Luận văn Nghiên cứu đánh giá biến động của tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến đổi khí hậu lưu vực Sông Bùi

HỦY VĂN MÃ SỐ: 62440244 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG NGỌC QUANG Hà Nội, 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Hoàng Ngọc Quang (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Cán bộ chấm phản biện 1:.PGS.TS Ngô Lê An (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Cán bộ chấm phản biện 2:PGS.TS Hoàng Minh Tuyển (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) LUẬN VĂN THẠC SĨ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 17 tháng 09 năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN VĂN (Ký và ghi rõ họ tên) Vũ Duy Quang ii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Khí tượng- thủy văn, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã truyền thụ kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua. Đặc biệt, em xin trân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Hoàng Ngọc Quang là người đã hướng dẫn và chỉ dạy rất tận tình cho em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn của mình. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân cùng toàn thể các bạn trong lớp đã luôn động viên khích lệ và là nguồn động lực to lớn giúp đỡ em trong quá trình học tập và tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn của mình. Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng của bản thân, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Vì vậy, em rất mong được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội tháng 6 năm 2018 Sinh viên thực hiện Vũ Duy Quang iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii MỤC LỤC ....................................................................................................... iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................. v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................ viii MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1 2. Mục tiêu: ....................................................................................................... 2 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: ................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................ 2 5. Nội dung : ..................................................................................................... 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................... 3 1.1. Tổng quan về tình hình biến đổi khí hậu ................................................... 3 1.1.1 Khái niệm và nguyên nhân gây biến đổi khí hậu ..................................... 3 1.1.2 Tác động của biến đổi khí hậu đến toàn cầu: ........................................... 4 1.1.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến Việt Nam .......................................... 6 1.1.4 Các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước .................................................................................................................. 8 1.2. Tổng quan khu vực nghiên cứu ................................................................ 16 1.2.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 16 1.2.2 Khí hậu ................................................................................................... 17 1.2.3 Thảm phủ thực vật ................................................................................. 19 1.2.4 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi .............................................................. 20 iv 1.2.5 Hiện trạng tài nguyên nước mặt lưu vực sông Bùi ................................ 21 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ..... 24 2.1. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 24 2.2.1 Số liệu khí tượng .................................................................................... 28 2.2.2 Số liệu thủy văn ...................................................................................... 28 2.3. Tác động của biến đổi khí hậu ................................................................. 29 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG BÙI .................................................................................. 37 3.1. Biến động tài nguyên nước trên lưu vực sông Bùi .................................. 37 3.2. Nghiên cứu biến động tài nguyên nước lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn trong bối cảnh BĐKH ..................................................................................... 39 3.2.1. Áp dụng mô hình NAM tính toán sự thay đổi dòng chảy lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn ........................................................................................ 39 3.2.2. Sự thay đổi tài nguyên nước lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn trong bối cảnh BĐKH ............................................................................................... 42 3.3. Đề xuất các giải pháp ............................................................................... 48 3.3.1. Thích ứng với sự gia tăng nhiệt độ ....................................................... 48 3.3.2. Thích ứng với sự gia tăng lượng mưa ................................................... 49 3.3.3. Thích ứng với sự gia tăng cường độ và tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan, tai biến ............................................................................................ 50 3.3.4. Giải pháp hỗ trợ ..................................................................................... 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56 v TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ + Họ và tên học viên:Vũ Duy Quang + Lớp: CH2BT Khoá:2B + Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Ngọc Quang + Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá biến động của tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến đổi khí hậu lưu vực sông Bùi. + Tóm tắt: - Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. - Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu. - Chương 3: Đánh giá biến động tài nguyên nước trên lưu vực sông Bùi. luận văn đã thu thập, tổng hợp, phân tích số liệu lưu lượng, mực nước trung bình ngày từ năm 1980 đến năm 2016, đánh giá được sự thay đổi tài nguyên nước mặt sông Bùi trong quá khứ; sử dụng mô hình MIKE NAM để tính toán sự thay đổi tài nguyên nước mặt trong tương lai theo kịch bản Biến đổi khí hậu.Từ đó, tác giả đã đề xuất một số giải pháp thích ứng và hỗ trợ phù hợp với tình hình biến đổi khí hậu hiện nay. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BĐKH: Biến đổi khí hậu KHKTTV&MT: Khoa học Khí tượng thủy văn và môi trường LVS: Lưu vực sông TNN: Tài nguyên nước TNNM: Tài nguyên nước mặt vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thống kê diện tích khu vực hạn của Tỉnh Ninh Thuận .................... 7 Bảng 2.1. Các thông số cơ bản của mô hình NAM ........................................ 26 Bảng 2.2: Biến đổi nhiệt độ trung bình (oC) so với thời kỳ cơ sở .................. 30 Bảng 2.3: Biến đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở ........................ 33 Bảng 3.1: Danh sách các trạm khí tượng thủy văn sử dụng trong mô hình .... 40 Bảng 3.2: Trị số NASH cho quá trình hiệu chỉnh ........................................... 41 Bảng 3.3: Trị số Nash cho năm 2016 .............................................................. 41 Bảng 3.4: Bộ thông số mô hình NAM cho lưu vực sông Bùi – trạm Lâm Sơn ... 42 Bảng 3.5: Dự tính lưu lượng trung bình năm .................................................. 44 Bảng 3.6: Dự tính lưu lượng trung bình mùa lũ ............................................. 46 Bảng 3.7: Dự tính lưu lượng trung bình mùa kiệt ........................................... 47 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Nhiệt độ trung bình bề mặt của đất và đại dương toàn cầu 1850- 2012 ................................................................................................................... 5 Hình 1.2: Thay đổi lượng mưa quan sát được hằng năm của trái đất ............... 5 Hình 1.3: Mức độ phủ băng của biển Bắc Cực vào mùa hè ............................. 6 Hình 1.4: Bản đồ lưu vực sông Bùi tính đến trạm thủy văn Lâm Sơn ........... 17 Hình 1.5: Sơ đồ các bước nghiên cứu của LUẬN VĂN THẠC SĨ ................ 23 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô hình NAM. ..................................................... 25 Hình 2.2: Mức tăng nhiệt độ trung bình tỉnh Hòa Bình so với thời kỳ (1986- 2005) ................................................................................................................ 31 Hình 2.3: Mức tăng lượng mưa so với thời kỳ (1986-2005) .......................... 34 Hình 3.1: Đường quá trình lưu lượng nhiều năm trạm Lâm Sơn ................... 37 Hình 3.2: Đường quá trình lưu lượng mùa lũ nhiều năm trạm Lâm Sơn ....... 38 Hình 3.3: Đường quá trình lưu lượng mùa kiệt nhiều năm trạm Lâm Sơn .... 38 Hình 3.4: Quá trình lưu lượng hiệu chỉnh mô hình ......................................... 40 Hình 3.5: Quá trình lưu lượng kiểm định mô hình chuỗi năm 2006 - 2016 ... 41 Hình 3.6: Dự tính lưu lượng trung bình năm trạm Lâm Sơn theo2 kịch bản BĐKH .............................................................................................................. 45 Hình 3.7: Dự tính lưu lượng trung bình mùa lũ trạm Lâm Sơn theo 2 kịch bản BĐKH .............................................................................................................. 46 Hình 3.8: Dự tính lưu lượng trung bình mùa kiệt trạm Lâm Sơn theo 2 kịch bản BĐKH ....................................................................................................... 48 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những vấn đề cấp thiết hàng đầu, có ảnh hưởng đến toàn thế giới và Việt Nam cũng không phải ngoại lệ. Biến đổi khí hậu toàn cầu là điều không thể tránh khỏi, hậu quả của biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ khôn lường và nghiêm trọng chưa thể tính toán trước hết được.Với kịch bản biến đổi khí hậu đã được tính toán, dự báo, nhưng thực tế xảy ra còn có thể lớn hơn rất nhiều. Biến đổi khí hậu sẽ gây ra nhiều tác động tiêu cực đến lĩnh vực nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp, du lịch, tài nguyên nước, môi trường sinh thái, sức khỏe con người... [7] Theo tính toán của các nhà khoa học, nếu nhiệt độ khí quyển tăng thêm 20C thì mực nước biển sẽ dâng cao hơn 1m; Việt Nam sẽ bị mất hơn 12% diện tích đất, 23% số dân mất nơi cư trú, khoảng 22 triệu người dân sẽ bị mất nhà. Một phần lớn diện tích của Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long và vùng duyên hải miền Trung có thể bị ngập lụt. [5] Một trong số những đối tượng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi biến đổi khí hậu là khu vực đồng bằng sông Hồng của nước ta, trong đó có lưu vực sông Bùi.Sông Bùi là một nhánh của sông Nhuệ Đáy và là một trong những con sông có ảnh hưởng lớn tới kinh tế nông nghiệp các huyện Lương Sơn, Xuân Mai, Mỹ Đức nói riêng và thành phố Hà Nội nói chung. Tuy nhiên, cũng như các lưu vực sông khác, tài nguyên nước mặt lưu vực ảnh hưởng nhiều của BĐKH. Nhận thức rõ ảnh hưởng của BĐKH, các tỉnh Hòa Bình, Hà Nội đã thực hiện nhiều chương trình, kế hoạch bảo vệ môi trường góp phần nhỏ để hạn chế BĐKH như Chương trình hành động thực hiện Chiến lược quốc gia về phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai và Chương trình hành động thích ứng với biến đổi khí hậu đối với lưu vực sông Bùi Tuy nhiên, vẫn chưa có kế hoạch hành động cụ thể để đảm bảo ứng phó có hiệu quả với những tác động trước mắt và tiềm tàng của BĐKH đến lưu vực sông Bùi. Ngoài ra, lưu vực sông Bùi nhỏ (F=30 km2), khép kín và tương 2 đối đồng nhất; trên lưu vực có trạm thủy văn Lâm Sơn quan trắc từ năm 1980. Do vậy, luận văn “Nghiên cứu đánh giá biến động của tài nguyên nước mặt trong bối cảnh biến đổi khí hậu lưu vực sông Bùi” là hết sức cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu: - Đánh giá được sự biến động tài nguyên nước mặt lưu vực sông Bùi trong giai đoạn 1980-2016. - Đánh giá biến động tài nguyên nước mặt trên lưu vực sông Bùi có xét đến tác động của biến đổi khí hậu. Từ đó, đề xuất một số giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu trong lĩnh vực tài nguyên nước. 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Lưu vực sông Bùi tính đến trạm thủy văn Lâm Sơn (xã Lâm Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình). 4. Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp được sử dụng trong luận văn:  Phương pháp thống kê: thu thập, xử lý, tổng hợp, phân tích số liệu mưa, dòng chảy và các tài liệu liên quan để đánh giá sự biến động tài nguyên nước mặt lưu vực sông Bùi giai đoạn 1980 -2016.  Phương pháp mô hình toán: sử dụng mô hình mưa - dòng chảy MIKE NAM để tính toán dòng chảy từ mưa ứng với các kịch bản BĐKH trên lưu vực.  Phương pháp kế thừa: kế thừa các công trình nghiên cứu của các chuyên gia và phát triển các nghiên cứu đó. 5. Nội dung : Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu. Chương 3: Đánh giá biến động tài nguyên nước trên lưu vực sông Bùi. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về tình hình biến đổi khí hậu 1.1.1 Khái niệm và nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu – “Climate change” Theo định nghĩa Công ước Khung về Biến đổi Khí hậu của Liên Hợp quốc (UNFCCC): “Biến đổi khí hậu là một sự thay đổi trong khí hậu do tác động trực tiếp hay gián tiếp của các hoạt động con người làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu, bên cạnh sự biến động của khí hậu tự nhiên, được quan sát qua nhiều thời kỳ. Biến đổi khí hậu xác định sự khác biệt giữa các giá trị trung bình dài hạn của một tham số hay thống kê khí hậu. Trong đó, trung bình được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định, thường là vài thập kỷ.”[8] Biến đổi khí hậu có thể do 2 nguyên nhân: do những quá trình tự nhiên và do ảnh hưởng của con người dẫn đến sự gia tăng nồng độ khí nhà kính trong khí quyển dẫn đến tăng hiệu ứng nhà kính. ● Nguyên nhân biến đổi khí hậu do những quá trình tự nhiên. + Do quá trình tự nhiên, sự tương tác và vận động giữa trái đất và vũ trụ. + Do bức xạ từ Mặt trời. ● Nguyên nhân do tác động của con người. Phần lớn các nhà khoa học đều khẳng định rằng hoạt động của con người đã và đang làm BĐKH toàn cầu. - Dân số tăng đến mức báo động; phát triển kinh tế quá nóng. - Sử dụng thái quá nhiên liệu hóa thạch - Sử dụng phân bón, các loại hóa chất bảo vệ thực vật và sinh hoạt, thuốc trừ sâu, khai thác sử dụng đất - Khai thác và sử dụng tài nguyên nước, xả thải nước làm ô nhiễm ra môi trường 4 - Các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. - Do chiến tranh. 1.1.2 Tác động của biến đổi khí hậu đến toàn cầu: Ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) đã tổ chức 5 lần báo cáo đánh giá tình hình BĐKH toàn cầu vào các năm 1990, 1994, 2001, 2007 và 2014.[3] Mỗi lần đánh giá đều có những tiến bộ mới về nguồn số liệu và phương pháp, làm giảm đáng kể những điều chưa chắc chắn tồn tại trước đây, do đó, nâng cao rõ rệt mức độ tin cậy của những kết luận về biến đổi khí hậu trong quá khứ cũng như tương lai. Theo báo cáo tổng quan lần thứ 5 của IPCC kể từ năm 1990, mọi việc đã thay đổi kể từ đánh giá trước từ năm 2007. Các nhà khoa học đã cho rằng khoảng 95% hoạt động của con người là nguyên nhân chính dẫn đến biến đổi khí hậu (báo cáo đầu tiên nói rằng biến đổi khí hậu có thể không phải do những biến đổi tự nhiên mà ra). Báo cáo lần này đã đưa ra các con số cụ thể về sự biến đổi về khí hậu đang được diễn ra. - Nhiệt độ trung bình của mặt đất và bề mặt nước biển đã tăng 0,85oC trong khoảng thời gian từ 1880 – 2012: + Trong ba thập kỷ vừa qua, cứ sau mỗi thập kỷ bề mặt trái đất đã liên tục nóng lên hơn bất kỳ thập kỷ nào trước đó kể từ năm 1850. Ở Bắc bán cầu, giai đoạn từ 1983 đến 2012 dường như là khoảng thời gian 30 năm ấm nhất trong 1.400 năm qua. 5 Hình 1.1: Nhiệt độ trung bình bề mặt của đất và đại dương toàn cầu 1850-2012 Hình 1.2: Thay đổi lượng mưa quan sát được hằng năm của trái đất 6 + Lượng mưa biến động mạnh mẽ và có dấu hiệu tăng lên vào mùa mưa, giảm vào mùa ít mưa, hiện tượng mưa lớn gia tăng, hạn hán xuất hiện thường xuyên hơn, hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới phức tạp hơn, hiện tượng El Nino xuất hiện thường xuyên hơn và có biến động mạnh. - Mực nước biển đã dâng cao 3,2mm mỗi năm trong khoảng thời gian 1993-2010, nhanh gấp đôi so với khoảng từ năm 1901-2010 - Độ axit của bề mặt đại dương đã tăng 26% kể từ cuộc cách mạng công nghiệp. - Các bề mặt băng ở Bắc cực đã giảm 40% trong một thập kỷ, và các tảng băng ở Greenland và Nam Cực đã biến mất hàng loạt. Hình 1.3: Mức độ phủ băng của biển Bắc Cực vào mùa hè 1.1.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến Việt Nam Theo chỉ số về mức độ tổn thương do biến đổi khí hậu (CCVI), đánh giá mức độ tổn thương do tác động của biến đổi khí hậu trong 30 năm tới thông qua 42 yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường tại 193 quốc gia, Việt Nam xếp hạng thứ 23 trong tổng số 193 quốc gia và là một trong 30 nước chịu “rủi ro rất cao”.Các tác động của biến đổi khí hậu, như nước biển dâng, lũ lụt, hạn 7 hán, xâm nhập mặn, thời tiết cực đoan,... đang hiện hữu ngày càng nhiều hơn, rõ rệt hơn.[3] Thực tế tại Việt Nam, BĐKH đã và đang gây ra rất nhiều sự thay đổi: + Nhiệt độ trung bình năm tăng 0.5oC trong vòng 70 năm. Năm 2015 trên phạm vi toàn quốc đã xảy 17 đợt nắng nóng và các đợt nắng nóng đã xuất hiện nhiều kỷ lục: đợt nắng nóng kéo dài lâu nhất, nhiều cực trị trong quá khứ bị phá vỡ. Đặc biệt liên tiếp trong 3 tháng (6, 7, 8/2015), các đợt nắng nóng đã xuất hiện giá trị nhiệt độ vượt lịch sử tại khu vực Bắc Bộ và Trung Bộ. + Lượng mưa biến đổi không nhất quán giữa các vùng, hạn hán có xu hướng mở rộng nhưng lũ lụt cũng trở nên trầm trọng hơn. Bảng 1.1: Thống kê diện tích khu vực hạn của Tỉnh Ninh Thuận STT Khu vực Diện tích bị hạn hán (tính đến 24/3/2016) Diện tích tự nhiên (Km2) Diện tích bị hạn (Km2) % Bị hạn Diện tích bị hạn cao (Km2) % Bị hạn cao 1 Tỉnh Ninh Thuận 3362.394 991 28.7 477 13.5 2 TP. Phan Rang 80.056 17 21.5 20 25.3 3 Huyện Bác Ái 1031.966 260 25.2 126 12.2 4 Huyện Ninh Hải 253.250 23 9.8 9 3.8 5 Huyện Ninh Phước 344.087 147 43.1 34 10 6 Huyện Ninh Sơn 773.961 223 28.8 199 25.7 7 Huyện Thuận Bắc 318.609 91 28.6 7 2.2 8 Huyện Thuận Nam 560.465 230 43.6 82 15.5 + Theo thống kê, số lượng các đợt không khí lạnh giảm đáng kể trong vòng 2 thập kỷ qua. Từ 29 đợt mỗi năm (từ 1971 - 1980) xuống còn 10-12 đợt 8 mỗi năm (từ 2010-2015). + Hình thái bão thay đổi và bão với cường độ lớn xuất hiện ngày càng nhiều. + Mực nước biển dâng lên khoảng 20 cm trong vòng 50 năm + Sự xâm nhập mặn và thiếu nước ngọt. 1.1.4 Các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước a. Trên Thế giới Trên phạm vi toàn cầu, BĐKH có tác động tiêu cực đến nguồn TNN. Có ý kiến cho rằng sự nóng lên làm tăng khả năng giữ ẩm của khí quyển, làm thay đổi chế độ thủy văn và thay đổi các đặc điểm của mưa.Tuy nhiên, những thay đổi về lượng mưa có thể tác động lớn hơn so với nhiệt độ, vì mưa tác động đến lượng dòng chảy trong khi thay đổi nhiệt độ chủ yếu là ảnh hưởng đến thời gian của dòng chảy. Sự biến đổi của khí hậu sẽ làm thay đổi chế độ dòng chảy, từ đó ảnh hưởng đến năng suất phát điện của các nhà máy thủy điện, chế độ tưới cho cây trồng, và tăng nguy cơ thiên tai do nước gây ra như là hạn hán và lũ lụt. Biến đổi khí hậu sẽ càng làm cho tình trạng khan hiếm, thiếu nước và căng thẳng về nước trầm trọng hơn trong mùa khô. Biến đổi khí hậu sẽ tác động đến PTBV của hầu hết các nước đang phát triển tại Châu Á do nó tạo áp lực đối với môi trường và tài nguyên thiên nhiên cùng với quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và phát triển kinh tế. Tất cả những điều trên cho thấy sự cần thiết phải có sự quan tâm nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến TNN.[3] Mô hình hoàn lưu toàn cầu (GCMs) là một công cụ phổ biến để đưa ra các kịch bản BĐKH, đó là cơ sở cho việc xác định tác động của BĐKH. Hầu hết các nghiên cứu sử dụng các biến khí hậu trực tiếp từ các mô hình hoàn lưu toàn cầu hoặc các mô hình hoàn lưu khu vực (RCMS), những mô hình này sử 9 dụng phương trình vật lý về sự quan hệ lưu thông khí quyển và đại dương để mô phỏng sự thay đổi của khí hậu. GCM/RCMS có thể khác nhau về nguyên lý và thông số hóa của các quá trình, cũng như ở độ phân giải, thường là khoảng 2,50 với GCM và 0,50 với RCMS. Theo IPCC, BĐKH hiện nay và trong thế kỷ 21 phụ thuộc chủ yếu vào mức độ phát thải khí nhà kính, tức là phụ thuộc vào sự phát triển kinh tế - xã hội cũng như mức độ khai thác và sử dụng các nhiên liệu hóa thạch của con người trong tương lai. Vì vậy, các kịch bản BĐKH và nước biển dâng được xây dựng bởi IPCC dựa trên các kịch bản phát triển KT-XH toàn cầu, và được tiến hành thông qua các nhóm kịch bản phát thải nhà kính từ thấp đến cao như: RCP2.6 (mức thấp), RCP4.5 (mức trung bình thấp), RCP6.0 (mức trung bình cao) và RCP8.5 (mức cao).[8] Các biến khí hậu mô phỏng sau đó được sử dụng làm số liệu đầu vào cho mô hình thủy văn.Khi khí hậu thay đổi, với hậu quả là sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi về đặc điểm mưa có thể gây nên những thay đổi trong chế độ thủy văn.Đã có nhiều mô hình thủy văn địa phương và khu vực trên toàn thế giới thực hiện đánh giá tác động tiềm tàng của BĐKH tới chế độ thủy văn và TNN [137]. Những mô hình này giúp đưa ra khung nhận thức và tìm hiểu được mối quan hệ giữa khí hậu và TNN. Theo như Schulze (2005), mô hình mưa dòng chảy được đánh giá là công cụ vô giá trong việc mô phỏng để cung cấp các thông tin cho việc ra quyết định trong quy hoạch và quản lý nguồn nước, trong đó có cả việc xác định tác động của BĐKH tới TNN. Mô hình toán đã được sử dụng rất sớm trong việc đánh giá tác động của BĐKH tới TNN như trong các công bố của Leavesley (1994) và Arnell (1998).Những nghiên cứu đó sử dụng giả thiết về BĐKH ảnh hưởng tới chế độ thủy văn.Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, vào quy mô không gian, thời gian và dữ liệu sẵn có những mô hình nhận thức và mô hình tham số hóa khác nhau được áp dụng. Gleick đã phát triển một mô 10 hình cân bằng nước hàng tháng cho lưu vực Sacramento. Nghiên cứu của Gleick chỉ ra rằng mặc dù tăng lượng mưa năm, nhiệt độ tăng có thể gây ra sự thay đổi dòng chảy từ mùa hè sang mùa đông. Arnell (1992) sử dụng loại mô hình tương tự áp dụng cho các lưu vực trong phạm vi Vương quốc Anh để ước tính sự thay đổi của dòng chảy tháng và phân tích các nhân tố chi phối các tác động của những thay đổi này. Arnell (1998) chỉ ra rằng dòng chảy có thể giảm ở phía Nam Vương Quốc Anh, trong khi ở phía Bắc có thể tăng lên, đặc biệt là trong mùa đông. Kwadijk đã phát triển một mô hình cân bằng nước tháng để so sánh các tác động thủy văn trong LVS Rhine cho các kịch bản khí hậu khác nhau. Bultot và nnk (1988) đã phát triển một mô hình thông số gộp (IRMB) với bước thời gian ngày để xem xét việc chuyển từ mưa thành dòng chảy, bao gồm cả các quy trình chẳng hạn như thấm, bốc hơi, và phân chia dòng chảy thành những thành phần khác nhau. Mô hình này được áp dụng cho LVS ở Bỉ và Thụy Sĩ. Kết quả cho thấy tầm quan trọng của điều kiện địa chất thủy văn của lưu vực dưới tác động của BĐKH. Sự gia tăng về tần suất lưu lượng đỉnh được quan sát thấy ở hầu hết các trường hợp. Mô hình tương tự đã được sử dụng bởi Mimikou và nnk (1991) và Panagoulia (1992) ở các lưu vực Hy Lạp, trong đó lưu vực miền núi cho thấy giảm dòng chảy năm và nghiêm trọng hơn, là dòng chảy mùa hè. Burn (1994) sử dụng phép thử phi tham số thống kê để nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH tới dòng chảy mùa xuân ở tây miền trung của Canada. James (1994) đã sử dụng mô hình BĐKH toàn cầu để xây dựng mô hình BĐKH vùng và ứng dụng kịch bản BĐKH vùng để đánh giá TNN cho LVS Sacramento, California Mỹ bằng cách sử dụng mô hình thủy văn thông số phân bố (USGS hydrological model). Tác giả phân chia lưu vực tính toán thành nhiều tiểu lưu vực thủy văn khác nhau, và ứng với mỗi tiểu vùng sẽ có một môđun tính toán riêng trên cơ sở các thông số đầu vào liên 11 quan của tiểu vùng đó và kiểm định kết quả đầu ra của mô hình bằng phương pháp thực nghiệm. Mansell (1997) đã nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH tới xu thế mưa và nguy cơ lũ ở miền tây Scotland bằng phương pháp nhận biết đồ họa và thống kê cơ bản. Westmacott và Burn (1997) xác định tác động tiềm năng của BĐKH trên bốn biến thủy văn liên quan tới mức độ và thời gian của chế độ thủy văn trong LVS Churchil-Nelson ở phía tây miền trung Canada bằng phép thử phi tham số. Andersen và nnk (2006) đã sử dụng bộ mô hình tổng hợp thủy động lực học (NAM, MIKE 11-TRANS) để mô phỏng tác động của BĐKH tới dòng chảy và động lực học dinh dưỡng ở hạ lưu một sông nhỏ của Đan Mạch. Choi Daegyu và nnk (2010) đã nghiên cứu sự thay đổi của phân vùng thủy văn có tính đến chỉ số bốc hơi Horton, để khai thác tác động của yếu tố thảm phủ thực vật với BĐKH đến trạng thái cân bằng nước. Phương pháp phân tích đường cong dòng chảy và mô hình số được thực hiện với chỉ số bốc hơi thảm phủ thực vật dự tính để tính toán lượng dòng chảy trên phân vùng thủy văn ở quy mô lưu vực.Báo cáo nghiên cứu cho thấy rằng, sử dụng chỉ số bốc hơi thảm phủ thực vật tương đối phù hợp với tính toán dòng chảy trong điều kiện BĐKH tại các phân vùng thủy văn. Tezcan và nnk (2012) đánh giá tác động của BĐKH đến TNN LVS Seyhan, Thổ Nhĩ Kỳ bằng cách sử dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (ArcGIS) và các mô hình toán vật lý thông số phân bổ (MIKE-SHE) và mô hình thủy văn (MIKE-NAM), tích hợp với các kịch bản BĐKH. Stacy Langsdale và nnk (2010) sử dụng mô hình phân phối nguồn nước (MIKE-BASIN) kết hợp với mô hình quy hoạch hệ thống (WEAP) và (OASIS) có tích hợp với các điều kiện BĐKH và phát triển KT- XH. Tingju Zhu và Claudia Ringler (2010) nghiên cứu tác động của BĐKH đến chế độ thủy văn và nguồn nước LVS Limpopo, Nam Phi bằng mô hình thủy văn thông số bán phân bổ (semi-distributed hydrological model) và mô 12 phỏng nước (water simulation model), tác giả đã sử dụng 3 kịch bản BĐKH để thực hiện tính toán cân bằng nước cho hiện tại và tương lai. Ngoài ra, hàng loạt mô hình khác cũng được áp dụng trong việc đánh giá tác động của BĐKH như IHACRES,, SWAT, HEC-HMS. Nhìn chung, các nghiên cứu khoa học liên quan đến TNN trong điều kiện BĐKH trên Thế giới có điểm chung là sử dụng mô hình thủy văn, mô hình phân phối nguồn nước tích hợp với các kịch bản BĐKH để tính toán TNN cho các lưu vực sông. Về cách tiếp cận nghiên cứu cơ bản giống nhau, nhưng phương pháp luận của mỗi nghiên cứu lại không hoàn toàn giống nhau. Với trình độ công nghệ thông tin, máy tính ngày càng phát triển, các hệ thống máy tính ngày càng có khả năng tính toán với với số lượng phép tính khổng lồ thì việc xây dựng và phát triển mô hình toán trong việc xây dựng kịch bản BĐKH và mô phỏng sự thay đổi của các điều kiện thủy văn của lưu vực ngày càng chính xác hơn. Điều đó giúp cho chúng ta có được những đánh giá toàn diện hơn về tác động của BĐKH tới TNN trên lưu vực. b. Việt Nam Ở Việt Nam, BĐKH như nhiệt độ gia tăng, biến đổi của mưa, bao gồm cả ENSO và mực nước biển dâng, cũng đã và đang ảnh hưởng đến TNNM và chế độ dòng chảy và TNNM của các sông. Thực tế, đã có nhiều nghiên cứu được triển khai và thực hiện nhằm đánh giá tác động của BĐKH đến TNNM trên cơ sở các kịch bản BĐKH cho Việt Nam để chủ động thực hiện các biện pháp thích ứng phù hợp. Kết quả của những nghiên cứu này được tóm tắt và trình bày như sau:[7] - Lưu vực sông Hồng-Thái Bình Trong một nghiên cứu điển hình trên LVS Hồng – Thái Bình, Vũ Văn Minh và nnk (2011) đã sử dụng các mô hình MIKE NAM, MIKE BASIN và MIKE 11 để tính toán biến động dòng chảy, nhu cầu nước và cân bằng nước 13 hệ thống cho LVS Hồng – Thái Bình theo các kịch bản BĐKH. Kết quả nghiên cứu cho thấy dòng chảy trung bình năm trên LVS Hồng – Thái Bình có xu hướng tăng lên; đối với phân phối dòng chảy, dòng chày mùa lũ có xu hướng tăng lên trong khi dòng chảy mùa kiệt có xu hướng giảm xuống; giai đoạn 2080-2099, nhu cầu nước sử dụng cho nông nghiệp theo các kịch bản B2 và A2 tăng lần lượt 0,84 triệu và 1,01 triệu m3/năm so với giai đoạn nền 1986-2005; và lượng nước thiếu hụt trên toàn lưu vực dao động từ 4,1 đến 4,7 tỷ m3/năm, chiếm 15-17% tổng lượng nhu cầu sử dụng nước. Nguyễn Thanh Sơn và nnk (2011) sử dụng mô hình toán MIKE NAM để tính toán biến động dòng chảy và lưu lượng lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy do tác động của BĐKH. Kết quả tính toán cho thấy, vào năm 202