Ứng dụng mô hình thủy động lực 2 chiều mô phỏng xâm nhập mặn tại sông tiền và sông hậu thuộc đồng bằng sông cửu long

TỔNG QUAN VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ KHU VỰCNGHIÊNCỨU

Tổng quan xâm nhập mặn ở các vùng châu thổ lớn vàViệtNam

1.1.1 Khái niệm về xâm nhậpmặn

Xâm nhập mặnhaynhiễm mặn là quá trình tích tụ quá nhiều muối hoà tan (chủ yếu là NaCl)trongđấthoặctrongnước,gâyảnhhưởngtớikhảnăngcanhtáccủađấtcũngnhư ảnhhưởngtớicácquátrìnhkhaithác,sửdụngđấtvànướcchocáchoạtđộngsinhhoạt, sảnxuất.

Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển xâm nhập vào vùng nước ngọt của lòng sông hoặc các tầng chứa nước ngọt dưới đất Hiện tượng này diễn ra phổ biến tại các vùng cửa sông – nơi tiếp giáp với biển Vào mùa kiệt, lượng nước ngọt từ sông đổ ra biển giảm thấp, nước biển lấn sâu vào trong lục địa và làm cho nước sông bị nhiễm mặn, độ mặn sẽ giảm dần theo hướng vào đất liền [4][5].

TheoTrungtâmphòngtránhvàgiảmnhẹthiêntai,BộNôngnghiệpvàPháttriểnNông thôn: Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn có nồng độ mặn bằng 4‰ xâm nhập sâu vàonộiđồngkhixảyratriềucường,nướcbiểndânghoặckhicạnkiệtnguồnnướcngọt [6].

Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn tới xâm nhập mặn, như: (i) sự bất cân bằng trong quá trình phát triển tự nhiên của đất, (ii) khai thác quá mức nguồn nước ngầm ven biển khiến xâm nhập mặn từ nước biển vào các mạch nước ngầm, (iii) ảnh hưởng của các quá trình nhân tạo, hoạt động khai thác sử dụng nước cho các hệ thống thuỷ lợi, thủy nông cũng như sử dụng phân bón hóa học, (iv) xâm lấn mặn trên các vùng hạ lưu, cửa sông do suy giảm dòng chảy mùa kiệt Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn này, xâm nhập mặn chỉ được xem xét dưới góc độ xâm lấn mặn trên các vùng hạ lưu, cửa sôngdosuygiảmdòngchảytrongmùakiệtcùngvớicáctácđộngcộnghưởngcủanước biển dâng do ảnh hưởng của biến đổi khíhậu.

1.1.2 Tổngquan xâm nhập mặn trên thếgiới

Nghiên cứu và mô phỏng lan truyền mặn cũng như xác định ranh giới mặn trong các vùng châu thổ sử dụng phương pháp mô hình toán đã được nhiều nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm cách đây khoảng 40-50 năm Các mô hìnhtoánmôphỏngxâmnhậpmặnđầutiênthườnglàcácmôhìnhmộtchiều.Điểnhình trong số đó có thể kể đến mô hình mặn 1 chiều do Ippen và Harleman [7] xây dựng và phát triển Giả thiết cơ bản của các mô hình một chiều này là các đặc trưng dòng chảy vàđộmặnlàđồngnhấttrêntoànbộmặtcắtngang.Mặcdùđiềunàykhóthỏamãntrong thực tế Tuy nhiên, ưu thế đặc biệt của các mô hình một chiều là yêu cầu dữ liệu vừa phảivàkhôngquáchitiết.Dođó,cácmôhìnhmộtchiềuvẫnđượcsửdụngđểmôphỏng lan truyền mặn trong nhiều ứng dụng và tính toán thựctế.

Cácphươngphápcơbảnđượcthựchiệnbaogồm:Thựcnghiệmvàmôphỏngquátrình bằng các mô hình toán Mô hình vật lý mô tả quá trình thủy lực theo tỷ lệ thu nhỏ và trong phòng thí nghiệm Để có mô hình này cần phải có thời gian, kinh phí, địa điểm xây dựng mô hình Loại mô hình này thường ít linh hoạt và tốn kinh phí đầu tưlớn.

Mô hình toán học, nhờ tính linh hoạt, thích ứng cho nhiều bài toán với kịch bản khác nhau, khối lượng lời giải lớn trong điều kiện và thời gian khác nhau Đặc biệt thíchhợp cho bài toán qui hoạch và thiết kế Với sự phát triển của công nghệ thông tin như hiện nay, mô hình toán học thực sự là công cụ đắc lực cho các nhà nghiêncứu.

Quá trình thủy lực: Xử lý phương trình bảo toàn chất lỏng và phương trình bảo toàn động lượng.

Quá trình lan truyền chất: Xử lý quá trình bảo toàn chất lan truyền mặn khi đã biết các đặc trưng thủy lực của dòng chảy.

Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phương trình 3 chiều để diễn toán quá trình xâm nhập mặn nhưng nhiều thông số không xác định được được [8] Hơn nữa mô hình 3 chiềuyêucầulượngtínhtoánlớn,yêucầusốliệuquáchitiếttrongkhikiểmnghiệmnó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tương ứng Vì vậy các nhà nghiên cứu buộc phải giải quyết bằng cách trung bình hoá theo 2 chiều hoặc 1 chiều Trong các mô hình toánmột,hai,vàbachiềunóichung,môhìnhmộtchiềucónhiềuưuthếtrongviệcgiải cácbàitoánphụcvụyêucầuthựctếtốthơn[9].Cácnhàkhoahọccũngthốngnhấtnhận định rằng, các mô hình một chiều thường hữu hiệu hơn các mô hình sông đơn và mô hình hai chiều Chúng có thể áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp gồm nhiều sông, kênh nối với nhau với cấu trúc bấtkỳ.

Năm 2017, nghiên cứu “Ứng dụng mô hình số thể tích hữu hạn 3D không có cấu trúc cho các dòng chảy và động lực độ mặn ở đồng bằng Vịnh San Francisco” đã sử dụng mô hình Lưới linh hoạt Delft3D được sử dụng trong nỗ lực này cho động lực học thủy động lực học 3D để mô phỏng độ mặn, nhiệt độ và trầm tích và chất lượng nước cũng như liên kết với mô hình phù hợp với môi trường sống, các động thái thủy triều, theo mùa và hàng năm của mực nước, dòng chảy của sông và độ mặn trong các điều kiện môi trường và cơ sở hạ tầng trong quá khứ Kết quả mô hình đã được định lượng bằng cách sử dụng một số thước đo đánh giá mô hình và được trực quan hóa thông qua các sơ đồ mục tiêu Các số liệu này chỉ ra rằng mô hình đã ước tính chính xác mực nước, dòng chảy và độ mặn qua các điều kiện thủy triều và phù sa trên diện rộng, và mô hình cóthểđượcsửdụngđểđiềutralưuthôngchitiếtvàcácmôhìnhđộmặntrênkhắpvùng cửa sông ven biển[1].

Nhóm tác giá Maleki Tirabadi và cộng sự đã sử dụng mô đun mặn của mô hình SWAT để phát triển mô hình mô phỏng quá trình mặn tự nhiên trong môi trường làm đầu vào cho các hệ thống đầu nguồn [10].

Năm2013,nhómtácgiảtrườngđạihọcMansutrađãtiếnhànhmôphỏngquátrìnhthuỷ độnglựchọcvàquátrìnhxâmnhậpmặncủahồEl-BurullusthuộcđồngbằngsôngNile phía Bắc Ai Cập bằng mô hình Delft3D Kết qủa mô phỏng đã đưa ra được nồng độ muốitrongtừngthờikỳ,vàtừđóchỉrađượcnguyênnhângâymặnhồvàcácgiảipháp giảm thiểu[11].

Năm 2012, nghiên cứu “Mô phỏng và phân tích số lượng độ dài xâm nhập của nước mặn ở đồng bằng sông Châu Giang, Trung Quốc” đã sử dụng mô hình một chiều với 328điểmtiếpcậnvà5108mặtcắtngang,vàbướcthờigianlà300giâyđốivớimôhình thủy động lực học và 30 giây đối với mô hình độ mặn trên cơ sở điều kiện Courant – Friedrichs – Lewy. Các kết quả ước tính phù hợp hợp lý với dữ liệu quan sát, cho thấy rằngmôhìnhđủmạnhđểmôphỏngchuyểnđộngcủadòngchảyvàđộmặntrongmạng lướisôngChâuGiang.Đườngđẳngmặn0,5phầnnghìnmôphỏngtrongmạnglướisông Châu Giang hiển thị hình dạng tương tự như chữ “S” và nghiêng về bên phải, cho thấy chiềudàixâmnhậpmặntốiđaxảyratạicửaxảHumen.Năm2005,chiềudàixâmnhập mặnxâmnhậpxathượngnguồnvớichiềudàitrungbình32,4kmtínhtừtámcửaxả, gần gấp hai lần so với năm 2001 Bốn dòng chảy thượng nguồn đại diện cũng được mô phỏng để có được kiến thức định lượng về phản ứng của xâm nhập mặn đối với phóng điện Cuối cùng, dữ liệu lịch sử đã được thu thập để so sánh tình hình xâm nhập mặn của các mạng lưới sông trong những năm 1960 và 2005[1].

Nghiêncứu“Môhìnhthủyđộnglựchọc1D–3DđượckếthợpvớiứngdụngchoĐồng bằng sông Châu Giang” đã ứng dụng kết hợp hệ thống mô hình thủy động lực học 3D cho vùng nước ven biển (Delft3D) với hệ thống mô hình hóa 1D cho thủy lực sông (SOBEK) trực tuyến cho vùng nước ven biển Châu Giang Hệ thống 1D – 3D kết hợp được sử dụng để lập mô hình các dòng chảy ở Đồng bằng sông Châu Giang (Quảng Đông, Trung Quốc), được xác định bởi sự tương tác của mạng lưới thượng nguồn sông ChâuGiangvàvùngnướcmởcủaBiểnĐông.Mạnglướisôngởthượngnguồnrấtphức tạpđượcmôhìnhhóatrong1D, môphỏnglưulượngsôngchocác thờikỳgiómùakhô và ẩm ướt.

Mô hình ven biển 3D mô phỏng dòng chảy do lực ép thủy triều tuần hoàn bên ngoài (đại dương), sự phân bố độ mặn cho cả mùa khô và mùa mưa, cũng nhưmực nước dư (dị thường mực nước biển) bắt nguồn từ Biển Đông Kết quả hiệu chỉnh kiểm định dựa trên các phép đo thực địa, dẫn đến sai số bình phương trung bình căn bậc hai (RMS) dưới 6% đối với mực nước trên toàn bộ Đồng bằng sông Châu Giang [14,p.].

Xâm nhập mặn trên thế giới đã được nghiên cứu từ rất lâu Xâm nhập mặn trong nước ngầm và nước tưới tiêu ảnh hưởng đến khoảng 16% diện tích nông nghiệp của Úc và 67%diệntíchđấtcókhảnăngbịnhiễmmặntheomùadonướctướibịnhiễmmặn[15].

Xâm nhập mặn gia tăng gây ảnh hưởng đến nguồn cấp nước ngọt ở đông bắc Hoa Kỳ. Nghiên cứu của nhóm tác giả đã chỉ ra rằng nồng độ Clorua trong suối Marylan, New YorkvàNewHampshirecaogấp25%nồngđộtrongnướcbiểnvàcaohơnkhoảng100 lầnsovớicácdòngsuốitrongrừngkhôngbịxâmnhậpmặn.Nghiêncứuchỉrarằngnếu độ mặn tiếp tục tăng với tốc độ như vậy thì nhiều vùng nước mặt sẽ không thể sử dụng cho mục đích tưới tiêu và sinh hoạt[16].

1.1.3 Tổngquan xâm nhập mặn tại Việt Nam

Công tác nghiên cứu, tính toán xâm nhập mặn ở Việt nam bắt đầu khá sớm, từ những năm1960khitiếnhànhquantrắcđộmặnởhaivùngđồngbằngsôngHồngvàsôngCửu

Long.Tiênkhởilàcáccôngtrìnhnghiêncứu,tínhtoáncủaUỷhộisôngMêCông(1973) về xác định ranh giới xâm nhập mặn theo phương pháp thống kê trong hệ thống kênh rạch thuộc 9 cửa sông vùng Đồng bằng sông CửuLong.

Hiện nay, nhiều báo cáo, bài báo của các tác giả thuộc Viện khoa học, Viện thủy văn, Cáctrườngđạihọcchuyênngành,cáctrungtâmchuyênngành,vàrấtnhiềucácnghiên cứu của các luận văn Thạc sĩ, Nghiên cứu sinh, dưới các hình thức công bố khác nhau đã xây dựng các bản đồ xâm nhập mặn từ số liệu cập nhật và xem xét nhiều khía cạnh tác động ảnh hưởng như: nhân tố địa hình, khí tượng thủy văn, nhân tố sóng, gió, vận hành hồ chứa thượng lưu và tác động các hoạt động kinh tế đến xâmnhập

Dựa vào số liệu thực đo và các kết quả tính toán mô phỏng về xâm nhập mặn trên mô hình toán thuỷ lực lan truyền chất 1-2 chiều MIKE11 và MIKE 21 HD-AD,nhóm tác giả đã đưa ra phân tích và phân cấp độ tác động của từng yếu tố ảnh hưởng đến diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ du sông Hồng-Thái Bình [17].

Tổng quan vềvùng ĐBCSL

1.2.1 Vị trí địa lý ĐBCSL (ĐBSCL) là một bộ phận của châu thổ sông Mekong, có vị trí nằm liền kề với vùngĐôngNamBộ,phíaBắcgiápCampuchia,phíaTây-NamlàvịnhTháiLanvàphía Đông-Nam là biểnĐông. ĐBSCL bao gồm 13 tỉnh/thành là Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Bến Tre, Đồng Tháp, Trà Vinh, Cần Thơ, Hậu Giang, Bạc Liêu, Sóc Trăng, An Giang, Kiên Giang và CàMau,vớidiệntíchđấtliền39.712km2(chiếm12,1%diệntíchcảnước),cóhảiphận rộngtrên360nghìnkm2,dânsố(theoĐiềutradânsốtháng4/2009)là17,2triệungười (bằng 21% dân số cả nước), mật độ 429 người/km2, trong đó có khoảng 1,3 triệungười dântộcKhmersốngtậptrungởcáctỉnhTràVinh,SócTrăng,VĩnhLong,AnGiangvà KiênGiang. ĐBSCL có đặc điểm tự nhiên nổi bật ít có trên thế giới với gần một nửa diện tích bị ngập lũ từ 3-4 tháng mỗi năm, là hạn chế lớn đối với canh tác nông nghiệp, gây nhiều khókhănchocuộcsốngcủadâncư,songcũngđemlạinhiềuíchlợinhưgiatăngnguồn thuỷ sản tự nhiên, bổ sung phù sa cho đồng ruộng, vệ sinh làm sạch môi trường, thau chua, rửa mặn, bổ cập nguồn nướcngầm.

Hình 1.1: Khu vực nghiên cứu và vị trí các trạm thủy văn

Theo tài liệu bình đồ cấy điểm 1/25.000 do Bộ Thủy lợi (cũ) lập năm 1984, ĐBSCL có địa hình bằng phẳng, phần lớn có cao độ trung bình từ 0,7-1,2 m, ngoại trừ một số đồi núi cao ở phía Bắc đồng bằng thuộc tỉnh An Giang Dọc theo biên giới Campuchia có địa hình cao hơn cả, cao trình từ 2,0-4,0 m, sau đó thấp dần vào đến trung tâm đồng bằng ở cao trình 1,0-1,5 m, và chỉ còn 0,3-0,7 m ở khu vực giáp triều, ven biển. ỞvùngTảsôngTiền,dophùsasôngTiềnbồiđắpđãhìnhthànhnênđịahìnhdạnglòng mángtrũngcóhướngdốctừTây-BắcxuốngĐông-Nam.VùnggiữahaisôngTiền-Hậu, phùsasôngcũngbồiđắphìnhthànhnênhaidãybờsôngcaorồithấpdầnvàonộiđồng, tạo thành lòng máng trũng ở giữa Vùng Hữu sông Hậu (HSH) nhìn chung có hướng dốc Đông-Tây, từ phía sông Hậu thấp dần về phía biểnTây.

Ven bờ biển thường do hoạt động của hải lưu, gió và phù sa sông, tạo thành các giồng cát cao ven biển có hình cung lồi ra phía biển, nằm xen kẽ các vùng trũng thấp ngập triều Vùng Bắc Đông-Bo Bo, hạ lưu vực sông Cái Lớn-Cái Bé và U Minh Thượng, U MinhHạlànhữngvùngđấtthấphơncả,vớicaođộtừ0,3-0,7m,luônngậpdotriềucao, nước mưa nội đồng và nước lũ thượng nguồn.

Vùng ĐBSCL được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua nhữngkỷnguyên do thay đổi mực nước biển, qua từng giai đoạn hình thành nên những giồng cát chạydọctheobờbiển.Nhữnghoạtđộnghỗnhợpcủasôngvàbiểnđãhìnhthànhnhững dảiđấtphùsaphìnhiêuvensôngvàmộtsốgiồngcátvenbờbiển,nhữngvùngđấtphèn trên trầm tích đầm lầy mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM), Tứ giác Hà Tiên (TGHT), Tây- Nam sông Hậu và Bán đảo Cà Mau (BĐCM) ĐTM được xem là một vùng lụt kín, với khả năng thoát nhỏ hơn khả năng trữ, nên lượng lũ được giữ lại trongnộiđồngkhálớnvớithờigiantươngđốidài.Thêmvàođó,doảnhhưởngtriềutừ 2 hướng sông Tiền và Vàm Cỏ Tây, nên hình thành một vùng giáp nước khá rộng, khả năngluânchuyểnvàtảinướcquagiáptriềuhạnchế.VùngTứgiácLongXuyên(TGLX) là đồng lụt hở, nên mức độ ngập và thời gian ngập ít hơn Do triều biển Tây có biên độ và đỉnh triều thấp, nên vùng giáp nước với triều từ sông Hậutuycũng được hình thành nhưng hẹp hơn và lệch hẳn về phía biển Tây Trong khoảng hơn 100 năm trở lại đây, đặc biệt trong 30 năm gần đây, do phát triển hệ thống kênh mương các cấp cùng với hệ thốngbờ ba o, đ êba o k i ể m soát lũ, hệ th ốn g đ ê ven sô ng và venbi ển, nên địa m ạ o ĐBSCLđãcónhiềuthayđổitheohướngmùakiệtnướcsôngvàonhiềuvàsâuhơntrong nội đồng nhưng mùa lũ ngày càng chảy vào íthơn.

Vì có nhiều quan điểm khác nhau về cách phân loại đất, đặc biệt là đất phèn, nên hiện nay có 3 nguồn tài liệu khác nhau về thổ nhưỡng Luận văn sử dụng nguồn tài liệu của Phân Viện QH&TKNN, được phân loại theo tiêu chuẩn của FAO, có tham khảo các hệ thống phân loại của Mỹ (USDA) Theo sự phân loại này, vùng ĐBSCL có 8 nhóm đất chính là (i) đất phù sa, (ii) đất phèn, (iii) đất đầm lầy và than bùn, (iv) đất giồng cát,(v) đất mặn, (vi) đất xám, (vii) đất đỏ vàng và (viii) đất xóimòn. ĐBSCL có tiềm năng lớn về phát triển nông nghiệp, thuỷ sản và cây ăn trái do có hệ thống đất đai rộng lớn và rất phù hợp với nhu cầu phát triển nông nghiệp-thuỷ sản.

Tuynhiên,donhữngràngbuộccủađiềukiệntựnhiên,đấtđaiĐBSCLđượcchiathành các vùng lớn với những hạn chế chính gồm vùng ngập lũ khoảng 1,5 triệu ha, vùng bị xâmnhậpmặnkhoảng1,8triệuha,vùngbịchuaphènkhoảng1,2triệuhavàvùngthuận lợivềnguồnnướckhoảngtrên1,0triệuha,trongđócómộtsốvùngvừabịngậplũ,vừa bị chua phèn, hoặc vừa bị chua phèn, vừa bị xâm nhậpmặn.

Hiện trạng sử dụng đất 2008 vùng ĐBSCL cho thấy diện tích đất sản xuất nông nghiệp là2,550triệuha,chiếm64,2%tổngdiệntíchtựnhiên(trongđóđấttrồngcâyhàngnăm

70%,đấttrồngcâylâunăm14%vàđấtnuôitrồngthủysản13,3%).Đấtlâmnghiệp 331.480 ha, chiếm 8,12% tổng diện tích tự nhiên, trong đó 2/3 diện tích là rừng trồng (chủ yếu là tràm và bạch đàn), rừng tự nhiên còn gần 104.000 ha (gồm rừng phòng hộ ven biển, rừng ngập mặn tập trung, đước, mắm… có nhiều ở Nam Cà Mau, U Minh Thượng, vườn Quốc gia Tràm Chim…) Đất chưa sử dụng đến năm 2008 còn 36.000 ha,gồmđấtđồinúi(632ha)vàđấtbằngchưasửdụng(hơn34.000ha)nằmrảiráctrong đất canh tác nông nghiệp, lâm nghiệp có hầu hết ở các tỉnh, song có nhiều ở An Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau và Kiên Giang [31].

1.2.4 Đặc điểm thời tiết khíhậu a Đặc điểm khíhậu

KhíhậuĐBSCLmangtínhchấtkhíhậugiómùacậnxíchđạo:Mộtnềnnhiệtđộvàbức xạ ổn định,

Có hai mùa gió chủ yếu là gió mùa Tây-Nam và gió mùaĐông-Bắc.

Hoàn lưu khí quyển trong gió mùa Đông-Bắc dưới tác động của các trung tâm tácđộng khíquyểnởlớpbiênkhíquyển(trungbìnhđến1.500 m)baogồmtrungtâmápcaoXi- bê- ri,vàtrungtâmápthấpchâuÚc,tạonêndòngkhôngkhí,xuấtpháttừTTACXi-bê- ri đến vùng hút gió của TTAT châu Úc, khống chế trên ĐBSCL Dòng không khí này có hướng từ Đông Bắc mà ta gọi là gió mùa Đông bắc Mùa gió này thường bắt đầu từ tháng IX năm trước đến hết tháng IV năm sau Do cơ chế giáng động không khí của Hoàn lưu khí quyển (HLKQ), gió mùa Đông-Bắc nên ở ĐBSCL hình thành một mùa khô kiệt rõrệt.

HoànlưukhíquyểntronggiómùaTây-Namcóhìnhảnhhoàntoànngượclạisovớigió mùa Đông- Bắc, dòng không khí xuất phát từ vùng thoát gió của TTAC châu Úc đến trung tâm áp thấp hút gió châu Á qua ĐBSCL tạo nên gió mùa Tây-Nam bắt đầu từ tháng V, kết thúc vào tháng IX đầu thángX. b Đặc điểm bức xạ vànắng:

Những đặc điểm về độ cao mặt trời và độ dài ban ngày như trên đã tạo nên ở ĐBSCL một chế độ bức xạ dồi dào và ổn định Tổng lượng bức xạ dao động trong khoảng từ 370-490 cal/cm2ngày hay 10,2-15,4 kcal/cm2tháng và 144-154 kcal/cm2năm Cán cân bức xạ khoảng từ 4,5-9,7 kcal/cm2tháng, từ 80/100 kcal/cm2năm. c Đặc điểm nhiệt độ khôngkhí

Dưới tác động của nguồn năng lượng bức xạ phong phú và ít biến động, hoàn cảnh địa lý,hoạtđộngcủacáchoànlưukhíquyểnchâuÁvàĐông-NamÁ,ởĐBSCLcóchếđộ nhiệt độ cao và ổn định Nhiệt độ không khí khá cao, trung bình ngày trongcảnăm ở ĐBSCLđạtkhoảng27 o C,tổngnhiệtđộtrungbìnhcủacảnămlà9.843 o C,ổnđịnhkhông những trong từng năm mà cả nhiều năm Biên độ nhiệt độ trung bình năm ở khu vực dao động trong khoảng 2-

3 o C và sự dao động cùng thời gian giữa các năm cũng chỉ khoảng 2-3 o C Biên độ nhiệt độ lớn nhất trong năm (hiệu số nhiệt độ trung bình của thángcótrịsốlớnnhấtsovớithángcótrịsốthấpnhất)chỉlệchnhaucó3,4 o C.Chitiết:

Bảng 1.1: Nhiệt độ không khí trung bình ( o C) [31]

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Nă m

Cần Thơ 25,3 25,8 27,1 28,3 27,8 27,1 26,8 26,6 26,5 26,6 26,4 25,2 26,6 Cao Lãnh 25,4 25,9 27,4 28,7 28,2 27,5 27,2 27,1 27,3 27,2 26,7 25,5 27,0 Châu đốc 25,5 25,9 27,0 28,4 27,9 27,4 27,3 27,3 27,2 27,2 26,9 25,7 27,0 Mộc Hóa 25,9 26,2 27,3 28,7 28,4 27,6 27,3 27,3 27,6 27,6 27,1 26,0 27,3

Cà Mau 25,1 25,8 26,8 27,9 27,7 27,3 27,1 27,0 26,9 26,7 26,3 25,5 26,7 Rạch Giá 26,0 27,0 28,2 29,0 28,9 28,2 28,1 27,8 27,8 27,7 27,1 25,9 27,6 d Đặc điểm mưa

Ngược với sự ổn định và điều hòa của nhiệt độ và bức xạ, mưa là một trong những yếu tốkhíhậucósựbiếnđộngmạnhmẽnhấttheothờigianvàkhônggian.Mưalàtàinguyên nước mặt rất quan trọng của ĐBSCL Phân bố lượng mưa theo thời gian và không gian liên quan trực tiếp đến cân bằng và sử dụng nguồn nước phục vụ chiến lược phát triển bền vững nguồn nướcĐBSCL. Ở ĐBSCL, các trạm mưa được bố trí khá đều khắp song số năm quan trắc lại không đồng bộ Hàng năm ĐBSCL có hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng V-XI và mùa khô từ tháng XII-IV ĐBSCL có lượng mưa năm phong phú và không biến động nhiều.

Tổng lượng mưa năm ở ĐBSCL ứng tần suất 75% thường đạt từ 1.200-1.400 mm trở lên Nơi có lượng mưa ứng với suất bảo đảm 75% lớn nhất là vùng Cà Mau-Rạch Giá đạt từ 1.800-2.000 mm trở lên, từ 1.300 mm trở lên chỉ có khoảng 30% số trạm và có nơi như Gò Công chỉ đạt từ 900-1.000 mm.

Số ngày mưa trung bình năm ở ĐBSCL là trên 120 ngày Khu vực phía Tây có số ngày mưalớnhơn(160-168ngày)vàgiảmdầnvàotrungtâm(100-120ngày),sauđótăngtrở lại ở phía Đông (130-145ngày).

Bảng 1.2: Tổng lượng mưa trung bình (mm) [31]

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Châu Đốc 9,0 1,0 24,0 81,0 174,0 119,0 124,0 159,0 176,0 281,0 162,0 48,0 1360Cao Lãnh 10,0 5,0 10,0 45,0 168,0 139,0 157,0 166,0 247,0 258,0 129,0 22,0 1356Bến Tre 3,0 1,0 4,0 23,0 185,0 207,0 176,0 199,0 223,0 298,0 100,0 32,0 1448

Mỹ Tho 4,0 1,0 4,0 33,0 152,0 188,0 165,0 195,0 214,0 364,0 102,0 28,0 1349 Tân An 3,0 4,0 8,0 33,0 165,0 199,0 191,0 204,0 254,0 274,0 152,0 27,0 1512 Mộc Hóa 13,0 4,0 14,0 48,0 188,0 177,0 181,0 168,0 269,0 312,0 150,0 40,0 1564 Sóc Trăng 8,0 2,3 13,1 65,3 225,7 257,9 247,8 265,8 272,4 293,0 166,0 41,8 1859 Bạc Liêu 11,4 1,9 4,4 41,3 189,0 232,0 236,5 244,3 266,5 280,1 153,1 51,9 1712

Cà Mau 16,0 8,3 34,3 100,4 276,2 322,5 322,6 348,6 347,5 325,8 181,9 81,6 2366 Rạch Giá 11,0 6,7 36,0 97,8 227.8 260,6 299.2 329,8 299,7 271,8 171,8 44,7 2057 Ở những vùng xa nguồn nước ngọt sông Mekong và các biện pháp công trình dẫnnước rấtkhóthựchiệnnhưNamCàMau,UMinhThượngvàUMinhHạthìlợidụngv à kéo dài thời gian mùa mưa và lượng mưa lớn là rất quan trọng và có ý nghĩa trong SXNN Nếu lợi dụng những đặc tính của mùa mưa kết hợp với các biện pháp trữ, giữ hiệu quả, có thể kéo dài thời gian nước ngọt đủ để canh tác hai vụ trong năm khá ổnđịnh.

1.2.5 Đặc điểm thủy văn tài nguyênnước a Đặc điểm thuỷ văn

Hiện trạng xâm nhập mặn ởvùng ĐBSCL

Do vị trí địa lý, ĐBSCL ảnh hưởng mặn cả từ Biển Đông và Biển Tây Đặc biệt trong mùakiệt,khilưulượngthượnglưuvềgiảm,thủytriềuảnhhưởngmạnhlênthượnglưu và vào hệ thống sông/kênh nội đồng, dẫn theo nước mặn xâm nhập sâu cả trên sông và nội đồng. Theo thống kê, có trên 50% diện tích ĐBSCL (39.330 km2) bị nhiễm mặn, gồm địa phận các tỉnh: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang[32][33].

Hiện tượng xâm nhập mặn vùng cửa sông Cửu Long từ đầu mùa khô đến đầu tháng 3 năm 2016, độ mặn xuất hiện lớn nhất so với cùng kỳ năm 2015 tăng từ 1,5 - 8,2 g/l.

Diễnbiếnđộmặnlớnnhấtđếnngày4/3/2016sovớicùngkỳnăm2015tại mộtsốtrạm chính thuộc vùng cửa sông Cửu Long như sau(Hình1.4):

- Tại Vàm Kênh, trên sông Cửa Tiều: Độ mặn lớn nhất đạt 23 g/l (ngày 24/2/2016) so với cùng kỳ năm 2015 (19,8 g/l) tăng 3,2g/l.

- Tại Vàm Giồng, trên sông Cửa Tiểu: Độ mặn lớn nhất đạt 10g/l (ngày 24/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (8,5 g/l) tăng 1,5g/l.

- Tại Xuân Hòa, trên sông Cửa Tiểu: Độ mặn lớn nhất đạt 4,5 g/l (ngày 8/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (3g/l) tăng 1,5g/l.

- Tại Bình Đại, trên sông Cửa Đại: Độ mặn lớn nhất đạt 27 g/l (ngày 8/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (24 g/l) tăng 3g/l.

- Tại Lộc Thuận, trên sông Hàm Luông: Độ mặn lớn nhất đạt 31,3 g/l (ngày28/2/2016) so với cùngkỳnăm 2015 (28,6 g/l) tăng 2,9g/l.

- Tại Sơn Đốc, trên sông Hàm Luông: Độ mặn lớn nhất đạt 22,3 g/l (ngày 28/2/2016); so với cùngkỳnăm 2015 (14,1 g/l) tăng 8,2g/l.

- TạiMỹHóa,trênsôngHàmLuông:Độmặnlớnnhấtđạt10,6g/l(Ngày8/2/2016);so với cùng kỳ năm 2015 (5 g/l) tăng 5,6g/l.

- TạiHưngMỹ,trênsôngCổChiên:Độmặnlớnnhấtđạt19g/l(ngày9/2/2016);sovới cùng kỳ năm

- Tại Trà Vinh, trên sông Cổ Chiên: Độ mặn lớn nhất đạt 14,6 g/l (ngày 8/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (11,1 g/l) tăng 4,6g/l.

- Tại Láng Thé, trên sông Cổ Chiên: Độ mặn lớn nhất đạt 12,4 g/l (ngày 7/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (7,8 g/l) tăng 4,6g/l.

- TạiTràKha,trênsôngHậu:Độmặnlớnnhấtđạt20,5g/l(ngày8/2/2016),sovớicùng kỳ năm 2015 (14,6 g/l) tăng 5,9g/l.

- Tại Cầu Quan, trên sông Hậu: Độ mặn lớn nhất đạt 16,5 g/l (ngày 8/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (10,1 g/l) tăng 6,4g/l.

- Tại Rum Rạch, trên sông Hậu: Độ mặn lớn nhất đạt 7,2 g/l (ngày 8/2/2016); so với cùng kỳ năm 2015 (4,4 g/l) tăng 2,8 g/l[32].

Hình 1.4: Độ mặn lớn nhất đầu tháng 3/2016 so với cùng kỳ năm 2015 vùng cửa sông

Vùng các cửa sông Tiền, sông Hậu Mặn cũng theo thủy triều từ biển Đông xâm nhập vào trong sông Độ mặn trung bình tháng và độ mặn lớn nhất trong năm thường xuất hiện trong tháng 3 hoặc tháng 4 Độ mặn cao nhất trong mỗi tháng và độ mặn lớn nhất trong thời gian quan trắc tại các vị trí khác nhau trên một dòng sông Chiều dài xâm nhậpcủađộmặn4‰khoảng50-57km,trongđósâunhấttrênnhánhcửaTiểu-nhánh sông có tỉ lệ phân nước nhỏ nhất[34].

Ảnh hường của xâm nhập mặn ởvùngĐBSCL

Xâm nhập mặn vùng ĐBSCL ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực và ngành nghề khác nhau của13tỉnhtrongvùng.Trongđó,nổibậtnhấtlàcácảnhhưởngcủaxâmnhập mặnđến trồng trọt, chăn nuôi, cấp nước sinh hoạt, cấp nước cho công nghiệp, và các hoạt động dân sinh kinh tế xãhội.

1.4.1 Ảnhhưởng của mặn đến các hoạt động trồng trọt, nuôi trồng thủy hảisản

Hạn mặn đã khiến nhiều diện tích lúa, cây ăn trái, canh tác thuỷ sản, rau màu bị thiệt hại, cả hoạt động sản xuất nông nghiệp và đời sống sinh hoạt của người dân đều chịu tác động tiêu cực.

Chợ Lách là huyện nằm xa biển nhất của tỉnh Bến Tre nhưng độ mặn đo được tại nhiều tuyến sông và kênh rạch trên địa bàn trong đợt hạn mặn năm 2020 đã đạt mức rất cao, từ4-6phầnnghìn;trongkhiđótạicáckhuvựckhácnhưcùlaoTiênLợi,xãTiênLong thuộc huyện Châu Thành thì xâm nhập mặn đã ở mức 7-10 phần nghìn Tại tỉnh Hậu Giang,độmặntạinhiềunơitrênđịabànhuyệnLongMỹvàTP.VịThanhtừcuốitháng 12-2019 cũng được ghi nhận có nơi đã lên đến hơn 18 phần nghìn Hạn mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, gây nhiều ảnh hưởng tiêu cực tới sản xuất nông nghiệp Tại tỉnh Bến Tre,ướctínhkhoảng5.200halúatạihaihuyệnBaTrivàGiồngTrômcókhảnăngmất trắngdokhôngcónướctưới;ngoàiraướctínhcònkhoảng20nghìn hacâyăntrái,hơn 72 nghìn ha dừa, gần 1.500 ha rau màu, hơn 100 nghìn cây giống, hoa cảnh cũng có nguy cơ chịu ảnh hưởng do xâm nhập mặn Xâm nhập mặn gây cản trở quá trình sinh trưởngvàpháttriểncủacâytrồng,gâyxáotrộnvàmấtcânbằngtrongquátrìnhhấpthu nước và các chất dinh dưỡng cho cây Không những vậy, nước mặn còn pháhuỷcấu trúcđất,khiếnđấtbịnénchặt,giảmkhảnăngpháttriểncủarễcây,giảmkhảnăngthẩm thấu và thoát nước trong đất, gây thiếu khí cho sự phát triển của bộ rễ Sử dụng nước nhiễm mặn để tưới cho cây trồng do đó không chỉ ảnh hưởng xấu tới đất, mà còn khiến cây bị sốc mặn, gây rụng lá, hoa, trái hàng loạt, và có thể dẫn đến chếtcây.

Hạnhán,xâmnhậpmặnniênvụ2019-2020làmkhoảng100.000halúa,130.000hacây ăntráitrongvùngbịảnhhưởng.Ngoàira,cókhoảng100.000hộdânbịthiếunướcsinh hoạt, ước tính thiệt hại về kinh tế sẽ còn vượt qua đợt hạn hán, xâm nhập mặn 2015 - 2016 (ước tính khoảng gần 8.000 tỷ đồng)[35].

Mặtkhác,báocáocủaTổngcụcThủylợicònchothấy,tronggiaiđoạn2016-2020khu vực ĐBCSL còn tiếp tục phải hứng chịu những đợt sạt lở bờ sông, bờ biển với tần suất và quy mô lớn chưa từng có trong lịch sử phát triển của khu vực Sạt lở đã uy hiếp trực tiếp đến tính mạng, tài sản của nhân dân, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự an toàn của các công trình thủy lợi và kết cấu hạ tầng vùng ven biển, làm suy thoái nguồn vốn tự nhiên Tổng thiệt hại do sạt lở bờ sông, bờ biển ở các địa phương tính đến hết tháng 02/2020 vào khoảng gần 3.000tỷđồng Mức độ thiệt hại do thiên tai, biến đổi khí hậu ngàycànggiatăngtronggiaiđoạn2010-2020,vớitổngthiệthạilênđếnhơn22.000tỷđồng[36].

1.4.2 Ảnhhưởng của hạn mặn đến các hoạt động dân sinh, kinh tế, xãhội

Hạnmặntrongnăm2020đãkhiếnnhiềuhộgiađìnhthiếunướcsinhhoạtnghiêmtrọng Theo thống kê, khoảng 96.000 hộ dân trong toàn vùng ĐBSCL đã phải chịu cảnh thiếu nước sinh hoạt Bến Tre là tỉnh chịu thiệt hại nghiêm trọng nhất, khi toàn tỉnh, từ nông thônđếnthànhthịđềuchịucảnhnướcngọtsinhhoạtdoxâmnhậpmặn,ướctínhkhoảng 57 nghìn hộ dân chịu ảnh hưởng, thậm chí nguồn nước cấp từ các nhà máy nước sạch tại các đô thị trên địa bàn tỉnh cũng có dấu hiệu nhiễm mặn hơn 2 phần nghìn Việc các hộ gia đình phải chi số tiền lớn mỗi tháng để mua nước ngọt phục vụ ăn uống và sinh hoạt tại các địa phương này không còn là điều hiếm thấy Khi nước ngọt bị nhiễm mặn lênđến4-

5phầnnghìnthìkhôngthểsửdụngchotắmgiặtvàsinhhoạt,ngườidânbuộc phải mua nước ngọt vận chuyển từ nơi khác về với mức giá có nơi lên đến 300.000 đồng/m 3

02/2020,cáctỉnhvùngĐBCSLđãhứngchịucácđợthạnhánvàxâmnhậpmặnnghiêm trọng Đợt hạn hán, xâm nhập mặn niên vụ năm 2015 - 2016, tính đến tháng 6/2016, có 13/13địaphươngtrongvùngđãbanhànhquyếtđịnhcôngbốbịthiêntai,hạnhán,xâm nhập mặn trên địa bàn Hạn hán, xâm nhập mặn đã làm cho khoảng 139.000 ha lúa của vùng bị thiệt hại; hơn 50% diện tích bị mất trắng, trong đó các tỉnh có diện tích lúa bị thiệt hại nhiều nhất là Cà Mau, Kiên Giang, Bến Tre, Bạc Liêu Hạn hán, xâm nhập mặncũnglàmchokhoảng400.000hộvớikhoảng1,5triệunhânkhẩubịthiếunướcsinh hoạt Ước tính tổng thiệt hại của toàn vùng trong đợt hạn hán, xâm nhập mặn 2015 - 2016 khoảng 7.520tỷđồng.

Cũng theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn và Bộ Tài nguyên vàMôi trường, hạn hán, xâm nhập mặn niên vụ 2019 - 2020 còn khốc liệt hơn vì đến sớm hơn thường lệ, bắt đầu xuất hiện từ cuối tháng 11-2019 (trong điều kiện bình thường là vào tháng 01/2020) Tính đến tháng 3/2020, có những địa phương đã bị xâm nhập mặn vàosâutới70km-90km,nhưởcáctỉnhBếnTre,LongAn,TiềnGiang,SócTrăng,Bạc Liêu, Cà Mau,Kiên Giang, Trà Vinh, HậuGiang.

Chương 1 đã tổng quan được vấn đề xâm nhập mặn ở các vùng châu thổ lớn trên thế giới, các vùng châu thổ ở Việt Nam và vùng ĐBSCL Có thể thấy rằng ĐBSCL là khu vựcchịuảnhhưởngnặngnềcủaxâmnhậpmặncủanướcta.Xâmnhậpmặnđãvàđang là vấn đề được các nhà nghiên cứu tập trung nghiên cứu, mô phỏng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng tác động ngày càng sâu sắc đến đời sống sinh hoạt và sản xuất của người dân và và ảnh hưởng đến kinh tế - xã hội vùng ĐBSCL Ngoài ra, tổng quan về các nghiên cứu xâm nhập mặn ở các vùng Châu thổ lớn và ĐBSCL phân tích, tổng hợp.Đặc biệt, ưu nhược điểm của các phương pháp và côngcụ tính toán (như các mô hình toán 1D, 2D và3D) thường hay được sử dụng cho các giải quyết các bài toán xâm nhập mặn từ các nghiên cứu trước đây cũng được phân tích và luận giải Cuối cùng, hiện trạng xâm nhập mặn, nguyên nhân, ảnh hưởng cũng như các thách thức do xâm nhập mặn vùng ĐBSCL cũng đã được trình bày và tổnghợp.

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT LẬP MÔ

HÌNH MÔ PHỎNG XÂM NHẬPMẶN

Phân tích lựa chọn môhìnhtoán

2.1.1 Một số mô hình mô phỏng xâm nhập mặn trên thếgiới Để mô phỏng xâm nhập mặn trong các vùng Châu thổ nói chung và vùng ĐBSCL nói riêng,các phầnmềmhaymôhìnhtoánkhácnhauđãvàđangđượcxâydựng,pháttriển vàápdụng,baogồmcảcácmôhìnhtrênthếgiớicũngnhưcácphầnmềmdocácchuyển gia trong nước phát triển Các phần mềm nước ngoài du nhập vào nước ta có thể được chia thành hai nhóm chính: (i) nhóm các mô hình thương mại và (ii) nhóm các môhình phi thươngmại.

2.1.1.1 Nhóm mô hình thương mại

NhómmôhìnhthươngmạinhưhọmôhìnhMike,trongđócóMike11vàMIKE21(với module thuỷ động lực HD, mô đun tính mặn, chất lượng nước AD, ECOLAB) Đây là bộ phần mềm của Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI), được ứng dụng, nghiên cứu cho nhiều dự án quy hoạch và quản lý tài nguyên nước và phòng chống thiên tai tại nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản, Thái Lan,Bangladesh.

Mô hình MIKE 11 : MIKE 11 là phần mềm thuộc họ Mike với module tính dòng chảy và module lan truyền chất dùng cho tính lan truyền mặn, trong khi đó lan truyền chất ô nhiễm phải dùng ECOLAB với các yếu tố lan truyền chất từ thấp tới cao.

MôhìnhISIS :BộphầnmềmnàycủaCôngtyHalcrowvàtrườngWallingfordphốihợp xây dựng, được sử dụng trong chương trình sử dụng nước (WUP) của Uỷ Hội sông Mê công.Tuynhiên,môhìnhISISchưađượcsửdụngrộngrãiởViệtNamnhưbộmôhình MIKE.

2.1.1.2 Nhóm mô hình phi thươngmại

MôhìnhđộnglựccửasôngFWQA: Môhìnhđãđượcápdụngtrongnhiềuvấnđềtính toán thực tế.

Mô hình giải hệ phương trình Saint - Venant kết hợp với phương trình khuếchtánvàcóxétđếnảnhhưởngcủathuỷtriềuthayvìbỏquanhưtrongmôhình không có thuỷ triều Mô 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: LeevàHarlemanvàsauđượcThatchervàHarlemancảitiếnđãđềramộtcáchtiếpcận khác,xâydựnglờigiảisaiphânhữuhạnđốiphươngtrìnhbảotoànmặntrongsôngđơn.

Sơđồsaiphânhữuhạndùngđểgiảiphươngtrìnhphântánlàsơđồẩn6điểm.Môhình cho kết quả tốt trong việc dự báo trạng thái phân phối mặn tức thời cả trên mô hình vật lý cũng như trong sông thựctế.

MôhìnhSOBEK :Phầnmềm SOBEKdo Delft(Hàlan)pháttriển,baogồmcácmodule dòng chảy và tính toán lan truyền ô nhiễm một, hai chiều, đã nối kết với công cụ GIS Module dòng chảy đã sử dụng hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều cho dòng chảy trongkênhsông(trongphươngtrìnhcókểsốhạnggióvàảnhhưởngcủagócnhậplưu) SOBEK cũng sử dụng lược đồ sai phân xen kẽ giống như Mike 11, có điểm H và điểm Q,địahìnhcũngđượcchotạicácđiểmtínhH.Cácyếutốônhiễmđượcmôphỏngbằng phươngtrìnhlantruyềnchất1chiềucókểtớiquátrìnhbiếnđổisinhhóacủacácchấtô nhiễm. Phương trình lan truyền chất một chiều được giải bằng phương pháp sai phân, mặcdùcócáclựachọncácsơđồ,nhưngdobảnchấtcủalượcđồsai phân,kếtquảtính vẫn bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khuếch tánsố.

Mô hình Qual2-E :Phần mềm này do cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) phát triển và đã được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số nước châu Âu Qual2-E đã được du nhập vào Việt nam qua một số dự án Qual2-E cũng sử dụng hệ phương trình Saint- Venant và lan truyền chất một chiều và giải bằng phương pháp sai phân và có thể sử dụng cho nhiều yếu tố ô nhiễm (BOD, DO, Nitơ, Phốt pho) Nhược điểm của Qual2-

E làchỉápdụngchomạngsôngđơngiảncódạnghìnhcây(khôngápdụngchomạngsông dạng mạch vòng); thiết diện kênh sông phải đều dạng hình thang, hay hình chữ nhật và không chịu ảnh hưởng của thủytriều

Mô hình Duflow :Đây là phần mềm được phát triển bởi Viện thủy lực (IHE) của Hà lan, Đại học công nghệ Delft, STOWA và trường Đại học nông nghiệp Wageningen.Duflow được thiết kế để sử dụng cho nhiều mục tiêu (tính triều, lũ, sử dụng nước).

Duflow cũng giải quyết các bài tóan lan truyền chất trong kênh sông có các công trình.

Sơ đồ sai phân 4 điểm của Preissmann đã được sử dụng cho bài tóan thủy lực Duflow có giao diện đồ họa tiện dụng.

MôhìnhEFDC(EnvironmentalFluidDynamicCode):Mô hìnhđượccơquanBảovệ Môi trườngMỹ(USEPA) phát triển từ năm 1980 Là mô hình tổng hợp dùng để tính toán thuỷ lực kết hợp với tính toán lan truyền chất 1, 2, 3 chiều Mô hình có khả năng dự báo các quá trình dòng chảy và lan truyềnmặn.

Mô hình SWAT-S (Water Assessment Tool): mô hình thủy văn của HoaKỳvào đầu những năm 1990 với mục đích dự báo những ảnh hưởng của các hoạt động quản lý sử dụngđấtđếnnước,sựbồilắngvàlượnghóachấtsinhratừhoạtđộngnôngnghiệptrên nhữnglưuvựcrộnglớnvàphứctạptrongkhoảngthờigiandài.MôdungSWAT-Smới được nghiên cứu sử dụng để mô phỏng quá trình mặn tựnhiên.

Mô hình HYPE (Hydrological Predictions for the Environment): Mô hình thủy văn được phát triển tại Viện khí tượng thủy văn Thụy điển SMHI (2005-2007) Đây là một mô hình thủy văn thông số bán phân bố của nước và chất lượng nước, được chạy dưới hệ điều Window hoặc Linux Các mã được viết bằng ngôn ngữ lập trình Fortran vàmột mãnguồnmởdướidạngLesserGNUPublicLicense.SMHIđãđưarasángkiếnvềmột cộng đồng mã nguồn mở HYPE để tăng cường hợp tác quốc tế về mô hình thủy văn. MôhìnhmãnguồnmởHYPEchophépngườisửdụngcóthểlậptrìnhthêmcácmodule tínhtoántheoyêucầubàitoánđặcthù:thủyvăn,môphỏnglantruyềnchấtlượngnước, xâm nhậpmặn.

Lưu ý rằng kể từ những năm 1990 đã có một xu hướng thay đổi trong nghiên cứu sử dụng mô hình toán, đó là các tính toán mô phỏng hướng tới việc sử dụng mô hình hai chiều nhiều hơn thay vì mô hình một chiều Phần lớn các mô hình hai chiều ngày càng trở lên rất phổ biến trong nghiên cứu thuỷ động lực và tính toán xâm nhập mặn vùng cửa sông ven biển Các mô hình hai chiều trung bình độ sâu thường cho các kết quả về đặc trưng dòng chảy như vận tốc dòng chảy trung bình độ sâu theo phương dọc và theo phương ngang và sự thay đổi mặn trong vùng tính toán Các mô hình hai chiều trung bình độ sâu thường giải hệ phương trình sóng nước nông kết hợp với phương trình lan truyền chất sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn hoặc thể tích hữu hạn hoặc phần tử hữu hạn.

2.1.2 Một số mô hình mô phỏng xâm nhập mặn ở ViệtNam

Cùngvớisựpháttriểnnhanhchóngcủacácphươngphápsốvàcáctiếnbộvượtbậccủa công nghệ máy tính, các mô hình toán ngày càng được phát triển không ngừng, đã và đang được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu về thuỷ động lực cũng như mô phỏng diễn biến xâm nhập mặn trong các vùng cửa sông ven biển Một số phần mềm nổi bật do các cán bộ trong nước phát triển có thể được nhắc đếnlà:

Mô hình VRSAP :đâylà bộ phần mềm được xem là đầu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông, do cố PGS Nguyễn như Khuê phát triển sau đợt thực tập tại Hà Lan vàonăm1978.VRSAPđãđượcPhânViệnQuyhoạchthuỷlợiNambộnaylàViệnQuyhoạch thuỷ lợi miền Nam (SIWRP) sử dụng cho nhiều dự án quy hoạch sử dụng nước trênĐBSCL(cảdựántrongnướcvàquốctế).VRSAPđượcnhómmôhìnhcủaSIWRP hoàn thiện dần trong quá trình ápdụng.

Mô hình KOD1 của GS-TSKH Nguyễn Ân Niên Đây là phần mềm dựa trên sơ đồ sai phân hiện, áp dụng thực tế còn có những khó khăn Phần giao diện, nối kết GIS và Database đang trong giai đoạn nâng cấp và hoàn thiện Mặc dù thời gian tính nhanh nhưng nhiều khi gặp vấn đề cân bằng toàn cục ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả. Trướcđâykhitốcđộxửlýcủamáytínhcònchậmthìthuậttoánhiệncònhữuích,nhưng với tốc độ máy tính hiện nay việc sử dụng thuật toán hiện ảnh hưởng tới độ chính xác củakếtquả.KOD1chủyếuđượcmộtsốhạnchếcánbộcủaViệnKhoahọcthủylợisử dụng và ít phổbiến.

Mô hình HydroGIS của PGS-TS Nguyễn Hữu Nhân Đây là phần mềm mới được xây dựng trong một số năm gần đây, phần nối kết công cụ GIS, demo kết quả và giao diện đãtốtvàthânthiệnhơnsovớicácphầnmềmtrongnướchiệncó,tuynhiênkếtquảtính toáncònnhiềuđiềucầnbàn.Cáccôngcụquảntrịcơsởdữliệu(CSDL)nhập-xuấtđược quản trị bằng các công cụ GIS để tạo mới hoặc chỉnh sửa dữ liệu Các công cụ tích hợp bản đồ và xuất kết quả sử dụng GIS là các tiện ích mạnh trong phân tích kết quả của HydroGIS.

Giới thiệu môhìnhtoán

2.2.1 Giới thiệu về module thủy độnglực

Trường phân bố vận tốc dòng chảy và độ sâu dòng chảy trong vùng tính toán của đề tài được xác định dựa trên giải số hệ phương trình sông nước nông hai chiều Saint-Venant baogồmphươngtrìnhliêntụcvàphươngtrìnhmoment.Hệphươngtrìnhnàyđượcviết cụ thể nhưsau:

Trong đónlà hệ số ma sát đáy Manning; u và v lần lượt là lưu tốc dòng chảy theo trục

Ox, Oy;Hlà chiều sâu dòng chảy;

Hz ; t: Thời gian tính toán; là hệ số nhớt động học; g là gia tốc trọng trường; z là cao độ mặt đất tại thời điểm tính toán; W là vận tốc gió trungbình;

Wx,W y lần lượt là các thành phần vận tốc gió theo các phương Ox,

Oy; f là hệ số Coriolis;bxvàbylần lượt là các ứng suất đáy theo phương Ox và Oy.

2.2.1.2 Mô hình hoá các thôngsố

Có rất nhiều phương pháp để tính hệ số nhớt động học () như sử dụng hệ số nhớt là hằngsố,hệsốnhớtlàhàmcủadòngchảyrối,xácđịnhhệsốnhớtdựavàocácđặctrưng phân bố vận tốc, hệ số nhớt là hàm của kích thước ô lưới Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, hệ số nhớt rối động học sẽ được mô hình hoá theo hàm của kích thước ô lưới.

f() (4) với ∆ là kích thước ô lưới và phụ thuộc vào chiều dài các cạnh của phần tử lưới tam giác. Ứng suất đáy hay còn gọi là lực ma sát đáy động học được mô hình hoá theo công thức Chézy-Manning, có dạng như sau:

H 3 với n là hệ số nhám Manning và là thông số của mô hình cần phải được xác định dựa trên các tài liệu thực đo về mực nước, vận tốc dòng chảy, lưu lượng nước.

2.2.1.3 Phương pháp giải hệ phương trình đặctrưng

HệphươngtrìnhSaint-Venantlàhệphươngtrìnhviphânphituyếnbậchaivàkhôngcó nghiệmgiảitích.Chínhvìvậynghiệmgầnđúngcủahệphươngtrìnhnêutrênđượcxác định bằng phương pháp số Có nhiều phương pháp số khác nhau có thể sử dụng như phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thể tích hữu hạn Trong các phương pháp số kể trên thì phương pháp thể tích hữu hạn đã được sửdụngtrongmôhìnhMIKE21.Đểđảmbảotínhổnđịnhcủamôhình,bướcthờigian mô phỏng phải được lựa chọn phù hợp với kích thước của ô lưới dựa trên hệ số CFL (Courant- Friedrich-Lévy), được xác định theo phương trình(7).

Trong đó: h là độ sâu mực nước (m), u và v lần lượt là thành phần vận tốc trung bình theo phương x và y (m/s), g là gia tốc trọng trường (m/s 2 ), ∆x, ∆y là kích thước (m) ô lưới theo các phương x và y, ∆t là bước thời gian tính toán.

2.2.1.4 Xử lý và thể hiện các diện tích khô ướt trong vùng tínhtoán

Do sự thay đổi của địa hình vùng tính toán và dao động mực nước khi mực nước lên/xuống, trong khu vực tính toán các diện tích khác nhau có khi ở trạng thái khô có khi ở trạng thái ướt, các diện tích khô ướt có thể xuất hiện xen kẽ với nhau Các diện tíchkhôcóthểtrởthànhdiệntíchướtkhilưulượnglớn(trongtrườnghợpcólũ)vàcác diện tích ướt có thể trở thành diện tích khô khi nược nước bị hạ thấp (trong trường hợp lũ rút) Vì vậy để thể hiện các diện tích khô ướt đó cần phải được thể hiện trong tính toán, để thể hiện diện tích khô ướt trong vùng tínhtoán.

2.2.2 Giới thiệu về module lan truyền mặn

Module lan truyền chất (AD) mô phỏng sự lan truyền và các dạng tồn tại của chất hoàn tan hoặc lơ lửng trong môi trường nước dưới sự ảnh hưởng của quá trình vận chuyển lỏng và các quá trình khuyếch tán liên quan Các chất trong mô phỏg có thể là chất tan hoặc không tan, vô cơ hoặc hữu cơ Các chất tan được phân biệt bằng cách chúng phân huỷ Ví dụ về các chất phân huỷ tuyến tính là các chất hấp thụ các hạt.

Mô đun lan truyền chất trong MIKE 21 được liên kết động với mô đun thuỷ động lực học.HệthốngmôhìnhhoádựatrênnghiệmcủaphươngtrìnhNavier-Stokestrungbình hai chiều không nén được Reynolds tuân theo các giả định của Boussinesq và áp suất thuỷ tĩnh Do đó, mô hình bao gồm các phương trình liên tục, động lượng, nhiệt độ, độ mặn và mật độ và phương trình khuyếch tán rối.Tỷtrọng không phụ thuộc vào áp suất mà chỉ phụ thuộc và nhiệt độ và độ mặn.

Phương trình cơ bản trong module lan truyền mặn được biến đổi dựa trên định luật bảo toàn khối lượng Cụ thể, phương trình lan truyền mặn trong không gian hai chiều có dạng như sau:

Trong đó: t là thời gian, u,v lần lượt là vận tốc dòng chảy theo hai phương x vày,C lànồng độ chất (độ mặn), K x và Kylần lượt là các hệ số khuếch tán theo phương x vày.Lưuýrằngcáchệsốlantruyềnlàcácthôngsốchínhtrongmodulelantruyềnmặn,cần phảiđượcxácđịnhdưatrênsốliệumặnthựcđotạicácvịtríkhácnhautrongmiềntính toán.

Tương tự như module thủy động lực, phương trình đặc trưng trong module lan truyền mặncũngđượcgiảisửdụngphươngphápthểtíchhữuhạn.Trướchết,khônggianvùng tính toán được rời rạc bằng cách chia nhỏ liên tục thành các ô lưới tam giác không đều và không chồng chéo nhau Tiếp đến, các thành phần đạo hàm theo không gian được xấpxỉtrêncácôlướitamgiácđểchuyểnhệphươngtrìnhviphânthànhhệphươngtrình matrận,trongkhiđóthànhphầnđạohàmtheothờigianđượcxấpxỉtheobướcthờigian hiện.

Nghiệm của các phương trình lan truyền chất gắn liền với nghiệm của các nghiệm điều kiện thuỷ động lực học Sự rời rạc hoá không gian của các phương trình nguyên thuỷ được thực hiện bằng phương pháp thể tích hữu hạn (finite volume method - FVM) tập trung vào các ô lưới Miền không gian được rời rạc hoábằngcáchchianhỏliêntụcthànhcácphầntử(cácôlưới)khôngchồngchéo.

Trong mặt phẳng ngang, sử dụng lưới không có cấu trúc Mô hình hai chiều, ô lưới có thể là hình tam giác hoặc hình tứ giác.

Phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) sử dụng các ô lưới (cell) và phần tử (element)nằmhoàntoàntrongmiềntínhtoán.FVMtínhtoánmựcnướctạiđiểm giữa mỗi ô lưới, thông lượng (flux) và vận tốc được tính toán tại biên Thể tích cầnkiểmsoátlàthểtíchcủamỗiôlưới,cânbằngkhốilượngvàđộnglượngcũng được tính toán cho tất cả các ô lưới[37].

Với phương pháp FVM có ưu điểm là: lời giải số bảo toàn, tương đối tốt, thuật toán đơn giản, dễ sử dụng, lưới tương đối mềm dẻo.

Nhược điểm của FVM: Chỉ áp dụng cho chất lưu; không giải được phương trìnhviphânbậccao(bậc≥3)vìquáphứctạp;trongmiềntínhkhôngthểcónhiều vùng có những tính chất vật lý khác nhau[38].

Lưới để giải phương trình sai phân hữu hạn tương đương được mô tả trong Hình 2.1.

Mộtcáchtínhtoánthuậntiệnvàđơngiảnhơnvàphùhợpvớisựpháttriển ban đầu hơn là sử dụng phương trình khuếch tán, lược giản phương trình được viết:

Các chỉ tiêu đánh giásaisố

Để đánh giá sự phù hợp giữa kết quả tính toán của mô hình và giá trị thực đo tại các trạmkiểmtrathìcóthểsửdụngrấtnhiềusaisốkhácnhaugồmsaisốcóthứnguyênvà sai số không có thứ nguyên Tuy nhiên, luận văn đã sử dụng các chỉ tiêu sai số khác nhau, bao gồm: sai số quân phương (RMSE), sai số trung bình tuyệt đối (MAE), hệ số tươngquan(r),hệsốNASHvàhệsốthiênlệch(BIAS).Cácchỉtiêusaisốtrên(RMSE, MAE, r, NASH, BIAS) được xác định bằng các công thứcsau:

Trong đó Xm,j là độ mặn (% 0 ) tính toán tại thời điểm thứ j; Xd,j là độ mặn thực đo tại thờiđiểmthứj(% 0 );OvàSkíhiệulầnlượtlàcácgiátrịthựcđovàtínhtoán,Nlàchiều dài của chuỗi sốliệu.

Sửdụngcácchỉtiêusaisốnhưđãnêutrênđểđánhgiáđịnhlượngcáckếtquảtínhtoán mặn so với thực đo có phù hợp và sử dụng được để phục vụ các mục đích ứng dụng khác nhau hay không Tuy nhiên mỗi sai số đều có ưu nhược điểm và cách khắc phục riêng, các chỉ tiêu sai số được sử dụng trong luận văn có tính bổ trợ cho nhau Sai số quân phương (RMSE) và sai số tuyệt đối trung bình (MAE) đều biểu thị độ lớn trung bìnhcủasaisố.Saisốquânphương(RMSE)xétđếnbìnhphươngcủasaisốnênkhisai số lớn thì khi bình phương sẽ càng lớn hơn vì vậy mà sai số sẽ thiên lớn trong khi đó cácgiátrịthiênnhỏcóthểbịbỏqua(saisốcàngnhỏbìnhphươngsẽcàngnhỏ).Vìvậy, sai số tuyệt đối trung bình (MAE) được sử dụng để bổ sung cho sai số quân phương (RMSE).

Xây dựng mô hìnhtính toán

2.4.1 Thiếtlập mô hình mô phỏng thủy độnglực

Hình 2.2: Giới hạn vùng tính toán trong mô hình

Miền tính toán trong luận văn này là vùng cửa sông Tiền và sông Hậu thuộc vùng ĐBCSL.Hình 2.2thể hiện giới hạn miền tính toán thực hiện trong luận văn, bao gồm hai nhánh sông chính, đó là sông Tiền và sông Hậu, các kênh, rạch nối và chuyển nước giữa hai sông chính nêu trên Cụ thể, miền tính toán được xác định từ vị trí các trạm thủy văn Tân Châu và Châu Đốc (khu vực thượng lưu) cho đến các cửa ra của vùng ĐBSCL Ngoài ra, do hạn chế về các số liệu thủy văn và dữ liệu địa hình mà một số kênh, sông, rạch nhỏ trong vùng ĐBSCL đã không được xem xét trong tính toán mô phỏng các đặc trưng thủy động lực cũng như lan truyền và xâm nhập mặn.

Hình 2.3: Địa hình vùng tính toán

Hình 2.3thể hiện địa hình trong vùng tính toán sử dụng trong mô hình MIKE 21 Dữ liệuđịahìnhđượcthuthậptừỦybansôngMêCông.Dễdàngnhậnthấyrằngđoạnsông Tiền – sông Hậu mô phỏng trong mô hình là đoạn sông uốn lượn, địa hình lòng sông biến đổi phức tạp, có xu thế hạ thấp từ thượng lưu về hạ lưu Đây là đoạn sông nhiều nhánh có mạng lưới kênh rạch dày đặc, địa hình lòng sông biến đổi mạnh, dòng chảy không ổn định do ảnh hưởng của thủytriều.

Hình2.4thểhiệnlướitínhtoándạngtamgiáckhôngđềudùngđểthểhiệnlạivùngtính toán trong mô hình MIKE 21 Lưới tính toán sử dụng ô lưới tam giác có kích thước và diệntíchkhácnhau,tùythuộcvàotừngvịtrívàtùythuộcvàosựthayđổiđịahìnhtrong vùng tính toán.Tổng số ô lưới tam giác trong vùng tính toán là 46.715 và tổng sốđiểm nút là 27.131 Diện tích của ô lưới tam giác thay đổi từ 50 đến 50.000 m 2 Lưu ý rằng, tại những khu vực địa hình lòng sông thay đổi lớn thì ô lưới tam giác có diện tích nhỏ sẽ được sử dụng, trong khi đó tại những khu vực có địa hình bằng phẳng hoặc ít thay đổi thì ô lưới tam giác có diện tích lớn sẽ được sử dụng, nhằm mục đích giảm số ô lưới lớn nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo thể hiện được sự thay đổi địa hình trong vùng tính toán một cách tốt nhất.

Hình 2.4: Lưới dung tính toán

2.4.1.4 Điều kiện biên và điều kiện banđầu

Vị trí các biên thượng lưu và hạ lưu trong mô phỏng thủy động lực vùng cửa sôngTiền –sôngHậuvùngĐBSCLtrongmôhìnhMIKE21cầnphảiđượcxácđịnh.Cụthể,biên thượng lưu được lựa chọn là vị trí các trạm thủy văn Tân Câu và Châu Đốc, trong khi đóvịtríbiênhạlưulàvịtríbảycửaravùngcửasôngĐBSCL.Chuỗisốliệulưulượng dòngchảychảytạitrạmTânChâuvàChâuĐốcđãđượcsửdụngtạibiênthượnglưu, trong khi đó chuỗi số liệu mực nước giờ ở trạm Vàm Kênh, Bình Đại, An Thuận, Bến Trại và Mỹ Thanh được sử dụng tại các biên hạ lưu.

Cáctínhtoánmôphỏngthủyđộnglựctrongvùngnghiêncứuđượcthựchiệntrongmùa kiệtnăm2015và2016 Cụthể,chuỗisốliệulưulượngngày(tạivịtríbiênthượnglưu) và mực nước giờ (tại vị trí biên hạ lưu) trong mùa kiệt năm 2015 đã được lựa chọn cho các tính toán mô phỏng hiệu chỉnh thông số trong module thủy động lực, trong khi đó chuỗi số liệu mùa kiệt năm 2016 đã được lựa chọn cho mô phỏng, tính toán kiểm định mô hình. Đường quá trình lưu lượng và mực nước tại các vị trí biên thượng lưu và hạ lưu trong vùng tính toán được thể hiện trên các hình từHình 2.11đếnHình2.17.

Bảng 2.1: Bảng thống kê vị trí các biên thượng và hạ lưu trong vùng tính toán

STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Tên sông Dữ liệu Biên Năm mùa kiệt

1 Tân Châu 105 o 14’ 10 o 49’ Sông Tiền Lưu lượng thực đo

Thượng lưu Tháng 1 đến tháng 6 năm

2015 và Tháng 2 đến tháng 6 năm 2016

Trong các tính toán mô phỏng thủy động lực, mực nước ban đầu trong toàn vùng tính toán được giả định bằng 10m, trong khi đó vận tốc ban đầu được giả thiết bằng 1 m/s theo phương dọc (phương x) và bằng không theo phương ngang (phương y) Để đảm bảotínhổnđịnh,bướcthờigian∆t0sđượclựachọnchotấtcảcácmôphỏng.Lưuý rằng bước thời gian ∆t nêu trên được xác định dựa trên phương pháp thử sai, để đảm bảo mô hình ổn định khi thực hiện các tính toán mô phỏng thủy động lực trong vùng nghiêncứu.

2.4.2 Kếtquả mô phỏng thủy độnglực

2.4.2.1 Kết quả hiệu chỉnh thông số module thủy độnglực

Chọn số liệu mực nước thực đo ở các trạm thủy văn Vàm Nao,MỹThuận, Cần Thơ từ 1/2/2015đến30/6/2015đểhiệuchỉnhthôngsốmôhìnhđượcthểhiệnnhưcáchìnhbên dưới:

Hình 2.5: Đường quá trình mực nước thực đo tại trạm Vàm Nao

Hình 2.6: Đường quá trình mực nước thực đo tại trạm Mỹ Thuận

Hình 2.7: Đường quá trình mực nước thực đo tại trạm Cần Thơ

Trên thực thế, việc áp dụng mô hình để tính toán sao cho kết quả tính toán ít sai lệch nhất với kết quả thực đo vẫn còn là một vấn đề khá khó khăn vì trong mô hình toán thường có rất nhiều thông số ảnh hưởng tới kết quả tính toán và việc đi hiệu chỉnh mô hìnhđểtìmrabộthôngsốchokếtquảtốtnhấtmấtrấtnhiềuthờigianmôphỏng.Ngoài ra, còn phải kể đến sai số của các tài liệu thu thập được vì các tài liệu thu thập được không phải đúng hoàn toàn mà vẫn còn một lượng sai số nhất định trong quá trình đo đạc, có thể là sai số do thiết bị hoặc do ý kiến chủ quan của người quan trắc Vì vậy để giảm thời gian tính toán khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 21, luận văn đãsử dụng phương pháp đánh giá độ nhạy các thông số Đánh giá độ nhạy của các thông số là tìm ra thông số nào quan trọng nhất với mô hình tức là thông số nào có ảnh hưởng lớn nhất tới sự thay đổi đến kết quả tính toán Việc tìm ra bộ thông số tốt nhất của mô hình sẽ rút ngắn được thời gian hiệu chỉnh và kiểm định, các sai số cũng được xem xét sơbộđểtìmranguyênnhânvàtácđộngcủacácyếutốảnhhưởngđếnkếtquảtínhtoán.

Trong mô hình MIKE 21 thì có hai thôngsốmà người dùng cần phải để xem xét đó là hệsố nhámcủa lòngsôngn(M=1/n)vàhệsố, theonhiềunghiêncứutrongquákhứ thì hệ số nhớt của nước không ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính toán của mô hình Vì vậy luận văn đã coi hệ số nhớt của nước là hằng số và tiến hành hiệu chỉnh hệ số nhám[39] của lòng sông.

Bảng 2.2: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu sai số cho mực nước tại một số vị trí

Vị Trí Hệ Số nhám, n RMSE MAE m % m % r

Hình 2.8: Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Vàm Nao

Hình 2.9: Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Cần Thơ

Hình 2.10: Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Mỹ Thuận

Các tính toán mô phỏng sơ bộ ban đầu được thực hiện với giả thiết hệ số nhám là hằng số cho toàn vùng tính toán Nói cách khác hệ số nhám của lòng sông và bãi sông bằng nhau, để đánh giá sự phù hợp của kết quả tính toán với thực đo của các trường hợp mô phỏng Từ đó xác định được mức độ ảnh hưởng của hệ số nhám, đồng thời đánh giá sơ bộ được khoảng giá trị của hệ số nhám đối với đoạn sông.

Cuốicùngứngvớihệsốnhámtốtnhấtđãđượcchọnlàmhệsốnhámcholòngsông,tác giảthiếtlậpcáchệsốnhámkhácnhauvớibãisôngđểcóthểthuđượckếtquảmôphỏng tốt nhất đồng thời cũng phản ánh được ảnh hưởng của bề mặt đệm hay đáy sông tác dụng lên dòng chảy Dưới đây là các chỉ tiêu sai số ứng với các hệ số nhám khác nhau tại các điểm đo trên sông Tiền và sôngHậu.

Với các hệ số nhám khác nhau n = 0.05, 0.035, 0.03 lần lượt được mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của hệ số nhám tới kết quả tính toán.Hình 2.8đếnHình 2.10thể hiện đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại các trạm Vào Nao, Cần Thơ và Mỹ Thuận từ 1/2/2015-30/6/2015 Với các giá trị nhám khác nhau thì kết quả mô phỏng mực nước tại các trạm có sự thay đổi Khi giảm hệ số nhám từ 0.05 đến 0.03 mực nước lớn nhất có xu hướng giảm, đường quá trình tính toán và các điểm chấm thực đo chưa sát nhau khi hệ số nhám giảm dần.

TạitrạmVàmNaoứngvớihệsốnhámn=0.03và0.035thìkếtquảtừmôhìnhứngvới 2 hệ số nhám này cho kết quả mô phỏng gần giống nhau, chỉ tiêu sai số RMSE cho cả hai là 0.113 chiếm 13.06% sai số, sai số trung bình tuyệt đối MAE là 0.0924 chiếm 10.6% sai số, và 0.09 (chiếm 10.8%), hệ số tương quan lần lượt là 0.65 và0.64.

Tại trạmMỹThuận với hệ số nhám n = 0.03 và n = 0.035 thì kết quả mô phỏng cũng gầngiốngnhau,saisốRMSElầnlượtlà0.12(tươngứngbằng24.1%biênđộmựcnước thực đo) và 0.12 chiếm 24.0% Sai số trug bình tuyệt đối MAE là 0.0955 chiếm 19.0672% và 0.0958 chiếm 19.1362% sai số, hệ số tương quan lần lượt là 0.6268 và 0.6244.

TạitrạmCầnThơvớihệsốnhámn=0.03vàn=0.035thìkếtquảmôphỏngcũnggần giống nhau, sai số RMSE lần lượt là 0.1293 chiếm 27.9137% sai số và 0.1282 chiếm 27.6618%saisố,saisốtrungbìnhtuyệtđốiMAElà0.1009chiếm21.7755%và0.1003 chiếm 21.6428% sai số, hệ số tương quan lần lượt là 0.6263 và 0.6305 Với hệ sốnhám n = 0.05 có các chỉ tiêu sai số tại 3 trạm Vàm Nao, Cần Thơ và Mỹ Thuận của RMSE lầnlượtlà0.1242chiếm14.3194%,0.1249chiếm26.9%và0.12chiếm24.2%,saisố trungb ì n h t u y ệ t đ ố i M A E l à 0 1 0 5 1 c h i ế m 1 2 1 2 5 2 % , 0 0 9 8 7 c h i ế m 2 1 2 9 8 8

0.0987 chiếm 19.6984%, hệ số tương quan r là 0.5687, 0.6443 và 0.6135.

Từ các kết quả tính toán, mô phỏng nêu trên có thể nhận thấy rằng module thủy động lực của mô hình MIKE 21 đã mô phỏng khá tốt đường quá trìn mực nước thực đo tại các trạm Vàm Nao, Mỹ Thuận và Cần Thơ Đồng thời, dựa trên giá trị của các chỉ tiêu đánh giá sai số (sai số quân phương – RMSE, sai số tuyệt đối trung bình – MAE, hệ số tương quan – r), kết quả mô phỏng tốt nhất ứng với ệ số nhám n= 0.035 Do đó, giá trị hệ số nhám nêu trên đã được lựa chọn là giá trị phù hợp nhất trong bước hiệu chỉnh thông số của module thủy động lực.

2.4.2.2 Kết quả kiểm định module thủy độnglực

Sau khi đã tiến hành hiệu chỉnh hệ số nhám để tìm được bộ thông số tốt nhất trongnăm

Kết quả mô phỏng lan truyền mặn theo không gian trong vùng nghiên cứu.64

Kết quả phân bố mặn theo không gian trong vùng tính toán tại các thời điểm khac nhau được thể hiện như trên các hình từHình 3.1đếnHình 3.6 Tại thời điểm 5h ngày19/3/2016 giá trị độ mặn tại trạm Mỹ Tho dao động từ 1 – 2o/ oo và đến 7h thì độ mặn nằm trong khoảng 1.5 – 3o/oo Thời điểm 9h ngày 19/3/2016 độ mặn nằm trongk h oả n g

0.14 – 0.33o/oođây là thời gian có giá trị độ mặn cao nhất Cùng trong ngày19/3/2016, trạm Trà Vinh có độ mặn dao động từ 3.0 – 4.5o/oolúc 5h, đến 7h và 9h lần lượt là 4 – 5o/oovà 4.5 – 0.53o/oo Ngày 17/4/2016, độ mặn trạm Mỹ Tho khoảng từ 0.7 – 1.3o/oolúc 1h và dao động khoảng 1 – 1.3o/oolúc 3h Tại lúc 7h ngày 17/4/2016, giá trị độ mặn khoảng 0.1 – 0.8o/oovà đây cũng là thời gian độ mặn thấp nhất Cũng trong ngày17/4/2016, giá trị độ mặn tại trạm Trà Vinh cũng có sự thay đổi Ở trạm Trà Vinh, độmặn nằm trong khoảng 2.4 – 3o/ oo lúc 1h, giảm xuống còn 0.15-0.2 m lúc 3h và tại lúc 7h còn từ 0.8 –0.15o/oo.

Hình 3.1: Độ mặn tại thời điểm 5h ngày 19/3/2016

Hình 3.2: Độ mặn tại thời điểm 7h ngày19/3/2016

Hình 3.6: Độ mặn tại thời điểm 19h ngày 17/4/2016

Các kết quả phân bố mặn theo không gian thể hiện rất rõ rằng độ mặn giảm dần theo hướng từ biển đi sâu vào trong lục địa Tại các vị trí cửa sông độ mặn có xu thế lớn, trongkhiđócàngđisâuvàotrongsôngthìđộmặncóxuthếgiảmdần.Trênnhánhsông Hậu, độ mặn có xu hướng nhỏ hơn so với độ mặn trong các cửa và kênh, sông thuộc nhánh sông Tiền. Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này là: (i) do lưu lượng dòng chảy (nước ngọt) trên nhánh sông Hậu lớn hơn nhánh sông Tiền và (ii) do ảnh hưởng của địa hình khu vực cửa sôngHậu.

Hơn nữa, các kết quả mô phỏng xâm nhập mặn mùa kiệt năm 2015 và 2016 cho thấy diễnbiếnmôphỏngtrongmùakiệthainămnêutrênkhátươngđồngvớicáckếtquảmô phỏng,kếtquảphântíchthựctrạngdiễnbiếnxâmnhậpmặnmùakhônăm2015và2016(Bảng3.1).

Bảng 3.1: Kết quả mô phỏng chiều dài đoạn sông dài nhất với nồng độ mặn 4g/l trong mùa khô năm (tháng 4) 2015 và 2016

Cửa Đại (trạm Bình Đại)

Hàm Luông (trạm An Thuận)

Cổ Chiên (trạm Bến Trại)

So sánh với kết quả tính toán, mô phỏng của nhóm tác giả Viện khoa học thủy lợi miền Nam cho thấy: kết quả mô phỏng tại Cửa Tiểu và Hàm Luông tương đối giống nhau, các nhánh sông Cửa Đại, Cổ Chiên có sự chênh lệch độ mặn tương đối lớn và ngoài ra, xâm nhập mặn diễn ra nghiêm trọng nhất vào tháng 4 trong mô phỏng, tuy nhiên trong thực tế thì tháng 3 mới là tháng có độ mặn lớn nhất của năm 2015-2016.

Nguyên nhân của các điểm Cửa Đại, Cổ Chiên và đỉnh mặn có sự sai khác với thực tế cóthểdođịahìnhsửdụngđãquácũ.Bêncạnhđó,thựctếkhuvựcvenbiểncósựtương tácgiữasongvàđườngbờbiển,trênmặtsôngcósựtươngtácvớithủytriềuvàbảnthân lòng sông cũng có sự tích tụ bồi lắng thay đổi qua từng năm tháng nên sử dụng 1 biến khuếchtánhayđộnhámchocảchocảvùngcũngkhiếnkếtquảkhôngđạtđộchínhxác cao Ngoài ra, do số liệu biên dưới chưa thực sự đầy đủ (chỉ có số liệu 3 trạm thuỷ văn cho 07 cửa sông) nên việc nội suy số liệu mặn từ các trạm gần nhất cũng gây ra sai số nhất định với kết quả mô phỏng.

Bảng 3.2: Kết quả mô phỏng chiều dài xâm nhập mặn của nhóm tác giả Viện khoa học

TT Sông Xuất hiện Chiều dài lớn nhất

9 Vùng ảnh hưởng mặn (ha) 2.056.192

XácđịnhkịchbảnmôphỏnglantruyềnvàxâmnhậpmặncóxétđếnảnhhưởngcủaBĐKH.68

Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu Dưới tác động của biến đổi khí hậu, tần suất và cường độ các thiên tai có nguồn gốc khí tượng thủy văn ngày càng gia tăng Đặc biệt, trong những năm gần đây nhiềukỷlục đã được thiết lập: Đợt El Nino năm 2015-2016 gây hạn hán và xâm nhập mặnlịchởĐBCSL;nhiệtđộcaonhấtquantrắcvượtgiátrịlịchsửởnhiềunơicaonhất là 43,4°C vào ngày 20/4/2019 tại trạm Hương Khê (Hà Tĩnh); trận mưa lớn ở Quảng Ninh vào cuối tháng 7 đầu tháng 8/2015 lập kỷ lục về cường độ mưa trên phạm vi hẹp, tại Cửa Ông gần 1600mm; Năm 2017, số lượng bão và áp thấp nhiệt đới hoạt độngtrên Biển Đông là 20 cơn, nhiều nhất đến thời điểm hiện nay,gâynhiều tổn thất to lớn về người,tàisản,cơsởhạtầng,kinhtế,vănhoá,xãhội,tácđộngxấuđếnmôitrường.Tác động của biến đổi khí hậu đối với nước ta, là nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói giảmnghèo,choviệcthựchiệncácmụctiêuthiênniênkỷvàsựpháttriểnbềnvữngcủa đấtnước.ViệtNamđãvàđangrấtnỗlựcứngphóvớibiếnđổikhíhậu,thểhiệnquacác chính sách và các chương trình quốc gia.

Năm2009,BộTàinguyênvàMôitrườngđãxâydựngvàcôngbốkịchbảnbiếnđổikhí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam để kịp thời phục vụ các Bộ, ngành và các địa phương thực hiện Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khíhậu.

Năm 2011, Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu được ban hành, xác định mục tiêu cho các giai đoạn và các dự án ưu tiên Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng dựa trên các nguồn dữ liệu, các điều kiện khí hậu cụ thể của Việt Nam và các sản phẩm của các mô hình khí hậu tại thời điểm đó. Kịch bản biến đổi khí hậu là cơ sở để các Bộ, ngành và các địa phương đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, xây dựng kế hoạch hành động ứng phó và tích hợp các vấn đề biến đổi khí hậu vào các chiến lược phát triển kinh tế - xã hội.

Năm 2016, Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễn biến, xu thế biếnđổicủakhíhậuvànướcbiểndângtrongthờigianquavàkịchbảnbiếnđổikhíhậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 tạo cơ sở để phục vụ việcxâydựng chiến lược, quy hoạch,kếhoạchhànhđộngđộngquốcgiaứngphóvớibiếnđổikhíhậugiaiđoạn2016- 2020[41].

Năm 2018, Bộ Tài nguyên và Môi trường giao Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biếnđổikhíhậuchủtrì,phốihợpvớicác cơquannghiêncứutrongvàngoàinước,xâydựngvàcậpnhậtkịchbảnbiếnđổikhíhậuchitiếtchoV iệtNam.Kịchbảnbiếnđổikhí hậu chi tiết năm 2020 được xây dựng dựa trên cơ sở các số liệu khí tượng thủy văn và mực nước biển của Việt Nam cập nhật đến năm 2018; số liệu địa hình được cập nhật đến năm 2019; theo phương pháp chi tiết hóa động lực các sản phẩm mô hình đã được hiệu chỉnh thốngkê.

Theo phân tích số liệu vệ tinh,tốc độ biến thiên mực nước trung bình trên toàn Biển Đôngtronggiaiđoạn1993-2018là4,1mm/năm.Khuvựccótốcđộgiatăngmựcnước biển lớn nhất là khu vực giữa Biển Đông (110 o E-114 o E và 12 o N-16 o N) với giá trị 7,2 mm/năm Khu vực có mức tăng thấp hơn là ở phía Đông Bắc (phía Tây đảo Luzon) và khu vực quần đảo TrườngSa.

Mực nước biển ven bờ Việt Nam có xu thế tăng mạnh nhất từ Quảng Ngãi đến BìnhThuậnvớimứctănglà4,2–5,8mm/năm.Mựcnướccóxuthếtăngchậmhơnởcáctỉnh từ TP Hồ ChíMinh đến Trà Vinh với mức tăng là 2,2 – 2,5 mm/năm Mực nước trung bình toàn dải ven biểnViệt Nam biến đổi với tốc độ khoảng 3,6 mm/năm (Hình3.7)

Hình 3.7: Xu thế biến đổi mực nước biển từ số liệu vệ tinh trên Biển Đông [42])

Theo số liệu quan trắc tại các trạm hải văn, mực nước có xu thế giảm tại trạmCô Tô và HònNgư.Tạicáctrạmquantrắccònlại,mựcnướcbiểncóxuthếtăng,vớitốcđộmạnh nhất khoảng trên

6 mm/năm tại các trạm Cửa Ông, Bạch LongVỹvà Côn Đảo Tính trung bình, mực nước tại các trạm hải văn dải ven biển Việt Nam có xu hướng tăng khoảng 2,7mm/năm.

Trong khuôn khổ luận văn, sử dụng kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dang năm2016củaBộTàinguyênvàmôitrườngđểmôphỏngđếnnăm2030–2050vớikịchbản trung bình:RCP4.5.

TheokịchbảnRCP4.5 :đếnnăm2030,mũiKêGà-CàMaumựcnướcdângcaokhoảng 12cm (7~18cm); đến năm 2040 là 17cm(10~25cm).

Bảng 3.3: Mực nước biển dâng theo kich bản RCP4.5 khu vực Mũi Kê Gà – Cà Mau

Khu vực 2030 (cm) 2040 (cm) 2050 (cm)

(13~32) Sau khi thiết lập được mô hình mô phỏng xâm nhập mặn, tiến hành mô phỏng các kịch bản theo kịch bản BĐKH và NBD RCP 4.5 như sau:

Bảng 3.4: Các kịch bản mô phỏng

Kịch bản Địa hình nghiên cứuvùng Biên thượng lưu Biên hạ lưu

Bản đồ địa hình từ Ủy

- Thực đo lưu lượngtạiTân Châu, ChâuĐốc:2015

- Mực nước thực đotheo giờ2015

- Thực đo lưu lượngtạiTân Châu, ChâuĐốc:2015-2016

- Mực nước thực đotheo giờ theoKBBĐKH

Mô phỏng xâm nhập mặn theo cáckịchbản

3.3.1 Kếtquả mô phỏng theo các kịch bảnBĐKH

Môhìnhlantruyềnmặnsaukhiđượchiệuchỉnhvàkiểmđịnhđãđượcápdụngđểthực hiệncácmôphỏngứngvớicáckịchbảnBĐKHđãthiếtlậptrongMục2.3.Kếtquảchi tiết mô phỏng lan truyền mặn theo không gian và chiều dài xâm nhập mặn trong vùng nghiên cứu ứng với các kịch bản RCP 4.6 qua các năm được thể hiện như trênHình3.8vàBảng3.5.

Năm 2030 (mực nước dâng 12cm)

Năm 2030 (mực nước dâng12cm)

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng XNM theo các kịch bản PRC4.5Bảng

3.5: Diễn biến xâm nhập mặn mùa khô qua các năm

Cửa Tiểu (trạm Vàm Kênh) Cửa Đại (trạm Bình Đại) Hàm Luông (trạm An Thuận) Độ mặn >=4g/1 >=2g/l >=1g/l >=4g/1 >=2g/l >=1g/l >=4g/1

Diễn biến xâm nhập mặn thể hiện rõ khi ranh giới mặn >=4g/l thay đổi qua từng năm, theo đói, tại đoạn Cửa Tiểu, ranh giới mặn năm 2030 đã tăng thêm 5,25km so với năm 2015;năm2040tăngthêm17,5kmvànăm2050tăngthêm40,75km.Trungbìnhmực nước biển tăng thêm 1 cm thì ranh mặn (vị trí có độ mặn bằng 0) bị đẩy vào sâu 1,85 km.Tương tự tại đoạn Cửa Đại ranh giới mặn năm 2030 đã tăng thêm 29,5 km so vớinăm2015;năm2040tăngthêm53kmvànăm2050tăngthêm63,5km.Trungbình mựcnướcbiểntăngthêm1cmthìranhmặnbịđẩyvàosâu2,88km.TạiđoạnHàm Luông– đâylàkhuvựccótốcđộxâmnhậpmặnlớnnhâttrongcảvùng,trungbìnhmực nước biển tăng thêm 1cm thì ranh mặn tăng thêm 3 km Ngược lại, khu vực Cổ Chiên có tốc độ xâm nhập mặn tương đối thấp, trung bình mỗi năm tăng thêm 0,93 km/1 cm nước biển dâng Đặc biệt, kết quả mô phỏng chỉ ra rằng khu vực đoạnMỹThanh gần nhưkhôngbịảnhhưởngbởinướcbiểndângkhinồngđộmuốitrênđoạnsôngkhôngcó vùng nước mặn, mà chỉ có diện tích nước lợ tăng lên theo thời gian Chi tiếtBảng 3.5:Diễn biến xâm nhập mặn mùa khô qua cácnăm

Tóm lại, kết quả mô phỏng mặn theo các kịch bản có xét đến ảnh hưởng của nước biển dâng thể hiện rằng trung bình toàn vùng mực nước biển tăng thêm 1 cm thì ranh mặn sẽ tiến sâu vào nội đồng khoảng 2,2 km.

3.3.2 So sánh kết quả mô phỏng xâm nhập mặn với các nghiên cứu đitrứớc

Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn theo các kịch bản BĐKH của Luận văn cũng có xu hướng ra tăng diện tích xâm nhập mặn(Bảng 3.6) với độ năm lớn hơn 4g/l giống như kết quả của nhóm tác giả Thái Hoàng đưa ra vào năm 2010 “Tuy dòng chảy trungbình trong thờikỳdài trong tương lai được dự đoán là sẽ tăng, nhưng do biên độ dòng chảy dao động lớn giữa các năm nên rất có thể dòng chảy mùa cạn trong một năm nào đó trong tương lai có thể nhỏ hơn so với dòng chảy của các năm nào đó trong quá khứ.Do đó, diện tích xâm nhập mặn với độ mặn lớn hơn 4g/l có thể tăng khoảng 16-17% diện tích xâm nhập mặn đã xảy ra vào năm 1998 – năm có dòng chảy cạn nhỏ và mặn xâm nhập sâu do chịu ảnh hưởng của El nino,có thể xảy ra”[43].

Cửa Tiểu (LP-80-90km) Cửa Đại (L= 52-80-90km) Bắc Đông

Sông Vàm Cỏ (L5-130/88-97km) Hàm Luông (4-2-1g/l)

Cửa Đại (LP/37km) Sơn Đốc

Cửa Cái Lớn (Lh/60km) Láng Thé

Trà Vinh Cửa Hàm Luông (Ls/50km)

Gò Quao Ngã 3 nước trong

Mỹ Văn Cầu Quan Đại Ngãi Cửa Cổ Chiên (Le/35km)

Cửa Cung Hầu Le/32km)

Cửa Định An (L`/35km) Ninh Quới

: Phạm vi sông thường xuyên có độ mặn >4g/l : Phạm vi sông có độ mặn >4g/l, nhưng có xuất hiện nước ngọt (độ mặn < 4g/l) khi triều vừa, thấp : Vùng ảnh hưởng mặn > 4g/l lớn nhất mùa khô 2015-16

: Vùng ảnh hưởng mặn 2-4g/l lớn nhất mùa khô 2015-16.

: Vùng ảnh hưởng mặn 1-2g/l lớn nhất mùa khô 2015-16.

L = A/B km : A là phạm vi XMN lớn nhất với độ mặn 4g/l

B là phạm vi XMN > 4g/l, nhưng có xuất hiện nước ngọt

Bảng 3.6: Diện tích xâm nhập mặn từng năm tăng so với năm 2015 (%)

Cửa Tiểu Cửa Đại Hàm

Luông Cổ Chiên Trung bình

Kịch bản năm 2030 so với 2015 9% 57% 18% 35% 30%

Kịch bản năm 2040 so với 2015 26% 70% 44% 41% 45%

Kịch bản năm 2050 so với 2015 45% 74% 63% 51% 58% Kết quả mô phỏng của Luận văn cũng khá tương đồng với kết quả của một số nghiên cứu trước đây về hình dạng của ranh mặn cũng như chiều dài giới hạn xâm nhập mặn trong các vùng cửa sông Cụ thể, theo nghiên cứu của viện Khoa học Thủy lợi miền Nam năm 2016 (Hình 3.9), và nghiên cứu của tổ chức JICA khi mô phỏng xâm nhập mặn vào năm 2050 với mực nước biển dâng 30 cm – tương đương kịch bản BĐKH B2 (Hình 3.10) ranh giới mặn trên đoạn sông chính của ĐBCSL khá gần với ranh mặntrên nhánhsôngchínhcủaluậnvăn.Tuynhiêndomứcđộchitiếtvềnhánhsông,sốliệuđầu vào và các thông số khác nên kết quả chi tiết từng khu vực nên kết quả luận văn có kết quả sai khác2 km tùy từng khu vực cụthể.

Hình 3.9: Diễn biến xâm nhập mặn mùa khô 2015-2016 [31]

Hình 3.10: Các đường đẳng mặn trong tháng khô hạn nhất (tháng 4, bên trái) và tháng bắt đầu mừa mưa (tháng 6, bên phải) mô phỏng năm 2050 với mực nước biển dâng

Đề xuất các giải pháp giảm thiểu,thích ứng

Để lựa chọn ra các giải pháp giảm thiểu, thích ứng phù hợp với khu vực nghiên cứu, luận văn tổng hợp khả năng dễ tổn thương của vùng: là các vùng dải ven biển, các dải đất thấp, các cộng đồng dễ bị tổn thương là những hộ nghèo, nông dân, ngư dân, các dân tộc thiểu số, người già, phụ nữ, trẻ em.

Vùng bờ biển phía Tây (Kiên Giang và khu vục giáp Cà Mau): Tình trạng xói lở do sóng cồn và bão lớn tăng lên đáng kể, phá huỷ các công trình bảo vệ ven biển và đất vùngbờbịxóimòndần.Tìnhtrạngxóimònvùngbờtừxưađãlàvấnđềnangiải.Tỷlệ đất bị cuốn trôi ước tính khoảng từ 5–10m mỗi năm ở một số khu vực, thậm chí có khu vực lên đến 0,5km.

Cácrừngđướcbịthiệthại,cácvùngđệmchốngxóibịpháhuỷdẫnđếntìnhtrạngnhiều vùngđấtrộnglớnởHònĐấtvàKiênLươngbịảnhhưởng,mấtđấtcanhtác,đấttáiđịnh cư và cơ sở hạtầng. Ở nhiều khu vực ven bờ, rừng ngập mặn (rừng đước) ven bờ khá mỏng và chỉ có hệ thống đê kè biển là hệ thống bảo vệ duy nhất mỗi khi có lốc xoáy, và ở những khu vực này, một số đê đã bị vỡ Một số huyện có khu vực đất canh tác sau đê như Hòn Đất, Kiên Lương, khi có sóng lớn, sóng tràn qua đê, gây vỡ đê và phá huỷ nhà cửa, cơ sở hạ tầng nông nghiệp Nước mặn tràn vào qua đê vỡ, gây ngập các khu canh tác, hồ cá Ở các khu nuôi trồng thủy sản, nước biển sẽ phá huỷ hệ thống đê quây và cuốn trôi tôm cá.

Các dải đất thấp:như Hòn Đất Kiên Lương có khu vực đất canh tác sau đê n, khi có sóng lớn, sóng tràn qua đê, gây vỡ đê và phá huỷ nhà cửa, cơ sở hạ tầng nông nghiệp. Nước mặn tràn vào qua đê vỡ,gâyngập các khu canh tác, hồ cá Ở các khu nuôi trồng thủy sản, nước biển sẽ phá huỷ hệ thống đê quây và cuốn trôi tôm cá Năm 2008, các vườn cây ăn quả ở các khu vực của huyện Hòn Đất bị thiệt hại nặng nề do ảnh hưởng củanướcbiểnkhivỡđê.Cáchộnôngdânởkhuvựcnàyhiệnđãchuyểnsangtrồngmía để giảm thiểu thiệt hại trong trường hợp đê biển bịvỡ. Ảnh hưởng đến cộng đồng:Các cộng đồng dễ bị tổn thương là những hộ nghèo, nông dân, ngư dân, các dân tộc thiểu số, người già, phụ nữ, trẻ em tổng số người dân tộc là 244.780ngườichiếm16%tổngdânsốcủatỉnh.Khmerlànhómchiếmđasố(13%)tiếp theo là Hoa (3%)Tỷlệ nghèo ở người dân tộc vẫn còn cao, ngoại trừ người Hoa.Tỷlệ đói nghèo của người Khmer là 18% và cho các nhóm dân tộc khác là khoảng32%.

Tínhdễbịtổnthươngdođóinghèo:tínhdễbịtổnthươngdođóinghèolàmứcđộdễbị tổn thương của những hộ nghèo, cận nghèo và nhóm dân trong khu vực nghiên cứu do các tác động của biến đổi khí hậu Mức độ của người nghèo khác nhau theo từng khu vựcvàtươngtựđốivớimứcđộnhạycảmnhưhộdântộcthiểusố,thiếuđấtnôngnghiệp, giáo dục và dịch vụ y tế, nước sạch, điện và thịtrường.

Tínhdễbịtổnthươngcủanôngnghiệpvàsinhkế:Nôngnghiệp(baogồmcảtrồngtrọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, đánh bắt thủy hải sản và các ngành nghề đi cùng khác) là một trong những ngành nhạy cảm nhất với khí hậu Tương tác giữa ngành kinh tế nôngnghiệpphụthuộcnhiềuvàokhíhậu,biếnđổikhíhậuvàcácnguồntàinguyên thiên nhiên, được đánh giá là khá phức tạp và có quan hệ phụ thuộc lẫn nhau đối với sinh kế của cộng đồng nông thôn của vùng nghiên cứu.

Cần nhấn mạnh là phát triển kinh tế của tỉnh nhiều khả năng sẽ bị tác động tiêu cực từ biến đổi khí hậu, chủ yếu là do tác động trực tiếp và gián tiếp của biến đổi khí hậu lên cácngànhcôngnghiệpđầutàu.Nôngnghiệplàlĩnhvựckinhtếmanglạilợiíchkinhtế xấp xỉ 40% GDP trong vùng, cung cấp sinh kế cho khoảng hơn 75 % dân số và là nhân tốđónggópchínhchonềnkinhtếcủacảhaitỉnh.Tácđộngtiêucựcbấtkỳgiatănglên hệ thống nông nghiệp do lũ lụt, ngập lụt, xâm nhập mặn, xói lở và bồi lắng bờ biển sẽ không chỉ tác động lên sinh kế của người dân địa phương mà còn tác động lên nềnkinh tế khu vực và kinh tế cảnước.

Tính dễ bị tổn thương nghiêm trọng nhất về mặt kinh tế xã hội trong lĩnh vực này là do tácđộngkếthợpcủalũlụt,ngậplụtvàxâmnhậpmặnkèmvớinướcbiểndângngậpđất canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản và gây ra tác động lên sinh kế, GDP và các ngành công nghiệp chính.

Nhiệt độ tăng có thể dẫn đến giảm năng suất lúa do áp lực của sức nóng và giảm khảnăngrahoa.Tuyvậy,cácmôhìnhmùavụcókếthợpsựmàumỡdolượngCO 2tăng lạidự báo năng suất lúa tăng nếu đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tưới tiêu Năng suất mía và ngô đều được dự báo sẽ tăng lên Năng suất các loại hoa quả, rau củ khác có thể sẽ giảm xuống do tác động lên sự ra hoa, ra quả và thay đổi trong tốc độ sinh trưởng Đối vớingànhthủysản,tỉlệchếtcủatômcóthểtănglêndonhiệtđộcủanướctăng,giatăng dịch bệnh và tỉ lệ chết của con giống tănglên.

Lượngmưatrongmùamưacaohơncóthểgiảmnăngsuấtlúadotácđộngcủangậplụt, tác động lũ lụt cục bộ lên cơ sở hạ tầng trang trại nuôi trồng Độ mặn giảm dẫn đến tốc độtăngtrưởngcủangànhthủysảngiảmvàgiatăngbệnhtậtcũngnhưlũlụtcụcbộphá hủy cơ sở hạ tầng hồ đầm nuôi Độ mặn ở khu vực cửa sông và gần bờ giảm dẫn đến thayđổinghiêmtrọnghệsinhtháicủacávàgiảmlượngcáđánhbắt,tácđộnglênngành ngưnghiệp.Lượngmưathấphơnvàomùakhôdẫnđếntăngđộmặntrongkênhrạchvà làmgiảmtốcđộtăngtrưởngcủacácloàithủysinhvàgiảmnăngsuấtlúa.Nănglựctưới tiêu giảm sẽ ảnh hưởng đến cây lúa và các loại hoa màukhác.

Một tác động tiềm tàng khác của khí hậu đặc biệt lên hệ thống nuôi tôm kết hợp trồng lúa là làm giảm thời gian mùa vụ do trì hoãn cấy lúa (do cần đợi mưa để rửa mặn) và làm giảm năng suất do tác động của xâm nhập mặn vào cuối mùa Các thay đổi bất thường về mùa vụ có thể làm giảm chất lượng nước gây hại cho tôm và gia tăng bệnh tật.

3.4.1 Giải pháp phi côngtrình Đểthíchứngvàđốiphóvớitácđộngcủaxâmnhậpmặn,córấtnhiềugiảiphápphicông trìnhđãđangđượcápdụngtạivùngĐBSCLnhư:bảovệ,khôiphụcrừngngậpmặnven biển,hệthốngcâyxanhbảovệchốngxóilởbờbiển;xâydựnghệthốngquantrắc,cảnh báo sớm; quy hoạch sử dụng đất/nước; tuyên truyền nâng cao nhận thức người dân về tác động của xâm nhập mặn… Tuy nhiên đối với đặc thù sản xuất kinh tế của vùng ĐBSCL, với đặc biệt với các ngành nông nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản vững mạnh (sản lượng lúa của vùng luôn chiếm từ 50% đến 55,64% sản lượng lúa của cả nước và sản lượng thủy sản chiếm 57% so với cả nước) cần có những định hướng cụ thể đốivới vùng sản xuất cũng như sử dụng giống cây trồng vật nuôi nên luận văn lựa chọn trình bày giải pháp quy hoạch vùng nuôi thủysản. ĐBSCL có 3 vùng sinh thái ngọt, lợ và mặn Đối với vùng sinh thái nước ngọt có điều kiện đất nước phù hợp cho sản xuất nông nghiệp; vùng sinh thái nước lợ là vùng ngọt vào mùa mưa và mặn vào mùa khô với thời gian mặn tập trung từ tháng 12 đến tháng 5 phù hợp cho mô hình tôm – lúa, tôm – thủy sản kết hợp; vùng sinh thái nước mặn là vùng có đất nước nhiễm mặn quanh năm thuận lợi cho mô hình thủy sản chuyên canh như chuyên tôm Theo bản kết quả mô phỏng hiện trạng xâm nhập mặn ở ĐBSCL tạiBảng 3.7: Khả năng nuôi một số loài thủy sản theo vùng nhiễm mặn [45] [46]cho thấy ranh giới có độ mặn 4 g/l tiến sâu vào khu vực nội địa của các tỉnh Kiên Giang,Hậu Giang, Sóc Trăng, Vĩnh Long, Tiền Giang và Long An tương đối lớn, và trong tương lai thì tốc độ xâm nhập mặn ngày càng tăng cao (Hình 3.11), các tỉnh ven biển như Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh và Bến Tre hầu như bị nhiễm mặn trên toàn diện tích với độ mặn dao động từ 4 – trên 15g/l.

Hình 3.11: Dự báo xâm nhập mặn tại ĐBSCL năm 2050

Kết hợp với kết quả thí nghiệm về khả năng chịu mặn cũng như sự tăng trưởng của cá sặcrằnvàcáthátlátcòmtrongnghiêncứunàyvàkhảnăngchịumặnvàsựtăngtrưởng củatômsútrongnghiêncứucủaĐoànXuânDiệp(2012)vàLêThịPhươngMai(2017) khả năng chịu mặn của một số loài thủy sản cho thấy vùng nuôi của một số loài được thể hiện nhưsau:

Bảng 3.7: Khả năng nuôi một số loài thủy sản theo vùng nhiễm mặn [45] [46]

Từkếtquảmôphỏngvàkhảnăngchịumặncủacácloài,đưaracáckhuyếnnghịvềloài cho các hộ dân nhưsau:

Vùng có độ mặn từ 0 – 4 g/l là những vùng nằm sâu trong nội địa phù hợp để pháttriển nuôicácloàithủysảnthíchứnghẹpvớiđộmặnnhưcáthátlátcòm,cáleo,lươn,cálóc Cá thát lát còm khi nuôi ở độ mặn 0 và 3 g/l cho tăng trưởng vàtỷlệ sống khác biệt không có ý nghĩa thống kê, tương tự một số loài cá cũng cho tăng trưởng vàtỷlệ sống cao nhất khi nuôi trong môi trường có độ mặn từ 0 – 3 g/l là cá leo[47]; cá rô đồng; cá lóc; lươn đồng Do vậy ở khoảng độ mặn này hầu như chưa ảnh hưởng đến sự tăng trưởng cũng nhưtỷlệ sống của các loài trên Nhiều loài cá nước ngọt vẫn có thể sống và phát triển bình thường khi nuôi trong môi trường có độ mặn nhỏ hơn 5 g/l do ở khoảng độ mặn này cá vẫn có khả năng điều hòa và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu giữa cơ thể với môi trường ngoài Do vậy những vùng bị nhiễm mặn theo mùa hay độ mặnthấphơn4g/lđượcdựđoánsẽphùhợpchonhữngmôhìnhnuôikếthợplúa–tôm như nuôi tôm vào mùa khô và trồng lúa vào mùa mưa hay nuôi các loài thủy sản nước ngọt có khả năng phát triển tốt trong môi trường nước lợ nhạt như cá lóc, cá rô, cá thát lát,lươn.

Những vùng có độ mặn từ 4 – 8 g/l và 8 – 15 g/l, phù hợp để phát triển nuôi các loài thủysảnnướclợthíchnghirộngvớiđộmặnnhưtômsú,cácloàicánướclợnhưcákèo, cáđối,cánâudonhữngnhữngloàinướclợthườngcóthậnkémpháttriểnnênkhảnăng tiết nước tiểu ít và hấp thu muối của ống thận kém Bên cạnh các loài cá thì tôm càng xanh có thể được nuôi vào mùa mưa vì tôm càng xanh có thể sống và sinh trưởngtrong giới hạn độ mặn từ 0 – 15 g/l nhưng tôm có tỷ lệ sống cao và phát triển tốt trong giới hạnđộmặntừ5– 10g/l.Theocácnghiêncứutrướcđâymộtsốđốitượngthủysảnnước ngọtcũngcótiềmnăngnuôiởnhữngkhuvựccóđộmặntừ4–16g/lvàomùamưanhư cá rô đồng, cá lóc, cá tra, lươn, cá sặc rằn, cá bống tượng vì các đối tượng này có khả năng sống đến độ mặn

Tiêu đề	Ứng Dụng Mô Hình Thủy Động Lực 2 Chiều Mô Phỏng Xâm Nhập Mặn Tại Sông Tiền Và Sông Hậu Thuộc Đồng Bằng Sông Cửu Long
Tác giả	Nguyễn Thị Thu
Người hướng dẫn	PGS.TS. Phạm Văn Chiến, PGS.TS. Bùi Quốc Lập
Trường học	Trường Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Khoa học môi trường
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	7,91 MB