Luận văn Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước lưu vực sông Lô

kê kết hợp với các công cụ đồ họa. Các yếu tố khí hậu bao gồm: lượng mưa, nhiệt độ (trung bình, cực trị) và các yếu tố khác như độ ẩm, gió, Hình 11: Giao diện phần mềm SIMCLIM Sản phẩm của 21 mô hình hoàn lưu chung khí quyển được tích hợp trong mô hình SIMCLIM và có sẵn trong cơ sở dữ liệu của tổ chức PCMDI ( pcmdi.llnl.gov/). Chức năng đánh giá tác động bao gồm:  Đánh giá tác động lên môi trường nước: được thể hiện thông qua các tính toán cân bằng nước. Mô hình tính toán sự khác nhau giữa lượng mưa và bốc hơi tiềm năng. Đầu vào của mô hình là nhiệt độ trung bình, lượng mưa và bức xạ mặt trời, và đầu ra là giá trị cân bằng nước.  Đánh giá tác động lên nông nghiệp: sử dụng các tính toán nhiệt – ngày (degree - day) để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên nông nghiệp.  Đánh giá tác động xói lở bờ và tổng lượng nước.  Phương pháp chi tiết hóa thống kê Downscaling là một phương pháp để thu thập những thông tin khí hậu hoặc BĐKH phân giải cao từ mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) có độ phân giải tương đối thô. Mặc dù GCM ngày càng được hoàn thiện trên phạm vi không gian và thời gian, tuy nhiên vẫn chưa đảm bảo để đánh giá tác động của BĐKH cho một khu vực nhỏ, có sự khác nhau quan trọng giữa thực tế với mô phỏng của các mô hình GCM như điều kiện quy mô nhỏ như địa hình, mặt đệm có ảnh hưởng lớn đến khí hậu địa phương nhưng ít được thể hiện trong GCM. 31 Chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling) là công cụ phát triển mối quan hệ định lượng giữa các biến khí quyển quy mô lớn, đóng vai trò là các nhân tố dự báo (NTDB) và các biến lớp bề mặt của địa phương - đối tượng dự báo (ĐTDB). Cho đến nay chi tiết hóa thống kê đã phát triển khá mạnh trong dự báo nói chung, dự báo hạn dài (DBHD) nói riêng. Ứng dụng phương pháp chi tiết hóa thống kê vào xây dựng các kịch bản về BĐKH được coi như một trường hợp đặc biệt trong dự báo hạn dài. Phát triển phương pháp chi tiết hóa thống kê trong lĩnh vực xây dựng các kịch bản BĐKH đang được sự quan tâm ở nhiều nước trong những năm gần đây. Có 3 phương pháp được nêu ra trong phương pháp chi tiết hóa thống kê:  Các mô hình hồi quy (Regression models);  Các sơ đồ phân loại thời tiết (Weather Classification schemes hoặc Weather Typing);  Các "máy" tạo thời tiết (Weather Generators); Trong các nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo nói chung, xây dựng các kịch bản BĐKH nói riêng, có 2 phương pháp tiếp cận được sử dụng:  Phương pháp "Thống kê từ đầu ra của mô hình" (Model Output Statistics - MOS). Phương pháp này sử dụng đầu ra của mô hình trong quá khứ kết hợp với số liệu quan trắc tương ứng của các trạm để xây dựng mô hình hồi quy, chuyển các kịch bản có được từ các mô hình này cho tương lai về các khu vực nghiên cứu.  Phương pháp Perfect Prognosis. Phương pháp này sử dụng số liệu "Phân tích lại" kết hợp với nguồn số liệu quan trắc tương ứng để thiết lập mô hình. Do nguồn số liệu tái phân tích được coi là nguồn số liệu gần thực tế tương tự như số liệu quan trắc nên mối quan hệ tạo ra giữa chúng gần với quan hệ thực. Dùng mối liên hệ này để chuyển tải các kết quả dự báo trong tương lai là không thật tương thích. Vì thế phải giả thiết rằng kết quả được dự báo sau này là hoàn hảo (perfect) tương tự như số liệu "Tái phân tích". Đó là lý do gọi phương pháp này là "Dự báo hoàn hảo". Trong thực tế, khi chỉ có số liệu dự báo hay ở đây là các kịch bản BĐKH cho tương lai, mà không có được các kết quả đã tích luỹ hay mô phỏng cho quá khứ thì PP là phương pháp tất yếu phải dùng. Khi xây dựng và lựa chọn hàm chuyển cần đánh giá mức độ tin cậy và tiêu chí để lựa chọn. Tùy theo độ dài và đặc điểm của các chuỗi số liệu tham gia vào quá trình phát triển mô hình để chọn phương pháp tạo và kiểm chứng mô hình thích hợp.  Ứng dụng sản phẩm của mô hình AGCM/MRI (Nhật Bản) Mô hình AGCM/MRI được Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản và Cục Khí tượng Nhật Bản (JMA) phát triển. Mô hình này là sự kết hợp giữa mô hình dự báo thời tiết thời đoạn ngắn với mô hình khí hậu thế hệ mới mô phỏng khí hậu thời gian dài tại MRI. 32 Mô hình độ phân giải 20km và 60km được chạy bằng hệ thống mô phỏng trái đất (Earth Simulator) tại Cục Công nghệ và khoa học Trái đất - Đại dương, Nhật Bản (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)). Earth Simulator là siêu máy tính tốc độ nhanh nhất trên thế giới từ năm 2002-2004 với dung lượng 35,86. Hình 12: Hệ thống Earth Simulator và mô tả kịch bản BĐKH của mô hình AGCM/MRI Mô hình AGCM/MRI dùng số liệu 25 năm từ năm 1979 - 2003 để mô phỏng khí hậu quá khứ nhằm tính toán các đặc trưng khí hậu cho thời kỳ cơ sở. Tương lai gần được mô tả từ 2015 đến 2039 (25 năm) và tương lai xa được mô phỏng từ 2075 đến 2099 (25 năm). Sản phẩm của mô hình gồm khoảng 70 yếu tố khí hậu theo kịch bản phát thải trung bình A1B.  Ứng dụng mô hình PRECIS của Trung tâm Hadley – Vương quốc Anh PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) là mô hình động lực khí hậu khu vực, được xây dựng bởi Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu Toàn cầu Hadley và có thể chạy trên máy tính cá nhân (PC) nhằm phục vụ việc xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nhỏ. Tiền thân của mô hình PRECIS là mô hình HadRM3P xây dựng từ năm 1991 và được phát triển, cải tiến để dự tính biến đổi khí hậu. Vị trí của mô hình PRECIS trong bài toán chi tiết hóa động lực được mô tả ở hình dưới. Hình 13: Mô tả vị trí của mô hình PRECIS và giao diện mô hình Mô hình sử dụng hệ tọa độ Lai (Hybrid, η) gồm 19 mực thẳng đứng với mỗi mực η, k (k = 1, ..., 19) xác định bởi sự kết hợp tuyến tính giữa độ cao địa hình và các mực khí áp. Lưới ngang của mô hình là lưới xen kẽ, các biến vô hướng như nhiệt độ, khí áp, độ 33 ẩm được xác định tại tâm ô lưới còn các thành phần gió được xác định tại các điểm nút lưới. PRECIS sử dụng phép chiếu cực quay, đảm bảo cho sự ổn định mô hình mà không cần tới phép lọc phi vật lí. Hệ phương trình trong mô hình được giải bằng phương pháp số 3 chiều. Mô hình mô phỏng các biến riêng biệt, khoảng cách giữa các lưới và thời gian là như nhau. Sự thay đổi của áp suất, gió, nhiệt độ, độ ẩm và các yếu tố khác tuân theo 3 định luật bảo toàn chính: định luật bảo toàn mô men động lượng, bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn năng lượng. Chuyển động thẳng đứng còn chịu ảnh hưởng của lực gradient khí áp và lực trọng trường. Tuy nhiên trong mô phỏng của PRECIS vận tốc và gia tốc thẳng đứng của các yếu tố là rất nhỏ, do đó được bỏ qua. Các sơ đồ tham số hóa vật lí trong mô hình bao gồm: sơ đồ mây và giáng thủy; Sơ đồ bức xạ; Sơ đồ sol khí; Sơ đồ lớp biên; Sơ đồ bề mặt đất; Sơ đồ sóng trọng trường. Điều kiện biên xung quanh được lấy từ mô hình toàn cầu hoặc dữ liệu phân tích, bao gồm gió, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất bề mặt, Có khoảng hơn 100 biến khí tượng có thể khai thác từ sản phẩm của mô hình, trong đó nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp nhất bề mặt và lượng mưa theo ngày, tháng, năm được đặc biệt quan tâm nhằm xây dựng các kịch bản BĐKH. Miền tính cho Việt Nam được xây dựng với phạm vi không gian trong khoảng: 4N- 36ºN, 93-120ºE, độ phân giải ngang 25x25km. Kích thước lưới tính: 140x160 nút lưới. Mô hình được thiết kế chạy cho 2 thời kỳ: 1) Thời kỳ cơ sở (baseline), được lựa chọn theo 2 phương án là 1961-1990 và 1980-1999, và 2) Thời kỳ tương lai, được lựa chọn là thời kỳ 2000-2100 đối với các kịch bản phát thải trung bình và cao. Các mốc thời gian trong tương lai được xác định theo khoảng 20 năm một: 2000-2019, 2020-2039, 2040-2059, 2060-2079 và 2080-2100. Ở đây, các tính toán được thực hiện trung bình cho các thời kỳ này và so sánh với kết quả mô phỏng trong thời kỳ cơ sở của mô hình để thu được các mức thay đổi của các yếu tố khí hậu trong tương lai. Như đã nêu ở trên, trong phương pháp chi tiết hóa thống kê sự phù hợp của các hàm chuyển được nhận định thông qua độ lớn của hệ số tương quan tuyến tính giữa nhiệt độ, lượng mưa mô phỏng, phân tích bằng mô hình toàn cầu và quan trắc ở Việt Nam. Kết quả khảo sát cho thấy mối quan hệ của nhiệt độ trung bình tháng giữa số liệu quan trắc và số liệu tái phân tích tại cùng một trạm khá chặt chẽ. Hầu hết các tháng có hệ số tương quan > 0,6. Với mối quan hệ này ta có thể sử dụng một cách đơn giản hàm hồi quy tuyến tính 1 biến làm hàm chuyển. Tuy nhiên, đối với lượng mưa thì phương trình hàm chuyển không đủ tin cậy, do vậy, biến đổi lượng mưa của mô hình toàn cầu được sử dụng trực tiếp không thông qua hàm chuyển. c. Kịch bản BĐKH đối với nhiệt độ trung bình Nhiệt độ ở tất cả các trạm trên lưu vực sông Lô đều có xu hướng tăng lên ở cả 3 kịch bản biến đổi khí hậu. 34 Theo kịch bản A2, trong giai đoạn từ 2020 đến 2099 nhiệt độ trung bình năm tăng so với thời kỳ nền trung bình 2,8ºC, nhiệt độ trung bình mùa mưa tăng 3,0ºC trong khi nhiệt độ trung bình mùa khô tăng 2,5ºC. Theo kịch bản B1, nhiệt độ trung bình năm ở thời kỳ 2080-2099 tăng trung bình 1,7ºC so với thời kỳ nền; mùa mưa tăng khoảng 1,8ºC; mùa khô tăng trung bình 1,5ºC. Theo kịch bản B2, xu thế của nhiệt độ cũng tương tự như kịch bản A2 và B1, tuy nhiên không tăng mạnh như kịch bản A2 nhưng tăng nhiều hơn kịch bản B1. So giai đoạn 2080-2099 với thời kỳ nền ở nhiệt độ trung bình năm, trung bình mùa mưa và trung bình mùa khô cho thấy mức tăng lần lượt như sau: 2,3ºC, 2,5ºC và 2,1ºC. Chi tiết về sự thay đổi của nhiệt độ trung bình năm tại các trạm trên sông Lô được trình bày trong Bảng 3. Bảng 3: Sự thay đổi của nhiệt độ trung bình năm so với thời kỳ nền tại các trạm Đơn vị: ºC Kịch bản Giai đoạn Chiêm Hóa Hàm Yên Tuyên Quang Phú Hộ Việt Trì Hà Giang A2 2030-2039 0,8 0,9 0,8 0,9 0,9 0,8 2040-2059 1,3 1,4 1,4 1,5 1,4 1,2 2060-2079 1,9 2 2,0 2,2 2,1 1,8 2080-2099 2,6 2,8 2,7 3,0 3,0 2,5 B2 2030-2039 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,7 2040-2059 1,3 1,3 1,3 1,4 1,4 1,2 2060-2079 1,8 1,9 1,9 2,,0 2,0 1,7 2080-2099 2,2 2,2 2,3 2,6 2,5 2,1 B1 2030-2039 0,7 0,7 0,7 0,8 0,7 0,7 2040-2059 1,1 1,2 1,2 1,3 1,3 1,1 2060-2079 1,5 1,5 1,5 1,7 1,6 1,4 2080-2099 1,6 1,6 1,6 1,8 1,8 1,5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ TĂNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ở TRẠM CHIÊM HÓA A2 B2 B1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ TĂNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ở TRẠM HÀM YÊN A2 B2 B1 35 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ TĂNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ở TRẠM TUYÊN QUANG A2 B2 B1 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ TĂNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ở TRẠM PHÚ HỘ A2 B2 B1 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ TĂNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ở TRẠM VIỆT TRÌ A2 B2 B1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ TĂNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ở TRẠM HÀ GIANG A2 B2 B1 Hình 14: Sự thay đổi của nhiệt độ theo các kịch bản BĐKH A2, B2, B1 tại các trạm d. Kịch bản BĐKH đối với lượng mưa Lượng mưa năm tại tất cả các trạm đều có xu hướng tăng lên ở cả 3 kịch bản A2, B1, B2. Tuy nhiên, lượng mưa không tăng đều ở tất cả các tháng mà có xu hướng tăng lên rất mạnh vào mùa mưa và giảm vào mùa khô. Về lượng mưa mùa khô, lượng mưa giảm mạnh vào các tháng I (giảm so với thời kỳ nền trung bình 18,7% ở kịch bản A2, 17,5% ở kịch bản B2 và 15,8% ở kịch bản B1), tháng III (giảm trung bình so với thời kỳ nền 8,8% ở kịch bản A2, 8,0% ở kịch bản B2 và 4,9% ở kịch bản B1), giảm nhẹ vào tháng IV (so với thời kỳ nền lượng mưa giảm trung bình theo các kịch bản A2, B2, B1 lần lượt vào khoảng 3,3%, 3,1% và 2,9%). Tuy nhiên, vào các tháng đầu và cuối mùa khô (V,XI,XII) lại có xu hướng tăng lên, vào tháng XI tăng trung bình 6,7%, 6,3% và 6,2% so với thời kỳ nền ở các kịch bản A2, B2 và B1; tháng XII tăng khá mạnh vào khoảng trung bình 20,8%, 19,3% và 15,9% ở các kịch bản A2, B2, B1; tương tự như vậy, tháng V có lượng mưa tăng nhẹ ở các kịch bản A2, B2, B1 vào khoảng 1,3%, 1,2% và 1,1%. Về mùa mưa, lượng mưa có xu hướng tăng ở hầu hết các tháng mùa mưa, đặc biệt tăng mạnh vào tháng VII, VIII, nhưng giảm đi vào giai đoạn cuối của mùa mưa (tháng X). Chi tiết về sự thay đổi của lượng mưa tại các trạm trên lưu vực sông Lô được trình bày trong Bảng 4. Bảng 4: Sự thay đổi của lượng mưa năm tại các trạm trên sông Lô so với thời kỳ nền Đơn vị: % Kịch bản Giai đoạn Chiêm Hóa Hàm Yên Tuyên Quang Phú Hộ Việt Trì Hà Giang A2 2030-2039 1,3 1,4 1,6 0,6 1,3 2,5 36 2040-2059 2,3 2,4 2,7 0,9 2,2 4,0 2060-2079 3,3 3,5 3,9 1,3 3,1 6,0 2080-2099 4,6 4,9 5,3 1,9 4,3 8,6 B2 2030-2039 1,2 1,3 1,4 0,5 1,2 2,3 2040-2059 2,2 2,3 2,5 0,9 2,0 4,0 2060-2079 3,1 3,3 3,6 1,2 2,9 5,8 2080-2099 3,9 4,1 4,4 1,5 3,6 7,2 B1 2030-2039 1,2 1,2 1,3 0,5 1,1 2,2 2040-2059 2,0 2,1 2,3 0,8 1,9 3,8 2060-2079 2,5 2,7 2,9 1,0 2,3 4,8 2080-2099 2,7 2,9 3,1 1,1 2,5 5,1 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ THAY ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA Ở TRẠM CHIÊM HÓA A2 B2 B1 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ THAY ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA Ở TRẠM HÀM YÊN A2 B2 B1 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ THAY ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA Ở TRẠM TUYÊN QUANG A2 B2 B1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 L ư ợ n g m ư a ( % ) Năm XU THẾ THAY ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA Ở TRẠM PHÚ HỘ A2 B2 B1 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 L ư ợ n g m ư a ( % ) Năm XU THẾ THAY ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA Ở TRẠM VIỆT TRÌ A2 B2 B1 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 2020-0239 2040-2059 2060-2079 2080-2099 N h iệ t đ ộ ( ºC ) Năm XU THẾ THAY ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA Ở TRẠM HÀ GIANG A2 B2 B1 Hình 15: Sự thay đổi của lượng mưa theo các kịch bản BĐKH A2, B2, B1 tại các trạm 37 Xét lượng mưa trung bình năm từng thời kỳ, so với giai đoạn nền, lượng mưa trung bình năm các giai đoạn trong tương lai có xu hướng tăng lên rõ rệt, giai đoạn sau tăng nhanh hơn giai đoạn trước. Trong giai đoạn 2020-2059, sự khác biệt giữa các kịch bản là không nhiều, kịch bản A2 tăng so với giai đoạn nền là 2,4%, kịch bản B2 là 2,3% và B1 là 2,3%; đến giai đoạn 2060-2099, kịch bản A2 có sự gia tăng mạnh mẽ hơn so với kịch bản B1 và B2 với lượng tăng trung bình là 4,9%, trong khi kịch bản B2 và B1 tương ứng là 4,1% và 2,9%. 38 CHƯƠNG III: CÁC MÔ HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ 3.1. Mô hình thủy văn Để phục vụ cho tính toán, phân tích đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước trên lưu vực sông Lô theo các kịch bản biến đổi khí hậu, luận văn đã sử dụng mô hình mưa dòng chảy để tính toán dòng chảy đến trên toàn bộ lưu vực nhằm làm cung cấp tài liệu đầu vào cho các mô hình khác. Mô hình NAM đã được lựa chọn mô phỏng dòng chảy trên lưu vực. 3.1.1. Khái quát về mô hình NAM Mô hình NAM được xây dựng tại Khoa Thuỷ văn Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực và Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch năm 1982. NAM là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Đan Mạch “Nedbør - Afstrømnings - Models” có nghĩa là mô hình mưa rào dòng chảy. Trong mô hình NAM, mỗi lưu vực được xem là một đơn vị xử lý, do đó các thông số và các biến là đại diện cho các giá trị được trung bình hóa trên toàn lưu vực. Mô hình tính quá trình mưa-dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau. Cấu trúc mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc các hồ chứa theo chiều thẳng đứng và các hồ chứa tuyến tính, gồm có 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng: Bể chứa tuyết tan: được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ. Đối với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì không xét đến bể chứa này; Bể chứa mặt: lượng nước ở bể chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sát mặt. Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu bằng Umax; Bể chứa tầng dưới: là vùng đất có rễ cây nên cây cối có thể hút nước cho bốc, thoát hơi. Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu là Lmax, lượng nước hiện tại được ký hiệu là L và tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể chứa; Bể chứa nước ngầm tầng trên. Bể chứa nước ngầm tầng dưới. Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt. Lượng nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt. Khi U đạt đến Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn trực tiếp ra sông và một phần còn lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm. Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm xuống bể chứa ngầm. Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau. Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy cơ bản. 39 Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến tính thứ nhất, sau đó các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua hồ chứa tuyến tính thứ hai. Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra. 3.1.2. Các thông số cơ bản của mô hình NAM Mô hình có các thông số cơ bản sau: Bảng 5: Các thông số của mô hình NAM Thông số mô hình Mô tả Lmax Lượng nước tối đa trong bể chứa tầng rễ cây. Lmax có thể gọi là lượng ẩm tối đa của tầng rễ cây để thực vật có thể hút để thoát hơi nước. Umax Lượng nước tối đa trong bể chứa mặt. Lượng trữ này có thể gọi là lượng nước để điền trũng, rơi trên mặt thực vật, vàchứa trong vài cm của bề mặt của đất. CQOF Hệ số dòng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1). CQOF quyết định sự phân phối của mưahiệu quả cho dòng chảy ngầm và thấm. TOF Giá trị ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1). Dòng chảymặt chỉ hình thành khi lượng ẩm tương đối của đất ở tầng rễcây lớn hơn TOF. TIF Giá trị ngưỡng của dòng chảy sát mặt (0 ≤ TOF ≤ 1). Dòng chảy sát mặt chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối củatầng rễ cây lớn hơn TIF. TG Giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm (0 ≤ TOF ≤ 1).Lượng nước bổ sung cho bể chứa ngầm chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TG. CKIF Hằng số thời gian của dòng chảy sát mặt. CKIF cùng với Umax quyết định dòng chảy sát mặt. Nó chi phối thông số diễn toán dòng chảy sát mặt CKIF >> CK12. CK12 Hằng số thời gian cho diễn toán dòng chảy mặt và sát mặt.Dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt được diễn toán theo cácbể chứa tuyến tính theo chuỗi với cùng một hằng số thời gian CK12. CKBF Hằng số thời gian dòng chảy ngầm. Dòng chảy ngầm từ bể chứa ngầm được tạo ra sử dụng mô hình bể chứa tuyến tínhvới hằng số thời gian CKBF. 3.1.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến kết quả mô hình Lượng trữ bề mặt Lượng ẩm bị giữ lại bởi thực vật cũng như được trữ trong các chỗ trũng trên tầng trên cùng của bề mặt đất được coi là lượng trữ bề mặt. Umax biểu thị giới hạn trên của tổng lượng nước trong lượng trữ bề mặt. Tổng lượng nước U trong lượng trữ bề mặt liên tục bị giảm do bốc hơi cũng như do thấm ngang. Khi lượng trữ bề mặt đạt đến mức tối đa, một lượng nước thừa PN sẽ gia nhập vào sông với vai trò là dòng chảy tràn trong khi lượng còn lại sẽ thấm vào tầng thấp bên dưới và tầng ngầm. Lượng trữ tầng thấp hay lượng trữ tầng rễ cây Độ ẩm trong tầng rễ cây, lớp đất bên dưới bề mặt đất, tại đó thực vật có thể hút nước để bốc thoát hơi đặc trưng cho lượng trữ tầng thấp. Lmax biểu thị giới hạn trên của 40 tổng lượng nước trữ trong tầng này. Độ ẩm trong lượng trữ tầng thấp cung cấp cho bốc thoát hơi thực vật. Độ ẩm trong tầng này điều chỉnh tổng lượng nước gia nhập vào lượng trữ tầng ngầm, thành phần dòng chảy mặt, dòng sát mặt và lượng gia nhập lại. Bốc thoát hơi nước Nhu cầu bốc thoát hơi đầu tiên được thoả mãn từ lượng trữ bề mặt với tốc độ tiềm năng. Nếu lượng ẩm U trong lượng trữ bề mặt nhỏ hơn yêu cầu (U < Ep) thì phần còn thiếu được coi rằng là do các hoạt động của rễ cây rút ra từ lượng trữ tầng thấp theo tốc độ thực tế Ea. Ea tương ứng với lượng bốc hơi tiềm năng và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm trong đất, L/Lmax, của lượng trữ ẩm tầng thấp. max ( )a p L E E U L   Dòng chảy mặt Khi lượng trữ bề mặt vượt qua giới hạn trên của bể chứa mặt, U > Umax, thì lượng nước thừa PN sẽ gia nhập vào thành phần dòng chảy mặt. Thông số QOF đặc trưng cho phần nước thừa PN đóng góp vào dòng chảy mặt. Nó được giả thiết là tương ứng với PN và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm đất, L/Lmax, của lượng trữ ẩm tầng thấp.      max ax ax / Õu / 1 0 Õu / OF OF N m OF OFOF m OF L L T CQ P n L L T TQ n L L T Trong đó: CQOF: hệ số dòng chảy tràn trên mặt đất (0 ≤ CQOF ≤ 1), TOF : giá trị ngưỡng của dòng chảy tràn (0 ≤ TOF ≤ 1). Phần lượng nước thừa PN không tham gia vào thành phần dòng chảy tràn sẽ thấm xuống lượng trữ tầng thấp. Một phần trong đó, ∆L, của nước có sẵn cho thấm, (PN- QOF), được giả thiết sẽ làm tăng lượng ẩm L trong lượng trữ ẩm tầng thấp. Lượng ẩm còn lại, G, được giả thiết sẽ thấm sâu hơn và gia nhập lại vào lượng trữ tầng ngầm. Dòng chảy sát mặt Sự đóng góp của dòng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết là tương ứng với U và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng chứa ẩm của lượng trữ tầng thấp.       1 max ax ax / ( ) Õu / 1 0 Õu / IF IF m IF IFIF m IF L L T CK U n L L T TQ n L L T Trong đó CKIF là hằng số thời gian dòng chảy sát mặt và TIF là giá trị ngưỡng tầng rễ cây của dòng sát mặt (0 ≤ TIF ≤ 1). Diễn toán dòng chảy mặt và dòng sát mặt: 41 Dòng sát mặt được diễn toán qua chuỗi hai hồ chứa tuyến tính với cùng một hằng số thời gian CK12. Diễn toán dòng chảy mặt cũng dựa trên khái niệm hồ chứa tuyến tính nhưng với hằng số thời gian có thể biến đổi.           12 min 12 min min Õu OF < Õu OF < CK n OF CK OF CK n OF OF Trong đó OF là dòng chảy tràn (mm/giờ) OFmin là giới hạn trên của diễn toán tuyến tính (= 0,4mm/giờ), và β = 0,4. Hằng số β = 0,4 tương ứng với việc sử dụng công thức Manning để mô phỏng dòng chảy mặt. Theo phương trình trên, diễn toán dòng chảy mặt được tính bằng phương pháp sóng động học, và dòng chảy sát mặt được tính theo mô hình NAM như dòng chảy mặt (trong lưu vực không có thành phần dòng chảy mặt) được diễn toán như một hồ chứa tuyến tính. Lượng gia nhập nước ngầm Tổng lượng nước thấm G gia nhập vào lượng trữ nước ngầm phụ thuộc vào độ ẩm chứa trong đất trong tầng rễ cây.       max max max / ( ) Õu / 1 0 Õu / G N OF G G G L L T P Q n L L T TG n L L T Trong đó TG là giá trị ngưỡng của tầng rễ cây đối với lượng gia nhập nước ngầm (0 ≤ TG ≤ 1). Độ ẩm chứa trong đất Lượng trữ tầng thấp biểu thị lượng nước chứa trong tầng rễ cây. Sau khi phân chia mưa giữa dòng chảy mặt và dòng thấm xuống tầng ngầm, lượng nước mưa còn lại sẽ đóng góp vào lượng chứa ẩm (L) trong lượng trữ tầng thấp một lượng ∆L.     N OF L P Q G Dòng chảy cơ bản Dòng chảy cơ bản BF từ lượng trữ tầng ngầm được tính toán như dòng chảy ra từ một hồ chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF. 3.1.4. Dữ liệu đầu vào Số liệu khí tượng: Bao gồm số liệu bốc hơi tiềm năng và số liệu mưa ngày. Số liệu thủy văn: Tất cả số liệu lưu lượng trung bình ngày đến năm 2000 của 7 trạm thủy văn chính trên hệ thống sông được thu thập để làm cơ sở cho hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Chuỗi số liệu quan trắc KTTV trên hệ thống sông Lô thu thập được khá đồng bộ từ 1980- 2000 với số liệu của 16 trạm khí tượng. 42 Bảng 6: Danh sách các trạm khí tượng sử dụng trong mô hình NAM STT Trạm Vĩ độ Kinh độ Độ cao Thời kỳ quan trắc Độ Phút Độ Phút (m) 1 Bảo Lạc 22 57 105 40 258 1961-2012 2 Hà Giang 22 49 104 59 118 1957-2012 3 Hoàng Su Phì 22 45 104 40 553 1961-2012 4 Bắc Mê 22 44 105 22 74 1964-2012 5 Bắc Hà 22 32 104 17 957 1961-2012 6 Bắc Quang 22 29 104 52 74 1961-2012 7 Chợ Rã 22 27 105 43 210 1961-2012 8 Chiêm Hoá 22 09 105 16 50 1961-2012 9 Lục Yên 22 05 104 43 4 1961-2012 10 Hàm Yên 22 04 105 02 47 1961-2012 11 Tuyên Quang 21 49 105 13 42 1960-2012 12 Phú Hộ 21 27 105 14 36 1962-2012 13 Việt Trì 21 18 105 25 17 19