Kết quả nghiên cứu ban đầu ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông Hóa-Thái Bình

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Kết nghiên cứu ban đầu ảnh hưởng nước biển dâng biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sơng Hóa-Thái Bình Nguyễn Văn Hồng1,*, Đồn Anh Tuấn1, Nguyễn Thành Công2 Viện Địa chất-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 84 Chùa Láng, Hà Nội, Việt Nam Viện Thủy công-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Nhận ngày 26 tháng năm 2015 Chỉnh sửa ngày 28 tháng năm 2015; Chấp nhận đăng ngày tháng năm 2015 Tóm tắt: Thái Bình tỉnh có địa hình thấp đồng Bắc Bộ nên ảnh hưởng nước biển dâng (NBD) đến xâm nhập mặn sông tỉnh mạnh, có sơng Hóa chảy qua khu vực cực Bắc tỉnh tiếp giáp với TP Hải Phịng Bài báo trình bày kết nghiên cứu mức độ xâm nhập mặn nước sơng Hóa ảnh hưởng NBD mơ hình số Các kết mơ hình cho thấy chế độ xâm nhập mặn sơng Hóa với lưu lượng dịng chảy trung bình ngày tần suất 85% dao động mực nước triều theo năm 2013, xâm nhập mặn mạnh xảy vào tháng Mặc dù xâm nhập mặn diễn mạnh mẽ vào mùa khô, tháng mùa khô đầu năm có nhiều thời điểm nước sơng có hàm lượng muối thấp 1ppt, có khả cung cấp nước cho sinh hoạt nông nghiệp Ở điều kiện mực nước biển, tháng mùa khơ 1-4 xâm nhập mặn có nồng độ muối 1ppt dài 16,671km; NBD lên 50cm, 75cm 100cm chiều dài xâm nhập mặn tương ứng 18,059km; 18,510km 18,959km (gia tăng tương ứng 1,388km; 1,839km 2,288km, tương ứng lên 8,33%; 11,03% 13,72%); chiều dài xâm nhập mặn kịch NBD=75cm lớn so với NBD=50cm, kịch NBD=100cm lớn so với NBD=75cm tương đương khoảng 450m Từ khóa: Nước biển dâng (NBD), xâm nhập mặn, sơng Hóa, mơ hình, EFDC yếu làm gia tăng xâm nhập mặn sâu vào vùng cửa sông làm hạn chế khai thác nước nhạt Thái Bình có 50km đường bờ biển nên nhiều sông lạch địa bàn tỉnh bị ảnh hưởng xâm nhập mặn, đặc biệt mạnh mẽ bối cảnh NBD, mà hàng năm ln ln xảy tình trạng mặn xâm nhập sâu vào cửa sông vùng ven biển Thái Bình xảy mạnh mẽ huyện Thái Thụy Tiền Hải gây khó khăn cho việc khai thác nước nhạt đây.Vì vậy, xây dựng mơ hình có khả dự báo xâm nhập mặn sơng Hóa-Thái Đặt vấn đề∗ Biến đổi khí hậu (BĐKH) vấn đề toàn cầu quan tâm Các hội nghị ấm lên tồn cầu, biến đổi khí hậu tổ chức thường xuyên, thường niên nhằm giúp nước nhận thức rõ mức độ nghiêm trọng vấn đề đến giải pháp chung để giải mối đe dọa khí hậu Nước biển dâng BĐKH tất _ ∗ Tác giả liên hệ ĐT: 84-912150785 Email: N_V_Hoang_VDC@yahoo.com N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Bình hỗ trợ đắc lực cho công tác xây dựng chế độ hoạt động trạm bơm hút nước sông nhạt nước mặn rút biển Ngồi ra, mơ hình cịn dự báo cách định lượng mức độ gia tăng xâm nhập mặn kịch NBD có ý nghĩa khoa học thực tiễn thiết thực khu vực Điều kiện thủy văn sơng Hóa-Thái Bình Các sơng địa bàn tỉnh Thái Bình có tiếp giáp với biển bao gồm sông Hồng, Trà Lý, Diêm Hộ, Hố-Thái Bình, sơng Hóa phân lưu sông Luộc chảy theo hướng từ Tây Bắc Đông Nam Sơng Hố nhận nước từ cửa Chanh Chử bờ phải sông Luộc chảy theo hướng Đông Nam đến địa phận xã Thái Ninh, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình sơng đổi hướng chảy ngoằn ngo theo hướng Tây Đơng nhập lưu với sơng Thái Bình bờ phải, cách cửa Thái Bình khoảng km hướng Tây Bắc (hình 1) Dịng sơng Hố dài 35,5 km, chảy hoàn toàn vùng đồng bằng, độ dốc đáy sông nhỏ, gần cửa sơng, lịng sơng mở rộng, độ uốn khúc tăng lên Hình Hệ thống sơng miền mơ hình sơng Hóa N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 - Dòng chảy năm: Sơng Hóa sơng nội đồng nhỏ nên khơng có trạm quan trắc thủy văn Theo điều kiện thủy văn chung khu vực nguồn nước mặt từ sơng lớn chảy vào tỉnh Thái Bình có mơ-đun dịng chảy trung bình nhiều năm vào khoảng từ 23,74 - 24,28 l/s/km2 [1] Nhìn chung lượng nước trung bình hàng năm lưu vực biến đổi lớn, năm nhiều nước so với năm nước gấp từ đến lần - Dòng chảy mùa lũ: Mùa lũ sông Thái Bình từ tháng VI đến X Lượng nước mùa lũ chiếm 70%, có năm chiếm tới 90% tổng lượng nước năm Các tháng lũ lớn tháng VII tháng IX, lượng nước chiếm (50 - 70)% tổng lượng nước năm Chênh lệch tháng lượng nước nhiều lượng nước tới 10 lần, có tới 55 lần [1] - Dịng chảy mùa kiệt: Mùa kiệt lưu vực kéo dài từ tháng X đến tháng V năm sau Tổng lượng dòng chảy suốt thời gian mùa kiệt chiếm khoảng 31-36% tổng lượng dịng chảy năm Mơ-đun dịng chảy mùa kiệt trung bình nhiều năm vào khoảng 11-13 l/s/km2 [1] xâm nhập mặn nước sơng Hóa, miền mơ hình nên giới hạn phía thượng lưu nơi mà nồng độ muối nước sông không bị ảnh hưởng xâm nhập mặn Việc xác định giới hạn tiến hành qua điều tra khảo sát thực địa chiều sâu xâm nhập mặn vào sông thời gian dài (mùa kiệt năm có lượng mưa khơng lớn, vài năm) Trên sơng Hóa sơng Thái Bình có nhiều điểm khai thác nước phục vụ nơng nghiệp Đối với sơng Hóa, điểm khai thác nước phục vụ nông nghiệp tương đối xa cửa sơng Thái Bình cống Hệ Tại độ mặn nước sông luôn quan trắc trước tiến hành lấy nước tưới, thực tế cho thấy nước mặn xâm nhập tới vị trí (chỉ vào năm cực hạn kết hợp với triều cường xảy xâm nhập mặn, độ mặn khơng vượt q 1ppt) Vì giới hạn phía thượng lưu miền mơ hình lấy cầu Nghìn quốc lộ 10 qua thị trấn An Bài huyện Quỳnh Phụ tỉnh Thái Bình, nằm phía thượng lưu cống Hệ khoảng 9km Như miền mơ hình kéo dài từ phía hạ lưu xã Thụy Trường-Thái Thụy đến xã An Thanh-Quỳnh Phụ (Hình 1) 3.2 Số liệu địa hình lịng sơng miền mơ hình Mơ hình mơ xâm nhập mặn sơng Hóa Mơ hình mơ xâm nhập mặn sơng Hóa xây dựng phần mềm EFDC phần mềm mơ hình (MH) nước mặt tổng hợp, có khả tính tốn, dự báo mơ q trình dịng chảy, lan truyền mặn, lan truyền có tính đến q trình sinh – địa – hóa sơng, hồ, hồ chứa, vùng cửa sông, vùng đất ngập mặn đới bờ Giới thiệu chung phần mềm tham khảo qua [1] (Nguyễn Văn Hồng nnk, 2014) chi tiết qua [2] (Hamrick, 1992), [3] (Craig, 2009) [4] (http://www.efdc-explorer.biz) 3.1 Lựa chọn miền mơ hình Với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng thủy triều nước biển dâng đến Một thơng số đầu vào cần thiết địa hình miền MH mặt cắt địa hình lịng sơng Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn đo năm 2007 thu thập [5] (các đường mặt cắt màu đỏ) (Hình 2) Nhằm nội suy phù hợp địa hình lịng sơng miền MH, cần phải nội suy thêm mặt cắt lịng sơng cho khoảng mặt cắt đo phần mềm mô hình EFDC chưa có tính nội suy cốt cao địa hình theo mặt cắt, mà nội suy theo điểm giá trị lân cận Đã sử dụng phần mềm nội suy mặt cắt lịng sơng phần mềm HECRAS [6] để nội suy thêm mặt cắt cách 100m (các đường mặt cắt màu đen) (Hình 2) Sau phần mềm mơ hình nội suy địa hình cho lưới, đị hình nội suy thể hình N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Kilometers Hình Miền mơ hình sơng Hóa vị trí mặt cắt địa hình Bottom Elev (m) -13 2/1/12 1:0:0 2.7 Hình3 Địa hình lịng sơng Hóa miền mơ hình 16000 Qmax sơng Hồng trạm thủy văn Hà Nội: 1991-2010 14000 12000 Qmax (m3/s) 10000 8000 6000 4000 2000 0 10 20 30 40 50 60 Xác suất - P (%) 70 80 90 100 Hình Tần suất lưu lương sơng Hồng trạm thủy văn Hà Nội 1991-2010 N.V Hoàng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 3.3 Các điều kiện ban đầu biên mô hình Điều kiện ban đầu điều kiện biên xác định cho mơ sau: + Điều kiện ban đầu mực nước miền mơ hình xác định cách sau: Tại cửa Thái Bình có mực nước lấy mực nước biển TB khoảng thời gian mơ hình Mực nước thượng lưu miền mơ hình lấy từ kết mơ hình sơng Hóa tần suất 85% (Đại học Thủy lợi, 2010)[7] Mực nước ban đầu sơng Hóa tồn đoạn sơng mơ hình nội suy từ giá trị Lưu lượng TB ngày (m3/s) + Điều kiện biên lưu lượng: thượng lưu miền mơ hình sơng Hóa có dòng chảy vào biết: Lưu lượng thượng lưu thôn Đông-xã An Thanh-huyện Quỳnh Phụ lấy 3,5% lưu lượng sông Hồng trạm thủy văn Hà Nội (lưu lượng dịng chảy từ sơng Hồng vào sơng Luộc khoảng 7% lưu lượng sông Hồng, tới ngã Chanh (sông Hóa-sơng Luộc) khoảng nửa chảy vào sơng Hóa, nửa chảy vào sơng Thái Bình Văn Úc) (Đại học Thủy lợi, 2010)[7] Lưu lượng sơng Thái Bình nơi sơng Hóa nhập lưu ước tính khoảng 3% lưu lượng sông Hồng lượng nước tương đương 0,5% lưu lượng sông Hồng bị tiêu hao khai thác sử dụng 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Trong khuôn khổ viết đánh giá mức độ xâm nhập mặn sông ảnh hưởng xâm nhập mặn từ biển sử dụng tần suất dòng chảy ứng với 85% Mực nước lưu lượng sử dụng ứng với lưu lượng tần suất 85% Vì chọn đường lưu lượng năm có lưu lượng dịng chảy tương đương với tần suất 85% để sử dụng mơ hình dự báo xâm nhập mặn Lưu lượng nước sơng Hồng trạm thủy văn Hà Nội có hai dạng đặc trưng tương thời gian cơng trình thủy điện Hịa bình đưa vào vận hành khoảng năm 1990 hai thời kỳ 1956-1990 (hồ Hịa Bình chưa vận hành) 1991 đến (có vận hành hồ Hịa Bình) [8] Tần suất lưu lượng sơng Hồng trạm thủy văn Hà Nội thời kỳ 1990-2010 thể hình Thời kỳ sau năm 1990 lưu lượng sông Hồng Hà Nội nhỏ 5.450m3/s (năm 2010) ứng với tần suất P=83,3% 7.330m3/s (năm 1993) ứng với P=87,5% Như tần suất 85% ứng với giá trị Vì tiến trình lưu lượng nước sơng Hồng (Hình 5) sử dụng để tính lưu lượng nước vào sơng Hóa (Hình 6) mực nước sơng Hồng thượng lưu miền mơ hình sơng Hóa nội suy từ tiến trình lưu lượng mực nước năm 1993 2010 Lưu lượng sông Hồng trạm thủy văn Hà Nội Năm 1993 Năm 2010 P=85% 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Ngày năm Hình Lưu lượng sơng Hồng trạm Hà Nội năm 1993, 2010 P=85% 6 N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Hình Lưu lượng nước ước tính biên thượng lưu Mực nước biển Hòn Dấu (cm) + Điều kiện biên mực nước: biên hạ lưu lấy điều kiện mực nước xác định mực nước biển có dao động triều Trong mơ hình hiệu chỉnh mực nước biển có dao động triều năm 2010, cịn mơ hình dự báo xâm nhập mặn năm 2013 kịch nước biển dâng khác nhau, biên hạ lưu lấy liệu triều năm 2013 tịnh tiến tương ứng với giá trị mực nước biển dâng Việc sử dụng giả thiết không làm tính thực tế mực nước biển trung bình khu vực (cụ thể Hòn Dấu) giai đoạn 1980-1999 (là thời kỳ chuẩn để đánh giá nước biển dâng biến đổi khí hậu) giai đoạn 2000 đến khơng có biến động đáng kể (Hình 7) 450 400 350 TB 300 Max 250 200 150 100 50 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Năm Hình Mực nước biển trung bình lớn Hịn Dấu N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Hình Dao động triều theo năm 2010 biên hạ lưu Hình Dao động triều theo năm 2013 biên hạ lưu N.V Hoàng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Điều kiện ban đầu mực nước (và chiều dày cột nước) phần tử nội suy môdun nội suy EFDC explorer Mọi phần tử biên thượng lưu gán cho điều kiện biên có lưu lượng vào biết tỷ lệ theo diện tích thẳng đứng phần tử theo hướng vng góc với dịng chảy (thực tự động EFDC explorer) Nồng độ muối ban đầu toàn miền mơ hình 0,1ppt + Điều kiện biên độ mặn: Các phần từ biên hạ lưu có nồng độ muối giá trị giả định 30ppt (là giá trị thuộc dải giá trị nồng độ muối nước biển ven bờ) Bước thời gian mơ hình lựa chọn theo u cầu độ xác mơ hình số mà EFDC explorer chọn 1,5s 3.4 Xây dựng mơ hình EFDC phục vụ đánh giá dự báo xâm nhập mặn sơng Hóa 3.4.1 Xây dựng lưới mơ hình Để xây dựng hình học lưới cong miền MH đoạn sơng lựa chọn ta cần có tệp số liệu đường bao miền mơ hình, đường chủ lưu (lạch chảy sâu nhất) đường mặt cắt ngang sơng (kích thước lưới theo chiều lịng sơng khoảng cách đường mặt cắt này) Bản đồ miền mơ hình khai báo tọa độ VN2000, sau số hóa đường bao sơng Hóa nơi xây dựng mơ hình đường chạy dọc trũng lịng sơng Trong phần mềm giao diện EFDC đường bao đường tâm lịng sơng kết hợp với mặt cắt ngang sông nội suy để xây dựng lưới mơ hình với số lưới ngang sơng Kích thước lưới phần mềm EFDC tự động xác định q trình xây dựng lưới mơ hình với số lượng ngang qua sơng 9: chiều dài lưới dọc sơng trung bình 100m, chiều rộng ô lưới ngang sông thay đổi từ ~12m (phía thượng lưu nơi lịng sơng hẹp) đến 50m (phía cửa sơng nơi lịng sơng rộng) Số lớp nước mơ hình lựa chọn Mơ hình gồm 2.673 ô lớp theo chiều sâu Như mơ hình số theo khơng gian hai chiều theo x y xây dựng chứa thông tin độ cao đáy lịng sơng miền mơ hình Theo chiều thẳng đứng gồm lớp nước hệ tọa độ xích ma (σ) 3.4.2 Hiệu chỉnh mơ hình Quan trắc nồng độ muối sơng Hóa khơng tiến hành đầy đủ trạm quan trắc chất lượng nước quan quản lý tài nguyên nước môi trường,mà tổ chức khai thác nước địa phương công ty khai thác cơng trình thủy lợi thực vị trí lấy nước phục vụ nơng nghiệp Hồng Quỳnh (cầu phao quốc lộ 37 nối xã Hồng Quỳnh-Thái ThụyThái Bình xã Cổ Am-Vĩnh Bảo-Hải Phòng) cống Hệ xã Thụy Ninh-Thái ThụyThái Bình Hai vị trí quan trắc mặn sơng Hóa thể Hình 10 Phân bố độ muối theo tháng mùa kiệt trung bình nhiều năm [9] thể Bảng Bảng Phân bố độ muối theo tháng mùa kiệt trung bình nhiều năm [9] Trạm Cống hệ Cổ Am Đặc trưng TB Max Min TB Max Min Tháng XII 0,049 0,006 0,030 1,470 17,000 0,010 I 0,161 1,380 0,021 3,950 20,70 0,010 II 0,112 2,670 0,020 3,450 23,90 0,010 III 0,089 0,334 0,053 3,290 22,100 0,020 IV 0,083 0,193 0,043 1,340 25,500 0,010 V 0,084 0,233 0,053 2,170 22,000 0,010 N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Để hiệu chỉnh mơ hình, việc sử dụng số liệu khơng khả thi nồng độ muối vị trí được đo vào thời điểm không cho biết lại tính trung bình, nồng độ muối bị định lưu lượng dòng chảy sông mực nước biển ảnh hưởng thủy triều Trong trình thực đề tài [4] tiến hành thực địa khảo sát đo đạc nồng độ muối sơng Hóa Cổ Am Cống Hệ mơ hình năm 2010 thực Kết nồng độ muối theo MH quan trắc nói đồng bộ, có sai khác mức độ cho phép giá trị nồng độ dao động tương đối lớn thực tế MH Về sai lệch tương đối nồng độ muối số liệu MH thực tế hai vị trí cầu phao sơng Hóa xã Hồng Quỳnh-Thái Thụy-Thái Bình cống Hệ - xã Thụy NinhThái Thụy-Thái Bình vào ngày 20/3/2010 thể bảng 2, hình 10 11 Tại cống Hệ xâm nhập mặn không đạt tới vị trí Cịn cầu phao sơng Hóa QL 37 xâm nhập mặn đạt tới sai số nồng đố muối thực đo theo mơ hình vào thời điểm đo 0,03ppt đến 0,07ppt (sai số tuyệt đối) 2,1% đến 18,4% (sai số tương đối) Như từ sai số tuyệt đối nói khơng lớn đánh giá độ mặn nước cửa sơng ven biển Hình 10 Bản đồ vị trí trạm quan trắc mặn sơng Hóa dải phổ màu nồng độ muối 0,1ppt÷30ppt lúc 17h ngày 20/03/2010 Bảng So sánh kết mơ hình thực đo nồng độ muối nước sơng Hóa Thời gian Vị trí Thực đo (ppt) Mơ hình (ppt) Sai số tuyệt đối (ppt) Sai số tương đối (%) Hồng Quỳnh 17h20/3/2010 Lớp nước mặt 0,40 0,47 0,07 2,1 17h20/3/2010 Lớp nước 0,75 0,82 0,07 9,5 17h20/3/2010 Lớp nước đáy 0,80 0,83 0,03 18,4 Cống Hệ 15h20/3/2010 Lớp nước mặt ~0,10 0,10 0,00 0,00 15h20/3/2010 Lớp nước ~0,10 0,10 0,00 0,00 15h20/3/2010 Lớp nước đáy ~0,10 0,10 0,00 0,00 10 N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Hình 11 Nồng độ muối quan trắc theo mơ hình sơng Hóa Hồng Quỳnh-Thái Bình 3.4.3 Xâm nhập mặn sơng Hóa mùa khơ 2010 Mơ hình năm 2010 ngồi việc phục vụ hiệu chỉnh mơ hình mà cịn cung cấp cho ta thông tin kết mô xâm nhập mặn sông mùa khô năm Trong trường hợp biên lưu lượng thượng lưu xác định theo giá trị thự tế biên mực nước triều hạ lưu giá trị thực tế Trong mùa khô năm 2010 xâm nhập mặn sâu diễn lúc 4h00 ngày 27/2/2010 mặn nồng độ 1ppt sâu vào nội đồng qua cầu phao Hồng Quỳnh khoảng 2km (2 hình 12 13) Hình 12 Phân bố nồng độ muối nêm mặn vào sâu nhất: dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 11 Hình 13 Phân bố nồng độ muối nêm mặn vào sâu nhất: dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt Kết đánh giá xâm nhập mặn sơng hóa theo kịch NBD 4.1 Kịch NBD biến đổi khí hậu Kịch biến đổi khí hậu (BĐKH) NBD cho Việt Nam Bộ Tài nguyên Môi trường xây dựng, công bố năm 2012 [10] theo kịch phát thải khí nhà kính thấp (kịch B1), trung bình (kịch B2) kịch phát thải cao nhóm kịch phát thải cao (kịch A1FI) - Theo kịch B1: Vào kỷ 21, trung bình tồn Việt Nam, NBD khoảng từ 18 đến 25cm Đến cuối kỷ 21, nước biển dâng cao khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang khoảng từ 54 đến 72cm; thấp khu vực từ Móng Cái đến Hịn Dấu khoảng từ 42 đến 57cm Trung bình tồn Việt Nam, NBD khoảng từ 49 đến 64cm - Theo kịch B2: Vào kỷ 21, trung bình toàn Việt Nam, NBD khoảng từ 24 đến 27cm Đến cuối kỷ 21, NBD cao khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang khoảng từ 62 đến 82cm; thấp khu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu khoảng từ 49 đến 64cm Trung bình tồn Việt Nam, NBD khoảng từ 57 đến 73cm - Theo kịch A1FI: Vào kỷ 21, trung bình tồn Việt Nam, nước biển dâng khoảng từ 26 đến 29cm Đến cuối kỷ 21, NBD cao khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang khoảng từ 85 đến 105cm; thấp khu vực từ Móng Cái đến Hịn Dấu khoảng từ 66 đến 85cm Trung bình tồn Việt Nam, NBD khoảng từ 78 đến 95cm Trong khn khổ viết sử dụng dịng chảy sơng Hóa tần suất 85% để đánh giá so sánh xâm nhập mặn bối cảnh NBD Mực NBD BĐKH sử dụng ứng với kịch thấp 50cm, trung bình 75cm cao 100cm (mặc dù khu vực đồng Bắc Bộ mực nước biển dâng theo kịch cao 85cm tới năm 2100, nhiên để đánh giá dự báo cho tương lai xa khoảng năm 2120 mực NBD đạt tới 100cm, đánh giá rủi ro ngập lụt nước biển dâng sử dụng mực NBD 100cm [10]) 4.2 Mơ hình đánh giá mức độ xâm nhập mặn sơng Hóa NBD với thủy triều năm 2013 Sử dụng mơ hình với số liệu cụ thể mực nước biển (có dao động triều) đánh 12 N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 giá cách hiệu tranh xâm nhập mặn vào sơng theo khơng gian thời gian nhằm mục đích có kế hoạch khai thác nước sơng Hóa phục vụ nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản sinh hoạt Bài viết tiến hành mơ hình số liệu mực nước biển có dao động triều năm 2013, với chế độ thủy lực sơng Hóa có Hình 14 Xâm nhập mặn lớn lúc 5h ngày 12/01/2013 - triều 2013 - dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt lưu lượng phía thượng lưu tương ứng với lưu lượng năm có tần suất 85% Thời gian thực mơ hình từ tháng 1/1/2013 đến 30/4/2013 tháng mùa khơ sơng Hóa bị tác động xâm nhập mặn mạnh năm từ nước biển Hình 15 Xâm nhập mặn lớn lúc5h ngày 12/01/2013- triều 2013 - thang màu nồng độ 0,01ppt đến 1-30ppt Ng sông Hóa-sông Thái Bình Xóm 3-x Thụy Tân Xóm Míi-x Hång Qnh BÕn phµ Hång Qnh Lµng Sen-x Thơy Hồng Thôn Thu Cúc-x Thụy Việt Thôn Thọ Cách-x Thụy Quỳnh Làng Đoài-x Thụy Việt Thôn Hệ-x Thụy Ninh Thôn Vân Am-x Thụy Văn Thôn Bùi Đình-x Thụy Ninh 1500 Meters Hình 16 Vị trí điểm thể diễn biến mặn theo thời gian từ tháng 1-5/2013 Nồng độ muối (ppt) N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 1/1/2013 13 Ngã sơng Hóa-sơng Thái Bình 31/1/2013 2/3/2013 1/4/2013 1/5/2013 1/4/2013 1/5/2013 1/4/2013 1/5/2013 Nồng độ muối (ppt) Ngày/tháng/năm 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 1/1/2013 Xóm 3-xã Thụy Tân 31/1/2013 Nồng độ muối (ppt) s c 2/3/2013 Ngày/tháng/năm 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 1/1/2013 Làng Sen-xã Thụy Hồng 31/1/2013 2/3/2013 Ngày/tháng/năm N.V Hoàng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Nồng độ muối (ppt) 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 1/1/2013 Xóm Mới-xã Hồng Quỳnh 31/1/2013 2/3/2013 1/4/2013 1/5/2013 1/4/2013 1/5/2013 1/4/2013 1/5/2013 Ngày/tháng/năm Nồng độ muối (ppt) 22 20 18 16 14 12 10 1/1/2013 31/1/2013 2/3/2013 Ngày/tháng/năm Thôn Thọ Cách-xã Thụy Quỳnh Nồng độ muối (ppt) 14 12 10 1/1/2013 Bến phà Hồng Quỳnh Nồng độ muối (ppt) 10 1/1/2013 1/1/2013 31/1/2013 2/3/2013 Ngày/tháng/năm Thôn Vân Am-xã Thụy Văn 31/1/2013 Nồng độ muối (ppt) 14 2/3/2013 Ngày/tháng/năm 1/4/2013 1/5/2013 1/4/2013 1/5/2013 Làng Đồi-xã Thụy Việt 31/1/2013 2/3/2013 Ngày/tháng/năm Hình 17 Dao động nồng độ muối nước sơng Hóa mùa khơ đầu năm 2013 N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 4.3 Kết MH xâm nhập mặn sơng Hóa theo kịch NBD với thủy triều năm 2013 Mơ hình cho kết phân bố nồng độ muối nước sơng tồn miền mơ hình theo độ sâu thời điểm Có thể dùng để xác định thời điểm nước sơng có nồng độ muối khác để khai thác Để minh họa, đồ thị nồng độ muối nước theo thời gian số vị trí sơng Hình 19 Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=75cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt Chiều sâu xâm nhập mặn đạt 1ppt (m) Hình 18 Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=50cm; dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt 15 19000 18500 18000 17500 17000 16500 16000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Nước biển dâng (cm) Hình 20 Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=100cm; dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt Hình 21 Chiều sâu xâm nhập mặn dài năm theo mực nước biển dâng Bảng Chiều sâu xâm nhập mặn (ranh giới 1ppt) dài năm kịch NBD 16 N.V Hoàng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 NBD (cm) 50 75 100 Khoảng cách xâm nhập mặn (m) 16.671 18.059 18.510 18.959 Khoảng cách xâm nhập mặn gia tăng (m) 1.388 1.839 2.288 % khoảng cách xâm nhập mặn gia tăng (%) 8,33 11,03 13,72 Bảng So sánh thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: mực nước biển tại, NBD=50cm, 75cm 100cm Khoảng cách tới cửa sông (km) Vị trí Tổng thời gian tương đương (ngày) Nước biển NBD 50cm NBD 75cm NBD 100cm Ngã sơng Hóa-sơng Thái Bình 6,9 0,38 0,21 0,17 0,13 Xóm 3-xã Thụy Tân 8,9 14,67 2,08 1,17 0,58 Làng Sen-xã Thụy Hồng 11,0 35,21 12,50 7,54 2,63 Xóm Mới-xã Hồng Quỳnh 12,7 51,83 24,33 15,83 9,42 Bến phà Hồng Quỳnh 13,8 81,67 42,88 26,04 18,75 Thôn Thọ Cách-xã Thụy Quỳnh 15,4 105,25 66,29 45,13 32,50 Thôn Vân Am-xã Thụy Văn 17,2 115,25 92,25 73,79 55,33 Làng Đoài-xã Thụy Việt 19,1 119,54 112,46 102,38 88,38 Thôn Thu Cúc-xã Thụy Việt 21,2 119,96 119,63 117,96 114,92 Thơn Bùi Đình-xã Thụy Ninh 24,3 119,96 119,96 119,96 119,96 Thôn Hệ-xã Thụy Ninh 25,8 119,96 119,96 119,96 119,96 Bảng So sánh % thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí NBD=50cm, 75cm 100cm so với mực nước biển Vị trí Khoảng cách tới cửa sơng (km) % thời gian so với (%) Nước biển NBD 50cm NBD 75cm NBD 100cm Ngã sơng Hóa-sơng Thái Bình 6,9 55,26 44,74 34,21 Xóm 3-xã Thụy Tân 8,9 14,18 7,98 3,95 Làng Sen-xã Thụy Hồng 11,0 35,50 21,41 7,47 Xóm Mới-xã Hồng Quỳnh 12,7 46,94 30,54 18,17 Bến phà Hồng Quỳnh 13,8 52,50 31,88 22,96 Thôn Thọ Cách-xã Thụy Quỳnh 15,4 62,98 42,88 30,88 Thôn Vân Am-xã Thụy Văn 17,2 80,04 64,03 48,01 Làng Đoài-xã Thụy Việt 19,1 94,08 85,64 73,93 Thôn Thu Cúc-xã Thụy Việt 21,2 99,72 98,33 95,80 Thơn Bùi Đình-xã Thụy Ninh 24,3 100,00 100,00 100,00 Thôn Hệ-xã Thụy Ninh 25,8 100,00 100,00 100,00 N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 Tổng thời gian tương đương (ngày) 120 100 80 17 Mực nước biển NBD 50cm NBD 75cm NBD 100cm 60 40 20 Thơn Hệ-xã Thụy Ninh Thơn Bùi Đìnhxã Thụy Ninh Thơn Thu Cúc-xã Thụy Việt Làng Đồi-xã Thụy Việt Thơn Vân Am-xã Thụy Văn Thôn Thọ Cáchxã Thụy Quỳnh Bến phà Hồng Quỳnh Xóm Mới-xã Hồng Quỳnh Làng Sen-xã Thụy Hồng Xóm 3-xã Thụy Tân Ngã sơng Hóasơng Thái Bình Hình 22 Số ngày năm nước sơng có hàm lượng muối nhỏ 1ppt vị trí: nước biển tại, NBD=50cm, 75cm 100cm Nhận xét-kết luận Từ kết mơ hình xâm nhập mặn sơng Hóa điều kiện: dịng chảy sơng tháng mùa khô 1-4 năm ứng với tần suất lưu lượng 85%, địa hình lịng sơng khơng thay đổi, dao động thủy triều năm 2013, mực nước biển 03 kịch NBD 50cm, 75cm 100cm lấy ranh giới mặn nhạn 1ppt, nêu nhận xét mức độ xâm nhập mặn NBD sau: - Ở điều kiện mực nước biển, tháng mùa khô 1-4 xâm nhập mặn với nồng độ muối 1ppt với khoảng cách xa 16,671km tính từ cửa sơng Thái Bình; - Khi NBD lên 50cm, 75cm 100cm chiều dài xâm nhập mặn 18,059km; 18,510km 18,959km (gia tăng tương ứng 1,388km; 1,839km 2,288km, tương ứng lên 8,33%; 11,03% 13,72%); chiều dài xâm nhập mặn kịch NBD=75cm lớn so với NBD=50cm, kịch NBD=100cm lớn so với NBD=75cm tương khoảng 450m; Về số thời gian tháng mùa khô tháng 1-4 điểm đánh giá có nước có nồng độ muối 1ppt kịch NBD sau: - Tại vị trí ngã sơng Hóa - sơng Thái Bình % thời gian nước có hàm lượng muối cao 1ppt 03 kịch NBD 50cm, 75cm 100cm so với tương ứng 55,26% đến 34,21% (tức thời gian nước nhạt khoảng 1/3 đến 1/2 so với tại); Tại vị trí xóm - xã Thụy Tân cách cửa sơng khoảng 8,9km, % thời gian nước có hàm lượng muối cao 1ppt 03 kịch NBD 50cm, 75cm 100cm so với tương ứng xuống nhỏ 14,18% đến 3,95%; tương tự điểm vày điểm từ làng Sen đến thôn Thọ cịn đến 45,88% đến 30,88%; Tại vị trí sâu từ thôn Vân đến thôn Thu phần trăm thời gian nước nhạt so với lớn 72,23% đến 48,01% 18 N.V Hoàng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 - Kết nghiên cứu giúp cho việc quy hoạch quản lý sử dụng tài nguyên nước mặt cách hợp lý hạn chế tác động có hại q trình xâm nhập mặn vào vùng đồng cửa sông ven biển nước ta tác động nước biển dâng biến đổi khí hậu, đồng thời xác định mức độ xâm nhập mặn vào sâu đất liền, từ đưa thông tin dự báo diễn biến độ mặn để hộ sử dụng nước định thời điểm lấy nước với nồng độ mặn khác Kiến nghị - Mơ hình chưa phản ánh điều kiện chế độ dịng chảy sơng Hóa tần suất 85% điều kiện dòng chảy thực tế sông ứng với điều kiện BĐKH tương lai cho tương ứng 03 giá trị NBD Nên có nghiên cứu điều để dự báo xâm nhập mặn bối cảnh BĐKH xác - Cần có chương trình quan trắc nồng độ muối theo chiều sâu tồn chiều dài sơng mơ hình khu vực nghiên cứu để cơng tác hiệu chỉnh mơ hìnhcó hiệu hơn, với mục đích đánh giá so sánh với nồng độ muối 1ppt ngưỡng để so sánh hoàn toàn chấp nhận Lời cám ơn Bài báo hoàn thành khuôn khổ Đề tài: "Nghiên cứu xây dựng mô hình bổ sung nhân tạo làm nhạt hóa nước ngầm nhằm cung cấp nước cho cơng trình cấp nước sinh hoạt nơng thơn tỉnh Thái Bình" mang mã số: VAST.NĐP.05/15-16 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Thành Công, Ứng Quốc Khang, Lê Quang Đạo, 2014 Nghiên cứu xây dựng mơ hình đánh giá dự báo xâm nhập mặn nước sơng Trà Lý Tạp chí Khoa học Trái đất, số 1/2014, trang 21-30 [2] 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 [3] Craig, Paul M 2009 User’s Manual for EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor for the Environmental Fluid Dynamics Code, Dynamic Solutions-International, LLC, Knoxville, TN, November, 2009 [4] EFDC-explorer web version http://www.efdcexplorer.biz [5] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2007) Số liệu mặt cắt sơng Trà Lý sơng Hóa Dự án điều tra Bộ NNPTNT [6] Hydrologic Engineering Centers River Analysis System (HEC-RAS) http://www.hec.usace army.mil/software/hec-ras [7] Đại học Thủy lợi Hà Nội, 2010 Dự án Rà soát quy hoạch thủy lợi vùng lưu vực sơng Hóa sơng Trà Lý tỉnh Thái Bình [8] Nguyễn Văn Hồng (chủ nhiệm Đề tài) (2014) Nghiên cứu tượng địa chất cơng trình động lực ảnh hưởng đến ổn định đập ngăn mặn sơng Hóa, sơng Trà Lý tỉnh Thái Bình tượng xâm nhập mặn nhằm đề xuất chế độ hoạt động (đóng mở cống) phù hợp Đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, mã số VAST.NĐP.10/12-13 [9] Phạm Hoàng Hải (2009) Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập mặn vào khu vực nội đồng huyện ven biển tỉnh Thái Bình, đề xuất giải pháp định hướng quy hoạch trồng, vật nuôi phù hợp với thay đổi sinh thái - Viện Địa lý-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [10] Trần Thục (giám đốc dự án) (2012) Báo cáo tổng kết dự án: Các kịch nước biển dâng khả giảm thiểu rủi ro Việt Nam Bộ TN&MT N.V Hồng nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 1-19 19 Study of the Impact of the Climate Change Sea Water Level Rise on the Hoa-Thái Bình River Salt Intrusion Nguyễn Văn Hồng1, Đồn Anh Tuấn1, Nguyễn Thành Công2 Institute of Geological Sciences, VAST, 84 Chùa Láng, Hanoi, Vietnam Institute for Hydraulic Construction-Vietnam Academy for Water Resources Abstract: Thái Bình province has the lowest ground surface among the Bắc Bộ plain provinces so the impact of the sea water level (SWL) rise on the salt intrusion into its rivers is very strong, including Hóa river flowing through the province's Northern area and Hải Phòng city The paper presents the results of the study of sea water intrusion into Hóa river under sea water level rise using numerical modeling The modeling results have shown that sea water intrusion into Hóa river with average daily flow at frequency 85% and under the hourly tidal level in 2013 is the most severe in January Although sea water intrusion strongly occurs during dry season, there are many time intervals during January-April when the river water has salt concentration lower than 1ppt, which is well to serve domestic and agricultural water demands At the present SWL, the longest sea salt intrusion length (1ppt front) is 16.671km; for SWL rise of 50cm, 75cm and 100cm the sea salt intrusion respectively is 18.059km; 18.510km and 18.959km (the intrusion length increase respectively 1.388km, 1.839km and 2.288km, correspondingly increase 8.33%, 11.03% and 13.72%); the increase of salt intrusion length for SWL rise of 75cm in compare with that of SWL rise of 50cm, and for SWL rise of 100cm in compare with that of SWL rise of 75cm is more or less the same, and is around 450m Keywords: Sea water level rise (SWLR), Salt water intrusion, Hóa river, Modeling, EFDC