Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE để đánh giá ảnh hưởng của sự biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến quá trình xâm nhập mặn ở các cửa sông lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, Việt nam

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 124 (2018) 106-113 Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE để đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu nước biển dâng đến trình xâm nhập mặn cửa sông lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, Việt nam Study on the Application of MIKE Model to Assess the Effect of Climate Changes-Sea Level Rise on the Salinity Intrusion in the Estuaries in Vu Gia-Thu Bon River Basin, Vietnam Nguyễn Ngọc Tuệ1*, Nguyễn Thu Hà1, Nghiêm Thị Thương1, Phạm Văn Tiến1, Hồ Hữu Lộc2, Hoàng Văn Đại3 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2) Đại học Kyoto - Nhật Bản (3) Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu (IMHEN) Đến Tịa soạn: 28-6-2017; chấp nhận đăng: 25-01-2018 (1) Tóm tắt Trong năm trở lại đây, xâm nhập mặn thách thức lớn cho tỉnh miền Trung Việt Nam nói chung với lưu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn nói riêng tác động biến đổi khí hậu nước biển dâng Trong báo này, mơ hình MIKE NAM MIKE 11 sử dụng để đánh giá trình xâm nhập mặn mùa cạn theo kịch RCP4.5 Bộ Tài nguyên Môi trường Việt Nam năm 2016 theo thời kỳ 2016-2035, 2046-2065 2080-2099 Trong thời kì (1986-2005), kết cho thấy khoảng cách xâm nhập mặn sông Vu Gia ứng với độ mặn 1‰ 16,2km 12,5km cho độ mặn 4‰.Trên sông Thu Bồn, độ mặn 1‰ cách cửa sông 20,9km 17,4km cho độ mặn 4‰ Theo kịch RCP4.5, đến cuối kỷ 21 nêm mặn sâu vào đất liền khoảng 4,2 - 5,0km so với kịch Từ khóa: xâm nhập mặn, MIKE11, MIKE NAM, biến đổi khí hậu, lưu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn Abstract In recent years, salinity intrusion is a major challenge for provinces in the central of Vietnam in general and Vu Gia - Thu Bon river basin in particular under climate change - sea level rise scenarios In this paper, MIKE-NAM and MIKE 11 are used to simulate the salinity intrusion process during dry season by using RCP4.5 scenarios for Vietnam introduced by the Ministry of Natural Resources and Environment of Vietnam (2016) for periods of 2016-2035, 2046-2065 and 2080-2099 In the base period 1986-2005, the results show that the distance of 1‰ and 4‰ salinity intrusion is reported at Vu Gia Rivers of 16.2km and 12.5km, 20.9km and 17.4km at Thu Bon River, respectively According to the scenario RCP4.5, the distance of salinity intrusion extends into the inland about 4,2-5km compared to the base scenario by the end of the 21st century Keywords: salinity intrusion, MIKE11, MIKE NAM, climate changes, VuGia -ThuBon river basin Đặt vấn đề sơng lớn, có tác dụng đẩy nước mặn xa bờ nên độ mặn vùng cửa sông thường nhỏ Về mùa cạn, lưu lượng nước sông từ thượng lưu nhỏ, nên nước biển tiến sâu vào nội địa làm cho độ mặn tăng lên Trong năm trở lại đây, ảnh hưởng biến đổi khí hậu (BĐKH) ngày rõ rệt đến đời sống, phát triển kinh tế thách thức không nhỏ với nhà khoa học quản lý giới nói chung Việt Nam nói riêng vấn đề thích ứng * Ở Việt Nam, diễn biến khó lường thay đổi độ mặn nước vùng cửa sông thay đổi bất thường khí hậu gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành sản xuất nông ngư nghiệp nhu cầu nước tưới tiêu, nước sinh hoạt,…[1,2,5] Trong năm, độ mặn thay đổi theo mùa lũ mùa cạn rõ rệt Mùa lũ lượng nước Địa liên hệ: Tel: 0976545519 Email: tue.nguyenngoc@hust.edu.vn * Hình Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 106 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 124 (2018) 106-113 Ở đồng Bắc Bộ, độ mặn lớn thường xuất vào tháng đến tháng 3, nhỏ thường vào tháng vào tháng Hệ thống sơng Vu Gia - Thu Bồn, có diện tích lưu vực khoảng 10350 km2, nằm phần phía Bắc vùng Trung Trung Bộ có tọa độ địa lý: (107o13'-108o34') kinh độ đơng, (14o58'-160o4') vĩ độ bắc (Hình 1); hợp thành dịng sơng Thu Bồn sông nhánh Vu Gia, Ly Ly, Túy Loan Lưu vực nằm phía đơng dãy Trường Sơn Nam, phía Bắc giáp lưu vực sơng Hương, phía Tây giáp sông Xê Công - nhánh sông Mê Kơng - lãnh thổ Lào, phía Nam giáp lưu vực sông: Tam Kỳ, Sê San, Ba, Trà Bồng, Trà Khúc, phía đơng giáp biển (IMHEN- Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu) Dịng chảy năm lưu vực Vu Gia -Thu Bồn có chế độ phân bố không đều, từ 30 l.s-1.km2 vùng đồng ven biển đến 100 l.s-1.km2 thượng nguồn sông Thu Bồn Trên lưu vực sông có trạm khí tượng: Đà Nẵng Trà My; 15 trạm đo mưa, trạm thuỷ văn, trạm đo lưu lượng trạm đo mực nước Trong trạm đo mực nước có trạm nằm vùng ảnh hưởng triều Tại vùng cửa sông, chế độ thủy triều bán nhật triều chiếm ưu xảy tất ngày tháng với biên độ thủy triều trung bình đạt từ 0,8-1,2m, biên độ cực đại 1,5m Thời điểm thủy triều có biên độ cao kéo theo tình trạng xâm nhập mặn qua cửa sông gây ảnh hưởng đến tính chất vật lý, hố học sinh vật nước trọng lượng riêng, độ dẫn điện, độ truyền ẩm, áp suất thẩm thấu, độ hoà tan chất khí, điều kiện tồn sinh vật nước Độ mặn ảnh hưởng đến nước ngầm ven biển độ chua đất Sự thay đổi trình tự nhiên nên hiểu nắm rõ quy luật dự báo trình phục vụ cho việc lấy nước tưới theo mùa vụ trồng thời đoạn dài bố trí thời vụ gieo trồng hợp lý, chọn điều kiện thuận lợi cho khu nuôi trồng thuỷ sản, hệ sinh thái ngập nước ven sông để hạn chế tối đa tác động xâm nhập mặn (IMHEN) Đây mục tiêu báo Phương pháp nghiên cứu sơ Mô hình mưa - dịng chảy MIKE-NAM mơ hình thủy lực MIKE 11, mơ hình Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng phát triển, mô tả chi tiết [2,6,7,8] hệ thống thông tin địa lý (GIS) áp dụng để nghiên cứu trình xâm nhập mặn ảnh hưởng biến đổi khí hậu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Các tham số mơ hình q trình hiệu chỉnh kiểm định đánh giá hệ số NashSutcliffe (theo Moriasi cộng (2007)) (Bảng 2) Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng RCP4.5 cho lưu vực sông Vu Gia -Thu Bồn ( khu vực từ Mũi Đại Lãnh đến Mũi Kê Gà) Bộ Tài nguyên Môi trường công bố năm 2016 [4] sử dụng q trình tính tốn Theo đó, đến năm 2030 khu vực nghiên cứu mực nước biển dâng trung bình 12cm, đến kỷ 23cm cuối kỷ 54cm so với thời kỳ sở Các đặc trưng nhiệt độ, lượng mưa, nước biển dâng so với thời kỳ sở trình bày chi tiết Bảng đồ kết nối mơ hình nhằm mơ tác động BĐKH đến xâm nhập mặn trình bày Hình Bảng Nhiệt độ(oC), lượng mưa (%) nước biển dâng (cm) theo kịch RCP4.5 so với kịch [4] Bảng Bảng đánh giá mối quan hệ số liệu mô thực đo [5] Kết thảo luận 3.1 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình dịng chảy MIKE-NAM Số liệu lưu lượng thực đo hai trạm Nông Sơn Thành Mỹ (Trung tâm Thơng tin Dữ liệu Khí tượng Thuỷ văn) sử dụng để hiệu chỉnh kiểm định tham số mơ hình mưa – dịng chảy Trong đó, chuỗi số liệu từ 1999-2004 để hiệu chỉnh thông số mơ Hình Mơ hình mơ xâm nhập mặn 107 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 124 (2018) 106-113 hình từ 2005-2010 để kiểm định mơ hình Với mục đích tính tốn biên dịng chảy tự nhiên phục vụ việc nghiên cứu cạn kiệt hệ thống làm số liệu đầu vào cho toán đánh giá xâm nhập mặn, thời đoạn mô mô hình thời kỳ kiệt nước bao gồm năm 2002, 2003, 2005, 2010 chọn để xác định thơng số mơ hình Các năm thời kỳ có lưu lượng trung bình mùa cạn thấp thời gian có đầy đủ số liệu tất trạm mưa trạm thủy văn để mô kiểm định thông số Sau dùng thơng số mơ kiểm định để tính tốn tốn đánh giá xâm nhập mặn Lượng mưa bình quân cho lưu vực phận xác định theo phương pháp đa giác Theissen, tích hợp sẵn mơ hình MIKE - NAM đảm bảo tính tốn đến ảnh hưởng trạm mưa lân cận lưu vực nghiên cứu Trọng số trạm mưa lưu vực thể Bảng Hình Đường q trình dịng chảy tính tốn thực đo trạm Nông Sơn (hiệu chỉnh) Bảng Trọng số trạm mưa lưu vực phận theo phương pháp đa giác Theissen Hình Đường q trình dịng chảy tính toán thực đo trạm Thành Mỹ (hiệu chỉnh) Hình Đường q trình dịng chảy tính tốn thực đo trạm Nông Sơn (kiểm định) Bảng Kết kiểm định hiệu chỉnh mơ hình trạm Nông Sơn Thành Mỹ Kết hiệu chỉnh mơ hình thủy văn trạm Nơng Sơn Thành Mỹ mơ tả Hình cho thấy kết mô tốt, số NashSutcliffe >75%, sai số tổng lượng WBL0,83 Kết kiểm định lại thơng số mơ hình với năm kiệt 2005 cho kết tốt, số Nash-Sutcliffe >0,81 Như thông số xác định cho nhánh sông phù hợp để sử dụng mô cho kịch nghiên cứu Trạm Ái Nghĩa Hình Mạng lưới hệ thống sơng trạm kiểm tra Vu GiaThu Bồn Mạng lưới sông bao gồm sông Vu Gia, sông Thu Bồn, sông Quảng Huế, sông Bàu Câu, sông La Thọ, sông Thanh Quýt, sông Cô Cả, sông Bà Rén, sông Hội An (đây phân lưu từ sơng Thu Bồn sau lại nhập trở lại phía hạ lưu), sơng Vĩnh Điện Trường Giang Điều kiện biên sử dụng tính tốn thủy lực: Trạm Giao Thủy + Sông Vu Gia: biên lưu lượng thực đo trạm Thành Mỹ Sông Thu Bồn: biên lưu lượng trạm Nông Sơn Trạm Cẩm Lệ + Biên dưới: trình triều Cửa Hàn, Cửa Đại Cửa Tam Kỳ (Hình 7) 3.2.2 Hiệu chỉnh kiểm định tham số mơ hình thủy lực Trong q trình hiệu chỉnh mơ hình, thơng số thủy lực tính tốn cho nhánh sông xác định mùa kiệt 2003, sau kiểm nghiệm lại trạm kiểm tra Hình năm 2005 (nhánh Vu Gia: trạm Ái Nghĩa Cẩm Lệ; nhánh Thu Bồn: trạm Giao Thủy Câu Lâu; nhánh Tam Kỳ: trạm Tam Kỳ) Đây hai năm kiệt điển hình với thời kỳ mùa kiệt kéo dài từ tháng 12 năm trước đến tháng năm sau Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình trình bày từ Hình đến Trạm Câu Lâu Kết đánh giá sai số (Bảng 5) đường q trình mực nước tính tốn thực đo mùa kiệt 2003 cho thấy trình hiệu chỉnh mơ tốt dịng chảy mùa kiệt hệ thống, đường q trình mực nước tính tốn thực đo sát Kết tốt đạt trạm nằm gần trạm đo lưu lượng Ái Nghĩa, Giao Thủy trạm vùng Trạm Tam Kỳ Hình Mực nước tính tốn thực đo trạm năm 2003 (hiệu chỉnh) 109 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 124 (2018) 106-113 nhỏ, mặn đẩy sâu vào sông thời gian đầu cuối mùa cạn từ tháng đến tháng Kết mô kiểm định trạm nhánh sông: Cẩm Lệ sông Vu Gia, Cổ Mẫn sông Vĩnh Điện, Câu Lâu Cẩm Nam sông Thu Bồn Kết so sánh mặn vị trí bảng hình 10, 11 Kết hiệu chỉnh kiểm định mô đun truyền mặn cho thấy hệ số khuếch tán phần hạ lưu sông thuộc hệ thống sông Vu Gia- Thu Bồn dao động từ 400-600 m2/s Dao động mặn phù hợp pha, chênh lệch đỉnh mặn thời điểm khơng lớn (