(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động xâm nhập mặn cho hệ thống kênh mương nội đồng lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.79 MB, 99 trang )
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG XÂM NHẬP MẶN
CHO HỆ THỐNG KÊNH MƯƠNG NỘI ĐỒNG LƯU VỰC
SÔNG SÒ TỈNH NAM ĐỊNH
ĐÀO ANH VĂN
CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 80440224
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. LÃ VĂN CHÚ
HÀ NỘI, NĂM 2019
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Lã Văn Chú
Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Đoàn Minh Trí
Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hùng
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 20 tháng 01 năm 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Đào Anh Văn
ii
LỜI CẢM ƠN
Sau hai năm học tập và nghiên cứu khoa học cùng các anh chị em
học viên Lớp Cao học Thủy văn CH3A.T (khóa 2017 - 2019) tại Trƣờng
Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội, đến nay tôi đã hoàn thành khoá
luận tốt nghiệp.
Với tấm lòng chân thành nhất, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn:
- Các thầy cô và các cán bộ làm công tác quản lý Khoa Khí tƣợng Thủy
văn, Phòng Đào tạo, Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội và
Viện Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
để em hoàn thành chƣơng trình Cao học và luận văn tốt nghiệp.
- Lãnh đạo Trung tâm Quan trắc khí tƣợng thủy văn, lãnh đạo Tổng cục
Khí tƣợng Thủy văn đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc tham gia khóa học này.
Cảm ơn các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong công tác để tôi có
thời gian học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp tại Trƣờng Đại học Tài
nguyên và Môi trƣờng Hà Nội.
- Các cán bộ thuộc Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí
hậu, Phòng Quản lý Mạng lƣới và thông tin khí tƣợng thủy văn thuộc Đài Khí
tƣợng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ, Phòng Chỉnh lý và Bảo quản tƣ
liệu khí tƣợng thủy văn thuộc Trung tâm Thông tin và Dữ liệu khí tƣợng thủy
văn đã giúp đỡ tôi thu thập dữ liệu trong quá trình thực hiện luận văn của mình.
- Các anh chị em học viên Lớp Cao học Thủy văn CH3A.T, trƣờng Đại
học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi vững
tâm phấn đấu trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
- Đặc biệt là PGS.TS Lã Văn Chú, Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy
văn và Biến đổi khí hậu, ngƣời Thầy đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá
trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp; kết quả đạt
đƣợc trong luận văn này là những kiến thức khoa học quý báu mà thầy đã
giành nhiều thời gian và tâm huyết của mình để hƣớng dẫn, chỉ bảo trong
thời gian qua.
Do thời gian có hạn, số liệu thực đo cũng chƣa đƣợc đầy đủ nhƣ mong
muốn và khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn này không thể tránh
đƣợc những thiếu sót.
Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô,
đồng nghiệp và những ngƣời quan tâm.
iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Đào Anh Văn
Lớp: CH3A.T
Khóa: III
Năm học: 2017 - 2019
Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS. Lã Văn Chú
Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá tác động xâm nhập mặn cho hệ thống
kênh mƣơng nội đồng lƣu vực sông Sò tỉnh Nam Định.
Luận văn đƣợc thực hiện trong 87 trang bao gồm ba chƣơng chính:
Chƣơng 1: Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn và giới thiệu khu vực
nghiên cứu. Trong chƣơng 1, đã đƣa ra một số nghiên cứu về xâm nhập mặn
trên thế giới và Việt Nam. Giới thiệu vị trí, đặc điểm tự nhiên của lƣu vực
nghiên cứu. Đánh giá hiện trạng xâm nhập mặn trong khu vực.
Chƣơng 2: Xây dựng chƣơng trình tính toán xâm nhập mặn hệ thống sông
Hồng - Thái Bình và sông Sò. Phân tích lựa chọn mô hình tính toán. Xây
dựng sơ đồ mạng sông. Thiết lập điều kiện biên, điều kiện ban đầu. Hiệu
chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình MIKE 11 cho hệ thống sông.
Chƣơng 3: Xây dựng kịch bản xâm nhập mặn lƣu vực sông Sò dƣới tác động
của nƣớc biển dâng và đề xuất lấy nƣớc tƣới phục vụ sản xuất nông nghiệp.
Xây dựng bản đồ mặn theo các kịch bản trong các tháng mùa cạn cho khu vực
kênh mƣơng nội đồng lƣu vực sông Sò. Đánh giá khả năng lấy nƣớc tƣới cho
sông Sò của các cống trên sông Hồng – Ninh Cơ dƣới ảnh hƣởng của nƣớc
biển dâng.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... I
TÁC GIẢ LUẬN VĂN ........................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ II
THÔNG TIN LUẬN VĂN .................................................................................... III
MỤC LỤC ............................................................................................................ IV
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ............... 1
2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN ........................................................................... 3
3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 3
4. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN ................................................................................ 5
CHƢƠNG 1 ............................................................................................................ 6
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU
KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 6
1.1. TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN XÂM
NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG .......................................................................... 6
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................ 6
1.1.2. Các nghiên cứu trong nƣớc ............................................................................ 9
1. 2. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................... 15
1.2.1. Vị trí địa lý [1] ............................................................................................. 15
1.2.2. Đặc điểm địa hình [1] .................................................................................. 16
1.2.3. Đặc điểm khí tƣợng thủy văn ....................................................................... 18
1.2.4. Đặc điểm thủy văn sông ngòi ....................................................................... 19
1.3. ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG XÂM NHẬP TRIỀU, MẶN Ở KHU VỰC
ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH ........................................................ 21
1.3.1. Đánh giá hiện trạng xâm nhập triều mặn vùng đồng bằng sông Hồng – Thái
Bình 21
1.3.2. Đánh giá số liệu và tình hình xâm nhập mặn vùng sông Sò .......................... 26
CHƢƠNG 2 .......................................................................................................... 34
THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN HỆ THỐNG SÔNG
HỒNG - THÁI BÌNH VÀ SÔNG SÒ ................................................................... 34
2.1. Lựa chọn công cụ tính toán ........................................................................... 34
2.1.1. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 ...................................................................... 34
2.1.2. Phương pháp giải: .............................................................................................. 37
v
a)
Phương pháp giải của mô hình thủy đọng lực ................................................... 37
b)
Phương pháp giải của mô hình khuếch tán ........................................................ 39
2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình MIKE 11 cho hệ thống sông
Hồng – Thái Bình .................................................................................................. 39
2.2.1. Xây dựng sơ đồ mạng sông................................................................................. 40
2.2.2. Thiết lập điều kiện biên....................................................................................... 42
2.2.3. Thiết lập điều kiện ban đầu ................................................................................ 45
2.2.4. Hiệu chỉnh bộ thông số cho mô hình .................................................................. 46
2.2.5. Kiểm định bộ thông số cho mô hình MIKE 11 cho mạng sông Hồng – Thái Bình52
2.2.6. Kiểm định bộ thông số cho mô hình MIKE 11 cho mạng sông Sò ..................... 55
2.3. Nhận xét chung về kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho hệ thống
sông Hồng – Thái Bình và hệ thống sông Sò ......................................................... 60
CHƢƠNG 3 .......................................................................................................... 63
XÂY DỰNG KỊCH BẢN XÂM NHẬP MẶN LƢU VỰC SÔNG SÒ DƢỚI TÁC
ĐỘNG CỦA NƢỚC BIỂN DÂNG SLR VÀ ĐỀ XUẤT LẤY NƢỚC TƢỚI PHỤC
VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP ......................................................................... 63
3.1. Sơ đồ thủy lực ................................................................................................ 63
3.1.1. Sơ đồ mạng sông .................................................................................................. 63
3.1.2. Điều kiện tính toán ............................................................................................... 63
3.2. Xây dựng bản đồ mặn theo các kịch bản trong các tháng mùa cạn cho khu vực
kênh mƣơng nội đồng lƣu vực sông Sò .................................................................. 64
3.2.1. ựa chọn ịch bản biến đ i h hậu ĐK t nh toán m nhập mặn vào nội
đồng sông Sò trong năm mặn xâm nhập sâu nhất vào hệ thống sông Sò...................... 64
3.2.2. Tính toán xâm nhập mặn vào nội đồng sông Sò trong năm mặn xâm nhập sâu
nhất ứng với các kịch bản nước biển dâng – RCP4.5 ................................................... 65
3.3. Đánh giá khả năng lấy nƣớc tƣới cho sông Sò của các cống trên sông Hồng –
Ninh Cơ dƣới ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng ........................................................ 71
3.3.1. Mục đ ch............................................................................................................... 71
3.3.2. Xây dựng các kịch bản tính toán.......................................................................... 72
3.3.3. Điều kiện tính toán ............................................................................................... 72
3.3.4. Sơ đồ mạng sông .................................................................................................. 72
3.3.5. Kết quả tính toán .................................................................................................. 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 83
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 86
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
KTTV
BĐKH
Khí tƣợng thủy văn
Biến đổi khí hậu
SLR
Nƣớc biển dâng (Sea Level Rise)
%
Phần trăm
Phần nghìn
Mực nƣớc đỉnh triều trung bình nhiều năm
Mực nƣớc chân triều trung bình nhiều năm
‰
Hđtb
Hctb
RCP
AD
NASH
Giải thích
đƣờng nồng độ khí nhà kính (Representative
Concentration Pathways)
Mô đun khuếch tán bình lƣu
Sai số lệch đỉnh
vii
DANH MỤC BẢNG
ảng 1.1. Tóm tắt một số mô hình toán thường được sử dụng ở Việt Nam ............. 13
Bảng 1.2. Độ mặn lớn nhất và thời gian xuất hiện [1], [8] .................................... 22
Bảng 1.3. Khoảng cách xâm nhập mặn trên một số sông chính [10]...................... 24
Bảng 1. 4. Triết giảm độ mặn trên các triền sông [10] .......................................... 25
Bảng 1.5. Độ mặn thực đo lớn nhất các tháng mùa cạn tại .................................... 28
Bảng 1. 6. Số liệu các đặc trưng triều trung bình cửa sông Sò được trung bình tại 2
trạm Ba Lạt và Phú Lễ trong chuỗi số liệu trung bình năm .................................... 31
Bảng 2. 1. ệ số nhám của các sông trong hệ thống sông ồng – Thái ình........ 49
Bảng 2. 2. Kết quả đánh giá sai số tính toán và thực đo tại một số trạm kiểm tra . 50
Bảng 2. 3. Kết quả đánh giá sai số độ mặn tính toán và thực đo tại các vị trí kiểm
tra trên hệ thống sông Hồng – Thái ình cho tháng 1 năm 2006 .......................... 51
Bảng 2. 4. Kết quả đánh giá sai số tính toán và thực đo tại một số trạm kiểm tra
trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình tháng 1 năm 2007 ..................................... 54
Bảng 2. 5. Kết quả đánh giá sai số độ mặn t nh toán và thực đo tại các vị tr iểm
tra trên hệ thống sông ồng – Thái ình cho tháng 1 năm 2007 ......................... 55
Bảng 2. 6. Các vị tr biên lưu lượng gia nhập vào hệ thống kênh, cống trong lưu vực
sông Sò .......................................................................................................................... 58
Bảng 2. 7. Kết quả độ mặn giữa tính toán và thực đo tại cống Nhất Đỗi 2 ............ 59
Bảng 3. 1. Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP4.5 .......................................... 64
Bảng 3. 2. Diện t ch m2 các huyện bị ảnh hưởng m nhập mặn theo các thời ỳ
của Kịch bản RCP4.5 ............................................................................................ 67
Bảng 3. 3. Tỷ lệ diện t ch % các huyện bị ảnh hưởng m nhập mặn theo các thời
ỳ của Kịch bản RCP4.5 ........................................................................................ 67
Bảng 3. 4. Độ mặn lớn nhất
tại các vị tr cống lấy nước trên sông ồng ........ 76
Bảng 3. 5. Độ mặn lớn nhất
tại các vị tr cống lấy nước trên sông Ninh Cơ ........ 76
Bảng 3. 6. T ng thời gian lấy nước hiện trạng và các phương án ĐK tại các vị
tr cống lấy nước điển hình trên sông ồng – Ninh Cơ giờ ................................. 78
Bảng 3. 7. T ng lượng nước lấy qua các cống đầu mối từ tháng I-IV (103m3)........ 79
Bảng 3. 8. Tỷ lệ biến đ i t ng lượng nước của các ịch bản biến đ i h hậu so với
ịch bản hiện trạng % ......................................................................................... 80
viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Bản đồ lưu vực sông Sò, tỉnh Nam Định [2] ............................................... 2
ình 2.1. a Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott; b Sơ đồ sai ph n 6 điểm
ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t .............................................................................. 37
ình 2. 2. Sơ đồ tính thủy lực và mô phỏng mặn mạng sông Hồng – Thái Bình ..... 41
ình 2. 3. Sơ đồ mạng sông Hồng – Thái Bình trong giao diện Mike 11 ................ 42
ình 2. 4. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Sơn T y 1/2006 ............... 44
ình 2. 5. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ 1/2006 ...................... 44
ình 2. 6. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Gia Bảy 1/2006 ................ 45
ình 2. 7. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ 1/2006 ...................... 46
ình 2. 8. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm ưng Thi 1/2006 .............. 47
ình 2. 9. Đường quá trình mực nước triều của các trạm thủy văn cửa sông thuộc
hệ thống sông Hồng – Thái ình năm 2006 ........................................................... 47
ình 2.10. Đường quá trình độ mặn tại các cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng –
Thái Bình............................................................................................................... 48
Hình 2. 11. Giao diện hiệu chỉnh thông số mô hình ............................................... 49
ình 2. 12. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Sơn T y 1/2007 .............. 53
ình 2. 13. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Gia Bảy 1/2007 .............. 53
ình 2. 14. Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ 1/2007 .................... 54
ình 2.15. Sơ đồ thủy lực cho hệ thống sông Sò .................................................... 56
Hình 2. 16. Mặt cắt ngang sông của lưu vực sông Sò trong giao diện của mô hình
MIKE 11 ................................................................................................................ 57
Hình 3. 1. Bản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò hiện trạng – Kịch bản A1
độ gia tăng S R=0cm ......................................................................................... 68
Hình 3. 2. ản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò ứng với năm 2030 – Kịch
bản A2 độ gia tăng S R=13cm) ........................................................................... 69
Hình 3. 3. ản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò ứng với năm 2050 – Kịch
bản A3 độ gia tăng S R=22cm ........................................................................... 69
Hình 3. 4. ản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò ứng với năm 2070 – Kịch
bản A4 độ gia tăng S R=33cm) ........................................................................... 70
Hình 3. 5. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án hiện trạng
Kịch bản A1- độ gia tăng S R 0cm ..................................................................... 73
Hình 3. 6. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án ĐK năm
2030 – Kịch bản A2- độ gia tăng S R 13cm ......................................................... 74
ix
Hình 3. 7. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án ĐK năm
2050– Kịch bản A3- độ gia tăng S R 22cm .......................................................... 74
Hình 3. 8. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án ĐK năm
2070– Kịch bản A4- độ gia tăng S R 33cm) .......................................................... 74
Hình 3. 9. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án hiện
trạng– Kịch bản A1- độ gia tăng S R 0cm ........................................................... 75
Hình 3. 10. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án ĐK
năm 2030– Kịch bản A2- độ gia tăng S R 13cm .................................................. 75
Hình 3. 11. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án ĐK
năm 2050– Kịch bản A3- độ gia tăng S R 22cm .................................................. 76
Hình 3. 12. iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án ĐK
năm 2070– Kịch bản A4- độ gia tăng S R 33cm .................................................. 76
Hình 3. 13. iễn biến quá trình mặn lớn nhất tại vị tr các cống dọc sông ồng
theo các ịch bản ĐK ....................................................................................... 77
Hình 3. 14. Diễn biến quá trình mặn lớn nhất tại vị tr các cống dọc sông Ninh Cơ
theo các ịch bản ĐK ....................................................................................... 77
Hình 3. 15. iễn biến thời gian lấy nước của các cống trên sông ồng................. 79
Hình 3. 16. iễn biến thời gian lấy nước của các cống trên sông Ninh Cơ ............ 79
Hình 3.17. Diễn biến quá trình t ng lượng nước lấy qua các cống đầu mối từ
tháng I-IV theo các ịch bản ĐK ...................................................................... 81
1
MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn
1.1. Ý nghĩa khoa học
Ở khu vực đồng bằng và khu vực vùng cửa sông ven biển sông Hồng Thái Bình luôn luôn chịu tác động của 2 chế độ: Chế độ dòng chảy từ thƣợng
lƣu (nƣớc ngọt) và chế độ thủy triều biển Đông. Cả hai tác động ảnh hƣởng này
đều xuất hiện đồng thời, tuy nhiên mức độ tác động của mỗi chế độ phụ thuộc
vào thời gian trong năm và vị trí địa lý của khu vực với chế độ triều khác nhau.
Vào thời kỳ mùa cạn do lƣợng dòng chảy từ thƣợng nguồn giảm mạnh
nên thủy triều từ biển xâm nhập vào vùng cửa sông dễ dàng mang theo dòng
chảy mặn nhập sâu vào trong sông. Nƣớc mặn xâm nhập sâu vào nội đồng ở các
khu vực không có đê bao, hoặc có đê bao nƣớc mặn vẫn ảnh hƣởng đến việc lấy
nƣớc ngọt cho nông nghiệp và các hoạt động kinh tế khác.
Để xem xét mối quan hệ tác động giữa 2 loại tác động ảnh hƣởng trên đối
vùng cửa sông ven biển cần có các nghiên cứu đánh giá bằng các phƣơng pháp
thủy văn qua công cụ mô hình toán.
Kết quả của nghiên cứu này sẽ tạo cơ sở khoa học để xác định mối quan
hệ tƣơng tác giữa nguồn nƣớc sông (nƣớc ngọt) và nƣớc biển (do thủy triều) ở
khu vực vùng cửa sông và qua đó có thể sử dụng và lợi dụng tác động của chế
độ tự nhiên cho khai thác hợp lý tài nguyên nƣớc phục vụ lấy nƣớc sinh hoạt và
snr xuất nông nghiệp.
1.2. Ý nghĩa thực tiễn
Lƣu vực sông Sò trƣớc đây là sông phân lƣu của sông Hồng là phần diện
tích bao gồm toàn bộ huyện Xuân Trƣờng và phần phía Tây của huyện Giao
Thủy thuộc tỉnh Nam Định. Do đặc điểm là khu vực tiêu và cấp nƣớc khép kín,
lƣu vực sông Sò đƣợc phân khu thành hệ thống thủy nông gọi là hệ thống thủy
nông Xuân Thủy. Đây là một khu vực đồng bằng ven biển lâu đời, dân cƣ tập
trung đông đúc (hình 1).
Sông Sò đƣợc trở thành con sông nội đồng từ khi cống Ngô Đồng (nối
sông Hồng và sông Sò) xây dựng năm 1963 (tại km 220 đê hữu sông Hồng) và
từ đó hình thành một lƣu vực sông bao gồm khu vực kẹp giữa hai đê hữu sông
2
Hồng, đê tả sông Ninh Cơ và đƣờng giao thông từ xã Giao Lâm đến Thị trấn
Ngô Đồng (thuộc huyện Giao Thủy).
Lưu vực hệ thông tiêu
sông Sò
Hình 1. Bản đồ lƣu vực sông Sò, tỉnh Nam Định [1]
(thu gọn trên bản đồ nền tỷ lệ 1:10.000)
Vào mùa cạn, do lƣu vực ở hạ du nên lƣu lƣợng tiếp nhận từ thƣợng lƣu
hạn chế, trên lƣu vực đã xuất hiện những đợt mặn gây ảnh hƣởng tới sản xuất
nông nghiệp nhƣ: vụ Đông Xuân 1987 - 1988 ở Xuân Thủy và vụ Đông Xuân
1998 - 1999 tại miền hạ lƣu huyện
Lu Nghĩa
vùc Hƣng
hÖ thuộc tỉnh Nam Định, đã có nơi
th«ng
lúa chết do nƣớc lấy vào đồng có
độ mặn tiªu
vƣợt quá giới hạn cho phép. Một số vụ
s«ng
Sò do không lấy đƣợc nƣớc vào đồng, dẫn
phải cấy chậm lại so với thời vụ
tốt nhất
đến thiệt hại lớn cho nông nghiệp. Gần đây, tháng I/2016 quan trắc đƣợc độ mặn
cao xâm nhập sâu kỷ lục trong nội đồng nhƣ: trên sông Hồng mặn lấn đất sâu
đến cửa cống Hạ Miêu I với độ mặn 7,2 ‰ cách biển 26km; trên sông Ninh Cơ,
mặn lấn sâu đến cửa cống Múc 2 với độ mặn 1,7‰, cách biển tới 37km; trên
sông Đáy mặn đã đến cửa cống Bình Hải I với độ mặn 5‰, cách biển 18km.
Trong điều kiện biến đổi khí hậu đang diễn ra, tình hình thiên tai càng trở
nên gay gắt hơn. Nên việc tính toán đƣợc tác động của diễn biến xâm nhập mặn
đến lƣu vực là một vấn đề cấp thiết, cần đƣợc đặt ra cho các nhà quản lý tài
nguyên nƣớc và các nhà khoa học một nhiệm vụ vô cùng cấp bách.
3
Do vậy, “Nghiên cứu đánh giá tác động xâm nhập mặn cho hệ thống
kênh mương nội đồng lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định” là một đề tài có tính
khoa học và thực tiễn mong muốn góp phần giải quyết những khó khăn trên và
giúp cho các nhà quản lý có thể quản lý tài nguyên nƣớc và đƣa ra đƣợc những
quyết định chiến lƣợc phát triển có tính định lƣợng hơn. Vì vậy Đề tài đã đƣợc
chọn làm luận văn tốt nghiệp cao học ngành thủy văn học.
2. Mục tiêu của Luận văn
1) Nghiên cứu áp dụng mô hình thủy văn, thủy lực phù hợp để mô phỏng
quá trình xâm nhập triều, mặn vào vùng cửa sông;
2) Sử dụng mô hình tính toán sau hiệu chỉnh và kiểm định để tính toán
xâm nhập mặn cho lƣu vực sông Sò theo các kịch bản triều nhằm phục vụ lấy
nƣớc tƣới cho sản xuất nông nghiệp.
3. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1) Đối tƣợng nghiên cứu: Xâm nhập triều, mặn ở vùng cửa sông Hồng và
sông Sò và diễn biến xâm nhập mặn trong lƣu vực sông Sò tỉnh Nam Định.
2) Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi nghiên cứu ảnh hƣởng: Bao gồm hệ thống sông Hồng – Thái
Bình.
- Phạm vi nghiên cứu chi tiết: Lƣu vực sông Sò thuộc phạm vi các huyện
Xuân Trƣờng, Giao Thủy và Hải Hậu thuộc tỉnh Nam Định.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiệm cận
1) Tiếp cận hệ thống: Dòng chảy cạn đƣợc hình thành trong một hệ
thống lƣu vực sông thƣợng nguồn và chịu sự tác động về điều kiện thủy văn,
thủy lực của lƣu vực tổng thể. Do vậy, cần nghiên cứu, phân tích mối quan hệ
giữa các hộ sử dụng nƣớc và tác động của chúng đến dòng chảy, chảy ra khu
vực cửa sông.
2) Tiếp cận t ng h p đa ngành: Tác động xâm nhập mặn đến khu vực
đồng bằng vùng cửa sông ảnh hƣởng rất nhiều ngành nhƣ nông nghiệp, giao
4
thông, sinh hoạt. Do vậy, đề tài Luận văn sẽ phân tích, đánh giá các ảnh hƣởng
nói trên qua việc sử dụng nƣớc, lợi ích của việc sử dụng nƣớc của từng ngành.
3) Tiếp cận kế thừa: Kế thừa các công trình nghiên cứu đã đƣợc thực hiện
trong lƣu vực nghiên cứu bao gồm phƣơng pháp tính, bộ số liệu về hệ thống địa
hình sông, mƣơng, đê bao, cống tƣới, tiêu trong khu vực nghiên cứu, phƣơng
pháp luận, phƣơng pháp tính,...
Đề tài Luận văn đã phối hợp với các cơ quan có liên quan để đƣợc
khai thác số liệu phục vụ phƣơng pháp tính toán nhằm nâng cao kiến thức và
đạt hiệu quả trong thực tiễn.
3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
1) Phƣơng pháp phân tích hệ thống: Vì lƣu vực sông Sò nằm trong hệ
thống lƣu vực sông Hồng – Thái Bình và chịu tác động trực tiếp của mối quan
hệ tƣơng tác giữa nguồn nƣớc ngọt của hệ thống và xâm nhập triều mặn ở khu
vực cửa Ba Lạt của dòng chính sông Hồng nên khi tính toán xâm nhập mặn vào
lƣu vực sông Sò phải đặt trong hệ thống chung.
2) Phƣơng pháp điều tra phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành: Tác
động xâm nhập mặn vào khu vực nghiên cứu là do tác động của hiện tƣợng thủy
triều Vịnh Bắc Bộ nhƣng quá trình này chịu sự chi phối của nguồn nƣớc thƣợng
lƣu của hệ thống sông Hồng - Thái Bình.
3) Phƣơng pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình toán hiện đại mô phỏng
các quá trình thủy văn, thủy lực trên lƣu vực sông gồm các mô hình MIKE
NAM, MIKE 11 để mô phỏng, đánh giá và xâm nhập mặn.
4) Phƣơng pháp chuyên gia: Hiện nay có nhiều công trính nghiên cứu có
liên quan trong khu vực nghiên cứu nhƣng đối tƣợng và phƣơng pháp đánh giá
tác động xâm nhập mặn có khác nhau nên cần có ý kiến của các chuyên gia và
các nhà quản lý ở địa phƣơng để đạt đƣợc hiệu quả tốt nhất theo mục tiêu của đề
tài luận văn.
5
4. Bố cục của Luận văn
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU
KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Chƣơng 2: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN HỆ
THỐNG SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH VÀ SÔNG SÒ
Chƣơng 3: XÂY DỰNG KỊCH BẢN XÂM NHẬP MẶN LƢU VỰC SÔNG SÒ DƢỚI
TÁC ĐỘNG CỦA NƢỚC BIỂN DÂNG (SLR) VÀ ĐỀ XUẤT LẤY NƢỚC TƢỚI PHỤC
VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
6
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI
THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan các phƣơng pháp nghiên cứu và tính toán xâm nhập mặn
vùng cửa sông
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Hiện tƣợng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh
thổ có vùng cửa sông giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tƣợng xâm
nhập triều mặn có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia
nên vấn đề tính toán và nghiên cứu đã đƣợc đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của
công tác nghiên cứu là nắm đƣợc quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt
động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông nhƣ ở các nƣớc nhƣ Mỹ, Nga,
Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan... Các phƣơng pháp cơ bản đƣợc thực hiện
bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc) và mô phỏng quá trình bằng
các mô hình toán.
Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán
đƣợc bắt đầu từ khi Saint - Vennant (1871) công bố hệ phƣơng trình mô phỏng
quá trình thủy động lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên
ông. Chính nhờ sức mạnh của hệ phƣơng trình Saint - Venant nên khi kỹ thuật
tính sai phân và công cụ máy tính điện tử đáp ứng đƣợc, thì việc mô phỏng dòng
chảy sông ngòi là công cụ rất quan trọng để nghiên cứu, xây dựng quy hoạch
khai thác tài nguyên nƣớc, thiết kế các công trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ
thống thủy lợi. Mọi dự án phát triển tài nguyên nước trên thế giới hiện nay đều
coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán không thể thiếu.
Tiếp theo đó, việc mô phỏng dòng chảy bằng các phƣơng trình thủy động
lực đã tạo tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phƣơng trình khuyếch
tán. Cùng với phƣơng trình bảo toàn và phƣơng trình động lực của dòng chảy,
còn có phƣơng trình khuyếch tán chất hoà tan trong dòng chảy cũng có thể cho
phép - tuy ở mức độ kém tinh tế - mô phỏng cả sự diễn biến của vật chất hoà tan
và trôi theo dòng chảy nhƣ nƣớc mặn xâm nhập vào vùng cửa sông, chất chua
phèn lan truyền từ đất ra mạng lƣới kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và
công nghiệp xả vào dòng nƣớc...
7
Cụ thể hơn, vấn đề tính toán và nghiên cứu triều mặn bằng mô hình đã
đƣợc nhiều nhà nghiên cứu ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Hà Lan, Anh quan
tâm từ khoảng 40-50 năm trở lại đây. Với thành tựu của khoa học và công nghệ
đƣợc phát triển cực nhanh trong thời gian gần đây, công nghệ tin học, thủy lực
học và thủy văn học hiện đại đã gặp lại nhau ở nhiều mặt, mặc dù chƣa phải là
hoàn toàn đồng nhất.
Các phƣơng pháp tính toán xâm nhập mặn đầu tiên thƣờng sử dụng bài
toán một chiều khi kết hợp với hệ phƣơng trình Saint - Venant. Những mô hình
mặn 1 chiều đã đƣợc xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman
(1971). Giả thiết cơ bản của các mô hình này là các đặc trƣng dòng chảy và mật
độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang. Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế
nhƣng kết quả áp dụng mô hình lại có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng đƣợc nhiều
mục đích nghiên cứu và tính toán mặn. Ƣu thế đặc biệt của các mô hình loại một
chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế.
Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phƣơng trình 3 chiều để diễn toán quá
trình xâm nhập mặn nhƣng nhiều thông số không xác định đƣợc. Hơn nữa mô
hình 3 chiều yêu cầu lƣợng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong khi
kiểm nghiệm nó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tƣơng ứng. Vì vậy các
nhà nghiên cứu buộc phải giải quyết bằng cách trung bình hoá theo 2 chiều hoặc
1 chiều. Sanker và Fischer, Masch (1970) và Leendertee (1971) đã xây dựng các
mô hình 2 chiều và 1 chiều trong đó mô hình 1 chiều có nhiều ƣu thế trong việc
giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực tế tốt hơn.
Các nhà khoa học cũng thống nhất nhận định rằng, các mô hình 1 chiều
thường hữu hiệu hơn các mô hình sông đơn và mô hình hai chiều. Chúng có thể
áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp gồm nhiều sông, kênh nối
với nhau với cấu trúc bất kỳ.
Dƣới đây thống kê một số mô hình xâm nhập mặn thông dụng trên thế
giới đã đƣợc giới thiệu trong nhiều tài liệu tham khảo.
1. Mô hình động lực cửa sông FWQA
Mô hình FWQA thƣờng đƣợc đề cập đến trong các tài liệu là mô hình
ORLOB theo tên gọi của Tiến sỹ Geral T. Orlob. Mô hình đã đƣợc áp dụng
trong nhiều vấn đề tính toán thực tế. Mô hình giải hệ phƣơng trình Saint -
8
Venant kết hợp với phƣơng trình khuếch tán và có xét đến ảnh hƣởng của thủy
triều thay vì bỏ qua nhƣ trong mô hình không có thủy triều. Mô hình đƣợc áp
dụng đầu tiên cho đồng bằng Sacramento - San Josquin, Califorlia.
2. Mô hình thời gian thủy triều của Lee và Harleman và của Thatcher và
Harleman
Lee và Harleman (1971) và sau đƣợc Thatcher và Harleman cải tiến đã
đề ra một cách tiếp cận khác, xây dựng lời giải sai phân hữu hạn đối phƣơng
trình bảo toàn mặn trong một sông đơn. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng để giải
phƣơng trình khuếch tán là sơ đồ ẩn 6 điểm. Mô hình cho kết quả tốt trong việc
dự báo trạng thái phân phối mặn tức thời cả trên mô hình vật lý cũng nhƣ của
sông thực tế.
3. Mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Hà Lan)
Một trong những thành quả mới nhất trong mô hình hoá xâm nhập
mặn là mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Viện Thủy lực Hà Lan)
đƣợc xây dựng trong khuôn khổ hợp tác với Ban Thƣ ký Uỷ ban sông Mê
Công từ năm 1987.
4. Mô hình MIKE 11 và POM (Viện Thủy lực Đan Mạch)
Là mô hình thƣơng mại nổi tiếng thế giới do Viện Thủy lực Đan Mạch
xây dựng. Đây thuộc lớp mô hình thủy lực và chất lƣợng nƣớc loại một chiều
(trƣờng hợp riêng là xâm nhập mặn) một và hai chiều có độ tin cậy rất cao, thích
ứng với các bài toán thực tế khác nhau. Mô hình này đã đƣợc áp dụng rất phổ
biến trên thế giới để tính toán, dự báo lũ, chất lƣợng nƣớc và xâm nhập mặn.
5. Mô hình ISIS (Anh)
Mô hình do các nhà thủy lực Anh xây dựng, thuộc lớp mô hình thủy lực
một chiều kết hợp giải bài toán chất lƣợng nƣớc và có nhiều thuận lợi trong khai
thác. Mô hình cũng đƣợc nhiều nƣớc sử dụng để tính toán xâm nhập mặn.
6. Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code - US EPA)
Mô hình đƣợc cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ (US EPA) phát triển từ
năm 1980. Là mô hình tổng hợp dùng để tính toán thủy lực kết hợp với tính toán
9
lan truyền chất 1,2,3 chiều. Mô hình có khả năng dự báo các quá trình dòng
chảy, quá trình sinh, địa hoá và lan truyền mặn.
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Việc nghiên cứu, tính toán xâm nhập mặn ở nƣớc ta đã đƣợc quan tâm từ
những năm 1960 khi bắt đầu tiến hành quan trắc độ mặn ở hai vùng đồng bằng
sông Hồng và sông Cửu Long. Tuy nhiên, đối với đồng bằng sông Cửu Long do
đặc điểm địa hình (không có đê bao) và mức độ ảnh hƣởng có tính quyết định
đến sản xuất nông nghiệp ở vựa lúa quan trọng nhất toàn quốc nên việc nghiên
cứu xâm nhập mặn ở đây đƣợc chú ý nhiều hơn, đặc biệt là thời kỳ sau năm
1976. Khởi đầu là các công trình nghiên cứu, tính toán của Ủy hội sông Mê
Công (1973) về xác định ranh giới xâm nhập mặn theo phƣơng pháp thống kê
trong hệ thống kênh rạch thuộc 9 vùng cửa sông thuộc đồng bằng sông Cửu
Long. Các kết quả tính toán từ chuỗi số liệu thực đo đã lập nên bản đồ đẳng trị
mặn với hai chỉ tiêu cơ bản 1 ‰ và 4 ‰ cho toàn khu vực đồng bằng trong các
tháng mùa cạn từ tháng 12 đến tháng 4.
Tiếp theo, nhiều báo cáo dƣới các hình thức công bố khác nhau đã xây
dựng các bản đồ xâm nhập mặn từ số liệu cập nhật và xem xét nhiều khía cạnh
tác động ảnh hƣởng các nhân tố địa hình, khí tƣợng thủy văn (KTTV) và tác
động các hoạt động kinh tế đến xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Cửu Long.
Việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu xâm nhập mặn ở nƣớc ta đƣợc đánh
dấu vào năm 1980 khi bắt đầu triển khai dự án nghiên cứu xâm nhập mặn đồng
bằng sông Cửu Long dƣới sự tài trợ của Ban Thƣ ký Uỷ ban sông Mê Công.
Trong khuôn khổ dự án này, một số mô hình tính xâm nhập triều, mặn đã đƣợc
xây dựng nhƣ của Ban Thƣ ký sông Mê Công và một số cơ quan trong nƣớc nhƣ
Viện Quy hoạch và Quản lý nƣớc, Viện Cơ học... Các mô hình này đã đƣợc ứng
dụng vào việc nghiên cứu quy hoạch phát triển châu thổ sông Cửu Long, tính toán
hiệu quả các công trình chống xâm nhập mặn ven biển để tăng vụ và mở rộng
diện tích nông nghiệp trong mùa khô, dự báo xâm nhập mặn dọc sông Cổ Chiên.
Kỹ thuật chƣơng trình của mô hình trên đã đƣợc phát triển thành một
phần mềm hoàn chỉnh để cài đặt trong máy tính nhƣ một phần mềm chuyên
dụng. Mô hình đã đựợc áp dụng thử nghiệm tốt tại Hà Lan và đã đƣợc triển khai
áp dụng cho đồng bằng sông Cửu Long nƣớc ta.
10
Thêm vào đó, một số nhà khoa học Việt Nam điển hình là Cố Giáo sƣ
Nguyễn Nhƣ Khuê, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp,
Nguyễn Minh Sơn, Trần Văn Phúc, Nguyễn Hữu Nhân ... đã xây dựng thành
công các mô hình thủy lực mạng sông kết hợp tính toán xâm nhập triều mặn nhƣ
VRSAP, MEKSAL, FWQ87, SAL, SALMOD, HYDROGIS...
Các báo cáo trên chủ yếu tập trung xây dựng thuật toán, tính toán quá
trình xâm nhập mặn thích hợp với điều kiện địa hình, KTTV ở đồng bằng sông
Cửu Long. Kết quả đƣợc nhìn nhận khả quan và bƣớc đầu một số mô hình đã
thử nghiệm ứng dụng dự báo xâm nhập mặn.
Trong khuôn khổ Chƣơng trình Bảo vệ Môi trƣờng và Phòng tránh thiên
tai, KC - 08, Lê Sâm đã có các nghiên cứu tƣơng đối toàn diện về tác động ảnh
hƣởng của xâm nhập mặn đến quy hoạch sử dụng đất cho khu vực đồng bằng
sông Cửu Long. Tác giả đã sử dụng các mô hình: SAL (Nguyễn Tất Đắc),
VRSAP (Nguyễn Nhƣ Khuê), KOD (Nguyễn Ân Niên) và HydroGis (Nguyễn
Hữu Nhân) để dự báo xâm nhập mặn cho một số sông chính theo các thời đoạn
dài hạn (6 tháng), ngắn hạn (nửa tháng) và cập nhật (ngày). Kết quả của đề tài
góp phần quy hoạch sử dụng đất vùng ven biển thuộc đồng bằng sông Cửu Long
và các lợi ích khác về kinh tế - xã hội.
Nhìn chung các công trình nghiên cứu trên đây của các nhà khoa học
trong nƣớc đã có đóng góp xứng đáng về mặt khoa học, đặt nền móng cho vấn
đề nghiên cứu xâm ngập mặn bằng phƣơng pháp mô hình toán ở nƣớc ta.
Ở đồng bằng sông Hồng – Thái Bình cho đến nay vẫn chƣa có một mô
hình nào chính thức đƣợc xây dựng trong khi yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội
nói chung và phục vụ sản xuất nông nghiệp nói riêng đang đòi hỏi hết sức cấp
thiết. Do vậy việc nghiên cứu xây dựng một mô hình tính toán xâm nhập mặn
cho khu vực này dù ở mức độ nào cũng đáng đƣợc trân trọng và khuyến khích.
So với đồng bằng sông Cửu Long, việc nghiên cứu và sử dụng mô hình để
tính toán xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình ít đƣợc chú ý hơn.
Có thể tổng quan một số công trình nghiên cứu điển hình dƣới đây:
- Trong giai đoạn từ 1977 - 1985, sau khi thành lập Viện Khí tƣợng Thủy
văn thuộc Tổng cục Khí tƣợng Thủy văn, việc nghiên cứu xâm nhập mặn bắt
đầu đƣợc quan tâm và Phòng Thủy văn Đồng bằng thuộc Viện đƣợc giao thực
11
hiện chính. Nhiều báo cáo thống kê về tình hình xâm nhập mặn ở đồng bằng
sông Hồng (Vi Văn Vị, Đoàn Cự Hải, Trần Thanh Xuân, Lã Thanh Hà ...) đã
đƣợc công bố. Các báo cáo trên căn cứ vào số liệu thực đo từ 1960 đã lập bản đồ
xâm nhập mặn tỷ lệ 1:500.000 với các chỉ tiêu 1 ‰ và 4 ‰ ở đồng bằng sông
Hồng - Thái Bình. Đồng thời bằng phƣơng pháp kinh nghiệm, các báo cáo trên
đã xác định ranh giới xâm nhâp mặn trung bình cho các tháng theo chiều dài
sông với 2 chỉ tiêu nói trên. Vấn đề dự báo xâm nhập mặn chƣa đặt ra.
- Trong công trình "Nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng Bắc Bộ Việt
Nam " cố tác giả Vi Văn Vị (Viện KTTV) đã cho thấy, trên hệ thống sông Hồng
độ mặn lớn nhất thƣờng xuất hiện vào tháng 1, trên hệ thống sông Thái Bình vào
tháng 3. Riêng sông Ninh Cơ và sông Đáy thuộc hệ thống sông Hồng thì thời
gian xuất hiện độ mặn lớn nhất lại tƣơng tự nhƣ hệ thống sông Thái Bình. Điều
này phụ thuộc chặt chẽ vào nguyên nhân địa mạo, lƣợng nƣớc thƣợng nguồn và
tình hình sử dụng nƣớc trong khu vực.
- Năm 1994 - 1995 trong khuôn khổ đề tài NCKH cấp Tổng cục do Trần
Văn Phúc chủ trì, đã xây dựng mô hình SIMRR tính toán thử nghiệm xâm nhập
mặn ở một số cửa sông ở đồng bằng Cửu Long và sông Hồng dƣới tác động điều
tiết dòng chảy cạn của hồ chứa Hoà Bình. Kết quả của đề tài đã chỉ ra mức độ
xâm nhập mặn theo chiều dài sông phụ thuộc mức xả của hồ chứa Hoà Bình.
- Cũng xét tác động điều tiết của hồ Hoà Bình, Trịnh Đình Lƣ đã có nhận
xét: Lƣu lƣợng trung bình mùa cạn hạ lƣu sông Hồng do tác động điều tiết của
hồ Hoà bình đã tăng 1,65 lần so với trƣớc khi chƣa có hồ nên độ mặn lớn nhất
4‰ bị đẩy lùi gần biển khoảng 7 - 9 km tính trung bình cho các sông.
- Nhằm phục vụ cho công tác quy hoạch cấp nƣớc cho vùng hạ du, trong
các năm 90 thế kỷ 20, Viện Quy hoạch Thủy lợi và Viện Khoa học Thủy lợi (Bộ
NN & PTNT) đã sử dụng mô hình VRSAP (Nguyễn Nhƣ Khuê) để tính toán
xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng - Thái Bình. Tuy không đƣợc
công bố rộng rãi, nhƣng các kết quả thu đƣợc đã phục vụ cho quy hoạch hệ
thống cống, cửa lấy nƣớc nhƣng không mang tính dự báo. Những tính toán nhƣ
vậy cũng tạo tiền đề cho việc sử dụng mô hình toán cho mô phỏng xâm nhập
mặn bằng chính công cụ do các nhà khoa học trong nƣớc xây dựng nên.
12
- Năm 2000 - 2001 với đề tài NCKH cấp tỉnh, Lã Thanh Hà và Đỗ Văn
Tuy đã cải tiến mô hình SALMOD từ mô hình SIMRR với mục đích dự báo thử
nghiệm xâm nhập mặn cho sông Văn Úc thuộc thành phố Hải Phòng. Đề tài đã
lập các phƣơng án dự báo xâm nhập mặn cho đoạn sông Văn Úc từ Trung Trang
với sơ đồ mạng sông chỉ bao gồm hệ thống sông Thái Bình từ Phả Lại.
- Năm 2006, trong khuôn khổ đề tài “Đánh giá đặc điểm tài nguyên nước
mặt các sông chính qua tỉnh Nam Định” do Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh
Nam Định quản lý, Lã Thanh Hà, cũng đã tiến hành xây dựng phƣơng án tính
toán và dự báo xâm nhập mặn thử nghiệm cho các sông Hồng (từ Hà Nội), sông
Đào, sông Ninh Cơ và sông Đáy (từ Ninh Bình) thuộc phạm vi tỉnh Nam Định.
Đề tài đã sử dụng mô hình MIKE 11 (Viện Thủy lực Đan Mạch - Delft) để lập
các phƣơng án dự báo với các biên trên là quá trình lƣu lƣợng, mực nƣớc và độ
mặn và biên dƣới là quá trình mực nƣớc và độ mặn tại các cửa sông. Hiện kết
quả của đề tài chƣa đƣợc thẩm định rõ nhƣng một số tồn tại có thể thấy là: việc
tách hệ thống sông Thái Bình ra khỏi sơ đồ tính và vị trí các biên còn chịu ảnh
hƣởng triều nên chƣa thật khách quan và sẽ ảnh hƣởng đến mức độ tin cậy của
kết quả tính, đặc biệt là trị số dự báo.
- Năm 2013-2014, thực hiện Quyết định 763/QĐ-UBND ngày 21 tháng 3
năm 2012 của Ủy ban Nhân dân tỉnh Thanh Hóa về việc phê duyệt và giao vốn
thực hiện Nhiệm vụ 01 thuộc Đề án: “Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn
hạ lưu Sông Mã, Sông Hoạt, Sông Yên, tỉnh Thanh óa” [9].
Trong nội dung của Đề án trên, Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn và Tài
Nguyên nƣớc – Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng đƣợc giao
nhiệm vụ (Nhiệm vụ 01): “Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn phục vụ
kiểm định các phƣơng án quy hoạch, quản lý sử dụng nƣớc vùng hạ lƣu sông
Mã, sông Yên theo các phƣơng án sử dụng nƣớc” do PGS.TS. Lã Thanh Hà
chủ trì.
Sau 2 năm thực hiện, Nhiệm vụ đã đạt đƣợc các kết quả sau:
- Thiết lập một mô hình thủy động lực học nhằm mô phỏng diễn biến
dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn ở vùng hạ du lƣu vực sông Mã, sông
Hoạt, sông Yên.
13
- Sử dụng mô hình để kiểm định các phƣơng án sử dụng nƣớc theo các
kịch bản khác nhau nhằm đƣa ra một bức tranh về tình hình xâm nhập mặn ứng
với các điều kiện dòng chảy thƣợng lƣu và quá trình thủy triều ở hạ lƣu.
- Nâng cao khả năng ứng dụng mô hình dự báo xâm nhập mặn để từng
bƣớc phục vụ cho dự báo thời gian thực dòng chảy kiệt và mặn.
- Chuyển giao công nghệ mô hình cho các cán bộ kỹ thuật của các cơ
quan chức năng trong tỉnh Thanh Hóa để từng bƣớc sử dụng mô hình trong công
tác quản lý, kiểm soát nguồn nƣớc.
Kết quả xây dựng mô hình xâm nhập mặn cho sông Mã, Yên đã đƣợc
tổng hợp và chạy trên phần mềm DHI MIKE. Đây là bộ mô hình nền phục vụ
các nhiệm vụ khai thác tiếp theo, trƣớc hết là dự báo nghiệp vụ xâm nhập mặn
trên hệ thống sông Mã, Yên tỉnh Thanh Hóa.
Xem bảng 1.1 giới thiệu một số mô hình tính toán thủy lực và xâm nhập
mặn thƣờng đƣợc sử dụng ở Việt Nam.
Bảng 1.1. Tóm tắt một số mô hình toán thƣờng đƣợc sử dụng ở Việt Nam
TT
Tên mô hình
Tác giả, bản quyền
Nguyễn Nhƣ Khuê
Nguyễn Ân Niên
Delf Hydraulics , Hà
Lan
Trần Văn Phúc
1
2
VRSAP
KOD01
3
WENDY
4
6
SALHO
Mô hình nhận dạng lũ
sông Hồng
KOD02
7
SWMM -EXTRAN
EPA – Mỹ
8
9
10
TELEMAC
HEC-RAS
ISIS
11
EFDC
EDF – Pháp
Mỹ
Anh
Cơ quan Bảo vệ Môi
trƣờng Mỹ (EPA)
12
MIKE
5
Trịnh Quang Hoà
Nguyễn Ân Niên
DHI -Đan Mạch
1 chiều ẩn
1 chiều hiện
Mô đun xâm
nhập mặn
Có
Có
1 chiều ẩn
Không
1 chiều ẩn
Thủy văn, thủy lực
kết hợp
2 chiều hiện
Có
Không
1 chiều hiện
Không
2 chiều bằng FFM
1 chiều
1 và hai chiều ẩn
Không
Có
Không
1,2,3 chiều
Có
Thủy văn, thủy lực
1, 2 chiều
Có
Loại mô hình
Không
Từ những phân tích trên có thể có một số nhận xét về bƣớc đầu về nghiên
cứu xâm nhập mặn ở nƣớc ta nhƣ trình bày dƣới đây:
14
Ưu điểm:
1. Kết quả mở ra khả năng sử dụng mô hình toán để giải quyết một vấn đề
thực tế và tạo tiền đề cho bài toán dự báo xâm nhập mặn trên cơ sở các thử
nghiệm đã có.
2. Hệ thống mạng lƣới đo mặn thƣa, phân bố không đều chƣa phản ánh
thực trạng xâm nhập mặn ở khu vực 9 cửa sông thuộc khu vực đồng bằng sông
Cửu Long.
3. Khác với khu vực đồng bằng sông Cửu Long, các công trình nghiên
cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình không liên tục, có thời
kỳ bị xem nhẹ, lãng quên khi cho rằng đối với đồng bằng Bắc Bộ mặn không
xâm nhập vào trong đồng vì hệ thống sông đã có đê bao bọc.
4. Phƣơng pháp thực hiện chủ yếu là phƣơng pháp thống kê.
5. Các mô hình xâm nhập mặn mới đƣợc áp dụng mấy năm gần đây chủ
yếu để mô phỏng hiện trạng với quy mô cục bộ cho một số đoạn sông và chƣa
sẵn sàng cho bài toán dự báo xâm nhập mặn trên toàn mạng sông.
6. Chƣa nghiên cứu rõ quy luật diễn biến xâm nhập mặn theo mỗi kỳ triều
và trong ngày để có thể tận dụng khả năng lấy nƣớc tƣới cho nông nghiệp trong
thời kỳ sinh trƣởng và phát triển của cây trồng, trọng điểm là cây lúa ở khu vực
cửa sông ven biển.
Kết luận:
Các nghiên cứu đã có cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu xâm nhập
mặn nhƣng chƣa thể đƣa vào phục vụ sản xuất theo yêu cầu của thực tiễn đang
đặt ra cho vùng hạ lƣu đồng bằng sông Hồng - Thái Bình nói chung và khu vực
nghiên cứu vùng cửa sông Sò nói riêng.
Do vậy rất cần thiết phải có một công trình nghiên cứu toàn diện, quy mô
về sử dụng mô hình toán công nghệ cao để tính toán xâm nhập mặn cho lƣu vực
sông Sò theo các kịch bản triều nhằm phục vụ công tác tƣới tiêu hợp lý cho khu
vực nghiên cứu.
