4. Dữ liệu quy hoạch sử dụng đất
2.7.1.5. Dữ liệu thực địa
2.7.2. Dữ liệu sử dụng mô phỏng dòng chảy lưu vực dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu
2.7.2.1. Dữ liệu địa hình
2.7.2.2. Dữ liệu đất
2.7.2.3. Dữ liệu sử dụng đất
2.7.2.4. Dữ liệu khí tượng
2.7.2.5. Dữ liệu dòng chảy thực đo
2.8. Kịch bản biến đổi khí hậu trên lưu vực sông Cả
2.9. Tiểu kết chương 2
3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG CẢ
3.1. Mô phỏng sự thay đổi thảm phủ theo không gian, thời gian cho lưu vực sông Cả
3.1.1. Phân loại thảm phủ
3.1.2. Tính toán ma trận xác suất chuyển đổi, ma trận diện tích chuyển đổi
3.1.3. Xác định các tác nhân, ràng buộc để mô phỏng thay đổi thảm phủ về mặt không gian
3.1.4. Lập bản đồ phù hợp
3.1.5. Mô phỏng thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015
3.1.6. Kiểm định kết quả mô phỏng
3.1.7. Dự tính thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2030
3.2. Đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả
3.2.1. Phân chia tiểu lưu vực
3.2.2. Phân tích đơn vị phản ứng thủy văn HRU
3.2.3. Thiết lập dữ liệu đầu vào mô hình
3.2.4. Hiệu chỉnh, kiểm định, xác định bộ thông số mô phỏng
3.2.5. Phân tích độ nhạy các thông số
3.2.6. Hiệu chỉnh, kiểm định kết quả mô phỏng
3.2.7. Thay đổi thảm phủ trên lưu vực
3.2.8. Mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Cả dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu
3.2.8.1. Dòng chảy mùa lũ
3.2.8.2. Dòng chảy mùa cạn
3.2.8.3. Dòng chảy tháng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tài liệu nghiên cứu đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy trên lưu vực sông cả

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (178 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Nguyễn Thanh Bằng NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ LUẬN ÁN TIẾN SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội, 2023 LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận án là trung thực, khách quan và chưa từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. Nghiên cứu sinh cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. TÁC GIẢ Nguyễn Thanh Bằng LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Doãn Hà Phong và PGS.

Bùi Tiến Diệu. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các thầy, cô đã giúp đỡ tác giả từ những định hướng khoa học ban đầu và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Lãnh đạo, cán bộ, giảng viên, các cơ quan, đơn vị, đặc biệt là Bộ môn Biến đổi khí hậu và Phòng Nghiên cứu Công nghệ Khí tượng Thuỷ văn và Biến đổi khí hậu thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Đông Nam Na Uy (USN) đã giúp đỡ, hỗ trợ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Lãnh đạo và các anh chị em đồng nghiệp Phòng Nghiên cứu Công nghệ Khí tượng Thuỷ văn và Biến đổi khí hậu đã tạo điều kiện tốt nhất về thời gian để tác giả có thể hoàn thành Luận án.

Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã động viên, giúp đỡ hoàn thành Luận án này. TÁC GIẢ Nguyễn Thanh Bằng i MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của luận án. Mục tiêu của luận án.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Câu hỏi nghiên cứu.

Luận điểm bảo vệ. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của luận án. Hướng tiếp cận của luận án. Phương pháp nghiên cứu của luận án.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn. Đóng góp mới của luận án.

Cấu trúc luận án .8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG. Một số khái niệm chung. Khái niệm về thảm phủ và sự thay đổi thảm phủ. Khái niệm về biến đổi khí hậu.

Khái niệm về đánh giá tác động. Tổng quan lưu vực sông Cả. Tổng quan nghiên cứu về mô phỏng biến động thảm phủ trong và ngoài nước. Các nghiên cứu trên thế giới về mô phỏng biến động thảm phủ.

Các nghiên cứu trong nước về mô phỏng biến động thảm phủ. Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông. Các nghiên cứu trong nước về đánh giá tác động của thảm phủ tới dòng chảy lưu vực sông.

Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông. Các nghiên cứu trong nước về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông. Tổng quan nghiên cứu về đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông.

Tiểu kết chương 1 .48 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG. Phương pháp mô phỏng thảm phủ dựa trên chuỗi Markov và hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata. Phân loại thảm phủ. Mô phỏng, dự tính biến động trạng thái thảm phủ bằng phân tích chuỗi Markov.

Mô phỏng biến động thảm phủ theo không gian bằng hệ tự hành dạng tế bào Cellular Automata. Kiểm định kết quả phân loại và mô phỏng. Phương pháp Delphi xác định các tác nhân mô phỏng sự thay đổi thảm phủ về không gian. Phương pháp đánh giá định lượng tác động của biến động thảm phủ và biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông.

Mô phỏng dòng chảy lưu vực bằng mô hình SWAT. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT. Khung nghiên cứu. Quy trình mô phỏng sự thay đổi thảm phủ và dự tính kịch bản thảm phủ tương lai.

Xử lý và phân loại thảm phủ. Tạo ma trận xác suất chuyển đổi, Ma trận diện tích chuyển đổi. Tạo bản đồ phù hợp. Mô phỏng sử dụng đất/thảm phủ.

Kiểm định mô hình. Quy trình mô phỏng dòng chảy lưu vực dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu. Phân chia lưu vực. Phân tích đơn vị phản ứng thủy văn.

Thiết lập biến tính toán và chạy mô hình. Các thông số lựa chọn. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mô phỏng. Dữ liệu sử dụng.

Dữ liệu sử dụng mô phỏng sự thay đổi thảm phủ và dự tính thảm phủ tương lai. Dữ liệu viễn thám. Mô hình số độ cao – DEM. Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất.

Dữ liệu quy hoạch sử dụng đất. Dữ liệu thực địa. Dữ liệu sử dụng mô phỏng dòng chảy lưu vực dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu. Dữ liệu địa hình.

Dữ liệu đất. Dữ liệu sử dụng đất. Dữ liệu khí tượng. Dữ liệu dòng chảy thực đo.

Kịch bản biến đổi khí hậu trên lưu vực sông Cả. Tiểu kết chương 2 .99 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI THẢM PHỦ VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG CẢ. Mô phỏng sự thay đổi thảm phủ theo không gian, thời gian cho lưu vực sông Cả. Phân loại thảm phủ.

Tính toán ma trận xác suất chuyển đổi, ma trận diện tích chuyển đổi. Xác định các tác nhân, ràng buộc để mô phỏng thay đổi thảm phủ về mặt không gian. Lập bản đồ phù hợp. Mô phỏng thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2015.

Kiểm định kết quả mô phỏng. Dự tính thảm phủ lưu vực sông Cả năm 2030. Đánh giá tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả. Phân chia tiểu lưu vực.

Phân tích đơn vị phản ứng thủy văn HRU. Thiết lập dữ liệu đầu vào mô hình. Hiệu chỉnh, kiểm định, xác định bộ thông số mô phỏng. Phân tích độ nhạy các thông số.

Hiệu chỉnh, kiểm định kết quả mô phỏng. Thay đổi thảm phủ trên lưu vực. Mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Cả dưới tác động của thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu. Dòng chảy mùa lũ.

Dòng chảy mùa cạn. Dòng chảy tháng .141 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .147 TÀI LIỆU THAM KHẢO .151 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Ảnh hưởng của độ che phủ rừng đến dòng chảy sông Rào Nậy. Ảnh hưởng của biến động lớp thảm phủ rừng tới lớp dòng chảy bề mặt.

Quy tắc KAMET phân tích đánh giá từ các chuyên gia sử dụng phương pháp Delphi. Tiêu chuẩn phân loại mức độ chính xác của kết quả mô phỏng theo các chỉ số NSE và R2. Danh sách các nguồn và loại dữ liệu sử dụng. Các loại đất chính trên lưu vực sông Cả.

Diện tích rừng năm 2019 2 tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Sự thay đổi nhiệt độ tối thấp trung bình tháng (oC) tại các trạm khí tượng trong giai đoạn 2020 – 2039 so với thời kỳ nền. Thay đổi nhiệt độ tối cao trung bình tháng (oC) tại các trạm khí tượng trong giai đoạn 2020 – 2039 so với thời kỳ nền. Sự thay đổi lượng mưa trung bình tháng tại các trạm khí tượng theo kịch bản RCP4.5 giai đoạn 2020 – 2039 so với thời kỳ nền.

Sự thay đổi lượng mưa trung bình tháng tại các trạm khí tượng theo kịch bản RCP8.5 giai đoạn 2020 – 2039 so với thời kỳ nền. Đánh giá độ chính xác phân loại thảm phủ. Ma trận xác suất chuyển đổi giai đoạn 2005 - 2010 và 2010 - 2015 lưu vực sông Cả (%). Ma trận diện tích chuyển đổi giai đoạn 2005 - 2010 và 2010 - 2015 lưu vực sông Cả (pixel).

Bảng câu hỏi vòng 1 Delphi tham vấn ý kiến chuyên gia. Mức độ đồng ý của các chuyên gia vòng 2 Delphi. Mức độ đồng ý của các chuyên gia vòng 3 Delphi. Tiêu chuẩn hóa các nhân tố theo hàm mờ.

Giá trị trọng số của các nhân tố đối với mỗi lớp phủ. Thống kê hệ số Kappa của kết quả mô phỏng. Diện tích các loại hình đất (ha) trên lưu vực sông Cả năm 2005-2010- 2015 và 2030 từ số liệu viễn thám và mô phỏng MCA. Chỉ số đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định.

Thống kê thay đổi diện tích đất của từng tiểu lưu vực sông Cả. Mô tả các kịch bản mô phỏng dòng chảy. Bảng thống kê biến đổi dòng chảy năm, lũ, cạn giai đoạn 2020-2039 của các kịch bản so với thời kỳ nền. Lưu lượng trung bình tháng theo các kịch bản .146 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.

Bản đồ mô phỏng thảm phủ năm 2025 ở Arak, Iran. Bản đồ thảm phủ/sử dụng đất dự tính ở Wudil năm 2028. Mô phỏng thay đổi sử dụng đất giai đoạn 2014-2028. Sơ đồ xử lý dữ liệu viễn thám trong theo dõi biến động đất đô thị TP Vinh, Nghệ An.

Phương pháp lập ma trận xác suất chuyển đổi. Lưu lượng nước trung bình cho 2 giai đoạn của sông Tocantins. Thảm phủ trên lưu vực sông Vệ năm 2016. Mức thay đổi dòng chảy hiệu dụng vào mùa khô theo không gian so với thời kỳ 1980-1999, kịch bản B2 .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Nguyễn Thanh Bằng (2023). Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả [Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu]. LuanAn.net. https://luanan.net/khoa-hoc-trai-dat-moi-truong/khi-tuong-thuy-van/danh-gia-tac-dong-thay-doi-tham-phu-bien-doi-khi-hau-dong-chay-song-ca

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" nghiên cứu về vấn đề gì?

Tài liệu nghiên cứu đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Cả.

Luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu. Năm bảo vệ: 2023.

Luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" thuộc chuyên ngành Biến đổi khí hậu. Danh mục: Khí Tượng Thủy Văn.

Luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" có bao nhiêu trang?

Luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" có 178 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Đánh giá tác động thay đổi thảm phủ và biến đổi khí hậu đến dòng chảy sông Cả" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter