Nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng ven biển đồng bằng sông hồng thí điểm cho hệ thống thủy lợi nghĩa hưng

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu
nhập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà nước, được
đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo.... để làm cơ sở nguyên cứu. Tác giả
không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nguyên cứu nào trước đó. Việc
tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu
tham khảo đúng quy định.
Tác giả

Phoutsadee SIDA

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian dài thực hiện, luận văn Thạc sĩ chuyên ngàng Kỹ thuật Tài Nguyên Nước
với đề tài: “ Nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo xâm nhập mặn phục vụ sản xuất
nông nghiệp vùng ven biển Đồng bằng Sơng Hồng: Thí điểm cho hệ thống thủy lợi
Nghĩa Hưng ” đã được hoàn thành. Ngoài sư nỗ lực của bản thân, tác giả đã được sự
chỉ bảo, hướng dẫn tận tình cảu các thầy cơ giáo và các đồng nghiệp, bạn bè.
Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa
học TS. Nguyễn Quang Phi – Trường Đại học Thủy lợi và TS. Hà Hải Dương – Viện
Nước, Tưới tiêu và Môi trường đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp
những tài liệu, những thơng tin cần thiết cho tác giả hồn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa
Kỹ thuật tài nguyên Nước, các thầy giáo, cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiến
thức chuyên môn trong quá trình học tập.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ, cung cấp các
tài liệu cần thiết và đóng góp ý kiến cho tác giả hoàn thành luận văn.
Tuy nhiên, do thời gian có hạn, khối lượng tính tốn lớn nên luận văn khơng tránh
khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được chỉ bảo, đóng góp của các thầy cô

giáo và bạn bè và của đồng nghiệp.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn tấm lòng của những người thân trong gia
đành, bạn bè đã động viên giúp đỡ khích lệ tác giả trong suốt q trình học tập và hoàn
thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng 5 năm 2019
Tác giả

Phoutsadee SIDA

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................viii
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT ..................................................................... ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ....................................... 6
1.1. Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn trên Thế giới và Việt Nam .............. 6
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo xâm nhập mặn trên thế giới ...................... 6
1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo xâm nhập mặn tại Việt Nam ..................... 7
1.1.3. Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn vùng nghiên cứu .......................... 9
1.1.4. Tổng quan các các công cụ/mơ hình tốn trong dự báo xâm nhập mặn ............ 12
1.2. Tổng quan về đặc điểm tự nhiên xâm nhập mặn vùng nghiên cứu ....................... 14
1.2.1. Tổng quan về đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu ............................................ 14
1.2.2. Tổng quan về xâm nhập mặn vùng nghiên cứu .................................................. 27
1.3. Kết luận Chương I ................................................................................................. 39
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN VÀ ÁP DỤNG MƠ HÌNH DỰ BÁO XÂM NHẬP
MẶN PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP VEN BIỂN VÙNG ĐỒNG BẰNG

SÔNG HỒNG .............................................................................................................. 42
2.1. Phân tích lựa chọn mơ hình dự báo xâm nhập mặn .............................................. 42
2.2. Cơ sở khoa học của mô hình dự báo xâm nhập mặn ............................................. 43
2.3. Thiết lập sơ đơ tính cho mơ hình dự báo xâm nhập mặn vùng nghiên cứu .......... 48
2.3.1. Xây dựng sơ đồ thủy lực, xâm nhập mặn vùng nghiên cứu ............................... 48
2.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy lực, xâm nhập mặn vùng nghiên cứu ... 52
2.4. Xây dựng kịch bản và tính tốn dự báo xâm nhập mặn vùng nghiên cứu ............ 60
2.4.1. Xây dựng kịch bản tính tốn .............................................................................. 60
2.4.2. Kết quả tính tốn các kịch bản xâm nhập mặn ................................................... 60
2.5. Xây dựng quy trình dự báo mặn cho mơ hình dự báo xâm nhập mặn .................. 63
2.6. Kết luận Chương II ................................................................................................ 67

iii


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM: DỰ BÁO, CẢNH BÁO
MẶN TẠI CÁC CƠNG CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI CỦA HỆ THỐNG THỦY
LỢI NGHĨA HƯNG – NAM ĐỊNH .......................................................................... 69
3.1. Phân tích hiện trạng vận hành lấy nước của hệ thống thủy nông Nghĩa Hưng ..... 69
3.1.1. Hiện trạng công trình thủy nơng Nghĩa Hưng.....................................................69
3.1.2. Hiện trạng - vận hành lấy nước hệ thống thủy nông Nghĩa Hưng ......................74
3.2. Dự báo xâm nhập mặn (thí điểm) tại một số cơng trình đầu mối của Hệ thống thủy
lợi Nghĩa Hưng cho vụ Đông Xuân ............................................................................. 82
3.3. Đề xuất giải pháp lấy nước phục vụ sản xuất nông nghiệp đối với Hệ thống thủy
lợi Nghĩa Hưng ............................................................................................................. 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 92
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 94

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Bản đồ chiều dài xâm nhập mặn khu vực ven biển Đồng bằng sông Hồng .15
Hình 1.2: Hệ thống sơng Hồng – Thái Bình..................................................................21
Hình 1.3: Bản đồ chiều dài xâm nhập mặn khu vực ven biển Đồng bằng sơng Hồng .30
Hình 1.4: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (cửa sơng Trà Lý) .........31
Hình 1.5: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (cửa sông Hồng) ...........31
Hình 1.6: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (cửa sơng Ninh Cơ) ......31
Hình 1.7: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (cửa sơng Đáy) .............31
Hình 1.8: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km22 sơng Trà Lý) .....32
Hình 1.9: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km22 sông Hồng) .......32
Hình 1.10: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km22 sơng Ninh Cơ).33
Hình 1.11: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km22 sơng Đáy) ........33
Hình 1.12: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km32 sông Trà Lý) ...33
Hình 1.13: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km32 sơng Hồng) .....33
Hình 1.14: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km32 sơng Ninh Cơ).33
Hình 1.15: Biểu đồ diễn biến độ mặn tại độ sâu 0,2H và 0,6H (km32 sơng Đáy)
33
Hình 2.1: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott.....................................................45
Hình 2.2: Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t .................................45
Hình 2.3: Sơ đồ mô phỏng xâm nhập mặn hệ thống sông Hồng-Thái Bình .................51
Hình 2.1: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Sơn Tây ...............................54
Hình 2.2: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Hà Nội .................................54
Hình 2.3: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Thượng Cát .........................54
Hình 2.4: So sánh kết quả hiệu chỉnh lưu lượng tại trạm Phả Lại.................................54
Hình 2.5: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Hưng Yên ............................54
Hình 2.6: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Triều Dương........................54
Hình 2. 7: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Cát Khê ..............................54
Hình 2. 8: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Bến Bình ............................54

Hình 2. 9: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Quyết Chiến .......................55
Hình 2. 10: So sánh kết quả hiệu chỉnh lưu lượng tại trạm Nam Định .........................55
Hình 2. 11: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Trực Phương ....................55

v


Hình 2. 12: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Trung Trang ..................... 55
Hình 2. 13: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Sơn Tây ............................ 56
Hình 2. 14: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Hà Nội .............................. 56
Hình 2. 15: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Thượng Cát....................... 56
Hình 2. 16: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Phả Lại.............................. 56
Hình 2. 17: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Hưng Yên ......................... 56
Hình 2. 18: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Quyết Chiến ..................... 56
Hình 2. 19: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Cát Khê ............................. 57
Hình 2. 20: So sánh kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Bến Bình .......................... 57
Hình 2. 21: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Nam Định ......................... 57
Hình 2. 22: So sánh kết quả kiểm định mực nước tại trạm Trung Trang ..................... 57
Hình 2. 23: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Như Tân – sơng Đáy ............ 58
Hình 2. 24: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Phú Lễ - sông Ninh Cơ ........ 58
Hình 2. 25: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Ba Lạt- sông Hồng ............... 58
Hình 2. 26: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Đông Quý – sông Trà Lý ..... 58
Hình 2. 27: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Đơng Xun – sơng Thái Bình
....................................................................................................................................... 58
Hình 2. 28: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Trung Trang – sơng Văn Úc 58
Hình 2. 29: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Cao Kênh – sơng Kinh Thầy 59
Hình 2. 30: So sánh kết quả hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Đồn Sơn – sơng Đá Bạch ..... 59
Hình 2. 31: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Như Tân – sơng Đáy............. 59
Hình 2. 32: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Phú Lễ - sơng Ninh Cơ ......... 59
Hình 2. 33: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Ba Lạt- sơng Hồng ............... 59

Hình 2. 34: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Đông Quý – sơng Trà Lý ...... 59
Hình 2. 35: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Đông Xuyên – sơng Thái Bình
....................................................................................................................................... 59
Hình 2. 36: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Trung Trang – sông Văn Úc . 59
Hình 2. 37: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Cao Kênh – sông Kinh Thầy 60
Hình 2. 38: So sánh kết quả kiểm định độ mặn tại trạm Đồn Sơn – sông Đá Bạch ..... 60
Hình 2. 39: Khoảng cách xâm nhập mặn lớn nhất của sông Trà Lý trong điều kiện
BĐKH ............................................................................................................................ 62

vi


Hình 2. 40: Khoảng cách xâm nhập mặn lớn nhất của sơng Hồng trong điều kiện
BĐKH ............................................................................................................................62
Hình 2. 41: Khoảng cách xâm nhập mặn lớn nhất của sông Ninh Cơ trong điều kiện
BĐKH ............................................................................................................................63
Hình 2. 42: Khoảng cách xâm nhập mặn lớn nhất của sơng Đáy trong điều kiện BĐKH
.......................................................................................................................................63
Hình 3.2: Sơ đồ thủy lực hệ thống thủy lợi Nghĩa Hưng ..............................................74
Hình 3.3: Biểu đồ so sánh độ mặn dự báo và thực đo tại Ngịi Keo, sơng Ninh Cơ - đợt
1 .....................................................................................................................................84
Hình 3.4: Biểu đồ so sánh độ mặn dự báo và thực đo tại Âm Sa, sông Đáy - đợt 1 .....85
Hình 3.5: Biểu đồ so sánh độ mặn dự báo và thực đo tại Ngịi Keo sơng Ninh Cơ - đợt
2 .....................................................................................................................................86
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh độ mặn dự báo và thực đo tại Âm Sa, sông Đáy - đợt 2 .....86

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Số giờ nắng tương đối (Hr) trung bình tháng và năm ................................. 17
Bảng 1.2: Độ ẩm tương đối trung bình tháng và năm (%) trong 5 năm của một số trạm
trong khu vực nghiên cứu .............................................................................................. 18
Bảng 1.3: Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng và năm (oC) trong 5 năm của một số
trạm đặc trưng trên đồng bằng sông Hồng .................................................................... 18
Bảng 1.4: Lượng bốc hơi Piche (mm) của một số trạm vùng ven biển ĐBSH ............. 19
Bảng 1.5: Tốc độ gió trung bình tháng và năm (m/s) của thời kỳ quan trắc của một số
trạm đặc trưng vùng ven biển Đồng bằng sông Hồng ................................................... 19
Bảng 1.6: Lượng mưa trung bình tháng và năm (mm) trong 5 năm của một số trạm đặc
trưng trên vùng ven biển ĐB sông Hồng....................................................................... 20
Bảng 1.7: Đặc trưng các phân lưu thuộc lưu vực sông Hồng - Thái Bình .................... 22
Bảng 2.1: Các trạm đo được hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy lực ..................... 53
Bảng 2.2: Kết quả hiệu chỉnh thơng số mơ hình thủy lực ............................................. 53
Bảng 2.4: Khoảng cách xâm nhập mặn lớn nhất của 4 sơng chính vùng ven biển ĐBSH
theo kịch bản biến đổi khí hậu 2016 ............................................................................. 62
Bảng 3.1: Phân vùng tưới hệ thống thủy nông Nghĩa Hưng ......................................... 72
Bảng 3.2: Phân vùng tiêu hệ thống thủy nông Nghĩa Hưng ......................................... 72
Bảng 3.3: Tính tốn năng lực cấp nước theo các tiểu lưu vực tưới .............................. 80

viii


DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

CTTL

Công trình thủy lợi

KHCN

Khoa học cơng nghệ

KTTV

Khí tượng thủy văn

TT-BXD

Thơng tư - Bộ xây dựng

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

KTCTTL

Khai thác cơng trình thủy lợi

TBNN

Trung bình nhiều năm

BĐKH

Biến đổi khí hậu

ix

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng
cửa sơng giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập triều mặn có liên
quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính tốn và nghiên
cứu đã được đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy
luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phịng vùng cửa
sơng như ở các nước như Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật Bản, Trnng Quốc, Thái Lan... Các
phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc)
và mơ phỏng q trình bằng các mơ hình tốn.
Các tỉnh ven biển vùng ĐBSH có tiềm năng về thủy sản và sản xuất nông nghiệp. Tuy
nhiên do ở cuối nguồn nên nguồn nước thường bị thiếu hụt vào những năm hạn hán.
Mặt khác sự suy giảm về nguồn nước thường gắn liền với xâm nhập mặn gây ảnh
hưởng đến cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và ni trồng thủy sản. Bên cạnh
đó hệ thống cơng trình thủy lợi các tỉnh ven biển vùng ĐBSH phần lớn xuống cấp,
khơng đảm bảo năng lực thiết kế. Ngồi ra sự phát triển mạnh mẽ nuôi trồng thủy sản
ở các tỉnh ven biển này đã làm thay đổi mục đích sử dụng đất cũng như nhu cầu sử
dụng nước. Bên cạnh đó, cấp nước phục vụ nơng nghiệp khơng chỉ bị ảnh hưởng của
nguồn nước phía thượng du mà cịn bị ảnh hưởng của xâm nhập mặn. Kết quả tính
tốn của của Viện Quy hoạch thủy lợi dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu (BĐKH) và
nước biển dâng (lượng mưa giảm 5%, mực nước biển dâng 0,6-1,0m thì ranh giới mặn
4%o cách vùng cửa sông Hồng 25-40km mặc dù đã điều tiết các hồ chứa điều tiết để
cấp nước cho hạ du đảm bảo yêu cầu về mực nước tưới. Khi mực nước biển dâng thêm
0,69m hay 1,0m thì một số cống bị ảnh hưởng mặn vượt quá 4%o như: Ngô Đồng,
Nguyệt Lâm, Lịch Bài, Thái Học trên sông Hồng; Thuyền Quang, Dục Dương, Sa
Lung, Ngữ trên sông Trà Lý; Hệ trên sơng Hóa; Đồng Câu, Mới, Rỗ trên sông Văn
Úc; Hệ, Ba Đồng, Lý Xã, Cao Nội trên sơng Thái Bình; Cống Thóp trên sơng Ninh

Cơ. Các hệ thống ven biển như hệ thống Thủy Nguyên, Đa Độ, An Kim Hải, Tiên
Lãng, Vĩnh Bảo, Bắc - Nam Thái Bình, Trung- Nam Nam Định và Nam Ninh Bình sẽ

1


thiếu nước do bị mặn (khoảng 70% diện tích). Đối với thành phố Hải Phòng, nước
biển dâng lên 0,69 m thì gần như các cống lớn cung cấp nước tưới và sinh hoạt cho
toàn thành phố đều bị nhiễm mặn như các cống: An Sơn, Mới, Rỗ, Bằng Lai, Quảng
Đạt.
Đối với hệ thống thủy lợi Nghĩa Hưng, thuộc huyện trọng điểm lúa nằm ở phía nam
tỉnh Nam Định. Hầu hết các cơng trình đầu mối có thời gian sử dụng quá dài hầu hết
có thời gian sử dụng trên 30 năm, khẩu độ cống thiết kế nhỏ, tình trạng xuống cấp
nhiều không đảm bảo năng lực lấy nước. Đặc biệt, vùng phía Nam huyện nằm gần
biển và cửa sơng nên diện tích đất nơng nghiệp khơng tránh khỏi bị nhiễm mặn, do đó
ngồi lượng nước tưới cho cây trồng cịn cần một lượng lớn nước cho rửa mặn (hàng
năm diện tích đất nơng nghiệp đều phải tiến hành rửa mặn từ 2 đến 3 lần mới có thể
canh tác). Hầu hết, các cơng trình đầu mối trên khu vực phía Nam huyện đều vận hành
theo triều và độ mặn của dịng chảy trong sơng. Tuy nhiên, trong nhưng năm gần đây
do lượng nước nguồn về ít, thủy triều dâng cao nên độ mặn trong sông tăng cao, số giờ
mở cửa lấy nước của các cống ít đi vì vậy khẩu độ các cống không đảm bảo lượng
nước lấy vào theo thiết kế mới mặt khác do các cơng trình đầu mối có thời gian sử
dụng trên 30 năm tình trạng xuống cấp, rò rỉ nước nhiều.
Do vậy, việc “Nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo xâm nhập mặn phục vụ sản
xuất nông nghiệp vùng ven biển Đồng bằng Sông Hồng. Thí điểm cho hệ thống
thủy lợi Nghĩa Hưng” là rất cần thiết nhằm cấp nước hiệu quả hơn và phục vụ tốt hơn
trong vận hành hệ thống thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp đối với vùng nghiên
cứu.
2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
2.1. Mục tiêu tổng quát

Xây dựng được hệ thống dự báo, cảnh báo xâm nhập mặn, đề xuất phương án vận
hành hệ thống thủy lợi phục vụ việc lấy nước, chống mặn cho sản xuất vùng hạ lưu
đồng bằng sông Hồng.

2


2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá được tổng quan về các nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn; đánh giá diễn
biến xâm nhập mặn và và ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến vận hành tưới phục vụ
sản xuất nông nghiệp khu vực ven biển vùng ĐBSH.
- Xây dựng được bộ mơ hình dự báo, cảnh báo diễn biến xâm nhập mặn phục vụ sản
xuất nông nghiệp khu vực ven biển vùng ĐBSH.
- Dự báo xâm nhập mặn (thí điểm) tại một số cơng trình đầu mối của Hệ thống thủy lợi
Nghĩa Hưng cho vụ Đông Xuân.
- Đề xuất giải pháp lấy nước phục vụ sản xuất nông nghiệp đối với Hệ thống thủy lợi
Nghĩa Hưng.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Xâm nhập mặn vùng ven biển Đồng bằng sơng Hồng, các cơng trình lấy nước vào các
hệ thống thủy lợi vùng ven biển Đồng bằng sông Hồng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là vùng ven biển Đồng bằng sông Hồng gồm các tỉnh, thành phố:
Hải Phịng, Thái Bình, Nam Định và Ninh Bình.
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Cách tiếp cận
4.1.1. Tiếp cận tổng hợp và liên ngành
Hiện nay, mỗi ngành, mỗi địa phương dường như đang tự đặt cho mình các mục tiêu
về khai thác, sử dụng và quản lý tài nguyên nước theo cách riêng; trong nhiều trường
hợp, phát triển của một địa phương hay một ngành nào đó đã làm ảnh hưởng đến tài

nguyên và môi trường của một hay nhiều địa phương khác hoặc ngành khác dẫn đến
mâu thuẫn và có sự tranh chấp nhất định. Vì vậy, để giải quyết vấn đề điều hành cấp
nước, xâm nhập mặn cần có phương pháp tiếp cận tổng hợp và liên ngành, xem xét

3


nhiều yếu tố, những mối tác động qua lại lẫn nhau để xây dựng cơ cấu ngành kinh tế
hợp lý, sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên nước và bảo vệ mơi trường. Q trình
này cần có sự tham gia của các nhà chuyên môn ở các lĩnh vực khác nhau và các nhà
hoạch định chính sách để nhìn nhận vấn đề một cách tổng hợp, toàn diện, tránh những
mâu thuẫn trong quản lý và sử dụng nguồn tài nguyên nước trong các ngành kinh tế.
4.1.2. Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm, mơ hình tốn hiện đại đặc biệt là các phần mềm
họ MIKE, Arc GIS, Mapinfor... trong tính tốn mơ phỏng thủy lực, xâm nhập mặn,..
trên hệ thống sông/kênh.
4.1.3. Tiếp cận theo nhu cầu thực tiễn
Thực địa, điều tra khảo sát, tổng hợp số liệu nhằm nắm rõ hiện trạng và tình hình phát
triển của ngành cũng như từng khu vực, các hệ sinh thái thủy sinh, các hệ sinh thái ven
sơng, tình hình về lưu lượng và mực nước trong các hệ thống sông tại các thời gian
khác nhau.
4.1.4. Tiếp cận từ các chính sách, định hướng, qui hoạch phát triển
Nắm bắt và hiểu rõ các chính sách và định hướng phát triển kinh tế xã hội của các địa
bàn trên lưu vực, các qui hoạch phát triển vùng; ngành, tỉnh trong hệ thống sông (hệ
sinh thái, nông lâm ngư nghiệp, công nghiệp, thủy lợi, giao thông thủy…) để hiểu rõ
và xác định nhu cầu dung nước và phần bổ các hệ sinh thái nông nghiệp theo khơng
gian lưu vực.
4.1.5. Tiếp cận có sự tham gia của cộng đồng
Trong lưu vực sơng có nhiều chủ thể và nhiều cộng đồng sinh sống, những chủ thể,
cộng đồng này là những người tác động và chịu tác động trực tiếp của mặn, hạn hán.

Chính những giải pháp hiện đang được áp dụng của người dân nếu được nghiên cứu
hồn thiện có thể sẽ đem lại những hiệu quả to lớn. Tiếp cận có sự tham gia của cộng
đồng người dùng nước vào quá trình vận hành hệ thống thủy lợi và phòng chống hạn
hán được bảo đảm quyền dùng nước và chia sẻ nguồn nước và có cơ hội thực sự tham
gia gánh vác một phần trách nhiệm của họ. Các quyết định quản lý, vận hành và thông

4


tin phải luôn được thông báo tới tất cả mọi người để lấy ý kiến phản hồi và để thực
hiện khi được cả cộng đồng chấp thuận
4.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: Tổng hợp và phân tích các tài liệu về khu vực nghiên cứu, tài
liệu của các đề tài, dự án có liên quan, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có, đặc biệt
là kết quả nghiên cứu của thế giới cũng như kết quả các đề tài, dự án đã triển khai
trong khu vực nghiên cứu (vùng ven biển Đồng bằng Sông Hồng).
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: điều tra thu thập số liệu và thông tin tổng
thể, lựa chọn điểm để khảo sát chi tiết. Điều tra hiện trạng các hệ thống cơng trình thủy
lợi, các đối tượng liên quan (cấp nước, cơ sở hạ tầng,..) vấn đề tồn tại khi vận hành
trong điều kiện xâm nhập mặn và yêu cầu hệ thống thủy lợi đáp ứng mục tiêu phát
triển bền vững KTXH vùng ĐBSH.
- Phương pháp mơ hình mơ phỏng: Sử dụng mơ hình tốn thủy lực để mơ phỏng
dòng chảy và để dự báo dòng chảy, xâm nhập mặn;
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: Để phân tích kịch bản, tổng hợp đánh giá các
phương án.

5


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

1.1. Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn trên Thế giới và Việt Nam

1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo xâm nhập mặn trên thế giới
Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng
cửa sơng giáp biển. Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập triều mặn có liên
quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính tốn và nghiên
cứu đã được đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy
luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phịng vùng cửa
sơng như ở các nước như Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan... Các
phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc)
và mơ phỏng q trình bằng các mơ hình tốn.
Việc mơ phỏng q trình dịng chảy trong sơng ngịi bằng mơ hình tốn được bắt đầu
từ khi Saint - Vennant (1871) cơng bố hệ phương trình mơ phỏng q trình thuỷ động
lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên ơng. Chính nhờ sức mạnh
của hệ phương trình Saint - Venant nên khi kỹ thuật tính sai phân và cơng cụ máy tính
điện tử đáp ứng được thì việc mơ phỏng dịng chảy sơng ngịi là công cụ rất quan trọng
để nghiên cứu, xây dựng quy hoạch khai thác tài nguyên nước, thiết kế các công trình
cải tạo, dự báo và vận hành hệ thống thuỷ lợi. Mọi dự án phát triển tài nguyên nước
trên thế giới hiện nay đều coi mơ hình tốn dịng chảy là một nội dung tính tốn khơng
thể thiếu.
Tiếp theo đó, việc mơ phỏng dịng chảy bằng các phương trình thuỷ động lực đã tạo
tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phương trình khuyếch tán. Cùng với
phương trình bảo tồn và phương trình động lực của dịng chảy, cịn có phương trình
khuyếch tán chất hồ tan trong dịng chảy cũng có thể cho phép - tuy ở mức độ kém
tinh tế - mô phỏng cả sự diễn biến của vật chất hồ tan và trơi theo dịng chảy như
nước mặn xâm nhập vào vùng cửa sông, chất chua phèn lan truyền từ đất ra mạng lưới
kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp xả vào dòng nước...

6

Cụ thể hơn, vấn đề tính tốn và nghiên cứu triều mặn bằng mơ hình đã được nhiều nhà
nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng 40-50
năm trở lại đây. Với thành tựu của khoa học và công nghệ được phát triển cực nhanh
trong thời gian gần đây, công nghệ tin học, thuỷ lực học và thuỷ văn học hiện đại đã
gặp lại nhau ở nhiều mặt, mặc dù chưa phải là hồn tồn đồng nhất.
Các phương pháp tính tốn xâm nhập mặn đầu tiên thường sử dụng bài toán một chiều
khi kết hợp với hệ phương trình Saint - Venant. Giả thiết cơ bản của các mơ hình này
là các đặc trưng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang. Mặc dù điều
này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp dụng mơ hình lại có sự phù hợp khá tốt,
đáp ứng được nhiều mục đích nghiên cứu và tính tốn mặn. Ưu thế đặc biệt của các
mơ hình loại một chiều là u cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong
thực tế.
Các nhà khoa học cũng thống nhất nhận định rằng, các mơ hình 1 chiều thường hữu
hiệu hơn các mơ hình sơng đơn và mơ hình hai chiều. Chúng có thể áp dụng cho các
vùng cửa sơng có địa hình phức tạp gồm nhiều sơng, kênh nối với nhau với cấu trúc
bất kỳ.

1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo xâm nhập mặn tại Việt Nam
Việc nghiên cứu, tính tốn xâm nhập mặn ở Việt Nam đã được quan tâm từ những
năm 60 khi bắt đầu tiến hành quan trắc độ mặn ở hai vùng đồng bằng sông Hồng
(ĐBSH) và sông Cửu Long. Tuy nhiên, đối với đồng bằng sơng Cửu Long do đặc
điểm địa hình (khơng có đê bao) và mức độ ảnh hưởng 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 được chú ý nhiều hơn, đặc biệt là thời kỳ sau năm 1976. Khởi đầu là các cơng
trình nghiên cứu, tính tốn của Uỷ hội sơng Mê Cơng (1973) về xác định ranh giới
xâm nhập mặn theo phương pháp thống kê trong hệ thống kênh rạch thuộc 9 vùng cửa
sông thuộc Đồng bằng sông Cửu Long. Các kết quả tính tốn 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 từ tháng 12 đến tháng 4.

7


Tiếp theo, nhiều báo cáo dưới các hình thức cơng 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 hưởng
các nhân tố địa hình, 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 Việt Nam được đánh dấu vào
năm 1980 khi bắt đầu triển khai dự án nghiên cứu xâm nhập mặn đồng bằng sông Cửu
Long dưới sự tài trợ của Ban Thư ký Uỷ ban sông Mê Công. Trong khuôn khổ dự án
này, một số mơ hình tính xâm nhập triều, mặn đã được xây dựng như của Ban Thư ký
Mê Công và một số cơ quan trong nước như Viện Quy hoạch và Quản lý nước, Viện
Cơ học... Các mơ hình này đã được ứng dụng vào việc nghiên cứu quy hoạch phát
triển châu thổ sơng Cửu Long, tính tốn hiệu quả các cơng trình chống xâm nhập mặn
ven biển để tăng vụ và mở rộng diện tích nơng nghiệp trong mùa khơ, dự báo xâm
nhập mặn dọc sông Cổ Chiên.
Kỹ thuật chương trình của mơ hình trên đã được phát triển thành một phần mềm hồn
chỉnh để cài đặt trong máy tính như một phần mềm chun dụng. Mơ hình đã đựợc áp
dụng thử nghiệm tốt tại Hà Lan và đã được triển khai áp dụng cho đồng bằng sông
Cửu Long.
Thêm vào đó, một số nhà khoa học Việt Nam điển hình là GS. Nguyễn Như Khuê,
Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn, Trần Văn
Phúc, Nguyễn Hữu Nhân... đã xây dựng thành cơng các mơ hình thuỷ lực mạng sơng
kết hợp tính tốn xâm nhập triều mặn như VRSAP, MEKSAL, FWQ87, SAL,
SALMOD, HYDROGIS... Các báo cáo trên chủ yếu tập trung xây dựng thuật tốn tính
tốn q trình xâm nhập mặn thích hợp với điều kiện địa hình, KTTV ở đồng bằng
sơng Cửu Long. Kết quả được nhìn nhận khả quan và bước đầu một số mơ hình đã thử
nghiệm ứng dụng dự báo xâm nhập mặn.
Trong khn khổ Chương trình Bảo vệ Mơi trường và Phịng tránh thiên tai, KC - 08,

GS. Lê Sâm đã có các nghiên cứu tương đối toàn diện về tác động ảnh hưởng của xâm
nhập mặn đến quy hoạch sử dụng đất cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Tác giả
đã sử dụng các mơ hình: SAL (Nguyễn Tất Đắc), VRSAP (Nguyễn Như Khuê), KOD

8


(Nguyễn Ân Niên) và HydroGis (Nguyễn Hữu Nhân) để dự báo xâm nhập mặn cho
một số sơng 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 sơng Cửu Long và các lợi ích khác về kinh tế - xã hội.
Nhìn chung, các cơng tình nghiên cứu trên đây của các nhà khoa học trong nước đã có
đóng góp xứng đáng về mặt khoa học, đặt nền móng cho vấn đề nghiên cứu mặn bằng
phương pháp mơ hình tốn ở Việt Nam.
Do sự phát triển rất nhanh của cơng nghệ tính tốn thuỷ văn, thuỷ lực, hiện trên thế
giới xuất hiện nhiều mơ hình đa chức năng trong đó các mơ đun tính sự lan truyền chất
ơ nhiểm và xâm nhập mặn là thành phần không thể thiếu. Trong số đó, nhiều mơ hình
được mua, chuyển giao dưới nhiều hình thức vào Việt Nam. Có thể nêu một số mơ
hình tiêu biểu: ISIS (Anh), MIKE11 (Đan Mạch), HEC-RAS (Mỹ)... đều có các
modun tính tốn sự lan truyền xâm nhập mặn. Đặc biệt trong đó, từ 2006 đến nay,
Viện KHTL Miền Nam, đứng đầu là GS.TS Tăng Đức Thắng đã nghiên cứu và ứng
dụng khá thành công mô hình Mike11 HD-AD trong mơ phỏng xâm nhập mặn thời
gian thực ngắn hạn và dài hạn, các kết quả nghiên cứu đã đóng góp rất lớn vào sản
xuất nơng nghiệp trên Đồng bằng sông Cửu Long.

1.1.3. Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn vùng nghiên cứu
Có thể kể đến một số các nghiên cứu điển hình liên quan đến các nội dung nghiên cứu
của đề tài như dự báo xâm nhập mặn, vận hành hồ chứa, vận hành hệ thống CTTL sau
đây:
- Trong giai đoạn 1977-1985, dựa trên số liệu thực đo từ năm 1960 Viện Khí tượng

Thủy văn (KTTV) đã thành lập bản đồ xâm nhập mặn tỷ lệ 1/500.000 với các độ mặn
1‰ và 4‰ cho các sông vùng ven biển ĐBSH. Tuy nhiên, vấn đề dự báo xâm nhập
mặn chưa được đặt ra.
- Năm 2000-2001, Lã Thanh Hà và Đỗ Văn Tuy đã cải tiến mơ hình SALMOD từ mơ
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 phương án dự báo xâm nhập mặn cho đoạn

9


sông Văn Úc từ Trung Trang với sơ đồ mạng sơng chỉ bao gồm hệ thống sơng Thái
Bình từ Phả Lại.
- Năm 2006, trong khuôn khổ đề tài “Đánh giá đặc điểm tài ngun nước mặt các sơng
chính qua tỉnh Nam Định” tác giả Lã Thanh Hà cũng đã tiến hành xây dựng phương án
tính tốn 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 bằng
mơ hình MIKE11. Hiện kết quả của đề tài chưa được thẩm định rõ nhưng một số tồn
tại có thể thấy là việc tách hệ thống sơng Thái Bình ra khỏi sơ đồ tính và vị trí các biên
cịn chịu ảnh hưởng triều nên chưa thật khách quan và sẽ ảnh hưởng đến mức độ tin
cậy của kết quả tính, đặc biệt là trị số dự báo. Mơ hình MIKE11 ngày càng được sử
dụng trong nhiều đề tài, dự án để dự báo xâm nhập mặn cho các tỉnh ven biển vùng
ĐBSH.
- Tổ chức DHI Việt Nam đã thực hiện dự án “Tính tốn xâm nhập mặn trên các sơng
thuộc tỉnh Thái Bình và đề xuất giải pháp thích ứng” năm 2012. Phạm Tất Thắng và
nnc (2012) thực hiện đề tài “Ảnh hưởng của BĐKH - nước biển dâng đến xâm nhập
mặn dải ven biển đồng bằng Bắc Bộ. Phan Văn Trường (2012) đã tiến hành “Đánh giá
hiện trạng nhiễm mặn và khả năng khai thác nguồn nước phục vụ phục vụ phát triển
kinh tế - xã hội khu vực ven biển thành phố Hải Phòng”.
- “Nghiên cứu cơ sở khoa học quản lý vận hành các hệ thống thủy nông ĐBSH trong
những năm ít nước hạn hán” do TS. Vũ Thế Hải – Viện Khoa học Thủy lợi chủ nhiệm.

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để quản lý và vận hành hệ thống thủy nông
vùng ĐBSH vào những năm ít nước góp phần giảm thiểu tác động của hạn hán đến sản
xuất nông nghiệp.
- “Nghiên cứu xác định dịng chảy mơi trường của hệ thống sơng Hồng – sơng Thái
Bình và đề xuất các giải pháp duy trì dịng chảy mơi trường phù hợp với các u cầu
phát triển bền vững tài nguyên nước” do TS. Nguyễn Văn Hạnh – Viện Khoa học
Thủy lợi làm chủ nhiệm. Đề tài đã xác định dịng chảy mơi trường của hệ thống sơng
Hồng - Thái Bình đảm bảo cho sự phát triển bền vững tại hạ lưu đồng thời đề xuất các

10


giải pháp duy trì dịng chảy mơi trường phù hợp với các yêu cầu phát triển bền vững
tài nguyên nước
- “Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp công nghệ để phát triển bền vững lưu vực
sông Hồng” do TS. Tô Trung Nghĩa - Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện. Mục tiêu và
kết quả nghiên cứu của đề tài này là tìm giải pháp phân bổ tối ưu nguồn nước lưu vực
sông Hồng đến năm 2020 đảm bảo hiệu quả sử dụng nước và đáp ứng tốt điều kiện
môi trường nguồn nước lưu vực sông. Đề tài đã triển khai ứng dụng công nghệ GAMS
để giải quyết bài tốn tối ưu phi tuyến vận hành hệ thống cơng trình phân bổ nguồn
nước cho các mục tiêu sử dụng nước trên lưu vực sông.
-“Nghiên cứu đề xuất quy hoạch và giải pháp nâng cấp các hệ thống thuỷ lợi vùng ven
biển ĐBSH nhằm thích ứng với BĐKH” do TS. Lê Hùng Nam - Viện Quy hoạch Thuỷ
lợi chủ nhiệm. Đề tài sẽ đề xuất quy hoạch và giải pháp nâng cấp các hệ thống thủy lợi
vùng ven biển có xét đến BĐKH, kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng cho ba hệ thống
thủy lợi vùng ven biển ĐBSH.
- “ Nghiên cứu các giải pháp cơng trình điều tiết mực nước trên hệ thống sông Hồng
mùa kiệt phục vụ chống hạn, phát triển kinh tế đồng bằng Bắc bộ” do PGS.TS Trần
Đình Hịa – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam làm chủ nhiệm, đề tài đã nghiên cứu đề
xuất giải pháp xây dựng một hệ thống các công trình ngăn sơng điều tiết mực nước

trên sơng Hồng dạng bậc thang nhằm mục đích điều tiết mực nước cho các hệ thống
thủy nông về mùa cạn và đáp ứng được thoát lũ trong mùa mưa.
- “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng
sông Hồng (2005-2007)” do GS.TS. Lê Kim Truyền, Trường Đại học Thủy lợi. Xây
dựng Quy trình mùa cạn cho 4 hồ chứa Hịa Bình, Thác Bà, Tun Quang và Sơn La .
Sử dụng mơ hình Mike-11 và các phần mềm điều tiết hồ chứa cấp nước TN1, TN2 do
Trường Đại học Thủy lợi xây dựng. Đề xuất mực nước tối thiểu trong mùa cạn tại Hà
Nội là 2,5m. Các hồ phải vận hành tối thiểu theo công suất đảm bảo: Hồ Hịa Bình là
600m3/s, Thác Bà là 140m3/s, Tuyên Quang: 150m3/s. Khi có hồ Sơn La, 1100m3/s.
- “Nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành hệ thống hồ chứa Hịa Bình-Tun Quang
phục vụ phát điện và cấp nước chống hạn hạ lưu” do PGS.TS Nguyễn Hữu Khải,

11


Trường Đại học Khoa học tự nhiên. Tác giả dùng HEC-RESSIM cùng với MIKE11 để
tính tốn, đề xuất các phương án xả nước và thời kỳ xả nước để duy trì mực nước Hà
Nội khơng dưới 2,3-2,5m.
- “Nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành hệ thống liên hồ Sơn La, Hịa Bình, Thác
Bà và Tun Quang trong mùa kiệt” do TS. Bùi Nam Sách – Viện Quy hoạch Thủy lợi
làm chủ nhiệm đã tiến hành tính tốn nhu cầu nước hạ lưu, xác định ràng buộc giữa
yêu cầu nước từ thượng lưu đáp ứng nhu cầu nước ở hạ lưu theo thời gian và đề xuất
quy trình vận hành hệ thống liên hồ.
- Dự án thí điểm, “Giám sát và dự báo xâm mập mặn thời gian thực phục vụ sản xuất
Đơng Xn 2013, 2014” do PGS.TS Đồn Dỗn Tuấn – Viện Nước, Tưới tiêu và Môi
trường - Viện KHTL Việt Nam làm chủ nhiệm đã xây dựng được mơ hình dự báo mặn
thời gian thực bằng Mike 11 HD+AD cho vùng ĐBSH. Các kết quả dự báo của mơ
hình đã đóng góp khá tốt vào cơng tác phục vụ điều hành sản xuất.
Nhìn chung, các nghiên cứu ở vùng ĐBSH là khá phong phú và đa dạng. Những
nghiên cứu này đã đề ra nhiều giải pháp từ dự báo, cảnh báo hạn đến các giải pháp

cơng trình và phi cơng trình. Kết quả nghiên cứu đã tạo cơ sở khoa học cho việc xây
dựng chiến lược và kế hoạch vận hành hồ chứa, vận hành CTTL lấy nước, phòng
chống hạn hán cho các địa phương trong khu vực. Tuy nhiên, do có phạm vi nghiên
cứu rộng nên tính thực tiễn đối với các địa phương trong vùng chưa cao, nhất là đối
với vùng ven biển nơi xâm nhập mặn là những yếu tố ảnh hưởng lớn đến sử dụng
nước.

1.1.4. Tổng quan các các cơng cụ/mơ hình tốn trong dự báo xâm nhập mặn
Việc nghiên cứu triều mặn bằng mơ hình đã được nhiều nhà nghiên cứu ở các nước
phát triển như Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng 40-50 năm trở lại đây. Với thành
tựu của khoa học và công nghệ được phát triển cực nhanh trong thời gian gần đây,
công nghệ tin học, thuỷ lực học và thuỷ văn học hiện đại đã gặp lại nhau ở nhiều mặt,
mặc dù chưa phải là hoàn toàn đồng nhất.
Các phương pháp tính tốn xâm nhập mặn đầu tiên thường sử dụng bài toán một chiều
khi kết hợp với hệ phương trình Saint - Venant. Những mơ hình mặn 1 chiều đã được

12


xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1971). Giả thiết cơ bản của
các mơ hình này là các đặc trưng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang.
Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp dụng mơ hình lại có sự phù
hợp khá tốt, đáp ứng được nhiều mục đích nghiên cứu và tính tốn mặn. Ưu thế đặc
biệt của các mơ hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có
sẵn trong thực tế. Dưới đây thống kê một số mơ hình mặn thơng dụng trên thế giới đã
được giới thiệu trong nhiều tài liệu tham khảo:
- Mô hình động lực cửa sơng FWQA: Mơ hình FWQA thường được đề cập đến trong
các tài liệu là mơ hình ORLOB theo tên gọi của Tiến sỹ Geral T. Orlob. Mơ hình giải
hệ phương trình Saint - Venant kết hợp với phương trình khuếch tán và có xét đến ảnh
hưởng của thuỷ triều thay vì bỏ qua như trong mơ hình khơng có thuỷ triều. Mơ hình

được áp dụng đầu tiên cho đồng bằng Sacramento - San Josquin, Califorlia.
- Mô hình thời gian thuỷ triều của Lee và Harleman và của Thatcher và Harleman: Lee
và Harleman (1971) và sau được Thatcher và Harleman cải tiến đã đề ra một cách tiếp
cận khác, xây dựng lời giải sai phân hữu hạn đối phương trình bảo tồn mặn trong một
sơng đơn. Mơ hình cho kết quả tốt trong việc dự báo trạng thái phân phối mặn tức thời
cả trên mơ hình vật lý cũng như của sơng thực tế.
- Mơ hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Hà Lan): Một trong những thành quả mới
nhất trong mơ hình hố xâm nhập mặn là mơ hình SALFLOW của Delf Hydraulics
(Viện Thuỷ lực Hà Lan) được xây dựng trong khuôn khổ hợp tác với Ban Thư ký Uỷ
ban sơng Mê Cơng từ năm 1987.
- Mơ hình MIKE 11 và POM: Là mơ hình thương mại nổi tiếng thế giới do Viện Thuỷ
lực Đan Mạch xây dựng. Đây thuộc lớp mơ hình thuỷ lực và chất lượng nước loại một
chiều (trường hợp riêng là xâm nhập mặn) một và hai chiều có độ tin cậy rất cao, thích
ứng với các bài tốn thực tế khác nhau. Mơ hình này đã được áp dụng rất phổ biến trên
thế giới để tính tốn, dự báo lũ, chất lượng nước và xâm nhập mặn.
- Mơ hình ISIS (Anh): Mơ hình do các nhà thuỷ lực Anh xây dựng, thuộc lớp mơ hình
thuỷ lực một chiều kết hợp giải bài tốn chất lượng nước và có nhiều thuận lợi trong
khai thác. Mơ hình cũng được nhiều nước sử dụng để tính toán xâm nhập mặn. Cũng

13


Giống như Mike 11, ISIS là mơ hình thương mại, có phần giao diện và tiện ích tốt, đặc
biệt có phần cơ sở dữ liệu trợ giúp (DSF).
- Mơ hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code): Mơ hình được cơ quan Bảo
vệ Môi trường Mỹ (US EPA) phát triển từ năm 1980. Là mơ hình tổng hợp dùng để
tính tốn thuỷ lực kết hợp với tính tốn lan truyền chất 1, 2,3 chiều. Mơ hình có khả
năng dự báo các q trình dịng chảy, q trình sinh, địa hố và lan truyền mặn.
- Mơ hình SOBEK: Bộ mơ hình SOBEK là cơng cụ để tính tốn dự báo lũ, tối ưu hóa
hệ thống thốt nước, điều khiển hệ thống dẫn nước, thiết kế cống thốt nước, mơ

phỏng hình thái sơng, mơ phỏng xâm nhập mặn và chất lượng nước mặt.
- Phầm mềm MUSIC: Bộ mơ hình MUSIC được phát triển bởi trung tâm eWater, Úc
là bộ phần mềm hỗ trợ ra quyết định phục vụ cho công tác quản lý nước mưa tại khu
vực đô thị. Phần mềm giúp người sử dụng xây dựng và mô phỏng hệ thống quản lý
nước mưa hiệu quả cho các khu đô thị.
1.2. Tổng quan về đặc điểm tự nhiên xâm nhập mặn vùng nghiên cứu

1.2.1. Tổng quan về đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu
1.2.1.1. Đặc điểm địa hình, địa chất và thổ nhưỡng
a) Đặc điểm địa hình
Địa hình của vùng có hướng thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, độ cao trung bình
từ 0,4 m đến 9 m so với mặt nước biển. Tồn vùng có thể chia thành 4 dạng địa hình
tương đối: vùng núi, vùng trung du, vùng đồng bằng và vùng ven biển.
Vùng đồng bằng và ven biển có địa hình tương đối bằng phẳng, tuy nhiên ở mức độ
chi tiết thì địa hình chia cắt khá phức tạp, điển hình là sự chênh lệch về độ cao và chia
ơ ở trung tâm vùng và ven biển. Diện tích của vùng Châu thổ sơng Hồng khơng rộng
nhưng có nhiều sông và chảy theo nhiều hướng, cùng với sự khai thác tài nguyên đất
đai và xây dựng hệ thống đê đập dày đặc từ lâu đời nên đã phân chia thành rất nhiều ô
lớn, nhỏ, những con đê, đập trở thành phân ranh giới giữa các ô với sông. Phần đất
bám sát trong và ngoài đê thường cao hơn so với vùng sâu trong đê. Các sông lớn chảy

14


qua vùng thường có đê chính và phụ đã tạo nên nhiều dải đất rộng có địa hình cao thấp
khác nhau..

Nguồn: Đề tài “Nghiên cứu dự báo, cảnh báo xâm nhập mặn phục vụ điều hành cấp nước và quản lý
vận hành HTTL lấy nước vùng hạ lưu ĐBSH”. Chủ nhiệm: PGS.TS Nguyễn Tùng Phong

Hình 1.1: Bản đồ chiều dài xâm nhập mặn khu vực ven biển Đồng bằng sông Hồng

Vùng đồng bằng sơng Hồng có 58,4% diện tích đồng bằng sơng Hồng ở mức thấp hơn
2m. Ở cao trình này hồn tồn bị ảnh hưởng thuỷ triều nếu khơng có hệ thống đê biển
và đê vùng cửa sơng. Hơn 72% diện tích đồng bằng ở cao trình thấp hơn 3m. Ở cao
trình này hồn tồn bị ảnh hưởng nước biển nếu xảy ra lũ cấp 9 vào lúc xảy ra triều
cường. Bốn tỉnh Hải Phịng, Thái Bình, Nam Hà và Ninh Bình có trên 80% diện tích
đất đai có cao trình thấp hơn 2m.
Dọc theo các sơng vùng đồng bằng sơng Hồng đều có đê bảo vệ từ nhiều năm nay. Vì
vậy do tác dụng bồi lắng của phù sa sơng Hồng, cao trình vùng mặt đất bãi sơng ngoại
đê thường cao hơn cao trình mặt đất trong dịng chính từ 3 ÷ 5m.
b) Đặc điểm thổ nhưỡng
Theo tài liệu điều tra của Viện Thổ nhưỡng – Nơng hóa, trong hạ lưu ĐBSH có 5 loại
đất chính như sau:

15