Luận án tiến sĩ kỹ thuật 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 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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. TS Ngô Lê Long 2. TS Trần Thanh Tùng HÀ NỘI, NĂM 2018 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MƢA, LŨ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 6 1.1 Tổng quan các nghiên cứu về mƣa, lũ trong nƣớc và thế giới .2 Sơ lƣợc về BĐKH và các kịch bản .3 Tổng quan các nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ .1 Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ.2 Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến mƣa, lũ ở Việt Nam .3 Những hạn chế trong nghiên cứu tính toán mƣa, lũ có xét đến biến đổi khí hậu ở Việt Nam .4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu .1 Đặc điểm địa lý tự nhiên .2 Đặc điểm khí tƣợng, thủy văn .3 Đặc điểm dòng chảy lũ trên các lƣu vực sông .4 Xu thế mƣa lớn của khu vực Nam Trung Bộ .5 Định hƣớng nghiên cứu của luận án .6 Kết luận chƣơng 1 .40 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH MƢA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU .1 Các mô hình khí hậu .1 Sự phát triển của các mô hình khí hậu .2 Mô hình khí hậu toàn cầu .3 Tổ hợp mô hình khí hậu của IPCC .4 Lựa chọn mô hình khí hậu sử dụng trong Luận án .2 Cơ sở lý thuyết chi tiết hóa các kịch bản BĐKH .3 Phƣơng pháp thống kê chi tiết hóa .56 iii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 2.4 Kịch bản BĐKH và dữ liệu sử dụng trong luận án .5 Phƣơng pháp tính toán lũ thiết kế .6 Kết luận chƣơng 2 .68 CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN MƢA, LŨ THIẾT KẾ CÓ XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NGHIÊN CỨU .1 Tính toán mƣa một ngày lớn nhất có xét đến biến đổi khí hậu .1 Kết quả chi tiết hóa lƣợng mƣa về từng trạm và hiệu chỉnh sai số .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 .3 Xây dựng bản đồ biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất khu vực Nam Trung Bộ .2 Tính toán đỉnh lũ thiết kế khu vực Nam Trung Bộ có xét đến biến đổi khí hậu 90 3.1 Tính toán lũ thiết kế cho khu vực vừa và nhỏ .2 Tính toán lũ thiết kế cho lƣu vực có diện tích lớn .3 Đánh giá sự biến động Qmax .3 Ứng dụng bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ vào tính toán dòng chảy lũ thiết kế .4 Kết luận chƣơng 3 .113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .115 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ .118 TÀI LIỆU THAM KHẢO .125 iv Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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 [22]) .2 Bản đồ vị trí địa lý khu vực nghiên cứu .3 Bản đồ mạng lƣới sông suối .4 Xu thế lƣợng mƣa 1 ngày lớn nhất .5 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu .1 Cấu trúc lƣới .2 Hình ảnh lồng ghép giữa GCM và RCM.3 Ô lƣới mô hình Access1-3, CanESM2, CMCC-CMS, CNRM-CM5.4 Phân bố tần suất mƣa thực đo và hiệu chỉnh (theo Gudmundsson và nnk [80]) .5 Bản đồ vị trí 93 trạm khí tƣợng sử dụng trong luận án .6 Cấu trúc mô hình NAM (theo Nielsen và Hansen, 1973) [84].7 Câng bằng lƣợng trữ đoạn sông.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 .2 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch bản RCP4.3 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch bản RCP4.4 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch bản RCP8.5 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Nông Sơn kịch bản RCP8.6 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch bản RCP4.7 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch bản RCP4.8 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch bản RCP8.9 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Thành Mỹ kịch bản RCP8.10 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Vu Gia – Thu Bồn kịch bản RCP4.11 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực Vu Gia – Thu Bồn kịch bản RCP4.77 v Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 3.12 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực sông Ba kịch bản RCP8.13 Kết quả sự biến động lƣợng mƣa một ngày lớn nhất lƣu vực sông Ba kịch bản RCP8.14 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch bản RCP4.15 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch bản RCP4.16 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch bản RCP8.17 Sự biến động (%) của lƣợng mƣa 1ngày lớn nhất so với thời kỳ nền kịch bản RCP8.18 Biến động trung bình lƣợng mƣa 1 ngày lớn nhất trên một số lƣu vực chính so với thời kỳ nền .19 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2040-2069 .20 Bản đồ phân vùng biến động dòng chảy lũ thiết kế giai đoạn 2070 - 2099 .21 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Nông Sơn (1977-2010) .22 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Thành Mỹ (1977-2010).23 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại Củng Sơn (1977-1997) .24 Quan hệ giữa Qmax và Q ngày max tại trạm An Khê .25 Quan hệ giữa Qmax và Qngày max tại trạm Bình Tƣờng .26 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực Nông Sơn .27 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực Thành Mỹ.28 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực Củng Sơn .29 Sơ đồ mô phỏng lƣu vực sông Kôn tại Bình Tƣờng.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 .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 .32 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP4.33 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP4.34 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP8.35 Lƣu lƣợng đỉnh lũ Qmax - trạm Thành Mỹ kịch bản RCP8.110 vi Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các kịch bản Biến đổi khí hậu .2 Lƣợng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều năm Đơn vị:mm.3 Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất năm vào các tháng trong năm.4 Số cơn bão và tần suất xuất hiện bão khu vực nghiên cứu .5 Xu thế biến đổi lƣợng mƣa một ngày lớn nhất theo chuỗi năm quan trắc .1 Các mô hình khí hậu đƣợc lựa chọn .2 Thống kê số trạm mƣa và số năm quan trắc sử dụng trong tính toán .3 Tiêu chuẩn thiết kế lũ của Hoa Kỳ.1 Tiêu chí phân loại vùng nguy cơ biến động dòng chảy lũ .2 Thông số mô hình các lƣu vực con và các đoạn sông lƣu vực Nông Sơn – Thành Mỹ .3 Bảng thông số mô hình .4 Thông số mô hình các lƣu vực con và các đoạn sông cho lƣu vực Củng Sơn .5 Đánh giá khả năng gia tăng dòng chảy lũ thiết kế một số lƣu vực giai đoạn 2040-2069 .6 Bảng đánh giá khả năng gia tăng dòng chảy lũ thiết kế một số lƣu vực giai đoạn 2070-2099 .112 vii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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.