TÊN CHUYÊN ĐỀ: MÔ PHỎNG TÁC ĐỘNG THAY ĐỔI LƯỢNG MƯA DO
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LÊN TÀI NGUYÊN NƯỚC CHO LƯU VỰC SƠNG LA
NGÀ (TÍNH ĐẾN TRẠM PHÚ ĐIỀN)
Sinh viên thực hiện

: Lê Đoàn Hoài Bảo

MSSV

: 19170129

Giảng viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Thị Thụy Hằng

TĨM TẮT

ba trạm đó là: Bảo Lộc, Tà Pao và Xuân

Biến đổi khí hậu đang là vấn đề được

Lộc. Mơ hình này được xây dựng cho

quan tâm hàng đầu trên tồn cầu vì nó đe

giai đoạn hiệu chỉnh từ năm 1987 – 1989

dọa trực tiếp đến môi trường sống của

và giai đoạn kiểm định từ năm 1989 –

con người. Ngồi vệc ơ nhiễm mơi

1991. Mơ hình giúp mơ phỏng tác động

trường ra thì biến đỏi khí hậu còn gây

của việc thay đổi lượng mưa do biến đổi

những tác động tiêu cực đến q trình

khí hậu lên tài nguyên nước cho lưu vực

thủy văn trên Trái Đất. Nó đã gây thay

sơng La Ngà tính đến trạm Phú Điền.

đổi các dịng chảy, khiến cho mưa nhiều

Từ khóa: BĐKH, mơ hình HEC – HMS

hơn làm tăng thể tích nước ở các lưu vực

model, RCP4.5, La Ngà.

sông, hồ và dẫn đến tình trạng ngập lụt.

ABSTRACT

Nhận thấy được sự nguy hiểm cho Trái
Đẩt nói chung và q trình thủy văn nói

riêng nên các nhà thủy văn đã nghiên
cứu và phát triển ra các loại mơ hình
nhằm dự báo và phịng chống các mối
nguy hại do biến đổi khí hậu có thể gây
ra cho quá trình thủy văn trên Trái Đất.
Bài báo này được lập ra nhằm nghiên
cứu mô phỏng tác động và phân tích kết
quả tính tốn những thay thay đổi về
lượng mưa do biến đổi khí hậu lên tài
nguyên nước ở lưu vực sông La Ngà tại

Climate change is a global issue of
leading concern because it directly
threatens the human living environment.
In addition to environmental sanitation,
climate change also has negative impacts
on hydrological processes on Earth. It
has provided variable flows, causing
more rain which can strengthen water in
areas of rivers and lakes and lead to
flooding. Realizing the danger to the
Earth

disk

hydrological

in

general


process

in

and

the

particular,
1


hydrologists

have

researched

and

Xuan Loc. . This model is built to the

developed models for the purpose of

stage to edit from the year 1987 - 1989

forecasting and combating the danger of

and the stage of testing from year 1989 -


climate change. up the too the hydrology

1991. In addition, it also simulates

on Earth. This post is set up to the scope

changes in precipitation due to climate

of the module and parsing the results of

change on water resources for river basin

the changes to the climate change on

storage. La Nga to Phu Dien.

water resources in the La Nga river basin

Keyword: BÐKH, HEC model - HMS,

at three points: Bao Loc, Ta Pao and

RCP4.5, La Ngà.

MỞ ĐẦU

sống đi qua. Nhận thấy được vấn đề

Sông La Ngà là một trong những phụ lưu


nghiêm trọng đó, các nhà thủy văn đã

quan trọng của khu vực sông Đồng Nai.

nghiên cứu và phát triển ra các loại mơ

Tại đây có nguồn nước dồi dào, cảnh

hình mô phỏng các vấn đề liên quan đến

quan phong phú và nguồn nước tại đây

lượng mưa và dòng chảy để phục vụ cho

cịn đóng góp rất nhiều lợi ích cho nền

việc quản lý tài nguyên nước và ứng phó

kinh tế của khu vực. Tuy nhiên, vấn đề

biến đổi khí hậu. Các mơ hình đó có thể

biến đổi khí hậu đã làm ảnh hưởng rất

được kể đến như: mơ hình SWAT dùng

nhiều đến chất lượng nước tại khu vực từ

để đánh giá lưu lượng dịng chảy trên lưu


đó ảnh hưởng đến sức khỏe của con

vực sơng, mơ hình LST dùng để mơ

người và nền kinh tế tại đây. Vì vậy, biến

phỏng sự thay đổi của dịng chảy, mơ

đổi khí hậu là một vấn đề đang nhận

hình FLWAV, MIKE 11, HEC – RAS

được sự quan tâm đặc biệt trên toàn cầu.

ứng dụng cho mơ hình thủy động lực

BĐKH đã làm tăng lượng mưa trong khu

học. Trong chun đề này mơ hình được

vực từ đó làm tăng thể tích của sơng gây

sử dụng chính để mơ phỏng q trình

ngập lụt ở các khu vực có dịng chảy của

mưa và dịng chảy đó là mơ hình HEC –
HMS [1].


DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Khu vực nghiên cứu

bắt nguồn từ cao nguyên Di Linh (Bảo

Sông La Ngà, là phụ lưu lớn nhất bên

Lộc – Lâm Đồng), là nơi hợp lưu của ba

phía tả ngạn của sơng Đồng Nai. Được

con suối nhỏ có tên Rơ Nha, Đac Toren
2


và Đac No với độ cao trung bình trên

Ba trạm đo mưa được đặt ở các khu vực

1000m. Lưu vực nghiên cứu của sơng La

khác nhau nhằm đảm bảo tính khách

Ngà gồm phần lớn diện tích huyện Bảo

quan trong việc thu thập dữ liệu lượng

Lộc thuộc tỉnh Lâm Đồng, huyện Tánh

mưa trong khu vực sông La Ngà. Ba khu


Linh thuộc tỉnh Bình Thuận, huyện Tân

vực

Phú và Định Quán thuộc tỉnh Đồng Nai

107°48'59.98"E - Vĩ độ: 11°31'59.99"N),

[2]. Diện tích lưu vực sông La Ngà trong

Tà Pao (Kinh độ: 107°42'58.23"E – Vĩ

nghiên cứu rộng khoảng 3757 km2 được

độ: 11° 7'37.89"N), Xuân Lộc (Kinh độ:

tính tốn tự động bởi cơng cụ “Calculate

107°26'22.65"E

Geometry” trên phần mềm ArcGis 10.3

10°54'43.93"N).

đó

là:

Bảo


Lộc

–

(Kinh

Vĩ

độ:

độ:

Hình 1: Bản đồ lưu vực La Ngà (tính đến trạm Phú Điền)

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp đa giác Thiessen
Mơ hình áp dụng phương pháp Thiessen

áp dụng ArcGis 10.3 để chia khu vực đại

để tính lượng mưa trung bình ảnh hưởng

diện cho mỗi trạm đo mưa cho thấy rằng

lên khu vực nghiên cứu, kết quả sau khi

trên khu vực nghiên cứu chỉ chia làm hai

3



khu vực đại diện đó là khu vực đại diện

vực nghiên cứu. Cơng thức tính tốn

cho trạm Bảo Lộc và trạm Tà Pao. Điều

lượng mưa bình qn trên diện tích theo

đó chứng tỏ khu vực nghiên cứu chịu

phương pháp “Đa giác Thiessen”:

ảnh hưởng do mưa chủ yếu là ở hai nêu
trên và lượng mưa ở trạm Xuân Lộc đo

N

1
P= ∑ A i Bi
A i=1

được không ảnh hưởng đáng kể đến khu
Hình 2: Bản đồ lưu vực La Ngà sau khi chia theo phương pháp đa giác Thiessen
Mơ hình HEC – HMS

Trong nghiên cứu này, sử dụng phương

Mơ hình HEC – HMS mô phỏng các quá


pháp đường cong số học “SCS Cruve

trình dịng chảy mưa trong một lưu vực

Number” – SCS CN được sử dụng rộng

có đầu ra đơn. Mơ hình này mô phỏng

rãi và hiệu quả để xác định lượng dịng

các thơng lượng riêng lẻ của chu trình

chảy xấp xỉ từ lượng mưa ngay cả trong

thủy văn, chẳng hạn như tuyết tan, xâm

một khu vực cụ thể. Mặc dù phương

nhập, thốt hơi nước, dịng chảy cơ sở và

pháp này được thiết kế cho một sự kiện

định tuyến kênh. HEC – HMS được áp

bão duy nhất, nhưng nó có thể được thu

dụng cho một số phân tích chẳng hạn

nhỏ để tìm các giá trị dòng chảy trung


như: nghiên cứu lũ, thiết kế đập tràn hồ

bình hàng năm. Các yêu cầu chỉ số cho

chứa, dự báo dịng chảy, thốt nước đơ

phương pháp này là rất thấp, lượng mưa

thị, tác động đô thị hóa trong tương lai,

và số đường cong. Số đường cong dựa

chất lượng nước, xói mịn và vận chuyển

trên nhóm đất thủy văn của khu vực, sử

trầm tích. Để thiết lập mơ hình HEC –

dụng đất, xử lý và điều kiện thủy văn.

HMS cần có bốn thành phần mơ hình
chính, đó là: mơ hình lưu vực, mơ hình
khí tượng, thơng số kỹ thuật để điều
khiển và cần có chuỗi đầu vào (chuỗi
thời gian, dữ liệu được ghép nối và dữ
liệu dạng lưới) [3].
Cơ sở lý thuyết mơ hình
Loss Method – SCS Cruve Number


Q=

(P−I a )2
( P−I a ) + S

Với Ia = 0.2S, suy ra:
(P−I a )2
Q=
( P−I a ) + S
S=

1000
−10
CN

Giải thích: Q là giá trị dịng chảy (mm);
P là lượng mưa (mm); Ia là trừu tượng
4


ban đầu (mm); S = khả năng duy trì tối

“Constant

đa sau khi dịng chảy bắt đầu chạy mơ

“Penamn Monteith” để tính tốn lượng

hình [4].


bốc hơi,

Baseflow Method – Constant Monthly

Đánh giá hiệu quả mơ hình

Dịng cơ sở trong bài nghiên cứu sử dụng

Hiệu quả mơ phỏng của mơ hình được

phương pháp “Constant Monthly” để

đánh giá trên mức độ phù hợp giữa số

chạy mơ hình, đây là hằng số theo tháng.

liệu quan trắc được và số liệu mơ phỏng

Thiết lập mơ hình nghiên cứu

bằng mơ hình thơng qua các chỉ số

Bài nghiên cứu sử dụng bộ dữ liệu thủy
văn và khí tượng do Tiến sĩ Nguyễn Thị

Monthly”;

Phương

“Nash – Sutcliffe” hoặc chỉ số phần trăm

“PBIAS” hoặc hệ số tương quan R2.

Thụy Hằng cung cấp, bộ dữ liệu có

Cơng thức của các hệ số:

những thông số như sau: lượng mưa,

Hệ số Nash – Sutcliffe (NSE)

nhiệt độ, gió, độ ẩm, số giờ nắng, lưu
lượng trên ba trạm đo mưa đó là Bảo

n
¿1
n

NSE=1−

¿1

Phần trăm sai số (PBIAS)
n

Khu vực thực hiện nghiên cứu là lưu vực

∑ ( Qobs −Q¿ )
PBIAS=

¿1


trong nghiên cứu này sử dụng những
phương pháp chính như sau. Để mơ

n

x 100 %

∑ Qobs

rất nhiều phương pháp để mơ phỏng q
trình của dịng chảy thủy văn, nhưng

2

∑ (Qobs−Q´ obs)

1991 và lượng mưa do biến đổi khí hậu

sơng La Ngà tính đến trạm Phú Điền. Có

2

∑ (Q obs−Q¿ )

Lộc, Tà Pao, Xuân Lộc từ năm 1987 đến
từ năm 2046 đến 2050.

pháp


¿1

Hệ số xác định R2
R2=¿¿

phỏng lượng nước tổn thât do xâm nhập

Giải thích: Q là giá trị thực đo (m 3/s),

ta sử dụng phương pháp đường cong số

Qsim là giá trị mô phỏng (m3/s); 𝑄̅ 𝑜bs

học “SCS Curve Number”, để mơ phỏng

là giá trị trung bình thực đó (m3 /s); 𝑄̅

dịng chảy bề mặt sinh ra do biến lượng

𝑠im là giá trị trung bình mơ phỏng

mưa dư thừa ta sử dụng phương pháp

(m3/s) [5].

“Snyder Unit Hydrograph”, để mơ phỏng

Chỉ tiêu đánh giá mơ hình

dịng chảy cơ sở ta sử dụng phương pháp

5


Bảng 1: Bảng chỉ tiêu đánh giá mơ hình [5]
Xếp

hạng

hiệu

suất
Rất tốt
Tốt
Đạt yêu cầu
Không đạt yêu cầu

NSE

PBIAS

R2

0.75< NSE ≤1.00
0.65< NSE ≤0.75
0.40< NSE ≤0.65
NSE ≤0.40

PBIAS <±10
±10≤ PBIAS <±15
±15≤ PBIAS <±25

PBIAS ≥±25

0.75< R2 < 1.00
0.65< R2 < 0.75
0.65< R2 < 0.50
R2 < 0.50

Kết quả và thảo luận
Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình
Bảng 2: Các hệ số cần kiểm định
Hiệu chỉnh
Thông số
Xếp loại
Thông số
Xếp loại

NSE
PBIAS
0.456
23.78
Đạt yêu cầu
Đạt yêu cầu
Kiểm định
NSE
PBIAS
0.699
-14.25
Tốt
Rất tốt


R2
0.81
Rất tốt
R2
0.85
Rất tốt

6


Hình 3: Kết quả hiệu chỉnh mơ hình
Hình 4: Kết quả kiểm định mơ hình

Đánh giá tài ngun nước
Tại lưu vực thực hiện nghiên cứu có tổng
lượng mưa hàng năm tương đối lớn, đa
số ở giai đoạn từ năm 1987 đến 1991 đều
trên 2000 mm/năm. Cụ thể như sau:
-

Năm 1987: 2208.06 mm.

-

Năm 1988: 2127.72 mm.

-

Năm 1989: 2765.16 mm.


-

Năm 1990: 2524.48 mm.

-

Năm 1991: 2391.21 mm.

Có thể thấy rằng vào năm 1989 là có
tổng lượng mưa lớn nhất, tuy nhiên
lượng mưa cao nhất trong giai đoạn thực
hiện nghiên cứu được ghi nhận được là
124.28 mm vào ngày 21/08/1987.

Hình 5: Biểu đồ lượng mưa trung bình ở 2 trạm trong giai đoạn 1987 – 1991
Lượng mưa là thành phần quan trọng

chảy được ghi nhận cao nhất trong thời

hình thành nên lưu lượng dịng chảy của

gian thực hiện nghiên cứu là 790

lưu vực, tuy nhiên vào năm có tổng

m3/ngày được ghi nhận vào ngày

lượng mưa lớn nhất chưa chắc đã có lưu

06/09/1990 tại trạm Phú Điền. Sau đây là


lượng dòng chảy lớn mà còn phải tùy

hình ảnh biểu đồ lưu lượng dịng chảy từ

thuộc vào các yếu tố khác như: nhiệt độ,

năm 1987 đến 1991 tại trạm Phú Điền:

số giờ nắng, độ ẩm,…Lưu lượng dòng
7


900
800

Lưu lượng mưa (m3/ngày)

700
600
500
400
300
200
100
0
87 87 87 87 87 87 87 88 88 88 88 88 88 89 89 89 89 89 89 90 90 90 90 90 90 91 91 91 91 91 91
19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19

Hình 6: Biểu đồ lưu lượng dịng chảy tại trạm Phú Điền giai đoạn 1987 – 1991

Tác động của BĐKH đến tài nguyên

trong giai đoạn năm 2046 đến 2050 dựa

nước

theo “Lượng mưa kịch bản BĐKH

Ngoài việc, biến đổi khí hậu làm ơ nhiễm

RCP4.5 để mơ phỏng tác động do thay

mơi trường sống của con người thì nó

đổi lượng mưa trên mơ hình HEC –

cịn làm ảnh hưởng đến tài nguyên nước

HMS. Tuy nhiên, vấn đề khó khăn và

và tác động đến chu trình thủy văn trên

chưa có tính thuyết phục ở đây là chỉ có

thế giới nói chung và tại lưu vực thực

lượng mưa là thay đổi, các thơng số cịn

hiện nghiên cứu nói riêng. Biến đổi khí


lại như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, số

hậu làm thay đổi dịng chảy, làm gia tăng

giờ nắng khơng có theo năm tương ứng

lượng mưa trong khu vực dẫn đến tình

trong kịch bản. Vì vậy, để chạy được mơ

trạng ngập lụt các khu vực ven biển hay

hình ta phải sử dụng các thông số kể trên

ven sông. Trong bài nghiên cứu này sử

thuộc giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định

dụng lượng mưa do biến đổi khí hậu

tức là giai đoạn từ năm 1987 đến 1991.
Mơ hình trả ra kết quả như sau:

8


Bảng 3: Kết quả mô phỏng dữ liệu lượng mưa do BĐKH

Thông số
Xếp loại


Kịch bản BĐKH RCP4.5
NSE
PBIAS
-1.524
95.92
Không đạt yêu cầu Khơng đạt u cầu

R2
0.69
Đạt u cầu

Hình 7: Kết quả mơ phỏng theo kịch bản BĐKH RCP4.5
Kết quả cho thấy khi sử dụng bộ dữ liệu

-

Năm 2046: 3420.76 mm.

lượng mưa theo kịch bản BĐKH RCP4.5

-

Năm 2047: 2360.31 mm.

cho ra các thông số không đạt yêu cầu.

-

Năm 2048: 2492.80 mm.


Một phần là vì lượng mưa do BĐKH có

-

Năm 2049: 3157.52 mm.

khác biệt quá lớn với lượng mưa ở giai

-

Năm 2050: 3783.71 mm.

đoạn hiệu chỉnh và kiểm định. Tổng

Dựa vào dữ liệu lượng mưa do BĐKH ta

lượng mưa do BĐKH theo từng năm

vẽ được biểu đồ lượng mưa do BĐKH

được ghi nhận và tính ra kết quả như sau:

như sau:

9


120.00


100.00

80.00

60.00

40.00

20.00

0.00
46 46 46 46 46 46 46 47 47 47 47 47 47 48 48 48 48 48 48 48 49 49 49 49 49 49 49 50 50 50 50 50 50
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Hình 7: Biểu đồ lượng mưa do BĐKH vào giai đoạn 2046 – 2050
Biểu đồ lượng mưa do BĐKH cho thấy

năm theo kịch bản BĐKH RCP4.5 cao

sự khác biệt với biểu đồ lượng mưa ở

hơn rất nhiều so với giai đoạn hiệu chỉnh

giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định.

và kiểm định. Lượng mưa cao như vậy

Lượng mưa cao nhất được tính theo ngày

sẽ dễ dẫn đến tình trạng ngập lụt ảnh


ở kịch bản BĐKH RCP4.5 là 98.5

hưởng tới con người, ngập úng các loại

mm/ngày, thấp hơn lượng mưa cao nhất

cây ảnh hưởng đến việc sản xuất nông

ở giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định. Tuy

nghiệp. Do vậy, cần có biện pháp để

nhiên, số ngày mưa do BĐKH cao hơn

khắc phục tình trạng BĐKH và phịng

rất nhiều so với giai đoạn hiệu chỉnh và

chống những hậu quả do BĐKH gây ra.

kiểm định. Vì vậy tổng lượng mưa hàng
KẾT LUẬN

tốt được dòng chảy tại lưu vực nghiên

Sau khi kết thúc giai đoạn hiệu chỉnh và

cứu thể hiện qua các kết quả của các hệ


kiểm định các thông số trên nền mơ hình

số ta ghi nhận được. Ngồi ra, mơ hình

HEC – HMS trong giai đoạn từ năm

đã mơ phỏng và cho ta thấy được sự

1987 đến 1991 ta rút ra được kết luận

khác biệt rất lớn về dòng chảy thực đo,

rằng mơ hình đã giúp ta mơ phỏng khá

địng chảy mơ phỏng và thể tích của lưu
10


vực La Ngà giữa giai đoạn hiệu chỉnh và
kiểm định so với dựa trên kịch bản
BĐKH RCP4.5. Ngồi ra, cịn so sánh
được sự khác biệt về lượng mưa ở giai
đoạn hiệu chỉnh và kiểm định với lượng
mưa do BĐKH gây ra.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]: Nguyễn Thị Thùy Trang, Ngơ Ngọc
Hồng Giang, Nguyễn Thị Thụy Hằng –
Đánh giá sự thay đổi dịng chảy lưu vực

sơng La Ngà.
[2]: Nhịp sống Đồng Nai – VNC Garden

BĐKH: Biến đổi khí hậu.

– 58. Sông La Ngà

HEC – HMS: Hydrologic Engineering

[3]:

Center – Hydrologic Modeling System.

Engineering

SWAT: Soil & Water Assessment Tool.

Modeling System (HEC-HMS)

LST: Long and Short Term runoff

[4]: Purdue University - SCS Curve

model.

Number Method.

HEC – RAS: Hydrologic Engineering

[5]: MedCrave - The influence of spatial


Center – River Analysis System.

discretization on HEC-HMS modelling:

SCS CN: The Soil Conservation Service

a case study.

Giới

thiệu
Center

về

Hydrologic

-

Hydrologic

Curve Number.
NSE: Nash Sutcliffe Efficiency.
PBIAS: Percent Bias.

11