NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA ĐÊ BIỂN VŨNG TÀU-GỊ CƠNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG CỬA SƠNG SÀI GỊN ĐỒNG NAI Lê Thị Vân Linh1, Nghiêm Tiến Lam2, Nguyễn Thành Ln3 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu chế độ thủy động lực, chất lượng nước vùng cửa sơng Sài Gịn- Đồng Nai vịnh Gành Rái Các kết nghiên cứu đưa tranh xu diễn biến chất lượng nước, thay đổi chế độ thủy động lực hệ thống sông khu vực vịnh Gành Rái trước sau xây dựng cơng trình Vũng Tàu- Gị Cơng Từ khóa: mơ hình chất lượng nước, EFDC, đê biển Vũng Tàu-Gị Công GIỚI THIỆU CHUNG1 Hạ du lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Đây khu vực có địa hình thấp trũng, chịu nhiều tác động thiên tai lũ lụt, ngập úng, xâm nhập mặn, gây khó khăn cho phát triển kinh tế xã hội Để giải vấn đề trên, tạo điều kiện phát triển bền vững vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, Tổng cục Thủy Lợi có đề xuất quy hoạch tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng dài 28km chạy xuyên qua vịnh biển Gành Rái, Đồng Tranh, nối thành phố Vũng Tàu (tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu) với huyện Gị Cơng (tỉnh Tiền Giang) Tuyến đê biển tạo hồ chứa có tổng dung tích 2,5 tỷ m3, dung tích hữu ích 1,5 tỷ m3, có khả cắt lũ từ thượng lưu ứng với tần suất 0.5% mực nước biển dâng thêm 1.0 m Tuyến đê biển có ảnh hưởng đến vùng rộng lớn bao gồm tồn vùng hạ du lưu vực sơng Sài Gòn – Đồng Nai, vùng Đồng Tháp Mười, Long An phần tỉnh Tiền Giang Tuyến đê biển cịn kết hợp mở rộng tạo mặt thị, khu công nghiệp, phục vụ du lịch, dịch vụ, nơi tránh trú bão tàu thuyền, nơi dự trữ nước tương lai Tuy nhiên việc xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng làm thay đổi chế độ thủy văn, gây bồi lắng vùng cửa sông, thay đổi Dynamic Solutions International, LLC; Khoa Kỹ thuật Biển, Đại học Thủy lợi Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Động lực học Sông Biển; hệ sinh thái ngập mặn ven biển, làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới mơi trường nước đặc biệt chất lượng nước hai Vịnh Gành Rái Đồng Tranh Bài báo trình bày kết nghiên cứu thay đổi chất lượng nước vùng cửa sơng Đồng Nai-Sài Gịn vịnh Gành Rái xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu-Gị Cơng với ứng dụng mơ hình số trị ba chiều thủy động lực chất lượng nước EFDC MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG CỬA SƠNG SÀI GỊN-ĐỒNG NAI a Giới thiệu mơ hình EFDC Mơ hình EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) mơ hình tốn có khả tính tốn mơ dự báo trình thủy động lực lan truyền chất có xét đến q trình sinh - địa - hóa sơng, hồ chứa, vùng cửa sơng Đây mơ hình số trị đa chiều (1 chiều, chiều, chiều) nên có khả đạt độ xác cao việc mơ hình hóa hệ thống đầm lầy, đất ngập nước, kiểm soát dịng chảy, dịng chảy sóng ven bờ q trình vận chuyển trầm tích Mơ hình EFDC bao gồm mơ-đun chính: thủy động lực, vận chuyển bùn cát, chất lượng nước, lan truyền phân hủy độc chất [1] Với modul chất lượng nước, EFDC có nhiều thông số, phần lớn thông số hợp chất bon, ni tơ phốt Các thơng số mơ hình chất lượng nước thể Bảng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 119 Bảng Bảng thông số chất lượng nước TT Thông số chất lượng nước Ký hiệu TT Thông số chất lượng nước Ký hiệu Tổng chất rắn lơ lửng TSS 17 Amơni (NH4+, tính theo N) NHX Độ mặn S 18 Ni-tơ-rát (NO3-, tính theo N) NOX Nhiệt độ T 19 Si-líc dioxít có nguồn gốc sinh vật SU Khuẩn lam (Cyanobacteria) Bc 20 Si-líc dioxít hịa tan SA Tảo cát (Diatoms) Bd 21 Nhu cầu ơ-xi hóa học COD Tảo lục (Green algae) Bg 22 Ơ-xi hịa tan DO Các-bon hữu khó phân hủy ROC 23 Tổng kim loại hoạt tính TAM Các-bon hữu dễ phân hủy LOC 24 Trực khuẩn từ phân (fecal coliform) FCB Các-bon hữu hòa tan DOC 25 Tảo Macro Bm 10 Phốt-pho hữu khó phân hủy ROP 26 Tổng các-bon hữu TOC 11 Phốt-pho hữu dễ phân hủy LOP 27 Tổng ni-tơ TN 12 Phốt-pho hữu hòa tan DOP 28 Tổng phốt-pho TP 13 Tổng phốt-phát PO4 29 Chất diệp lục (Chlorophyll-a) Chla 14 Ni-tơ hữu khó phân hủy RON 30 Tổng ni-tơ hữu TORN 15 Ni-tơ hữu dễ phân hủy LON 31 Tổng ni-tơ vơ 16 Ni-tơ hữu hịa tan DON 32 Tổng phốt-pho hữu b Mơ hình chất lượng nước vùng cửa sơng Sài Gịn-Đồng Nai Mơ hình chất lượng nước cho vùng hạ du sơng Sài Gịn - Đồng Nai có miền tính giới hạn từ trạm thủy văn Phú An Sơng Sài Gịn trạm thủy văn Biên Hịa sơng Đồng Nai đến phía ngồi biển Vịnh Gành Rái (Hình 1) Mơ hình xây dựng với lưới tính cong trực giao với 4317 ô lưới theo phương ngang lưới σ với lớp theo phương đứng Các biên mô hình lưu lượng 120 TORP Hình Miền tính tốn vị trí biên mơ hình chất lượng nước KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) dòng chảy đến vị trí Phú An Biên Hịa sơng Sài Gịn, Thị Vải sơng Đồng Nai sơng Vàm Cỏ Lưu lượng dòng chảy Phú An Biên Hịa kết tính từ mơ hình thủy lực thiết lập EFDC cho toàn miền tính từ hồ Dầu Tiếng hồ Trị An tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng [3] Tại biên Thị Vải Vàm Cỏ lưu lượng trung bình tháng Biên hở phía biển chọn biên mực nước sử dụng số liệu trạm Vũng Tàu Các thông số chất lượng nước mô mơ hình bao gồm: nhiệt độ, DO, COD, NHX, NOX, ROC, LOC, DOC, ROP, LOP, DOP, RON, LON, DON, DO Một số thông số chất lượng nước lấy từ giá trị thực đo, số ước lượng theo thông số khác Đối với nước sông, ao hồ tự nhiên thơng số ước tính theo Bảng Bảng Ước tính số thông số chất lượng nước sông (mg/l) Thông số Thông số ước tính Thơng số mơ hình ROC = 0.10 TOC Nhu cầu ơ-xy sinh hóa (BOD5) TOC = 7.58 BOD5 LOC = 0.3 TOC DOC = 0.6 TOC ROP = 0.1 TORP Tổng phốt-pho (TP) TORP = 0.3 TP LOP = 0.4 TORP DOP = 0.5 TORP RON = 35 TORN Tổng ni-tơ hữu (TORN) LON = 0.35 TORN DON = 0.30 TORN Mơ hình chất lượng nước hiệu chỉnh kiểm định thông qua hai tiêu DO (lượng oxy hòa tan) BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa) trạm Nhà Bè Kết so sánh thay đổi DO, BOD5 kết mơ hình với số liệu thực đo mơ hình hiệu chỉnh trình bày Hình Hình 10.0 9.0 Legend Dissolved Oxygen (mg/l) 8.0 Nha Be-Model Nha Be-Data 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 1-Oct 4-Oct 7-Oct 10-Oct 13-Oct 16-Oct 19-Oct 22-Oct 25-Oct 28-Oct 31-Oct 3-Nov 6-Nov Year 2005 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 9-Nov Hình Đường trình DO thực đo tính tốn mơ hình hiệu chỉnh 121 10.0 9.0 8.0 Legend BOD (mg/l) 7.0 Nha Be-Model Nha Be-Data 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 30-Sep 3-Oct 6-Oct 9-Oct 12-Oct 15-Oct 18-Oct 21-Oct 24-Oct 27-Oct 30-Oct 2-Nov 5-Nov 8-Nov Year 2005 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÊ BIỂN VŨNG TÀU-GỊ CƠNG Việc đánh giá ảnh hưởng cơng trình đê biển Vũng Tàu-Gị Cơng đến chất lượng nước khu vực thực cách tính tốn mô chất lượng nước khu vực hạ du sông Sài Gòn - Đồng Nai với kịch bản: kịch KB1 cho điều kiện trạng chưa xây dựng cơng trình, kịch KB2 cho trường hợp cơng trình xây dựng Việc so sánh, phân tích kết hai kịch cho thấy ảnh hưởng cơng trình đê biển Kết mô chất lượng nước vùng hạ du lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai cho kịch Hình Đường q trình BOD5 thực đo tính tốn mơ hình hiệu chỉnh KB1 trường hợp tự nhiên cho thấy: tồn hệ thống sơng, chất lượng nước bị ô nhiễm Vùng ô nhiễm nặng sơng Sài Gịn sơng Sồi Rạp Từ Nhà Bè cửa sông Vàm Cỏ, DO biến đổi từ 2,0 – 5,5mg/l thời kỳ triều lên triều xuống Trên sông Đồng Nai từ Biên Hịa tới nhập lưu sơng Sài Gịn có chất lượng nước tốt hơn, DO biến đổi từ 2,5 – 6,5 mg/l., Sông Vàm Cỏ sông Thị Vải bị ô nhiễm nặng, với DO biến đổi từ 2,0 – 5mg/l (Hình Hình 5) Trên tồn hệ thống sông TOC biến đổi từ 330mg/l tương ứng với BOD biến đổi từ 0,1 đến 4,0mg/l Hình Sự biến đổi DO theo không gian điều kiện tự nhiên 122 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) -2 -10 S Sai Gon -18 -22 -26 Vung Tau S Vam Co -14 Nha Be Elevation (m) -6 Legend Specified IJ, Time:309.375 Dissolved Oxygen (mg/l) -30 12500 25000 37500 50000 62500 75000 87500 100000 112500 Distance (m) Hình Sự biến đổi DO dọc sơng Đồng Nai điều kiện tự nhiên Với kịch KB2 trường hợp xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng, cơng trình nàyđã chia vùng vịnh Gành Rái thành hai vùng riêng biệt: vùng hồ chứa bao bọc tuyến đê tuyến đê nhánh; vùng vịnh phía cửa sơng Thị Vải sơng Lịng Tàu Theo kết tính tốn mơ hình, triều xuống có chênh lệch mực nước vùng hồ mực nước vùng vịnh Do nước vùng hồ qua cống có chiều rộng 700 m nên khả thoát nước vùng hồ vùng vịnh Khi triều xuống tới mức thấp mực nước vùng hồ hạ thấp xuống cao trình -1m mực nước vùng Vịnh xuống tới cao trình -2m (Hình Hình 7) Việc xây dựng đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng làm thay đổi trường dịng chảy vùng hồ vùng cửa sơng từ làm thay đổi phân bố chất lượng nước vùng vịnh Gành Rái DO vùng hồ có giá trị biến đổi từ 7-9mg/l Riêng vùng gần cửa sơng Sồi Rạp DO thấp hơn, dao động từ 3.5mg/l tới 7mg/l theo thủy triều lượng BOD biến đổi từ 0.2 tới mg/l Vùng vịnh phía cửa sơng Thị Vải Lịng Tàu có DO nhỏ hơn, dao động từ 4mg/l vùng cửa sơng đến 7mg/l vùng ngồi khơi BOD tương ứng biến đổi từ mg/l tới 0.5 mg/l Hướng dòng chảy biến đổi DO vùng vịnh Gành Rái thể Hình Water surface Elevation (H) (m) 2.00 1.00 0.00 -1.00 -2.00 Legend H_vung Vinh H _vung ho -3.00 273.00 280.63 288.26 295.89 303.52 311.15 318.78 Time (days) Hình Sự biến đổi mực nước vùng vịnh vùng hồ theo thời gian có đê biển KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 123 Đê Biển Hình Sự biến đổi mực nước vùng vịnh có đê biển Kết tính tốn chất lượng nước trường hợp tự nhiên (KB1) trường hợp xây dựng cơng trình (KB2) cho thấy chất lượng nước sơng Sài Gịn, Đồng Nai, Sồi Rạp sông Thị Vải hai kịch gần tương đương Nhưng chất lượng nước vùng vịnh có khác biệt, có vùng xây đê chất lượng nước tốt hơn, có vùng chất lượng nước lại xấu thay đổi theo chế độ thủy triều Sự khác biệt giá trị DO hai trường hợp mơ trình bày hình từ Hình đến Hình 12 Đê Biển Hình Sự biến đổi DO vùng vịnh Gành Rái trường hợp xây dựng đê biển 124 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) C A B Hình Chênh lệch DO kịch KB1 KB2 10.0 Dissolved Oxygen (mg/l) 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 Legend KB2 KB1 3.0 2.0 Oct-2005 Nov-2005 Dec-2005 Time (days) Hình 10 Sự biến đổi DO điểm A theo thời gian KB1 KB2 10.0 Dissolved Oxygen (mg/l) 9.0 8.0 7.0 6.0 Legend 5.0 KB2 KB1 4.0 3.0 2.0 Oct-2005 Nov-2005 Dec-2005 Time (days) Hình 11 Sự biến đổi DO theo thời gian điểm B KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 125 10.0 Dissolved Oxygen (mg/l) 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 Legend 3.0 KB2 KB1 2.0 Oct-2005 Nov-2005 Dec-2005 Time (days) Hình 12 Sự biến đổi DO theo thời gian điểm C Như vậy, có đê biển Vũng Tàu Gị Cơng DO vùng hồ tạo tuyến đê biển khơng có biến đổi nhiều, DO vùng sơng Sồi Rạp, vùng sơng Đồng Tranh tăng nhẹ Việc tăng DO giải thích tăng mực nước vùng hồ chứa tạo tuyến đê biển thủy triều xuống Do khả pha lỗng chất nhiễm hồ cao so với trường hợp không xây dựng cơng trình Mặt khác dao động mực nước vùng hồ chứa tạo tuyến đê biển theo thủy triều lớn, biên độ dao động đạt khoảng 2m, điều chứng tỏ hồ chứa tạo tuyến đê biển có chuyển nước nhịp nhàng với biển KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chất lượng nước vùng hạ du lưu vực sơng Sài Gịn - Đồng Nai trường hợp xây dựng đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng cho thấy tuyến đê biển chưa làm ảnh hưởng nhiều tới chất lượng nước vùng vịnh, mặt khác làm cho chất lượng nước vùng sơng Đồng Tranh có xu hướng tốt Nhưng, mơ hình chưa thu thập đầy đủ số liệu nguồn xả thải lưu vực nên chất lượng nước thực tế xấu nhiều so với kết mơ mơ hình Mặt khác, mơ hình mơ chất lượng nước thời gian mùa lũ nên chưa đánh giá chất lượng nước mùa kiệt Việc tiếp tục hoàn thiện kết thu được, thu thập đầy đủ số liệu xả thải, số liệu quan trắc chất lượng nước vùng cửa sông, mở rộng nghiên cứu tốn mơ chất lượng nước xét thêm thông số chất lượng nước khác amonia, coliform, COD,… cần thiết để có đánh giá đầy đủ tác động đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng đến chất lượng nước khu vực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Hamrick, J.M (1992) A Three-dimensional Environmental Fluid Dynamics Computer Code: Theoretical and Computational Aspects Virginia Institute of Marine Science Available at http://www.ds-intl.biz Nguyễn Văn Hoàng Trần Văn Hùng (2009): Áp dụng phần mềm thủy lực môi trường nước (EFDC) đánh giá ảnh hưởng nước thải sinh hoạt đến chất lượng nước Sông Hồng vào mùa khô khu vực Hà Nơi Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên Công nghệ, Số 25 (2009): 19-29 Lê Thị Vân Linh (2013) Nghiên cứu tác động đê biển Vũng Tàu-Gị Cơng đến chất lượng nước vịnh Gành Rái Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình biển Trường Đại học Thủy lợi 126 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) Trần Hồng Thái, Hoàng Thị Thu Trang, Nguyễn Văn Thao, Lê Vũ Việt Phong (2005) Ứng dụng mơ hình Mike11 tính tốn thủy lực, chất lượng nước cho lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam (2011) Báo cáo tóm tắt đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam (2005) Kết phân tích chất lượng nước, Dự án “Mạng giám sát chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai-Sài Gòn Abstract IMPACTS OF VUNG TAU-GO CONG CLOSURE DAM TO WATER QUALITY IN THE LOWER SAI GON-DONG NAI RIVER AREA The lower Sai Gon-Dong Nai basin is a key area for socio-economic development of Vietnam southern provinces This area is prone to urban flooding and water pollution from thousands of industrial and domestic sources To protect the area from flooding, a closure dam of 28 km long has been proposed to build across the Ganh Rai Bay The functions of the closure dam to the problem and its environmental impacts are a long-running controversy This paper presents some research results on the influences of the closure dam on water quality of the area based on a water quality model in EFDC Keywords: water quality modeling, EFDC, Vung Tau-Go Cong closure dam Người phản biện: TS Mai Văn Công BBT nhận bài: Phản biện xong: KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 25/10/2013 7/11/2013 127