Giáo trình Đánh giá ảnh hưởng của mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến mực nước triều ven biển miền Trung - Vũ Công Hữu

Nội dung text: Giáo trình Đánh giá ảnh hưởng của mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến mực nước triều ven biển miền Trung - Vũ Công Hữu

1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 116-121 Đánh giá ảnh hưởng của mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến mực nước triều ven biển miền Trung Vũ Công Hữu*, Nguyễn Minh Huấn, Nguyễn Thị Trang, Phùng Quốc Trung Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08 tháng 8 năm 2016 Ch nh s a ngày 26 tháng 8 năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 12 năm 2016 Tóm tắt: Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu thường được đánh giá dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai và được biểu hiện qua các biến động của nhiệt độ không khí, lượng mưa, mực nước biển dâng và các tác động khác (UNEP, 2009). Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của mực nước biển dâng đến mực nước triều vùng ven biển miền Trung. Mô hình mô phỏng thủy triều cho khu vực biển miền Trung được áp dụng với các kịch bản nước dâng. Kết quả tính toán cho thấy rằng dao động thủy triều biến đổi rõ nét với các vùng có biên độ lớn ở phía bắc miền Trung. Tại những vùng này, mực nước biển tăng do biến đổi khí hậu làm cho biên độ dao động tăng lên và làm chậm pha dao động. Tại các vùng phía nam miền Trung, biên độ triều lại giảm. Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa tham khảo cho các nhà nghiên cứu, quản lý và kỹ thuật khi quan tâm đến mực nước tổng cộng trong tương lai tại các địa phương của miền Trung. Từ khóa: Biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thủy triều miền Trung. 1. Mở đầu Nguyên nhân gây ra hiện tượng trái đất ấm lên được đại đa số các nhà khoa học nhất trí đó Biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu biểu là việc tăng hàm lượng khí CO2 và các loại khí hiện bởi bốn yếu tố cơ bản đó là sự thay đổi thải gây hiệu ứng nhà kính do hoạt động của nhiệt độ; sự dâng cao mực nước biển, thay đổi con người gây ra trong bầu khí quyển trái đất. lượng mưa và các hiện tượng thời tiết cực đoan. Bên cạnh vấn đề gia tăng nhiệt độ do hiệu ứng Trong các yếu tố này, sự thay đổi nhiệt độ trung nhà kính còn liên quan đến giai đoạn nóng lên bình toàn cầu theo xu thế ngày càng tăng là của trái đất do hoạt động nội tại có tính chu kỳ thước đo phổ biến về thực trạng khí hậu toàn trong lịch s hình thành và phát triển của cầu và dâng cao mực nước biển là yếu tố nguy trái đất [2]. hại lâu dài nhất đối với chúng ta [1]. Biến đổi Cả hai nguyên nhân trên đều có cơ sở thực khí hậu toàn cầu đã được Liên hiệp quốc quan tế và chúng cùng tác động gây ra tình trạng trái tâm, thể hiện ở việc đưa ra Nghị định thư Kyoto đất nóng lên hiện nay, chu kỳ nóng ấm của trái (1997) nhằm giảm thiểu khí thải gây ra hiệu đất mang tính nội sinh và ngoại sinh tự nhiên ứng nhà kính và đẩy nhanh tốc độ nóng lên của được đẩy nhanh, trở nên nghiêm trọng hơn do khí hậu toàn cầu. những tác động của khí thải và hiệu ứng ___ nhà kính. Tác giả liên hệ. ĐT: 84-633041948 Email: vuconghuu80@gmail.com 116
2. V.C. Hữu và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 116-121 117 Cho đến nay, các nghiên cứu dự đoán dâng cao mực nước biển (NBD) sẽ tăng lên 0 – 1m trong thế kỷ 21, ba yếu tố cơ bản được đề cập bao gồm: (i) hiện tượng dãn nở vì nhiệt của đại dương; (ii) tan băng ở Greenland và Nam cực; độ và (iii) thay đổi khả năng giữ nước ở đất liền [2]. Việt Nam có bờ biển dài 3.260km, hơn 1 Vĩ triệu km2 lãnh hải và trên 3000 hòn đảo gần bờ và hai quần đảo xa bờ, nhiều vùng đất thấp ven biển. Các khu vực này hàng năm phải chịu ngập lụt nặng nề trong mùa mưa và hạn hán, xâm nhập mặn trong mùa khô. Việt Nam là nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự dâng cao của mực nước biển, đa số ảnh hưởng này tác động Kinh độ đến đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông C u Long, phần lớn dân cư Việt Nam và các hoạt động kinh tế nằm trên vùng đồng bằng của Hình 1. Trường độ sâu của khu vực tính toán. hai con sông này. BĐKH và nước biển dâng sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng nói trên, làm Miền quan tâm là khu vực biển miền Trung, tăng diện tích ngập lụt, gây khó khăn cho thoát tuy nhiên mô hình ADCIRC được thiết lập cho nước, tăng xói lở bờ biển, nhiễm mặn nguồn khu vực Biển Đông với những đặc điểm sau: nước ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và Địa hình trong nghiên cứu này được thu nước sinh hoạt, gây rủi ro lớn đối với các công thập từ nguồn số liệu địa hình của Bộ Tư lệnh trình ven biển như đê biển, đường giao thông, Hải quân với các tỷ lệ khác nhau: 1/25.000, bến cảng các nhà máy, các đô thị và khu dân cư 1/50.000, 1/100.000, 1/200.000, 1/500.000 và ven biển. Mực nước biển dâng và nhiệt độ nước 1/1000.000. Những khu vực không có số liệu biển tăng ảnh hưởng đến các hệ sinh thái biển thì được bổ sung bằng số liệu địa hình toàn cầu và ven biển, gây nguy cơ đối với các rạn san hô GEBCO30 của Anh với số liệu độ sâu s dụng và rừng ngập mặn, ảnh hưởng tới nền tảng sinh hệ quy chiếu là mực nước biển trung bình (hình học cho các hoạt động khai thác và nuôi trồng 1). Lưới tính phần t tam giác được xây dựng thủy sản ven biển. theo phương pháp chia lưới tự động (Scalar Các kịch bản biến đổi khí hậu được lựa paving density) với các phần t có kích thước chọn là hai mức cao nhất và thấp nhất được cạnh nhỏ nhất là 200m ở vùng ven bờ biển, độ tham khảo từ Kịch bản biến đổi khí hậu cho lớn của các phần t biến đổi t lệ với vận tốc lan Việt Nam được Bộ TN&MT công bố năm 2012. truyền sóng trọng lực. Các điều kiện biên tương tác với khí quyển như ứng suất trên bề mặt thoáng (gió và/hoặc 2. Phương pháp mô phỏng ứng suất phát xạ sóng) và áp suất khí quyển ADCIRC (Advanced Circulation Model) là không được xét tới trong mô phỏng này. mô hình số trị được phát triển để giải hệ Quá trình truyền triều được xây dựng bằng phương trình chuyển động của chất lỏng trên phương pháp mô hình số trị dựa trên hệ phương trái đất quay, s dụng xấp x thủy tĩnh và xấp x trình thủy động lực phi tuyến hypecbolic với Boussinesq, hệ phương trình được rời rạc hóa điều kiện biên hỗn hợp: điều kiện không thấm ở trong không gian s dụng phương pháp phần t biên cứng và dao động mực nước trên biên lỏng hữu hạn, rời rạc hóa theo thời gian s dụng được xác định từ các hằng số điều hòa thủy phương pháp sai phân hữu hạn [3]. triều toàn cầu với độ phân giải thấp, trong
3. 118 V.C. Hữu và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 116-121 nghiên cứu này s dụng bộ hằng số điều hòa A1FI- mực nước trung bình dâng thêm 1.0m). toàn cầu với độ phân giải 15’x15’ của C. Le Sự gia tăng mực nước nước biển đươc xét Provost [4] và mô hình ADCIRC 2DDI (2000) tương ứng với sự gia tăng độ sâu của biển. được s dụng để tính toán lan truyền sóng triều. Kết quả dao động mực nước trên toàn bộ Kết quả dao động mực nước trên toàn bộ lưới lưới tính sẽ được phân tích để xác định sự thay tính sẽ được phân tích xác định các giá trị pha đổi các giá trị pha và biên độ dưới tác động của và biên độ của các hằng số điều hoà đối với 8 hiện tượng dâng cao mực nước biển trung bình sóng triều chính (O1, K1, P1,Q1, M2, N2, K2, làm thay đổi độ sâu của khu vực tính toán S2) trên lưới với độ phân giải 2’ x 2’ kinh vĩ. tương ứng với các kịch bản phát thải khí nhà Từ kết quả tính toán của mô hình, chuỗi số kính được lựa chọn để xây dựng kịch bản nước liệu mực nước 365 ngày lưu giữ trên toàn bộ biển dâng cho Việt Nam. lưới tính của khu vực miền Trung được phân tích bằng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định các giá trị của các hằng số điều hoà 3. Kết quả nghiên cứu đối với 8 sóng triều chính (O1, K1, P1, Q1, M2, N2, K2, S2). Kết quả so sánh đối chứng cho Kết quả tính toán cho thấy rằng dao động thấy rằng sai số trung bình của biên độ các sóng thủy triều biến đổi rõ nét với những vùng có triều chính là 5.8cm với hệ số tương quan R2 = biên độ lớn ở phía bắc miền Trung (tính từ trạm 0.8249 và đối với giá trị pha lần lượt là 9.11o và Sơn Trà về phía bắc). Ở những vùng biên độ R2 = 0.8918. Kết quả này đã được trình bày lớn thì khi mực nước biển tăng do biến đổi khí trong bài [5]. Việc hiệu ch nh mô hình cho phép hậu làm cho biên độ dao động tăng lên và làm lựa chọn các tham số chính như sau: Model chậm pha dao động. Tại các vùng phía nam type: 2DDI; Cold start; Coriolis option variable; miền Trung (tính từ trạm Sơn Trà về phía nam), Finite amplitude terms; Wetting/drying; biên độ triều thu hẹp lại và không tuân theo quy Advective terms; Time derivative terms; Solver luật biến đổi do ảnh hưởng của hệ số ma sát. type Iterative JCG; Wave continuity: 0.01; Tại khu vực Quy Nhơn lên phía bắc, mực Lateral viscosity: 6.8 m2/s; friction coefficient: nước cực đại dâng cao lên khi mực nước biển 0.0025. trung bình dâng cao do biến đổi khí hậu. Các tham số được lựa chọn này là kết quả Tại khu vực từ Quy Nhơn xuống phía nam, của các tính toán hiệu ch nh và kiểm chứng kết mực nước cực đại hạ thấp nhưng mức độ biến quả của mô hình và giá trị mực nước tại các đổi tuyệt đối nhỏ hơn so với khu vực phía bắc. trạm hải văn ven bờ. Tại khu vực Sơn Trà lên phía bắc, mực nước cực tiểu hạ thấp khi mực nước biển trung Để đánh giá được tác động của quá trình bình dâng cao do biến đổi khí hậu. dâng cao mực nước do biến đổi khí hậu toàn cầu đến biến đổi của mực nước thủy triều, nghiên cứu đã s dụng các kịch bản nước biển dâng đối với hai trường hợp nước dâng cực tiểu và cực đại tương ứng với kịch bản phát thải cao và phát thải thấp được Bộ TN&MT năm 2012 xây dựng cho vùng biển Việt Nam. Mô hình ADCIRC 2DDI được s dụng để tính toán lan truyền sóng triều với hai kịch bản nước biển dâng cho cả Biển Đông là kịch bản phát thải thấp (kịch bản B1 – mực nước trung bình dâng Hình 2. So sánh mực nước cao nhất. thêm 0.5m) và kịch bản phát thải cao nhất của nhóm các kịch bản phát thải cao (kịch bản
4. V.C. Hữu và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 116-121 119 hưởng tại vùng thềm lục địa, do thủy triều là sóng nước nông lan truyền với vận tốc C = (gh)1/2, do độ sâu (h) tăng lên trong mô phỏng với các kịch bản nước biển dâng, sóng thủy triều sẽ lan truyền nhanh hơn trong khu vực. Do tần số sóng (f) vẫn giữ nguyên nên bước sóng sẽ tăng theo t lệ với h1/2, với sự biến động nhỏ Hình 3. So sánh mực nước thấp nhất giữa các của vị trí điểm vô triều cho thấy sự biến động phương án tại các trạm. lớn đối với biên độ thủy triều. Sự biến động vận Tại khu vực Sơn Trà xuống phía nam, mực tốc pha của sóng triều cũng gây ra sự biến động nước cực tiểu dâng cao nhưng mức độ biến đổi chậm về pha trong kết quả tính toán mô phỏng nhỏ so với khu vực phía bắc khi mực nước biển Do NBD, tỷ lệ ảnh hưởng các sóng bán nhật trung bình dâng cao do biến đổi khí hậu. triều trong dao động mực nước ngày càng tăng, Như vậy, dao động thủy triều biến đổi rõ khuynh hướng bán nhật triều hóa chế độ triều nét với những vùng có biên độ lớn ở phía bắc diễn ra có thể dẫn đến sự thay đổi của chế độ miền Trung (từ trạm Sơn Trà về phía bắc). Ở triều tại đây. những vùng biên độ lớn thì khi mực nước biển Hiện tượng tiêu tán năng lượng của thủy tăng do biến đổi khí hậu làm cho biên độ dao triều do ma sát phụ thuộc vào độ sâu sẽ ảnh động của thủy triều tăng lên và làm chậm pha hưởng tới động lực của thủy triều, đặc biệt ở dao động. Tại các vùng phía nam miền Trung vùng nước nông, so sánh biến động của biên độ (tính từ trạm Sơn Trà về phía nam), biên độ các sóng triều từ kết quả tính toán tương ứng triều suy giảm và không tuân theo quy luật biến với các kịch bản NBD cho thấy sự biến động đổi tương ứng. lớn của biên độ tại các vùng nước nông có biến Các sóng bán nhật triều M2, S2, N2, K2 khá động về độ sâu do NBD. nhạy cảm đối với tác động của NBD. Tại phía Sự biến động tăng lên tuy nhỏ của bước Nam Đà Nẵng, biên độ của các sóng triều này sóng thủy triều phát sinh do độ sâu tăng lên sẽ đều có xu thế tăng. ảnh hưởng tới các đặc điểm thủy triều của các Ngược lại, các sóng nhật triều K1, O1, P1, vùng c a sông và các vùng vũng vịnh, có nhiều Q1 không nhạy cảm với NBD ở khu vực phía c a sông và vũng vịnh trong khu vực với độ dài nam Đà Nẵng nhưng nhạy cảm hơn ở khu vực đặc trưng (L) gần với độ lớn ¼ độ dài của sóng phía bắc Đà Nẵng. triều sẽ bị cộng hưởng dao động, khi vận tốc Trong điều kiện nước biển dâng, điểm vô sóng triều tăng lên với NBD, các đặc trưng độ triều khu vực Thuận An có xu thế dịch chuyển dài của các vũng vịnh không thay đổi, chu kỳ lên phía bắc, sự dịch chuyển của điểm vô triều của các dao động sẽ có xu thế tiến gần tới chu dưới tác động của NBD là nhất quán với sự kỳ tạo ra hiện tượng cộng hưởng. thay đổi của bước sóng của các sóng triều cộng 1Bảng 1. Mực nước lớn nhất và nhỏ nhất trong các phương án hiện trạng (HT) và phương án A1FI với mực nước biển dâng 1m Hiện trạng Mực nước biển dâng 1m Tên trạm Cực tiểu (m) Cực đại (m) Cực tiểu (m) Cực đại (m) Cồn Cỏ -0.770 0.827 -0.865 0.938 Thuận An -0.604 0.700 -0.681 0.787 Sơn Trà -0.666 0.539 -0.655 0.587 Quy Nhơn -1.033 0.760 -0.990 0.748 Nha Trang -1.064 0.764 -1.020 0.757
5. 120 V.C. Hữu và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 116-121 Các kết quả đánh giá ảnh hưởng của biến cứu mực nước tổng hợp theo các kịch bản biến đổi khí hậu đối với mực nước tại vùng ven bờ đổi khí hậu. miền Trung có tính đến tác động của NBD trong tương lai với thủy triều bằng mô hình số cho thấy sự phụ thuộc của độ chính xác mô Lời cảm ơn phỏng thủy triều với địa hình đáy biển, yêu cầu đối với lưới tính toán cần phải có độ phân giải Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường mịn hơn ¼ độ kinh vĩ. Đánh giá đầy đủ tác Đại học Khoa học Tự nhiên trong đề tài mã số động của NBD rất quan trọng do sự biến động TN.16-21 và đề tài QGTĐ.13.09. Các tác giả về biên độ của thủy triều có quan hệ mật thiết xin cảm ơn sự tài trợ này. với độ lớn mực nước cực trị tại khu vực hoặc trực tiếp dưới tác động tăng giảm biên độ của sóng triều, hoặc gián tiếp thông qua tương tác Tài liệu tham khảo giữa sóng triều và nước dâng do bão, tiếp theo [1] Bộ TN-MT (2012). Kịch bản biến đổi khí hậu, biến động của các mực nước cực trị sẽ ảnh nước biển dâng cho Việt Nam. hưởng đến mực nước thiết kế tương ứng đối với [2] IPCC, 2007. Climate Change 2007: Impacts, các dạng công trình bảo vệ bờ và phòng tránh Adaptation and Vulnerability. Contribution of lũ lụt. Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Parry, Martin L., Canziani, Osvaldo F., 4. Kết luận Palutikof, Jean P., van der Linden, Paul J., and Hanson, Clair E. (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 1000 pp. Biến đổi khí hậu khiến cho mực nước biển [3] R.A. Luettich, JR and J.J. Westerink. A (Parallel) trung bình có xu thế tăng lên. Sự gia tăng mực Advanced Circulation Model for Oceanic, Coastal nước nước biển đươc xét tương ứng với sự gia and Estuaries Waters, University of Notre Dame, tăng độ sâu của biển. 2000. Mô hình ADCIRC 2DDI cho phép đánh giá [4] C. Le Provost, M.L. Genco,F. Lyard, P.Vincent, tốt sự biến động của dao động thủy triều, các P.Cenceill, Spectroscopy of the world ocean tides phân triều khi mực nước biển dâng. Kết quả của from a hydrodynamic finite element model, Journal of Geophysical Research 99 (C12), mô hình là phân bố theo thời gian và không 24,777-24,797(1994). gian của mực nước triều. [5] Nguyễn Minh Huấn. Xây dựng dữ liệu các hằng Các kết quả của nghiên cứu này có ý nghĩa số điều hòa thủy triều phân bố trên không gian của tham thảo trong nghiên cứu về biến đổi khí hậu vùng biển miền Trung Việt Nam. Tạp chí ĐHQG: ảnh hưởng đến dao động thủy triều cho từng địa Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 31, số 3S phương và ý nghĩa tham khảo cho việc nghiên (2015), 157-166.
6. V.C. Hữu và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 116-121 121 Assessing the Impact of Mean Sea Level Rise Caused by Climate Change on the Tidal Water Level of Coastal Central Vietnam Vu Cong Huu, Nguyen Minh Huan, Nguyen Thi Trang, Phung Quoc Trung VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam Abstract: The impacts of climate change is often accessed based on climatic variation scenarios in the future and is expressed as the fluctuations of air temperature, precipitation, mean sea level rise and other climate impacts (UNEP, 2009). This research evaluated the effect of mean sea level rise on tidal water level along the Central Vietnam sea region. Tidal simulation model has been applied for the scenario of mean sea level rise causing by climate change. Calculation results shown that tidal oscillation is clearly affected on large amplitude in north subareas of Central Vietnam. In these subareas, mean sea level rise due to climate change makes the increasing on the tidal level amplitude and delaying of oscillation phase but in the south subarea of Central Vietnam the tidal amplitude decreased. The research results should have meaningful reference for researchers, managers and technicians when interesting in the total water level in the future at the coastal locals of Central Vietnam. Keywords: Climate change, waer level rise, tide of Central Vietnam.