Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67 79; doi 10 36335/VNJHM 2021(728) 67 79 http //tapchikttv vn/ Bài báo khoa học Mô phỏng xâm nhập mặn các sông chính trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu trong bố[.]
Bài báo khoa học Mô xâm nhập mặn sơng địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu bối cảnh biến đổi khí hậu Nguyễn Văn Hồng1*, Nguyễn Phương Đơng1 Phân Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu; nguyenvanhong79@gmail.com; donghai930tl10@gmail.com *Tác giả liên hệ: nguyenvanhong79@gmail.com; Tel.: +84–913613206 Ban Biên tập nhận bài: 8/4/2021; Ngày phản biện xong: 16/6/2021; Ngày đăng bài: 25/8/2021 Tóm tắt: Bài báo tập trung mơ nguy xâm nhập mặn sơng địa bàn tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu giai đoạn đến năm 2050 theo kịch biến đổi khí hậu RCP4.5 RCP8.5 Trong nghiên cứu, sử dụng mơ hình MIKE với module MIKE NAM để tính tốn dịng chảy từ mưa, làm điều kiện đầu vào mơ hình MIKE 11, tiếp tục mô thủy lực xâm nhập mặn Kết tính tốn từ mơ hình cho thấy mặn xâm nhập chủ yếu huyện phía Nam, phân bố dọc theo sông Ray, sông Cỏ Mây sông Dinh gần phía hạ lưu Trong đó, sông Thị Vải, ranh mặn vượt qua ranh giới tỉnh khoảng 2,7 km 5,7 km tương ứng với RCP4.5 RCP8.5 Độ mặn cao sông Dinh, đoạn chảy qua huyện Long Điền thành phố Vũng Tàu khơng lớn (< 1‰), theo đó, biên độ dao động mặn không đáng kể Huyện Tân Thành khu vực đáng quan tâm mối quan hệ với xâm nhập mặn, chiếm 68% diện tích phơi nhiễm với xâm nhập mặn tỉnh (> 1‰) Từ khóa: Xâm nhập mặn, sơng, Biến đổi khí hậu, Nước biển dâng, Kịch Mở đầu Xâm nhập mặn (XNM) tượng tự nhiên xảy vùng đất, cửa sông, tầng chứa nước tiếp giáp với biển; với độ mặn thay đổi tùy thuộc vào trình tự nhiên chế độ thủy triều, dịng chảy sơng địa hình hay hoạt động người gây thay đổi trạng sử dụng đất Tuy nhiên, bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) ngày phức tạp gia tăng quy mô, diễn biến tần suất ảnh hưởng nhiều đến chu trình thủy văn thơng qua thay đổi lượng mưa, lượng nước bốc hơi, mực nước biển dâng (NBD); từ làm thay đổi tốc độ bổ sung nguồn nước ngầm cho hệ thống tầng ngậm nước, gây ảnh hưởng đến trình XNM Vì vậy, tác động BĐKH đến trình thủy văn tài nguyên nước địa phương khu vực cần đẩy mạnh, quan tâm [1–5] Bà Rịa–Vũng Tàu tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Nam Bộ, năm qua tỉnh phải hứng chịu hậu tác động BĐKH, vấn đề XNM xảy nhiều khu vực ven biển lấn sâu vào nội đồng gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường, hoạt động sản xuất sinh hoạt người dân, nhiều nơi diện tích phải bỏ hoang ruộng đồng bị nhiễm mặn nghiêm trọng Mặc dù xảy nhiều thiệt hại đáng kể sản xuất nông nghiệp nguồn cung cấp nước ngọt, đánh giá định lượng dòng chảy q trình nhiễm mặn tương lai cịn nhiều hạn chế thiếu liệu quan trắc cơng cụ mơ hình để đại diện cho mạng lưới thủy lực phức tạp Do đó, làm rõ thực trạng XNM đánh giá, dự báo tương lai để hỗ trợ việc đưa Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 http://tapchikttv.vn/ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 68 định giải pháp thích ứng phù hợp cần tiến hành thực địa bàn tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu [5–10] Với mục đích nghiên cứu XNM sơng địa bàn tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu, nghiên cứu sử dụng phương pháp mơ hình tốn, cụ thể phần mềm MIKE (DHI) với module MIKE NAM tính tốn dịng chảy đến lưu lượng nhập biên lưu vực, tiểu lưu vực vào mô hình MIKE 11 mơ XNM Bên cạnh đó, kịch BĐKH NBD cho khu vực tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu tính tốn với tượng XNM, gồm kịch RCP 4.5, kịch RCP 8.5 với mực nước năm 2020, 2030, 2050 tăng so với kịch trạng Ngoài ra, phần mềm ArcGIS sử dụng để xử lý số liệu đầu vào, phân tích độ mặn cho khu vực nghiên cứu từ kết tính tốn thủy lực biểu diễn lên đồ [11– 20] Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Bà Rịa–Vũng Tàu tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ, nằm vùng trọng điểm kinh tế phía Nam Địa giới hành gồm phần đất liền hải đảo, chia thành 05 huyện (01 huyện đảo), 02 thành phố 01 thị xã Với chiều dài 16,33 km giáp thành phố Hồ Chí Minh phía Tây; 116,5 km giáp Đồng Nai phía Bắc; 29,26 km giáp Bình Thuận phía Đơng, Nam Tây Nam giáp biển Đông Chiều dài bờ biển 305,4 km với 100.000 km2 thềm lục địa Biên độ nhiệt độ ngày năm nhỏ, nhiệt độ bình quân mùa khơng chênh lệch lớn Nhiệt độ bình quân tháng dao động từ 25,5oC đến 28,9oC Lượng mưa năm nhìn chung thuộc loại nhỏ so với vùng miền Đơng Nam Bộ, trung bình năm khoảng 1.500–1.600 mm Ngồi ra, tỉnh có hệ thống sơng suối đa dạng, gồm hệ thống sơng sông Thị Vải, sông Dinh, sông Ray sông Đu Đủ Về hệ thống hồ, tỉnh có khoảng 30 hồ chứa nước quy mơ trung bình nhỏ, hồ có chức cấp nước nơng nghiệp, sinh hoạt cơng nghiệp, dịch vụ [4–5] Hình Bản đồ vị trí trạm Khí tượng Thủy văn tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 69 Bảng Danh sách trạm khí tượng thủy văn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Loại trạm Khí tượng Tên Trạm Vũng Tàu Cơn Đảo Hải văn Vũng Tàu Côn Đảo Đo mưa nhân dân Đo mưa tự động Bà Rịa Xuyên Mộc Địa danh Số 278 Nguyễn An Ninh – TP Vũng Tàu Số Nguyễn Huệ, Huyện Côn Đảo Số 278 Nguyễn An Ninh – TP Vũng Tàu Số Nguyễn Huệ, Huyện Côn Đảo Phường Phước Nguyên, Thành phố Bà Rịa Phước Bửu (Thị Trấn), Huyện Xuyên Mộc Kinh độ Vĩ độ 107°5’00” 10°22’03” 106°36’22” 08°41’02” 107°04’16” 10°20’22” 106°36’34” 08°40’51” 107°10’33” 10°32’47” 107°24'56" 10°32'49" Mỹ Xuân Mỹ Xuân, Tx Phú Mỹ 107°03’14” 10°37’21” Phước Hồ Phước Hịa, Tx Phú Mỹ 107°04’19” 10°32’33” Long Điền Trị trấn Long Điền 107°13’15” 10°29’32” Kim Long Huyện Châu Đức 107°14’39” 10°42’09” Bàu Lâm Bàu Lâm, Xuyên Mộc 107°23’20” 10°41’09” Phước Hội Phước Hội, Đất Đỏ 107°16’56” 10°27’02” Xuân Sơn Huyện Châu Đức 107°19’45” 10°38’51” 2.2 Dữ liệu tính tốn 2.2.1 Dữ liệu địa hình, mặt cắt ngang - Bản đồ địa hình tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu: miền tính thiết lập hệ tọa độ UTM 48 với 60090 phần tử 30623 nút - Dữ liệu mặt cắt: dẫn cao độ chuẩn Quốc gia xác định vị trí độ địa hình tỉ lệ 1/10.000 để làm sở xác định vị trí mặt cắt sơng sơ đồ thủy lực (lịng sơng Thị Vải, sơng Dinh, sơng Cỏ Mây, sơng Ray hệ thống kênh rạch sơng Sài Gịn–Đồng Nai) chủ yếu Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn cũ (nay Bộ Tài nguyên Môi trường) đo đạc, ngồi cịn cập nhật, bổ sung, kế thừa từ đề tài, dự án thực khu vực nghiên cứu 2.2.2 Dữ liệu khí tượng thủy văn Các liệu phục vụ trình thiết lập hiệu chỉnh–kiểm định mơ hình MIKE NAM, MIKE 11 thu thập Đài khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ năm 2017 2018, gồm: - Số liệu mưa: chuỗi giá trị thực đo trung bình theo ngày trạm Tà Lài, Xuyên Mộc, Trị An Bà Rịa - Số liệu bốc hơi: chuỗi giá trị thực đo trung bình theo ngày trạm Trị An - Số liệu lưu lượng: chuỗi giá trị thực đo trung bình theo ngày xả hồ Trị An phần lưu lượng từ sơng Bé sơng Sài Gịn để tính toán lưu lượng đến lưu lượng nhập bên cho lưu vực nghiên cứu - Số liệu mực nước: Chuỗi giá trị thực đo theo trạm thủy văn Phú An Trạm hải văn Bà Rịa–Vũng Tàu Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 70 2.3 Thiết lập mơ hình 2.3.1 Mơ hình tính tốn dịng chảy từ mưa (MIKE NAM) Để tính tốn dịng chảy đến tiểu lưu vực lưu lượng nhập bên cho nhánh sông làm biên đầu vào mô hình MIKE 11, liệu thiết lập mơ hình NAM gồm: - Các lưu vực sông phân định thành tiểu lưu vực theo hệ thống hồ chứa thủy lợi trạm đo lưu lượng (Hình 2) Các lưu vực xác định ranh giới sở liệu cao độ số (DEM 12,5×12,5 m) - Sử dụng số liệu mưa trạm Tà Lài, Xuyên Mộc, Trị An Bà Rịa; số liệu bốc lưu lượng hồ Trị An Trọng số mưa cho tiểu lưu vực tính đa giác Thiesen Hình Kết phân chia lưu vực tiểu lưu vực sông vùng nghiên cứu MIKE NAM 2.3.2 Mơ hình MIKE 11 HD AD - Mạng lưới sơng: số hóa phần mềm ArcGis 10.1 đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000, sau nhập vào mơ hình MIKE 11 Các mặt cắt mạng lưới sông nối với mã liên kết; gồm 273 mặt cắt toàn hệ thống sông Dinh, sông Ray, sông Thị Vải, sông Cỏ Mây số nhánh nhỏ khác (Hình 3) Ngồi ra, sơng Thị Vải cịn kết nối với hệ thống sơng Sài Gịn–Đồng Nai để hiệu chỉnh, kiểm định mạng liệu lớn (Hình 4) - Dữ liệu tính toán thủy văn gồm: + Biên thượng nguồn: Lưu lượng nhập biên vào sông Dinh, sông Ray, sông Thị Vải sông Cỏ Mây, sinh từ mưa đến tiểu lưu vực sau hiệu chỉnh MIKE NAM, kết nối vào mơ hình MIKE 11 làm lưu lượng nhập biên cho mơ hình thủy lực + Biên hạ nguồn: Mực nước trạm hải văn Vũng Tàu - Số liệu tính tốn lan truyền mặn: mức độ truyền tải khuếch tán 2–500, độ mặn biên thượng nguồn PSU, biên hạ nguồn 25–28 PSU Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 71 - Q trình thiết lập mơ hình mơ nguy XNM sơng chảy qua tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu thể Hình Hình Sơ đồ mặt cắt thủy lực hệ thống sơng tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu Hình Kết nối nhập biên mơ hình mưa–dịng chảy vào mơ hình thủy lực MIKE 11 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 72 Hình Quy trình thiết lập mơ hình MIKE mơ xâm nhập mặn 2.4 Các kịch tính tốn Các kịch BĐKH NBD cho khu vực tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu tính tốn theo hướng dẫn IPCC báo cáo AR5 phần mềm Mike Zero Climate Change, kịch áp dụng để tính tốn sau: + Kịch RCP 4.5: Lượng mưa mùa khô theo kịch BĐKH vào năm 2025 biến đổi 16,5%, năm 2030 biến đổi 16,5%, tiếp tục biến đổi dương 5,2% vào năm 2050 so với thời kỳ (1986–2005) Nhiệt độ vào năm 2025 biến đổi 0,8oC, năm 2030 tăng 0,8oC, năm 2050 tăng 1,3oC Mực nước năm 2025, 2030, 2050 tăng tương ứng 10 cm, 12 cm, 21 cm so với giai đoạn (1986–2005) + Kịch RCP 8.5: Lượng mưa giai đoạn đầu kỷ vào năm 2025 biến đổi dương 8,7%, năm 2030 biến đổi 8,7%, đến năm 2050 lượng mưa biến đổi 7,3% Nhiệt độ tăng 0,8oC vào năm 2025, năm 2030 tăng 0,8oC vào năm 2050 tăng 1,8oC Mực nước năm 2020, 2030, 2050 tăng tương ứng 10 cm, 12 cm, 25 cm so với giai đoạn (1986–2005) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 73 Kết thảo luận 3.1 Kết hiệu chỉnh kiểm định mô mưa dịng chảy NAM Mơ hình hiệu chỉnh dựa vào lưu lượng thực đo trạm Trị An từ 01/01/2017 đến 31/12/2017 Đánh giá mức độ tin cậy mơ hình theo hệ số tương quan R cho thấy mức độ phù hợp giá trị thực đo so với giá trị mô 0,801 (đạt loại tốt) Đường q trình lưu lượng tính từ mưa phù hợp với đường q trình dịng chảy thực đo (Hình 5) Qua dùng thơng số mơ hình để hồn ngun dịng chảy q khứ đánh giá chế độ dịng chảy, lượng nước đến khu vực nghiên cứu phục vụ tính tốn thủy lực, tính tốn kịch biến đổi khí hậu tương lai Hình Hiệu chỉnh lưu lượng trạm Trị An năm 2017 Hình Hiệu chỉnh mực nước trạm Trị An năm 2017 3.2 Kết hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE 11 - Sử dụng số liệu trạm Phú An từ ngày 29/3/2017 đến ngày 31/3/2017 cho trình hiệu chỉnh từ ngày 1/3/2018 đến ngày 31/3/2018 cho q trình kiểm định - Bước thời gian tính toán thủy lực: Δt = phút - Điều kiện ban đầu: mực nước H = 1.0 m, lưu lượng Q = m 3/s - Hệ số Manning’s M: thay đổi theo độ sâu từ 20–60 (m1/3/s) phụ thuộc đoạn sông ... văn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Loại trạm Khí tượng Tên Trạm Vũng Tàu Côn Đảo Hải văn Vũng Tàu Côn Đảo Đo mưa nhân dân Đo mưa tự động Bà Rịa Xuyên Mộc Địa danh Số 278 Nguyễn An Ninh – TP Vũng Tàu. .. chảy qua tỉnh Bà Rịa? ? ?Vũng Tàu thể Hình Hình Sơ đồ mặt cắt thủy lực hệ thống sơng tỉnh Bà Rịa? ? ?Vũng Tàu Hình Kết nối nhập biên mơ hình mưa–dịng chảy vào mơ hình thủy lực MIKE 11 Tạp chí Khí tượng...Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 728, 67-79; doi:10.36335/VNJHM.2021(728).67-79 68 định giải pháp thích ứng phù hợp cần tiến hành thực địa bàn tỉnh Bà Rịa? ? ?Vũng Tàu [ 5–1 0] Với mục đích