Ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông hóa thái bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

ĐOÀN ANH TUẤN

ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SÔNG HÓA - THÁI BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

ĐOÀN ANH TUẤN

ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SÔNG HÓA - THÁI BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: chương trình đào tạo thí điểm

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng

Hà Nội - 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Văn
Hoàng.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này
trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Học viên

Đoàn Anh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy
hướng dẫn luận văn của tôi, PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng - Viện Địa chất Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã tạo mọi điều kiện, hướng
dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Kiến thức khoa học sâu sắc cũng như kinh
nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những kết quả tốt trong bản
luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn tới các thầy, cô giáo Khoa sau Đại học Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy dỗ, truyền thụ kiến thức cho chúng tôi trong
những năm học vừa qua;Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã luôn
bên tôi, cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn
thành tốt luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Học viên

Đoàn Anh Tuấn

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ 1
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................ 2
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. 3
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 5
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................................. 7
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng ......................................................................... 7
Phương pháp ........................................................................................................................ 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................................ 9
1.1.Tổng quan vấn đề nghiên cứu trong và ngoài nước: ........................................................ 9
1.2.Tổng quan khu vực nghiên cứu ...................................................................................... 11
1.3. Điều kiện kinh tế xã hội ................................................................................................ 12
1.3.1. Dân số........................................................................................................................ 12
1.3.2. Đặc điểm kinh tế xã hội .............................................................................................. 13
1.4. Đặc điểm địa hình ......................................................................................................... 14
1.5. Đặc điểm khí hậu .......................................................................................................... 15
1.5.1. Độ ẩm và bốc hơi ....................................................................................................... 16
1.5.2. Chế độ mưa ................................................................................................................ 17
1.6. Sông ngòi ...................................................................................................................... 19
1.7. Mạng lưới các trạm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu.......................................... 22
1.8. Chế độ dòng chảy trên khu vực nghiên cứu ................................................................... 25
1.8.1. Dòng chảy năm .......................................................................................................... 25
1.8.2. Dòng chảy mùa lũ ...................................................................................................... 25
1.8.3. Dòng chảy mùa kiệt .................................................................................................... 26
1.9. Chế độ mực nước trên khu vực nghiên cứu.................................................................... 26
1.9.1. Mực nước triều: ......................................................................................................... 26
1.9.2. Mực nước lũ:.............................................................................................................. 26
1.10. Ảnh hưởng của nước biển dâng đến kinh tế - xã hội tỉnh Thái Bình. ............................ 27
1.10.1. Ảnh hưởng của nước biển dâng tới chế độ thủy triều ................................................ 27

1.10.2. Nước biển dâng dẫn đến nguy cơ ngập úng: ............................................................. 28
1.10.3. Nước biển dâng ảnh hưởng đến nông nghiệp:........................................................... 29
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SÔNG
HÓA .................................................................................................................................... 30


2.1. Điều tra khảo sát phục vụ đánh giá xâm nhập mặn ........................................................ 30
2.2. Cơ chế lan truyền và xâm nhập mặn trong nước mặt ..................................................... 30
2.3. Phương pháp sai phân hữu hạn giải phương trình lan truyền mặn nước mặt ................... 33
2.4. Mô hình EFDC.............................................................................................................. 36
2.4.1. Giới thiệu chung về mô hình EFDC ............................................................................ 36
2.4.2. Cấu trúc mô hình EFDC............................................................................................. 36
2.4.3. Mô hình thủy động lực học và bài toán lan truyền nhiệt, mặn ..................................... 37
2.4.4. Một số đặc điểm tính năng của phần mềm .................................................................. 38
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC EFDC PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ
XÂM NHẬP MẶN SÔNG HÓA ......................................................................................... 40
3.1. Lựa chọn miền mô hình................................................................................................. 40
3.2. Số liệu địa hình lòng sông miền mô hình ....................................................................... 40
3.3. Các điều kiện ban đầu và biên mô hình ......................................................................... 42
3.4. Áp dụng mô hình EFDC phục vụ đánh giá dự báo xâm nhập mặn sông Hóa .................. 45
3.4.1. Xây dựng lưới mô hình ............................................................................................... 45
3.4.2. Hiệu chỉnh mô hình .................................................................................................... 46
3.4.3. Xâm nhập mặn sông Hóa mùa khô 2010 ..................................................................... 50
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SÔNG HÓA THEO CÁC KỊCH BẢN NƯỚC
BIỂN DÂNG ....................................................................................................................... 51
4.1. Kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu ................................................................ 51
4.2. Mô hình đánh giá mức độ xâm nhập mặn sông Hóa năm 2013 ...................................... 54
4.3. Kết quả xâm nhập mặn nước sông Hóa theo các kịch bản nước biển dâng ..................... 60
4.3.1. Kịch bản nước biển dâng 50cm .................................................................................. 60
4.3.2. Kịch bản nước biển dâng 75cm .................................................................................. 62

4.3.3. Kịch bản nước biển dâng 100cm ................................................................................ 64
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ: ................................................................................................. 69
Kiến nghị: ............................................................................................................................ 70
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 73


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH

NGHĨA TIẾNG VIỆT

HOẶC KÝ HIỆU
BĐKH:

Biến đổi khí hậu

EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code):

Phần mềm thủy lực môi trường nước

KB:

Kịch bản

MC:

Mặt cắt

MNB:

Mực nước biển

NBD:

Nước biển dâng

TB:

Trung bình

XNM:

Xâm nhập mặn

Viện HLKHCN Việt Nam:

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam

1


DANH MỤC BẢNG
Bảng

Tên

Trang

Bảng 1.1

Hệ số biến động Cv tại một số trạm trên địa bàn tỉnh Thái Bình

18

Bảng 1.2

Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm tại một số trạm (mm)

19

Bảng 1.3

Thời gian, yếu tố đo đạc của trạm khí tượng trên địa bàn tình Thái Bình
và lân cận

22

Bảng 1.4

Danh sách các trạm đo mưa trên địa bàn tỉnh Thái Bình

23

Bảng 1.5

Danh sách các trạm quan trắc thủy văn trên địa bàn tỉnh Thái Bình

24

Bảng 1.6

Tổng hợp diện tích thấp hơn MNB các kịch bản NBD

29

Bảng 3.1

Độ mặn nước sông trong hai huyện Tiền Hải và Thái Thụy

47

Bảng 3.2

So sánh kết quả mô hình và thực đo sông Hóa

49

Bảng 4.1

Mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải thấp (B1)

52

Bảng 4.2

Mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải trung bình (B2)

52

Bảng 4.3

Mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải cao (A1F1)

53

Bảng 4.4

Thời gian nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới 1ppt tại các vị trí –
hiện tại

59

Bảng 4.5

Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới
1ppt tại các vị trí: NBD=50cm

61

Bảng 4.6

Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới
1ppt tại các vị trí: NBD=75cm

63

Bảng 4.7

Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới

1ppt tại các vị trí: NBD=100cm

65

Bảng 4.8

Chiều sâu xâm nhập mặn (ranh giới 1ppt) dài nhất trong năm ở các kịch
bản NBD

66

Bảng 4.9

So sánh thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối
dưới 1ppt tại các vị trí: mực nước biển hiện tại, NBD=50cm, 75cm và
100cm

66

Bảng 4.10

So sánh % thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng
muối dưới 1ppt tại các vị trí ở NBD=50cm, 75cm và 100cm so với mực
nước biển hiện tại

67

2

DANH MỤC HÌNH
Hình

Tên

Trang

Hình 1.1

Vị trí địa lý tỉnh Thái Bình

12

Hình 1.2

Bản đồ đẳng trị mưa trên địa bàn tỉnh Thái Bình [2]

17

Hình 1.3

Bản đồ mạng lưới sông địa phận tỉnh Thái Bình

22

Hình 1.4

Mạng lưới quan trắc mưa trên địa bàn tỉnh Thái Bình.

24

Hình 1.5

Sơ đồ vị trí các trạm thủy văn.

25

Hình 1.6

Đồ thị tỷ lệ diện tích theo độ cao của toàn tỉnh

28

Hình 2.1

Cấu trúc cơ bản mô hình EFDC

37

Hình 2.2

Cấu trúc mô hình thủy động lực học EFDC

37

Hình 3.1

Miền mô hình sông Hóa và vị trí các mặt cắt địa hình

41

Hình 3.2

Địa hình lòng sông Hóa miền mô hình và phần lưới mô hình

41

Hình 3.3

Tần suất lưu lương sông Hồng tại Hà Nội 1956-1990

42

Hình 3.4

Tần suất lưu lương sông Hồng tại Hà Nội 1991-2010

43

Hình 3.5

Lưu lượng sông Hồng tại trạm Hà Nội năm 1993, 2010 và P=85%

43

Hình 3.6

Lưu lượng nước ước tính tại biên thượng lưu

44

Hình 3.7

Dao động triều theo giờ năm 2010 tại biên hạ lưu

44

Hình 3.8

Dao động triều theo giờ năm 2013 tại biên hạ lưu

45

Hình 3.9

Xây dựng lưới mô hình

46

Hình 3.10

Xây dựng lưới mô hình

46

Hình 3.11

Hình 3.12

Hình 3.13

Hình 3.14

Hình 3.15

Hình 4.1
Hình 4.2

Bản đồ vị trí các trạm quan trắc mặn sông Hóa và dải phổ màu nồng độ
muối 0,1ppt÷1ppt lúc 17h ngày 20/03/2010
Bản đồ vị trí các trạm quan trắc mặn sông Hóa và dải phổ màu nồng độ
muối 0,1ppt÷30ppt lúc 17h ngày 20/03/2010
Nồng độ muối quan trắc được và theo mô hình trong sông Hóa tại
Hồng Quỳnh-Thái Bình
Phân bố nồng độ muối khi lưỡi mặn vào sâu nhất: dải phổ màu nồng
độ 0,1ppt÷1ppt
Phân bố nồng độ muối khi lưỡi mặn vào sâu nhất: dải phổ màu nồng
độ 0,1ppt÷30ppt
Xâm nhập mặn lớn nhất lúc 5h ngày 12/01/2013 - triều 2013 - thang
màu đầy đủ nồng độ
Xâm nhập mặn lớn nhất lúc 5h ngày 12/01/2013- triều 2013 - thang
3

48
48
49
50
50
54
55

màu nồng độ 0,01ppt đến 1-30ppt
Hình 4.3

Vị trí các điểm quan trắc diễn biến mặn năm 2013

Hình 4.4

Dao động nồng độ muối trong nước sông Hóa mùa khô đầu năm 2013

Hình 4.5

Hình 4.6

Hình 4.7

Hình 4.8

Hình 4.9

Hình 4.10

Hình 4.11

Hình 4.12

Hình 4.13

Hình 4.14

Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối nhỏ
hơn 1ppt tại các vị trí – hiện tại
Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất:
NBD=50cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt
Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất:
NBD=50cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt
Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới
1ppt tại các vị trí: NBD=50cm
Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất:
NBD=75cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt
Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất:
NBD=75cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt
Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới
1ppt tại các vị trí: NBD=75cm
Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất:
NBD=100cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt
Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất:
NBD=100cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt
Thời gian trong 4 tháng 1-4 nước sông Hóa có hàm lượng muối dưới
1ppt tại các vị trí: NBD=100cm

55
55-58
59
60
60
61
62
62

63
64
64
65

Hình 4.15

Chiều sâu xâm nhập mặn dài nhất trong năm theo mực nước biển dâng

66

Hình 4.16

Số ngày trong năm nước sông có hàm lượng muối nhỏ hơn 1ppt tại các
vị trí ở chế độ thủy văn sông có tần suất 85%: hiện tại, NBD=50cm,
75cm và 100cm

67

4


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt

1. Bộ NNPTNT (2007). Số liệu mặt cắt sông Trà Lý và sông Hóa. Dự án điều tra
cơ bản Bộ NNPTNT.
2. Phạm Hoàng Hải (2009). Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập mặn vào
khu vực nội đồng các huyện ven biển tỉnh Thái Bình, đề xuất các giải pháp và
định hướng quy hoạch cây trồng, vật nuôi phù hợp với thay đổi sinh thái - Viện

Địa lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
3. Nguyễn Văn Hoàng (2009). Mô hình chất lượng nước. Giáo trình đại học và cao
học-Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội.
4. Nguyễn Văn Hoàng (Chủ nhiệm đề tài) (2012). Nghiên cứu, đánh giá tác động
của biến đổi khí hậu tới tỉnh Thái Bình, đề xuất các giải pháp thích ứng, giảm
thiểu thiệt hại.
5. Nguyễn Văn Hoàng (Chủ nhiệm đề tài) (2014). Nghiên cứu các hiện tượng địa
chất công trình động lực ảnh hưởng đến ổn định của đập ngăn mặn trên sông
Hóa, sông Trà Lý tỉnh Thái Bình và hiện tượng xâm nhập mặn nhằm đề xuất chế
độ hoạt động (đóng mở cống) phù hợp”.
6. Trần Thục (giám đốc dự án) (2012). Các kịch bản nước biển dâng và khả năng
giảm thiểu rủi ro ở Việt Nam.
7. Tổng cục Thống kê (2011). Niên giám thống kê 2010. Nhà xuất bản thống kê,
Hà Nội.
8. Tài liệu-tư liệu khí tượng thủy văn tỉnh Thái Bình. Trung tâm mạng lưới khí
tượng thủy văn Quốc gia.
Tiếng Anh

9. Craig, P.M (2009), “Users Manual for EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor
for the Environmental Fluid Dynamics Code”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi,
Vietnam.
10. Hamrick, J.M (1992). A Three Dimensional Environmental Fluid Dynamics
Computer Code: Theoretical and Computational Aspects. The College of
William and Mary, Virginia Institute of Marine Science. Special Report 317, 63
pp.

71


11. Hamrick, J.M (1996). A User's Manual for the Environmental Fluid Dynamics

Computer Code (EFDC). The College of William and Mary, Virginia Institute
of Marine Science, Special Report 331, 234 pp.
12. EFDC-explorer web version. .
13. Hydrologic

Engineering

Centers

River

Analysis

/>
72

System

(HEC-RAS).