Báo cáo nghiên cứu khoa học: "ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG ĐẾN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG BẾN HẢI" pptx

ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA
LUNG ĐẾN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG
BẾN HẢI
INFLUENCE OF SA LUNG HYDRAULIC STRUCTURE TO
SALINITY INTRUSION OF BEN HAI RIVER DOWNSTREAM

NGUYỄN THẾ HÙNG
Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN NGỌC TUẤN
Học viên Cao học

TÓM TẮT
Nguồn nước ngọt hạ lưu sông Bến Hải được dùng cho trồng trọt và sinh hoạt
trong vùng. Vào mùa kiệt lưu lượng thượng nguồn hệ thống sông Bến Hải khá bé,
lúc nầy cũng là thời kỳ có nhu cầu dùng nước ngọt nhiều nhất. Hạ lưu hệ thống
sông Bến Hải lại có độ dốc lòng sông khá bé; nên dưới ảnh hưởng của thủy triều,
mặn xâm nhập khá sâu vào đất liền, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc dùng
nước cho dân sinh kinh tế trong vùng. Trong bài viết này, các tác giả phân tích,
tính toán, dự báo quá trình truyền triều và xâm nhập mặn mùa kiệt trên hệ thống
sông này tương ứng với trường hợp hiện tại và trường hợp trong tương lai, khi đã
xây dựng công trình thủy lợi Sa Lung tại thượng nguồn hệ thống sông Bến Hải,
bằng hệ phương trình Saint-Venant và phương trình truyền mặn một chiều.

ABSTRACT
Freshwater at downstream of the Ben Hai river is used for agricultural, domestic
and other purposes in this region. In the summer, the upstream volumetric water
discharges of Ben Hai river system are very small. Moreover, this is the time when
there is the biggest demand of freshwater. At downstream Ben Hai river system,
the bed river slopes are very small; so, under the tidal flow, the salinity of
seawater penetrates into the Ben Hai river, along way from the mouth causing the
influence of water quality of these river segments near the estuaries. In this

paper, the authors computes and analyses the tidal flow and salinity intrusion in
the summer by one- dimensional Saint-Venant equations and salinity transport
equations with many different scenarios.

1. Mở đầu
Hệ thống sông Bến Hải nằm ở phía Bắc tỉnh Quảng Trị với tổng chiều dài
59km, được hình thành do hai sông chính là sông Bến Hải và sông Sa Lung cùng
nhiều sông suối nhỏ khác trong lưu vực hợp thành, bắt nguồn từ dãy Trường Sơn
cao trên 1.200m và đổ ra biển qua Cửa Tùng (Hình 1). Hệ thống sông nầy có tác
động rất lớn đến phát triển Kinh tế - Xã hội - Đời sống của nhân dân 2 huyện Vĩnh
Linh và Gio Linh. Hiện tại, trên hệ thống sông nầy chưa có công trình ngăn mặn,
ngọt hoá; Bộ Nông nghiệp và PTNT đã phê duyệt Dự án đầu tư và phê duyệt thiết
kế bản vẽ thi công, tổng dự toán xây dựng công trình Thủy lợi Sa Lung, nằm trên
sông Sa Lung (nhánh sông cấp 1 của sông Bến Hải), và đang triển khai bước thi
công.
Trong bài viết này, các tác giả áp dụng mô hình toán để tính toán mô phỏng
sự ảnh hưởng xâm nhập mặn ở hạ lưu sông Bến Hải khi xây dựng công trình thủy
lợi Sa Lung ở thượng lưu, và dự đoán sự ảnh hưởng xâm nhập mặn hạ lưu sông
Bến Hải sẽ có tác động như thế nào đến sản xuất, sinh hoạt, môi trường của vùng
hạ lưu sông ? Từ đó đề ra các giải pháp xử lý, khắc phục thích hợp để đảm bảo
được nhiệm vụ đa mục tiêu của công trình Thủy lợi Sa Lung: tưới, nuôi trồng thủy
sản, cải tạo môi sinh, môi trường ?
2. Ph-¬ng tr×nh m« t¶
Quá trình thủy lực: Dòng chảy trong sông là không ổn định, biến đổi chậm,
được mô tả bằng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint-Venant một chiều:












 



Q
x
Bc
Z
t
q
Z
x g
Q
t
Bc B
g
Q
Z
t
Q Q
K
 
 


 
0 0
2 2
(1)
Trong đó: + x: biến số chỉ vị trí mặt cắt trên tuyến dòng chảy; + t: thời gian;
+ Q: lưu lượng, được coi là dương nếu chảy theo chiều dương của x; + Z: độ cao
mặt nước so với mặt chuẩn nằm ngang; + : diện tích mặt cắt dòng chảy; + B:
chiều rộng mặt nước dòng chảy; + Bc: chiều rộng mặt nước dòng chảy và khu
chứa bên bờ; + K: mô đun lưu lượng dòng chảy; + q: lưu lượng bổ sung trên mỗi
đơn vị dài ven sông, được coi là dương (q>0) nếu lượng nước nầy chảy từ ngoài
vào sông và âm (q<0) nếu lượng nước lấy từ sông đi.
Hệ phương trình (1) được giải theo sơ đồ sai phân ẩn 4 điểm của Dronker.
Quá trình xâm nhập mặn: dựa trên phương trình bảo toàn vật chất, phương
trình cơ bản thể hiện các quá trình đối lưu và khuyếch tán có dạng:
v
C
Sq
x
S
AD
xx
QS
t
SA
.
)(
)(


















(2)
Trong đó: + S: Nồng độ chất hòa tan cần tính; + A: Diện tích mặt cắt ngang
dòng chảy; + A
C
: Diện tích mặt cắt ngang kể cả khu chứa; + D: Hệ số khuyếch tán;
+ q: Lưu lượng bổ sung hoặc lấy đi dọc đường tính cho một đơn vị chiều dài dòng
chảy; + S
v
: Nồng độ của nguồn bổ sung dọc đường; + x: Chiều dài dọc theo sông;
+ t: Thời gian;
Phương trình trên được biến đổi và kết hợp với phương trình liên tục thành
dạng:
 
C
v
CC

A
SSq
x
S
AD
xAx
S
A
Q
t
S

















 1
(3)

Quá trình lan truyền vật chất tan trong nước có thể xem gồm hai quá trình tải
và khuyếch tán độc lập với nhau. Vì vậy có thể giải phương trình trên bằng cách
phân rã thành hai quá trình:
Quá trình tải:
Phương trình tải được giải theo phương pháp đặc trưng.
Quá trình khuyếch tán:



Phương trình khuyếch tán được giải theo sơ đồ sai phân 6 điểm do
Preissmann đề xuất.
3. Sơ đồ mạng lưới sông tính xâm nhập mặn
Sơ đồ thuỷ lực duổi thẳng của mạng lưới sông Bến Hải được cho ở Hình 2.
4. Điều kiện biên
* Biên trên :
- Lưu lượng dòng chảy mùa cạn ứng với các tần suất thiết kế của lưu vực sông
Bến Hải tại vị trí nút số 1, ứng với diện tích lưu vực F
LV
= 267 Km
2
, độ mặn S= 0.
- Lưu lượng dòng chảy mùa cạn ứng với các tần suất thiết kế của lưu vực sông
Sa Lung tại vị trí nút số 6, đây cũng là vị trí công trình thủy lợi Sa Lung có F
LV
=
156,4 Km
2
, độ mặn S=0.

)4(0





x
S
A
Q
t

S
C
)5(
)(
1
c
v
c
A
SSq
x
S
AD
xAt
S
















1
9
1
3
1
4
1
5
1

6
1
7
1
8
Biên mực nước.
(Triều tại Cửa
Tùng)
1
2
6
7
8
9
1
0
1
1
Q
2
(Biên lưu
lượng)
Q
1

(Biên lưu
lượng)
1
2
3

4
5
ô
trũng
số 1
ô
trũng
số 2
ô
trũng
số 3
ô
trũng
số 4
Ngã ba
sông.
(Điểm
nhập lưu
giữa sông
Sa Lung
và sông
Bến Hải)
Sông Bến
Hải.
(Đoạn từ
thượng lưu
về cầu Hiền
Lương)
Sông Sa
Lung.

(Đoạn từ
thượng lưu
về cầu Hiền
Lương)
Hạ lưu sông Bến
Hải.
đoạn từ cầu Hiền
Lương
về đến Cửa
Tùng)
Q
11

Q
14



Hình 2 - Sơ đồ thủy lực duỗi thẳng

Bảng 1 - Lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất ứng với các tần suất
TT
Tên sông
50%
75%
90%
95%
97%
99%
1

Sông Bến Hải
4,04
3,16
2,45
2,07
1,83
1,41
2
Sông Sa Lung
2,36
1,84
1,43
1,22
1,08
0,85
* Biên dưới:
Biên mực nước tại cửa sông ứng với nút số 19. Biên mặn có giá trị không đổi và độ
mặn được lấy S = 32
0
/
00
.
Bảng 2 - Mực nước triều max ứng với các tần suất (Tại trạm Cửa Tùng).
TT
Mực nước triều max
2%
10%
50%
75%
90%

95%
1
H
maxp
(m) trạm Cửa Tùng
0,79
0,68
0,58
0,56
0,55
0,54
2
H
maxp
(m) trạm Cửa Việt
0,73
0,62
0,52
0,50
0,49
0,48
* Các lưu vực giữa:
- Nhánh sông nhỏ tập trung tại nút 11, với Q
11
= 0,5 m
3
/s.
- Trạm bơm lấy nước vào khu nuôi tôm Hiền Lương tại nút số 14, với Q
14
= 0,15

m
3
/s.
- Bốn ô trử có cao trình mực nước ban đầu bằng cao trình các ô ruộng.
5. Điều chỉnh mô hình
Các tham số mô hình như độ nhám lòng sông, bãi sông, hệ số khuyếch tán được
điều chỉnh theo các số liệu thực đo.
6. Kết quả tính toán
* Phân bố độ mặn trên hệ thống sông Bến Hải không ngừng biến đổi theo không
gian và thời gian. Các tác giả tính toán cho trường hợp bất lợi nhất là khi dòng chảy đến
nhỏ và triều cường tương ứng với tháng 7 hàng năm.
Phương án cơ sở để tính toán là dòng chảy mùa kiệt ứng với tần suất P=75%, trong
hai trường hợp: Trường hợp hiện trạng: Chưa có công trình thủy lợi Sa Lung; Trường hợp
tương lai: Có công trình thủy lợi Sa Lung.
Bảng 3 - Kết quả tính toán phân bố độ mặn dọc sông Bến Hải
(Phương án cơ sở), biên lưu lượng ứng với tần suất P=75%.

Nút tính toán
Trường hợp tính toán

Chênh lệch độ
mặn giữa 2
trường hợp tính
toán

(S
0
/
00
)

Tỷ lệ tăng độ
mặn tại các nút
so với trường
hợp A

(%)
A- Chưa có công
trình Sa Lung
(Q
1
= 3,16 m
3
/s ;
Q
2
= 1,84 m
3
/s)
B- Có công trình
Sa Lung
(Q
1
= 3,16 m
3
/s ;
Q
2
= 0,23 m
3

/s)
Độ mặn trung bình
(S
0
/
00
)
Độ mặn trung bình
(S
0
/
00
)
1
0,00
0,00
0,00
0,00
2
2,49
2,70
0,21
8,43
3
6,92
7,50
0,58
8,38
4
14,69

15,93
1,24
8,44
5
19,33
20,82
1,49
7,71
6
0,00
0,00
0,00
0,00


7
4,90
7,56
2,66
54,29
8
9,45
12,75
3,30
34,92
9
12,43
15,51
3,08
24,78

10
14,81
17,52
2,71
18,30
11
18,32
20,31
1,99
10,86
12
20,02
21,61
1,59
7,94
13
20,04
21,68
1,64
8,18
14
22,94
24,16
1,22
5,32
15
24,99
25,98
0,99
3,96

16
26,83
27,58
0,75
2,80
17
29,03
29,47
0,44
1,52
18
30,88
31,04
0,16
0,52
19
32,00
32,00
0,00
0,00
Các kết quả tính toán được thống kê trong Bảng 3, cho thấy rằng độ mặn tăng lên
rất đáng kể trên đoạn hạ lưu sông Bến Hải khi lưu lượng tại công trình Sa Lung bị cắt
giảm, giá trị độ mặn trung bình sẽ tăng rất lớn, vượt quá ngưỡng cho phép nuôi trồng thủy
sản và sản xuất nông nghiệp. Trong khi đó, hệ sinh thái vùng nghiên cứu là hệ sinh thái
nông nghiệp và hệ sinh thái nước lợ gồm các cây thích hợp vùng ven sông. Khi nồng độ
mặn tăng lên sẽ phá vỡ thế cân bằng sinh thái.
* Để có cơ sở đề xuất các giải pháp khắc phục hợp lý, các tác giả tính toán toán
thêm trường hợp tăng thêm lưu lượng trên nhánh sông Bến Hải (tăng Q
1
,

với gia số về lưu
lượng được chọn để đánh giá là Q
1
= 2 m
3
/s.) và sau đó so sánh với phương án khi có
công trình thủy lợi Sa Lung. Kết quả tính toán cho ở Bảng 4.
Bảng 4 - Kết quả tính toán phân bố độ mặn dọc sông bến Hải
(Phương án tăng lưu lượng trên nhánh sông Bến Hải).

Nút tính toán
Trường hợp tính toán
Chênh lệch độ
mặn giữa 2
trường hợp tính
toán
(S
0
/
00
)
Tỷ lệ giảm độ
mặn tại các
nút so với
trường hợp A
(%)
A- Có công trình
Sa Lung.
(Q

1
= 3,16 m
3
/s ;
Q
2
= 0,23 m
3
/s)
B- Tăng lưu lượng trên
sông Bến Hải.
(Q
1
= 5,16 m
3
/s ;
Q
2
= 0,23 m
3
/s)
Độ mặn trung bình
(S
0
/
00
)
Độ mặn trung bình
(S
0

/
00
)
1
0,00
0,00
0,00
0,00
2
2,70
1,52
1,18
43,70
3
7,50
4,96
2,54
33,87
4
15,93
12,91
3,02
18,96
5
20,82
18,47
2,35
11,29
6
0,00

0,00
0,00
0,00
7
7,56
6,75
0,81
10,71
8
12,75
11,38
1,37
10,75
9
15,51
13,84
1,67
10,77
10
17,52
15,63
1,89
10,79
11
20,31
18,23
2,08
10,24
12
21,61

19,48
2,13
9,86
13
21,68
19,59
2,09
9,64
14
24,16
22,37
1,79
7,41
15
25,98
24,53
1,45
5,58
16
27,58
26,48
1,10
3,99
17
29,47
28,82
0,65
2,21
18
31,04

30,81
0,23
0,74
19
32,00
32,00
0,00
0,00
Hình 3 - Phân bố độ mặn dọc sông Bến Hải



PHÂN BỐ ĐỘ MẶN DỌC SÔNG BẾN HẢI
TRƯỜNG HỢP CÓ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG
(Đoạn từ cầu Hiền Lương lên phía thượng lưu sông Bến Hải)
0
5
10
15
20
25
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
L (km)
S (
0
/
00
)
Max

TB
Min
PHÂN BỐ ĐỘ MẶN DỌC SÔNG BẾN HẢI
TRƯỜNG HỢP CÓ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG
(Đoạn từ cầu Hiền Lương lên phía thượng lưu sông Sa Lung)
0
5
10
15
20
25
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
L (km)
S (
0
/
00
)
Max
TB
Min
PHÂN BỐ ĐỘ MẶN DỌC SÔNG BẾN HẢI
TRƯỜNG HỢP CÓ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG
(Đoạn từ Cửa Tùng lên đến cầu Hiền Lương)
0
5
10
15
20

25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
L (km)
S (
0
/
00
)
Max
TB
Min

(Trường hợp có công trình thủy lợi Sa Lung, biên lưu lượng ứng với tần suất P =
75%, gốc tọa độ lấy tại Cửa Tùng)

6. Kết luận
Kết quả tính toán trong Bảng 4 cho thấy sự thay đổi độ mặn tại vùng hạ lưu
sông Bến Hải rất nhạy khi thay đổi lưu lượng tại vùng thượng nguồn sông Bến Hải
và sông Sa Lung. Chính vì vậy để đảm bảo được nồng độ mặn vùng hạ lưu sông
Bến Hải không vượt quá ngưỡng cho phép, rất cần thiết phải xây dựng trên vùng
thượng nguồn sông Bến Hải các công trình trữ nước (như hồ chứa, công trình thủy
điện) nhằm đẩy mặn vào mùa khô. Các công trình đó sẽ góp phần tích cực trong
vấn đề bảo vệ nguồn nước ngọt cho vùng hạ lưu sông Bến Hải.
Các tác giả đề xuất một số biện pháp khắc phục ảnh hưởng do xâm nhập
mặn trên hệ thống sông Bến Hải như sau:
- Xây dựng và bảo vệ hệ thống rừng phòng hộ ở thượng lưu hệ thống sông
Bến Hải; việc làm này sẽ hạn chế xói mòn, bồi lắng lòng hồ, hạn chế lũ lụt và làm
gia tăng dòng chảy vào mùa khô tạo nên cân bằng sinh thái ổn định về lâu dài cho

hệ thống sông Bến Hải.
- Xây dựng các công trình thủy lợi ở thượng nguồn sông Bến Hải với nhiệm
vụ chính là đẩy mặn.
- Chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi.
- Sử dụng các công trình ngăn mặn di động (như đập xà lan) và công trình
ngăn mặn bán cố định để giải quyết mâu thuẫn gay gắt về tranh chấp nguồn nước
giữa hai vùng sinh thái nước mặn (yêu cầu cung cấp nước mặn, ngăn nước ngọt để
phát triển nuôi trồng thủy hải sản) và vùng sinh thái nước ngọt (yêu cầu ngăn nước
mặn, cấp nước ngọt để trồng lúa).

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Quảng Trị (2006), Hồ sơ thiết kế
công trình thủy lợi Sa Lung, Quảng Trị.
[2] Nguyen The Hung (1992), Mathematical model of tidal flow and salinity intrusion
in river network with complex boundary condition, Proceedings of National
Conference on Mechanics, Vol.4, NXB Hanoi.
[3] Nguyễn Thị Nga, Trần Thục (2003), Động lực học sông, Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia, Hà Nội.
[4] Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mô hình toán thủy văn, Nhà xuất
bản Đại học Quốc gia, Hà Nội.
[5] Tổng cục khí tượng thủy văn (1999), Bảng thủy triều 2000, Nhà xuất bản Thống kê,
Hà Nội.
[6] Độ mặn thực đo lấy theo số liệu đo đạc và phân tích mẫu nước sông Bến Hải (ngày
12/07/2004) do Phòng thí nghiệm hóa học và môi trường - Đại học khoa học Huế
thực hiện; cùng mẫu nước sông ngày 21/08/2001 do Sở Khoa học Công nghệ và
Môi trường tỉnh Quảng Trị thực hiện.