Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng mô hình thủy lực Telemac 2D nghiên cứu xâm nhập mặn trong vùng Đồng bằng Sông Cửu Long với các kịch bản thủy lực khác nhau

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:Nhiệm vụ chính của luận văn là: Ứng dụng mô hình TELEMAC 2D nghiên cứu xâm nhập mặn vùng Đồng bằng sông Cửu Long : mực nước triều tăng, lưu lượng nước thượng nguồn

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu chung

Nghiên cứu tình trạng xâm nhập mặn vùng đồng bằng sông Cửu Long ứng với các chế độ thủy lực khác nhau

Mục tiêu cụ thể

Xây dựng kịch bản về xâm nhập mặn ứng với các chế độ thủy lực khác nhau dưới tác động mực nước biển dâng cao, lưu lượng thượng nguồn ngày càng suy giảm, nhằm giải quyết, kiểm soát vấn đề xâm nhập mặn vùng ĐBSCL

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Ý nghĩa khoa học

Đánh giá một cách tương đối những diễn biến, tác động của quá trình xâm nhập mặn trước những ảnh hưởng của biến đổi kh hậu: mực nước biển dâng, triều cường tăng…, chế độ thủy lực và thủy văn…ảnh hưởng nghiêm trọng đến phát triển kinh tế- xã hội, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp vùng ĐBSCL bao gồm thành phố Cần Thơ và 12 tỉnh thành: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Sóc Trăng, Hậu Giang, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu và Cà Mau

Nhằm dự báo, đề xuất các định hướng ứng phó quá trình xâm nhập mặn trên địa bàn nghiên cứu, đóng góp cơ sở khoa học cho việc xây dựng và triển khai kế hoạch hành động như: điều chỉnh quy hoạch tổng thể và sản xuất nông nghiệp cho khu vực, lựa chọn cây trồng vật nuôi th ch nghi với điều kiện khô hạn và môi trường nước mặn, lợ Kiện toàn hệ thống đê và thành lập nhiều khu tứ giác Xây dựng, hoàn thiện hệ thống công trình giữ nước ngọt trong đồng bằng Xây dựng đập ngầm và hệ thống đê biển, đê sông…

Ý nghĩa thực tiễn

Các kết quả của nghiên cứu có thể được sử dụng như cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc hoạch định các đề án liên quan đến quá trình xâm nhập mặn, đề ra phương hướng, ứng phó cũng như giải quyết của ch nh quyền và cộng đồng địa phương.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thu thập số liệu địa hình phục vụ phân t ch và t nh toán Mô tả điều kiện hiện tại và lịch sử của sự phát triển vùng nghiên cứu Thu thập thêm dữ liệu với các hình thức điều tra thực địa và nghiên cứu mô hình tương ứng

Bản đồ địa hình, không ảnh, ảnh vệ tinh, bản đồ sử dụng đất Gió, áp suất kh quyển, nước biển dâng, nhiệt độ và độ măn Điều tra, thu thập thông tin dữ liệu về xâm nhập mặn vùng đồng bằng sông Cửu Long

Phân t ch, xác định các yếu tố thủy lực ảnh hưởng đến xâm nhập mặn, cơ chế xâm nhập mặn vùng đồng bằng sông Cửu Long

Sử dụng phần mềm t nh toán Telemac - 2D để nghiên cứu sự thay đổi trong xâm nhập mặn trên các phương diện cường độ, mức độ mở rộng vùng bị ảnh hưởng, và thời gian bị ảnh hưởng, ứng dụng mô hình thủy lực t nh toán, sử dụng module thủy lực và module tải khuếch tán trong Telemac - 2D để mô phỏng xâm nhập mặn, đánh giá sự thay đổi xâm nhập mặn ứng với các chế độ thủy lực khác nhau (mực nước biển dâng, biến đổi của d ng chảy thượng nguồn, biến đổi kh hậu, khai thác sử dụng nước…v v…).

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI

Tổng quan nghiên cứu trên thế giới

Biến đổi kh hậu đã và đang diễn ra trên quy mô toàn cầu, tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn thế giới Hiện tượng triều cường, mực nước biển dâng cao gây sạt lở bờ biển, bờ sông, ngập lụt…., đặc biệt là vấn đề nhiễm mặn nguồn nước đã gây ảnh hưởng và là mối quan tâm của nhiều nước Một số nghiên cứu ngoài nước được kể đến bao gồm:

“Battling Seawater Intrusion in the Central & West Coast Basins” của Ted Johnson(WRD Technical Bulletin), 2007

Hiện tượng xâm nhập mặn tại lưu vực Trung và Bờ Tây là một vấn đề nghiêm trọng Trong nửa đầu thế kỷ XX, mức xâm nhập mặn vào đất liền khá cao, độ cao mực nước ngầm hạ hơn 100m so với mực nước biển và gây ô nhiễm các tầng chứa nước ven biển Los Angeles Để ngăn hiện tượng xâm nhập cũng như giải quyết các vấn đề nhằm giảm chi ph , các nghiên cứu đã xây dựng thành công tường áp lực dọc theo đường giếng phun nhằm vượt qua áp lực của nước biển, bảo vệ thành công các tầng chứa nước ngọt Kết quả, trong tương lai sẽ có nhiều hơn phương pháp, cách thức bảo vệ các tầng chứa nước, giảm thiểu chi ph cho người sử dụng nước ngầm

“Global Warming induced Sea Level Rise on Soil, Land and Crop Production Loss in Bangladesh” của Hossain, M.A (Soil Resource Development Institute (SRDI), Ministry of Agriculture, Krishi Khamar Sarak, Farmgate, Dhaka-1215, Bangladesh), năm 2010

Bài báo phân t ch đánh giá tác động của sự nóng lên toàn cầu gây ra nước biển dâng Với hơn 30% diện t ch đất canh tác ở Bangladesh là ở khu vực ven biển Trong số 2,86 triệu ha đất ven biển và ngoài khơi khoảng 1,0 triệu ha (SRDI 2000) đất canh tác bị ảnh hưởng bởi mức độ khác nhau của độ mặn Các nhà khoa học tin rằng do mực nước biển dâng vùng ven biển Bangladesh sẽ ảnh hưởng đến diện t ch ngập lụt, xói m n, xâm nhập mặn, mất đất gây suy thoái tài nguyên đất đồng thời ảnh hưởng xấu đến sản xuất lương thực quốc gia Xâm nhập mặn, nước biển dâng làm cho khu vực ven biển ngập lụt, kết hợp với d ng chảy giảm từ vùng cao trong mùa đông sẽ đẩy nhanh sự xâm nhập của nước mặn trong đất liền Vùng

-12- nước ven biển sẽ trở nên mặn hơn và độ mặn của đất sẽ tăng lên Không chỉ có vậy, ngay cả các tầng chứa nước ngầm cũng sẽ chịu gánh nặng của xâm nhập mặn Lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nước tăng lên và độ mặn của đất Theo Nicholls và Leatherman (1995), từ 12 % đến 15

% diện t ch đất nông nghiệp bị mất, 16 % sản lượng gạo quốc gia bị mất

“ Modeling the Transient Respone of Saline Intrusion to Rising Sea- Level”củaMatt D Webb(Trường Địa lý, trái đất và Khoa học Môi trường, Đại học Birmingham, Vương quốc Anh), Ken W.F Howard, năm 2011

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng mô hình Seawat, mô hình xâm nhập nước biển hai chiều để đánh giá tác động của mực nước biển dâng và việc xâm nhập mặn ở các tầng nước ngầm ven biển dựa vào giá trị tham số địa chất thủy văn điển hình Nghiên cứu đã cung cấp kết quả ước t nh ban đầu tỷ lệ xâm nhập và sự mất cân bằng gây ra bởi nước biển dâng

“Impact of Sea Level Rise on Groundwater Salinity in a Coastal Community of South Florida” của Hillol Guha (Tổng công ty điện Bechtel, Địa kỹ thuật và Dịch vụ Thủy lực), Sorab Panday (Kỹ sư trưởng, AMEC Geomatrix Inc, Herndon, Virginia), năm 2012

Không chỉ nguồn nước ngọt của riêng nước Mỹ mà trên toàn thế giới đang bị đe dọa do ảnh hưởng của nước biển dâng, trước thềm biến đổi kh hậu của toàn cầu Theo ước t nh của các cơ quan Ch nh Phủ, các nhà nghiên cứu kh hậu toàn cầu, năm 2100, nước biển có khả năng dâng 0,6 -2,1m, miền nam Florida là vùng ven biển và phần lớn bờ biển phụ thuộc vào mực nước biển dâng và các tác động tiềm năng đất ngập nước, các nguồn tài nguyên nước của khu vực Để hiểu những gì tác động của mực nước biển dâng sẽ gây ra cho mực nước ngầm và độ mặn xâm nhập, tác giả đã đưa ra mô hình hiệu chỉnh ngày đầu mực nước ngầm, d ng chảy cơ bản trong kênh, nồng độ clorua trong một năm và sáu tháng Ba phân t ch được thực hiện riêng biệt bằng cách tăng mực nước biển 0,6; 0,9; 1,22 m Kết quả mô phỏng cho thấy mực nước ngầm tăng ở một số vùng là 4-15%, trong khi đó nồng độ clorua tương đối trung bình 100-600% tăng đáng kể trong một số giếng Kết quả mô hình cho thấy rằng ngay cả một sự gia tăng 0,6 m trong mực nước biển cũng có

-13- khả năng làm giảm nguồn nước ngọt quan trọng trong nhiều bộ phận của Nam Florida

“Wetland conservation and sustainable use under global change: a tropical Australian case study using magpie geese” củaLochran W Traill, Corey J A Bradshaw, Steven Delean, Barry W Brook (Viện Môi trường, Trường Trái đất và Môi trường, Đại học Adelaide, Nam Úc), năm 2010

Trong bài báo này, các tác giả nghiên cứu trường hợp mất đất do nước biển dâng ở ph a Bắc vùng nhiệt đới Australia Mô hình dự kiến nước biển dâng đến năm 2400, mực nước ngập lên đến 20 m so với mức hiện tại Mô hình số độ cao đã được sử dụng để mô phỏng mực nước biển dâng và khả năng mất đất ảnh hưởng đến môi trường sống cũng như hệ sinh thái của loài chim trong khu vực này Kết quả, do ảnh hưởng của nước biển dâng có khoảng 5% đất sẽ mất đi vùng ngập nước hiện nay, đề ra phương án bảo tồn các loài chim nước cũng như quản lý đất ngập nước th ch ứng

Nhận xét: Biến đổi kh hậu đang là mối quan tâm của rất nhiều nước trên thế giới, với những hệ quả nghiêm trọng do nước biển dâng, triều cường tăng, nhiệt độ gia tăng, ô nhiễm môi trường sống, , đặc biệt là vấn đề xâm nhập mặn vào nội đồng Đã ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, cũng như tình hình kinh tế- xã hội của mỗi nước, đặc biệt là Việt Nam (nước có đường bờ biển trãi dài từ Bắc tới Nam của lãnh thổ)

Và là đề tài nghiên cứu của không t nhà khoa học với công cụ là những phần mềm hỗ trợ khác nhau như: Meksal, Hybrid, Vrsap, Sal, Kod, Mike11,…và Telemac (với mã nguồn mở)

Với mỗi phần mềm đều có ưu và nhược điểm khác nhau Nhưng tất cả là cùng một mối quan tâm giúp con người ứng phó và có phương hướng cũng như biện pháp th ch ứng trong điều kiện kh hậu biến đổi

TỔNG QUAN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

ĐBSCL là một trong những đồng bằng lớn của Việt Nam nằm ở hạ lưu lưu vực sông MeKong bao gồm 13 tỉnh, với tổng diện t ch tự nhiên khoảng 3,9 triệu ha, chiếm 79% diện t ch toàn châu thổ và bằng khoảng 5% diện t ch toàn lưu vực sông MeKong ĐBSCL có bờ biển dài trên 700 km, ph a Tây Bắc giáp Campuchia, ph a Đông Bắc giáp vùng Đông Nam Bộ, ph a Đông giáp biển Đông, ph a Nam giáp Thái Bình Dương và ph a Tây giáp Vịnh Thái Lan Đây là vị tr thuận lợi trong việc phát triển kinh tế biển, khai thác và nuôi trồng thủy sản, phục vụ cho nhu cầu sản xuất, tiêu dung trong nước và xuất khẩu.

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH

Phần lớn địa hình có cao độ trung bình từ 0,7-1,2 m 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 c n 0,3-0,7 m ở khu vực giáp triều, ven biển, hai vùng trũng nhất là Đồng Tháp Mười và Tứ giác Long Xuyên

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 ph a biển, nằm xen kẽ các vùng trũng thấp ngập triều Vùng Bắc Đông - Bo Bo là vùng rất khó khăn về tiêu thoát của vùng Đồng Tháp Mười, hạ lưu vực sông Cái Lớn-Cái Bé và U Minh Thượng,

U Minh Hạ là những vùng đất thấp hơn cả, với cao độ từ 0,3-0,7 m, luôn ngập do triều cao, nước mưa nội đồng và nước lũ thượng nguồn.

MẠNG LƯỚI SÔNG NGÒI, KÊNH RẠCH

Vùng ĐBSCL bao gồm Sông Tiền và sông Hậu Sông Tiền đóng vai tr quan trọng ngay sau khi phân lưu từ d ng ch nh MeKong và có các phân lưu lớn kế tiếp nhau là sông Cổ Chiên, sông Hàm Luông, sông Ba Lai, sông Cửa Đại và Cửa Tiểu, sông Hậu qua cửa Định An và Trần Đề

Hệ thống sông Vàm Cỏ gồm 2 nhánh Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây, đều bắt nguồn từ Campuchia Sông Vàm Cỏ Tây bắt nguồn từ đồng bằng tỉnh Prey Vieng, chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam vào Việt Nam (tỉnh Long An) Diện t ch lưu vực 1.720 km 2 , chiều dài trong lãnh thổ Việt Nam vào khoảng 110 km Sông đã bị thoái hóa vì sau khi đắp đập Svay Rieng, d ng sông không c n lưu thông với nguồn triều từ biển Đông Về mùa khô, d ng chảy cơ bản rất nhỏ do không có nguồn sinh thủy, nhưng trong mùa lũ, lưu vực sông lại ch nh là khu trữ và chuyển lũ tràn từ sông MeKong sang Việt Nam Sông Vàm Cỏ Đông bắt nguồn từ vùng đồi thấp tình Prey Vieng chảy vào hướng Tây Bắc- Đông Nam vào tỉnh Tây Ninh Chiều dài sông ch nh trong phần đất Campuchia là 54 km , diện t ch lưu vực tương ứng là 1.380 km 2 Đoạn chảy gần vào Việt Nam l ng sông c n khá sâu và bị ảnh hưởng của thủy triều biển Đông

Nhóm sông Sở Thượng, Sở Hạ, Cái Cỏ - Long Khốt chạy dọc theo biên giới Việt Nam – Campuchia trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp, Long An

Hệ thống sông Mỹ Thanh, gồm có sông ch nh Mỹ Thanh, các chi lưu Cổ C , Nhu Gia là trục tiêu, dẫn nước mặn và cũng là trục đường giao thông thủy cực kỳ quan trọng của vùng bán đảo Cà Mau (BĐCM)

Hệ thống sông Gành Hào, gồm có sông ch nh là Gành Hào và các chi lưu Tắc Thủ, Đầm Dơi và Đầm Chim Sông là trục tiêu, lấy nước mặn và cũng là trục đường giao thông thủy cực kỳ quan trọng cho vùng BĐCM

Hệ thống sông Đốc, bao gồm sông Đốc, các chi lưu Cái Tàu, Biện Nhị - Cán Gáo, là trục tiêu ch nh của vùng U Minh

Sông Giang Thành xuất phát từ vùng núi ph a Tây-Nam Campuchia Hiện nay, sông Giang Thành được nối với kênh Vĩnh Tế nên chế độ d ng chảy cũng bị chi phối bởi sự ảnh hưởng của sông Hậu

Ngoài ra c n rất nhiều các sông, rạch khác như rạch Hồng Ngự, rạch Cần Lố, rạch Ruộng ,rạch Cả Nai, sông Măng Th t, rạch Cần Chông ,sông Ô Môn, sông Cần Thơ Đặc điểm các sông rạch này là có cửa vào lớn, sâu nhưng thu hẹp rất nhanh khi vào nội đồng Dọc biên giới Việt Nam-Campuchia cũng có một số sông rạch chảy vào ĐBSCL, như sông Châu Đốc, sông Sở Thượng-Sở Hạ…

Hình 2.1 Hệ thống sông ng i vùng ĐBSCL (Nguồn Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam )

ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN

Vùng ĐBSCL, nhiệt độ trung bình tháng trong toàn vùng thay đổi từ 25,3- 27,0 o C, khá đều theo không gian và thời gian; số giờ nắng rất cao, từ 2.200-2.400 giờ mỗi năm, trung bình 6-7 giờ mỗi ngày; lượng bốc hơi trung bình từ 1.000- 1.300 mm; độ ẩm tương đối của không kh cao, từ 78-82; lượng mưa trung bình toàn ĐBSCL vào khoảng 1.600-1.800 mm, ven biển Tây có lượng mưa cao hơn (2.000-2.400 mm) và ven biển Đông có lượng mưa thấp hơn (1.400-1.600 mm) ĐBSCL nhìn chung rất t bão Theo thống kê bão đổ bộ vào bờ biển Đông trong gần 100 năm qua, chỉ khoảng 30% số trận bão là có ảnh hưởng đến vùng biển Nam

Bộ, trong đó không quá 10% đổ bộ trực tiếp Trong 100 năm qua, có 3 trận bão ảnh hưởng lớn đến ĐBSCL là trận bão khủng khiếp năm 1904, bão Linda năm 1997 sức gió 65 mph (100 km / h) và bão Durian năm 2006,sức giótối đa 150 km/giờ, giật trên 185 km/giờ

Hàng năm, thông thường từ tháng VII, nước thượng nguồn dồn về nhiều làm cho mực nước tại đầu nguồn sông Cửu Long (Tân Châu và Châu Đốc) tăng nhanh Khoảng từ nửa cuối tháng VII đến cuối tháng VIII, mực nước Tân Châu thường đạt trên mức 3,50 m và Châu Đốc trên 3,00 m Mực nước lũ cao nhất năm thường xảy ra trong khoảng thời gian từ hạ tuần tháng IX đến trung tuần tháng X, với tần suất cao nhất vào thượng tuần tháng X Mực nước cao nhất tại Tân Châu 5,12 m (1961) và 5,06 m (2000), tại Châu Đốc 4,90 m (2000) Bên cạnh đó, năm lũ nhỏ (1998), mực nước đỉnh lũ Tân Châu 2,81 m và Châu Đốc 2,54 m Mực nước trung bình đỉnh lũ Tân Châu 4,13 m và Châu Đốc 3,62 m Chênh lệch mực nước đỉnh lũ nhiều năm Tân Châu 2,31 m và Châu Đốc 2,35 m Cường suất lũ lên và xuống thấp, trung bình 3-4 cm/ngày Những trận lũ lớn và xuất hiện sớm 10-12 cm/ngày (1984), cao nhất có thể đạt 20-30 cm/ngày

Lũ ở ĐBSCL thông thường có dạng 1 đỉnh, đỉnh lũ thường xuất hiện vào khoảng cuối tháng IX đến nửa đầu tháng X Những năm lũ kép (2 đỉnh) thường là những năm lũ lớn (1961, 1978, 2000, 2001 và 2002), đỉnh phụ thuờng xuất hiện trong tháng VIII, hoặc đầu tháng IX, có khi xấp xỉ với đỉnh ch nh tháng X Những năm lũ lớn, đỉnh thứ 2 thường xảy vào thời kỳ triều cường biển Đông, do vậy, tình hình ngập lụt càng nghiêm trọng ở ĐBSCL

Nếu căn cứ vào mực nước lũ tại Tân Châu để phân thành các nhóm năm lũ nhỏ (4,5 m) thì tần số xuất hiện năm lũ nhỏ là 21%, năm lũ trung bình là 46 % và năm lũ lớn là 33%

Chế độ thuỷ văn ĐBSCL chịu ảnh hưởng mạnh của d ng chảy sông MeKong, thuỷ triều biển Đông, vịnh Thái Lan và chế độ mưa nội vùng Do có 2 ph a giáp biển nên vùng ven biển bị mặn xâm nhập mạnh, vào mùa khô mặn xâm nhập sâu vào nội đồng Nước sông ng i, kênh rạch và trong đồng ở ven biển c n bị nhiễm mặn, nhất là vào mùa cạn, mặn xâm nhập sâu vào trong hệ thống sông ng i kênh rạch và đồng ruộng; xâm nhập sâu nhất thường vào các tháng II - IV, khi lượng nước từ thượng nguồn đổ về t

TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM

Nước ngầm tầng nông chứa trong tầng Holocence, có mối quan hệ mật thiết với nước mặn, chất lượng nước xấu và bị nhiễm mặn Tuy nhiên một số nơi như Vĩnh Châu (Sóc Trăng ) Trà Vinh ở các giồng cát có thể khai thác được nước ngầm có chất lượng tốt, sử dụng được cho sinh hoạt, tưới hoa màu

Khu vực ven biển và cửa sông thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre và một phần tỉnh Trà Vinh, nước ngầm các tầng gần mặt đất bị nhiễm mặn cao nên phải ở độ sâu trên 300m mới có thể khai thác được nước có chất lượng tốt Một số nơi như Bến Tre, G Công khai thác nước ngầm chất lượng tốt rất khó khăn Các khu vực ph a Tây tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, các huyện Đầm Dơi, Ngọc Hiển, Thị xã Cà Mau (tỉnh Cà Mau) khai thác nước ngầm khá thuận tiện, ở độ sâu khoảng 100120m là có thể khai thác được nước ngầm chất lượng tốt Khu vực ven biển Tây từ mũi Cà Mau đến Rạch Giá khả năng khai thác nước ngầm khá thuận tiện Nhìn chung ở độ sâu 120150m có thể khai thác được nước ngầm có chất lượng tốt Tuy nhiên cũng có những nơi cục bộ ở độ sâu trên 200m vẫn chưa tìm thấy nước ngầm có chất lượng tốt

Khu vực ven biển tứ giác Long Xuyên (TGLX ) từ H n Đất đến Hà Tiên khai thác nước ngầm khó khăn vì các tầng ngầm gần mặt đất bị nhiễm mặn cao.

ĐẶC ĐIỂM THỦY TRIỀU

Thuỷ triều có ảnh hưởng sâu sắc đến d ng chảy vùng ven biển ĐBSCL Vùng ven biển ph a Đông từ Cần Giờ đến mũi Cà Mau chịu ảnh hưởng của thuỷ triều biển Đông; vùng ven biển ph a Tây từ mũi Cà Mau đến Hà Tiên chịu ảnh hưởng của thuỷ triều biển Tây

Thuỷ triều vùng ven biển Đông có chế độ bán nhật triều không đều, mỗi ngày nước lên xuống 2 lần, có 2 đỉnh và 2 chân Hai đỉnh triều chênh lệch nhau t nhưng

2 chân chênh lệch nhau nhiều Với dạng triều này sẽ có tác dụng đưa nước vào nội đồng nhiều hơn Xu thế thuỷ triều ven biển Đông là từ Vũng Tàu đến Gành Hào biên độ triều tăng lên nhưng thời gian xuất hiện đỉnh triều chậm dần

Thuỷ triều ven biển Tây thuộc loại hỗn hợp thiên về nhật triều Trong ngày có 2 đỉnh, 2 chân nhưng những dao động lớn hoàn toàn chiếm ưu thế và thiên về nhật triều Có nghĩa là 2 đỉnh chênh lệch nhau đáng kể nhưng 2 chân xấp xỉ nhau Dạng triều này có thời gian duy trì mức nước thấp dài nên tạo ra việc tiêu tháo nước thuận lợi.

DIỄN BIẾN MỰC NƯỚC

Tại Tân Châu-Châu Đốc: Mực nước trạm Châu Đốc khá nhạy cảm với diễn biến mực nước thượng lưu sông MeKong Khảo sát diễn biến mực nước tại trạm từ 1978-2008 (30 năm) cho ta thấy trên biểu đồ diễn biến mực nước cao nhất hàng năm đường xu thế biến đổi trung bình tăng 1,5 cm/năm, trên biểu đồ diễn biến mực nước chân triều thấp nhất đường xu thế biến đổi tăng 1,33 cm/năm và trên biểu đồ diễn biến mực nước trung bình năm đường xu thế biến đổi tăng 0,46 cm/năm Tại Cần Thơ: Tài liệu từ năm 1977-2008 (32 năm) cho thấy do ảnh hưởng bởi nước ngọt thượng lưu nên chân triều tại khu vực TP.Cần thơ được nâng lên cao, mùa kiệt biên độ c n từ 2,2-2,6 m (từ Thốt Nốt tới Cần Thơ), mùa lũ biên độ chỉ còn 1,1-1,8 m (từ Cần Thơ tới Thốt Nốt) Đây vẫn là điều kiện khá thuận lợi cho việc tiêu thoát nước.

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU THƯỢNG LƯU SÔNG MEKONG

Hiện trên lưu vực MeKong có nhiều nghiên cứu và dự báo về biến đổi kh hậu Theo IPCC (Tổ chức liên ch nh phủ về biến đổi kh hậu), đến 2030, trên lưu vực MeKong, nhiệt độ trung bình tăng khoảng 0,79 o C, lượng mưa trung bình tăng

200 mm (15,3%), chủ yếu vào mùa mưa Lượng mưa mùa khô tăng ở ph a Bắc lưu vực và giảm ở ph a Nam lưu vực (bao gồm hầu hết hạ lưu vực Mekong) Tổng lượng d ng chảy năm tăng 21% Lũ tăng trên tất cả các vùng trong lưu vực, đặc biệt gây tác động lớn đến ph a hạ lưu d ng ch nh MeKong Theo một nghiên cứu của chuyên gia Úc của ADB, đến 2050, tổng lượng d ng chảy xuống Kratie tăng khoảng 10% Một số nghiên cứu của các nước và tổ chức quốc tế khác như IWMI,

Hà Lan… cho rằng đến sau năm 2070, lũ sông MeKong có thể tăng thêm 30-40% và d ng chảy kiệt giảm 20-30% Gần đây nhất, tháng 9/2009, Ủy hội sông MeKong đánh giá, do BĐKH, đến 2050, so với giai đoạn 1985-2000, trong khi

-20- d ng chảy lũ sẽ giảm 7-8% tại Stung Treng/Kratie thì d ng chảy kiệt lại tăng xấp xỉ 20% cũng tại 2 vị tr này Tuy nhiên, đối với Tân Châu và Châu Đốc, 2 vị tr cửa ngõ vào ĐBSCL cho thấy mùa lũ tăng 1-2% và mùa kiệt tăng khoảng 10%.

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐBSCL

Trong tương lai, cùng với sự gia tăng của mực nước biển dâng, mặn cũng xâm nhập sâu hơn vào trong sông Theo kịch bản A2 (các kịch bản BĐKH và NBD này đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2012), vào giai đoạn 2020-2039, chiều dài xâm nhập mặn tăng lên 67-70km trên sông Cửu Long, 125km trên sông Vàm Cỏ Tây; vào giai đoạn 2040-2059, sẽ tăng lên 7 -75km trên sông Cửu Long và 129 km trên sông Vàm Cỏ Tây

Ranh giới độ mặn 4‰ lớn nhất trên sông Cổ Chiên, cách TP Vĩnh Long 22,5km (xâm nhập sâu hơn thời kỳ nền 9,2km); Ranh giới độ mặn 1‰ lớn nhất trên sông Cổ Chiên cách TP Vĩnh Long khoảng 5km (lấn sâu hơn thời kỳ nền 9,5km) và trên sông Hậu về ph a thượng lưu TP Cần Thơ khoảng 3km (lấn sâu hơn thời kỳ nền 8,8km)

Chiều dài xâm nhập mặn trong giai đoạn 2020-2 39 tăng khoảng 4,6 đến 5,1km, t nhất ở sông Vàm Cỏ Tây và nhiều nhất ở sông Mỹ Tho; vào giai đoạn 2040- 2059, sẽ tăng tới 8,4 đến 9,5km, t nhất ở sông Hậu và nhiều nhất ở sông Mỹ Tho

Trong 3 năm tới, diện t ch đất lớn nhất có thể bị ảnh hưởng bởi độ mặn lớn hơn 4‰ khoảng 1.605.200 ha, chiếm 41% diện t ch toàn ĐBSCL, tăng 2551 ha so với thời kỳ nền 1991-2000; diện t ch chịu ảnh hưởng của độ mặn lớn hơn 1‰ khoảng 2.323.100 ha, chiếm 59% t ch tự nhiên, tăng 193 2 ha Trong 5 năm tới, diện t ch đất lớn nhất có thể bị ảnh hưởng bởi độ mặn lớn hơn 4‰ khoảng 1.851.200 ha, chiếm 47% diện t ch toàn ĐBSCL, tăng 439 2 ha so với thời kỳ nền 1991-2000; diện t ch chịu ảnh hưởng của độ mặn lớn hơn 1‰ khoảng 2.524.100 ha, chiếm diện 64% t ch tự nhiên, tăng 456 1 ha Gần 4/5 diện t ch vùng BĐCM bị ảnh hưởng mặn (ngoại trừ phần diện t ch Tây sông Hậu) Toàn bộ diện t ch các dự án G Công, Bảo Định, Bắc Bến Tre, MỏCày, Nam Măng Th t, Tiếp Nhật, bị

-21- nhiễm mặn Ngoài các thành phố/ thị xã Bên Lức, Tân An, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Rạch Giá, Hà Tiên vốn đã bị ảnh hưởng mặn sẽ thêm

Mỹ Tho, Vĩnh Long và Cần Thơ bị ảnh hưởng do nước mặn xâm nhập sâu hơn.

HIỆN TRẠNG XÂM NHẬP MẶN

Trong nhiều năm trở lại đây, hiện tượng nước biển xâm nhập sâu vào ĐBSCL trong mùa khô đã mang lại một mối lo ngại lớn Hiện tượng suy giảm mực nước trên các d ng sông ch nh vào mùa khô, tình trạng mặn hóa cục bộ ngày càng diễn biến phức tạp trên các sông lớn như sông Tiền, sông Hậu và sông rạch ven biển Ở vùng ven biển ĐBSCL nước mặn trong mùa khô đã tiến sâu vào nội địa Theo Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, mùa khô năm 2013 nước mặn xâm nhập sâu Hiện mực nước đầu nguồn sông Cửu Long thấp hơn trung bình nhiều năm từ 0,6-0,7 m Xâm nhập mặn xuất hiện sớm và xâm nhập sâu vào đất liền từ 40-50km, có nơi sâu hơn và độ mặn tăng cao hơn cùng kỳ năm 2012 cũng như trung bình nhiều năm qua Tại sông Cửa Tiểu tháng Ba và tháng Tư là hai tháng mặn xâm nhập sâu nhất, nước mặn có độ mặn 10‰ xâm nhập sâu hơn 25 km Nước mặn có độ mặn 4‰, xâm nhập sâu hơn 40km Nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu 50km Năm

2013, mặn xâm nhập cao hơn năm 2012 và độ mặn tăng cao hơn mức trung bình nhiều năm Tại sông Cửa Đại, tháng Ba và tháng Tư, mặn xâm nhập sâu nhất Nước mặn có độ mặn trên 10‰ xâm nhập sâu hơn 35km và đạt giá trị cao nhất là 14,1‰ vào tháng Tư Nước mặn có độ mặn 4‰ xâm nhập sâu hơn 40km Nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu hơn 50km Xâm nhập mặn trên sông Cửa Đại trong mùa khô năm 2013 cao hơn năm 2012 Sông Hàm Luông, tháng Ba đến tháng Tư nước mặn có độ mặn lớn hơn 10‰ xâm nhập sâu hơn 30km Nước mặn có độ mặn 4‰ xâm nhập sâu 40km Nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu trên 50km Độ mặn trên trên sông Hàm Luông mùa khô năm 2013 cao hơn năm 2012 Trên sông Cổ Chiên, nước mặn có độ mặn lớn hơn 10‰ xuất hiện trong tất cả các tháng và xâm nhập sâu trên 25km Trong tháng Tư, nước mặn có độ mặn 4‰ xâm nhập sâu 40km Nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu 50km Mặn tháng Tư đạt giá trị cao nhất và xâm nhập sâu hơn các tháng khác Độ nước mặn có độ mặn 4‰ trên sông Cổ Chiên trong mùa khô năm 2013 xâm nhập sâu hơn khoảng 5km Trên

-22- sông Cung Hầu, nước mặn có độ mặn trên 10‰ xâm nhập sâu hơn 25km; độ mặn 4

‰ xâm nhập sâu hơn 35km; độ mặn 1‰ xâm nhập sâu 45km Tháng Ba và Tư có độ mặn tăng lên cao nhất Độ mặn trên sông Cung Hầu năm 2013 cao hơn so với cùng kỳ năm 2012 và cao hơn mức trung bình nhiều năm qua Trên sông Định An, nước mặn có độ mặn trên 10‰ xâm nhập sâu hơn 25km Tháng Ba và tháng Tư, nước mặn có độ mặn 4‰ xâm nhập sâu 45km Nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu 50km Độ mặn trên sông Định An trong mùa khô cao hơn cùng kỳ năm 2012 Tháng Tư là tháng mặn xâm nhập sâu nhất và đạt giá trị cao nhất Trên sông Trần Đề, nước mặn có độ mặn trên 10‰ xâm nhập trên 30km Nước mặn có độ mặn 4‰ xâm nhập sâu hơn 40km Tháng Ba và tháng Tư, nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu 50km Tháng Tư độ mặn tăng lên cao nhất Độ mặn trên sông Trần Đề trong mùa khô năm 2013 cao hơn cùng kỳ năm 2012 và cao hơn trung bình nhiều năm qua Trên sông Cái Lớn, nước mặn có độ mặn 10‰ xâm nhập sâu 15km Nước mặn có độ mặn 4‰ xâm nhập 25km Nước mặn có độ mặn 1‰ xâm nhập sâu 40km Tháng Tư độ mặn tăng lên cao nhất trong năm Sông Ông Đốc chạy dọc theo biển Tây, chịu tác động ch nh của triều biển Tây Một số cửa thông ra ph a biển Tây nhưng đến nay chưa có công trình ngăn mặn, toàn bộ tuyến sông Ông Đốc vẫn c n nhiễm mặn

Sông Vàm Cỏ Tây: Do nước ngọt sau khi sử dụng cho Đồng Tháp Mười ( ĐTM ) còn sang sông Vàm Cỏ Tây (VCT) rất nhỏ nên trong mùa khô, mặn xâm nhập rất sâu Trước đây, vào tháng IV, độ mặn 4 g/l lên đến Tuyên Nhơn, cách cửa sông gần 110 km Sau năm 1985, các kênh trục trên ĐTM được cải tạo, trong đó có kênh Hồng Ngự nối sang Vàm Cỏ Tây, nên mặn trên sông Vàm Cỏ Tây trong những năm sau 1985 có chiều hướng giảm Tuy nhiên, từ năm 1990 trở đi, do sản xuất nông nghiệp vùng Đồng Tháp Mười tăng nhanh, diện t ch cần tưới tháng I, II tăng, đặc biệt là diện t ch gieo trồng lúa Hè-Thu sớm vào cuối tháng IV, đầu tháng

V, khiến mặn trên Vàm Cỏ Tây những năm 1992-1993 diễn biến bất lợi Năm 1993 ở Tuyên Nhơn, độ mặn 4 g/l duy trì tới 50 ngày Đặc biệt, mùa kiệt năm 1998, tại Tuyên Nhơn xuất hiện độ mặn 10,3 g/l và tại Mộc Hóa 5 g/l

- Sông Vàm Cỏ Đông: Trước năm 1986, mặn xâm nhập trên sông Vàm Cỏ Đông cũng giống như bên sông Vàm Cỏ Tây Sau năm 1986, nhờ có lượng nước xả qua kênh Tây của hồ Dầu Tiếng và nước hồi quy của hệ thống tưới Tây Ninh, tình hình mặn đã được cải thiện rõ rệt Tuy nhiên xu thế chung cũng đang diễn biến xấu đi do yêu cầu dùng nước ngày càng gia tăng

Như vậy, trên cả hai sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây, thế cân bằng giữa đẩy mặn và xâm nhập mặn hiện đang rất bấp bênh, thiếu ổn định, dễ trở thành bất lợi vì cả hai sông đều rất rộng và sâu so với lưu lượng nước ngọt c n rất nhỏ

- Bán đảo Cà Mau (BĐCM) : Xét về xâm nhập mặn đây là một vùng đặc biệt nghiêm trọng và phức tạp nhất ở ĐBSCL Trước đây vào những năm 1990-1992 khi chưa thực hiện dự án ngọt hóa Quản Lộ - Phụng Hiệp (QLPH) thì vùng trung tâm BĐCM rất t nhận được nước ngọt từ sông Hậu dẫn vào Mùa khô vùng trung tâm QLPH như Phước Long (Hồng Dân) được gọi là vùng “chó ngáp” do khô hạn và độ mặn trên kênh rạch có khi c n cao hơn cả độ mặn từ biển (trên 35 g/l) Hơn một nửa diện t ch vùng BĐCM gồm toàn bộ 2 tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau, vùng U Minh Thượng (tỉnh Kiên Giang) và vùng Thạnh Phú- Thạnh Trị (tỉnh Sóc Trăng) bị xâm nhập mặn ở mức cao Hiện nay, 11/12 cống ngăn mặn chủ yếu của dự án ngọt hóa QLPH đã hoàn thành (trừ cống và âu thuyền Chắc Băng) có tác dụng lớn trong việc kiểm soát mặn cho một vùng rộng lớn Tuy nhiên, vùng Nam Cà Mau vẫn luôn bị mặn xâm nhập do quá xa vùng nước ngọt

- Vùng rìa phía Tây vùng Tứ Giác Long Xuyên (TGLX) : Là vùng nằm dọc theo kênh Rạch Giá-Hà Tiên (RG-HT), ảnh hưởng trực tiếp mặn từ Biển Tây Trước đây, mặn theo d ng triều qua kênh RG-HT truyền sâu từ 10-20 km vào nội đồng TGLX Hiện nay, một loạt cống tiêu lũ, ngăn mặn được xây dựng dọc bờ Biển Tây, khi đỉnh triều các cống tự động đóng lại nên hạn chế tối đa mặn xâm nhập sâu vào nội đồng nhưng đủ để nuôi trồng thủy sản cho dải ven biển

Những năm gần đây, do d ng chảy kiệt và mưa đầu mùa có nhiều biến động, khiến xâm nhập mặn trên toàn vùng ĐBSCL cũng xảy ra ngày càng nghiêm trọng và phức tạp

-24- Ảnh hưởng truyền mặn vào vùng cửa sông: Vào cuối mùa lũ, khi nguồn nước từ thượng lưu về trong sông giảm dần, mặn từ biển bắt đầu lấn dần vào vùng cửa sông và theo triều xâm nhập sâu hơn trong nội đồng ĐBSCL Độ mặn trung bình của một thời đoạn dài (15-30 ngày) trên sông phụ thuộc chủ yếu vào tổng lượng nước ngọt từ thượng lưu về trong thời đoạn tương ứng, sau khi được dùng cho tưới và các nhu cầu khác ở đồng bằng và lượng nước c n lại được chuyển ra các cửa sông

Ngoài ra, dưới tác dụng của sóng triều chu kỳ nửa tháng cộng thêm ảnh hưởng của gió và những nhiễu động về thời tiết vùng ven biển, thường có sự giao động của mực nước trung bình với biên độ có thể lên tới 30-40 cm, nếu cộng thêm gió mạnh liên tục thì mực nước trung bình ở cửa sông có thể lên đến 40-50 cm trong vòng 5-6 ngày, sau đó lại giảm xuống, kéo theo sự biến đổi của lượng nước tải ra và làm cho độ mặn cũng biến đổi theo

Các đo đạc cho thấy sự khác biệt giữa mặn giữa d ng và hai bờ, mặn trên mặt và dưới đáy có sự khác biệt từ 5-20%, thường là từ 5-10% Với vùng cửa sông, do ảnh hưởng xáo động mạnh mẽ của thủy triều, lưu lượng nước ngọt lại không đáng kể, bởi vậy hiện tượng phân tầng độ mặn rất t xảy ra Trong mùa kiệt, độ mặn mặt và đáy gần như bằng nhau trong suốt quá trình triều và ch nh vì vậy khả năng hớt nước ngọt trên mặt để tưới là rất khó khăn

Hàng năm, mặn lên cao nhất vào khoảng thời gian cuối mùa kiệt, thường là tháng IV, đôi khi đầu tháng V với năm mưa muộn Với độ mặn 1 g/l, chiều dài xâm nhập mặn cao nhất trung bình là 40-50 km, có xu thế ngắn hơn trên các nhánh sông Cửu Long và cao hơn trên các sông Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây Vào mùa lũ, do nước từ thượng lưu về nhiều, mặn nhanh chóng bị đẩy ra cửa Vào giữa mùa lũ (tháng IX-X), mặn 1 g/l cũng thường chỉ nằm ven cửa sông mà thôi

Do ảnh hưởng bởi các yếu tố kh tượng, đặc biệt là gió Đông (gió chướng) trong tháng II-III nên mực nước đỉnh triều và bình quân gia tăng đến 20-30 cm, dẫn tới độ mặn cũng gia tăng theo Tuy nhiên, tại các cửa sông, do có nước ngọt từ sông ra nên độ mặn nhìn chung thấp hơn độ mặn ở biển (thường biến thiên trong

CỞ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH

Ngày nay có rất nhiều phần mềm, cũng như mô hình đã và đang được sử dụng để giải những bài toán trong thực tế Tuy mỗi phần mềm đều có những ưu và nhược điểm khác nhau Hiện tại, để t nh d ng chảy lũ kiệt, xâm nhập mặn, trạng thái ô nhiễm hữu cơ trên các hệ thống sông của Việt Nam như sông Hồng, sông Hương, Sài G n-Đồng Nai-Thị Vải và ĐBSCL một số mô hình đã được đưa vào nghiên cứu và ứng dụng

Về mặt học thuật các mô hình d ng chảy và chất lượng nước trong sông đều được xuất phát từ hệ phương trình Saint – Venant một chiều ở các dạng khác nhau và phương trình lan truyền chất một chiều Tuy nhiên sơ đồ và thuật toán giải các hệ phương trình này lại khác nhau tùy thuộc vào tác giả của từng mô hình, từ đó độ ch nh xác của kết quả cũng như thời gian trên máy có khác nhau

Mô hình d ng chảy và chất lượng nước có t nh thương mại trên thế giới phải kể đến họ mô hình Mike, trong đó Mike 11

Mike 11 là phần mềm thuộc họ Mike với module t nh d ng chảy HD và module AD dùng cho t nh lan truyền chất (mặn) , để t nh lan truyền chất ô nhiễm phải dùng Ecolab với các yếu tố lan truyền chất từ thấp tới cao

Mike 11 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng và phát triển khoảng 20 năm trở lại đây được ứng dụng để mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước và chuyển tải bùn cát vùng cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác Mike11 bao gồm nhiều module có khả năng và nhiệm vụ khác nhau: module mưa d ng chảy, module thủy động lực, module tải khuếch tán, module sinh thái và một số module khác

MIKE 11 là mô hình động lực một chiều có tác dụng phân t ch chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch

Module mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các module bao gồm dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các module vận chuyển bùn cát không kết d nh Module MIKE 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo t nh liên tục và động lượng Để t nh d ng chảy trên sông, kênh Mike 11 cũng sử dụng hệ phương trình Saint –Venant một chiều và sơ đồ sai phân 6 điểm xen kẽ Q,H của Abbott và Lonescu Tài liệu địa hình được cho tại các mặt cắt t nh H, vận tốc u được t nh tại điểm Q Hệ phương trình sai phân được giải trực tiếp bằng phương pháp lặp Vì vậy tốc độ t nh chậm và cần có kinh nghiệm xử lý khi tạo điều kiện ban đầu (hotstart file) Trong Mike 11 đã xét công trình cống đập phổ biến, tuy nhiên đôi khi gặp trường hợp không ổn định khi phải vận hành công trình Trong module AD đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn cho phương trình lan truyền chất một chiều vì thế thường gặp hiện tượng khuếch tán số ảnh hưởng đến độ ch nh xác của kết quả như nồng độ có khi bị âm, hoặc khi không có nguồn sinh vật chất trong miền mà nồng độ trong miền cao hơn giá trị ở biên,

Một số phần mềm họ Mike khác như MIKEBASIN: dùng cho t nh cân bằng nước, MIKE FLOOD: mô phỏng lũ, MIKE 21: dùng cho bài toán nối một chiều và hai chiều trong một vùng nhỏ,

Bộ phần mềm này của công ty Halcrow và trường Wallingford phối hợp xây dựng, được đưa vào trong chương trình sử dụng nước (WUP) của Uỷ Hội sông MeKong Tương tự như bộ Mike11, phần mềm ISIS cũng sử dụng hệ phương trình Saint- Venant một chiều cho d ng chảy và lan truyền chất một chiều cho mặn Nhưng khác với Mike11, ISIS sử dụng sơ đồ sai phân Preissmann cho d ng chảy và lan truyền mặn Tuy nhiên, cũng như Mike 11, ISIS chưa có khả năng t nh mặn trong đồng Khi giải quyết bài toán trên phạm vi rộng, nhiều liên kết như ĐBSCL, ISIS đã bộc lộ một số yếu điểm và khó khăn Đặc biệt lỗi về độ ch nh xác của kết quả t nh mặn, hệ thống sông kênh đơn giản hóa rất nhiều (bỏ mạng kênh cấp 2, giữ lại d ng ch nh) nhưng vẫn chưa cho kết quả sử dụng được, đặc biệt là bài toán t nh mặn

Bên cạnh đó một nhóm các mô hình xuất hiện trong các dự án hỗ trợ song phương, đào tạo, không mang t nh thương mại như: Duflow, Sobek/ Wendy, Qual2 – E, Wasp6, Telemac cũng đã giúp ch rất nhiều trong quá trình nghiên cứu

Phần mềm này do Delft, Hà Lan phát triển gồm phần d ng chảy và t nh toán một, hai chiều đã kết nối với công cụ Gis Sử dụng hệ phương trình Saint – Venant một chiều cho d ng chảy trên kênh sông (trong phương trình có kể đến số hạng gió và ảnh hưởng của góc nhập lưu) Sobek cũng sử dụng lược đồ sai phân xen kẽ giống như Mike 11, có Q, H Địa hình được cho tại các điểm t nh H

Các yếu tố ô nhiễm được mô phỏng bằng phương trình lan truyền chất một chiều có kể tới quá trình biến đổi sinh hóa của các chất ô nhiễm Phương trình lan truyền chất một chiều được giải bằng phương pháp sai phân, mặc dù có các lựa chọn các sơ đồ, nhưng do bản chất các lược đồ sai phân, kết quả t nh vẫn bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khuếch tán số

Phần mềm này do cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) phát triển và được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số nước Châu Âu Qual 2-E đã được du nhập vào Việt Nam qua một số dự án Qual2-E sử dụng hệ phương trình Saint- Venant và lan truyền chất một chiều, giải bằng phương pháp sai phân và có thể sử dụng cho nhiều yếu tố ô nhiễm Nhược điểm của Qual2-E chỉ có thể áp dụng cho mạng sông đơn giản có dạng hình cây, thiết diện kênh sông phải đều dạng hình thang hay hình chữ nhật và không chịu ảnh hưởng của thủy triều

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 thiể kế sử dụng cho nhiều mục tiêu: t nh triều, lũ, sử dụng nước Duflow cũng giải quyết các bài toán lan truyền chất trong kênh sông có các công trình Sơ đồ sai phân

4 điểm của Preissmann được sử dụng cho bài toán thủy lực

Do trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Mỹ xây dựng, được áp dụng để t nh toán thủy lực cho hệ thống sông Phiên bản mới hiện nay đã được bổ sung module t nh vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán Mô hình Hec- Ras được xây dựng để t nh toán d ng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác hai chiều giữa d ng chảy trong sông và d ng chảy ngoài đồng bằng lũ Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông

Bên cạnh đó c n nhiều mô hình trong nước do các chuyên gia xây dựng nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn quy hoạch và sử dụng tài nguyên nước

3.1.7 MÔ HÌNH SAL (SALBOD) Được xây dựng từ những năm 80 của thế kỷ 20 với các phiên bản khác nhau qua quá trình hoàn thiện SAL sử dụng hệ phương trình Saint -Venant một chiều bằng sơ đồ sai phân Preissman Phần lan truyền chất trong Sal sử dụng phương pháp phân rã và giải phương trình tải thuần túy bằng phương pháp đặc trưng kết hợp với nội suy spline nên bảo đảm nồng độ không bị âm, mặn lan truyền tới đâu t nh tới đó nên tiết kiệm thời gian t nh Dùng Sal có thể t nh các yếu tố d ng chảy

(mực nước , lưu lượng, vận tốc, ) t nh được độ mặn và một số yếu tố của chất lượng nước

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Có nhiều phương pháp để rời rạc hệ phương trình Saint – Venant, trong đó có các phương pháp phổ biến nhất: phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thể t ch hữu hạn , và mới gần đây là phương pháp hạt SPH (Smoothed – Particule Hydrodynamics) Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng

Phương pháp phần tử hữu hạn được xây dựng dựa trên hai ý ch nh sau: một là nội suy và hai là biến phân được gọi là “ trọng dư” (EDF R&D – SOGREAH TELEMAC-2D / VALIDATION DOCUMENT [2010]) Trong phương pháp này người ta phân chia không gian thành các phần tử tam giác và tìm giá trị của các biến trạng thái (h,u,v) trên các đỉnh của tam giác Tuy nhiên phương pháp này sử dụng hệ phương trình dạng không bảo toàn không có t nh hyperbol nên nó chỉ mô tả được những d ng chảy đủ trơn

Phương pháp thể t ch hữu hạn rời rạc hệ phương trình Saint – Venant dạng bảo toàn vì nó có t nh hyperbolic Phương pháp này cũng dưa trên việc phân chia không gian thành các phần tử tam giác (lưới không cấu trúc)

Thuật toán chúng ta nhận được sẽ có t nh chất bảo toàn không những toàn cục mà có cả ở mức độ địa phương Đầu tiên ta t ch phân hệ phương trình trên từng phần tử và chấp nhận giả thiết biến trạng thái được trung bình hóa trên chúng Việc c n lại là xấp xỉ các hàm d ng trao đổi giữa các phần tử tại các mặt D ng trao đổi ra từ phần tử này sẽ ch nh là d ng vào của phần tử khác nên thuật toán có t nh bảo toàn

3.2.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Phương pháp phần tử hữu hạn trở lại sử dụng hệ phương trình [1] với các biến h (t,x,y) và ⃗⃗⃗ ( ) ( ): hệ này được gọi là hệ “vận tốc-độ sâu cột nước” Hệ này không bảo toàn

Bước đầu tiên chỉ các số hạng đối lưu tương ứng với các thành phần tải của các biến h, u và v, trong trường hợp t nh đến d ng rối và lan truyền nhiệt có thêm k, E và T được xử lý

Bước thứ hai, các số hạng c n lại được xử lý: bao gồm thành phần khuếch tán , các thành phần nguồn bằng sơ đồ nửa ẩn theo thời gian

Bước tiếp theo áp dụng các công thức biến phân và phương pháp rời rạc theo không gian của phương pháp phần tử hữu hạn, với cách rời rạc theo thời gian và không gian nêu trên các thành phần phi tuyến sẽ được tuyến t nh hóa biến đổi hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng thành một hệ phương trình tuyến t nh nơi mà các giá trị của h, u, v tại các nút là các biến cần tìm

Với mỗi bước thời gian, thu nhận một hệ phương trình tuyến t nh để giải

3.2.3 PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN Ưu điểm lớn nhất của phương pháp thể t ch hữu hạn là t nh đơn giản của sơ đồ và khả năng ứng dụng tổng quát Thông qua hệ phương trình hypecbolic, bất biến Riemann, công thức bước nhảy Rankine- Hugoniot Chúng là nền tảng để xây dựng nhiều cách xấp xỉ của hàm d ng khác nhau Ở đây chỉ tập trung vào kiểu xấp xỉ sai phân ngược d ng nhằm đáp ứng tốt t nh chất hypecbolic của phương trình Saint_ Venant.Xét hệ phương trình Saint Venant dưới dạng bảo toàn:

Hệ phương trình Saint Venant là hệ quả của các định luật bảo toàn cho chất lỏng không nén được [7] là phương trình liên tục: phương trình này diễn đạt thể t ch nước của một miền chỉ phụ thuộc vào d ng đi vào và d ng đi ra khỏi miền, [7.1] và [7.2] biểu diễn định luật hai Newton biến thiên động lượng

Ta có thể biến đổi hệ trên và dạng giả tuyến tính

Trong đó A(U), B(U) là các ma trận Jaccobi tương ứng với các hàm dòng F(U) và G(U)

Với √ là độ truyền sóng k ch động , U 1 = h, U 2 = q x , U 3 = q y

Một hệ phương trình với các ma trận Jaccobi A(U) và B(U) được gọi là hyperbolic ma trận C(U) tổ hợp tuyến t nh của hai ma trận A(U) và B(U):

Có ba giá trị riêng là các số thực với mọi giá trị của vecto ⃗⃗ ( ) Hệ được gọi là hypecbolic mạnh nếu thõa các tính chất trên ngoài ra có ba giá trị riêng khác nhau từng đôi một

-36- Điều đó có nghĩa là một vecto ⃗⃗ ( ) bất kỳ, hàm d ng được tính bởi biểu thức :Flux (U) = (F,G) ⃗⃗ = F(U) ⃗⃗ + G(U) ⃗⃗ có ma trận Jaccobi ( ) ⃗⃗ chéo hóa được

Quay trở lại phương trình Saint Venant các giá trị riêng của ma trận Jaccobi C(U) như sau:

Vì vậy hệ sẽ có t nh chất hypecbolic mạnh nếu h>0 Điều đó có nghĩa ma trận Jaccobi chéo hóa được.

TÓM TẮT CÁC KHẢ NĂNG KHÁC CỦA TELEMAC

Các biến trạng thái của phương trình Saint – Venant hai chiều trong dạng bảo toàn là chiều cao cột nước h (t, x, y) ≥ 0 và lưu lượng đơn vị ⃗ ⃗ Các phương trình này được viết như sau:

- [m 2 /s]: các thành phần theo trục x, y của vectơ lưu lượng đơn vị

- :khuếch tán tổng thể có t nh tới t nh nhớt rối và khuếch tán số [m 2 /s]

3.3.2 CÁC XẤP XỈ CỦA MÔ HÌNH SAINT - VENANT

- Phương trình biến thiên động lượng của hệ phương trình Saint- Venant được viết dưới dạng bảo toàn

Số hạng đầu tiên ký hiệu I: biểu thị biến thiên động lượng theo thời gian

Số hạng thứ II: thành phần đối lưu

Số hạng thứ III: áp suất thủy tĩnh

Số hạng thứ IV: ma sát đáy và biến thiên độ dốc địa hình

Hệ phương trình Saint – Venant chấp nhận nhiều xấp xỉ khác nhau: xấp xỉ sóng động học chỉ lưu duy nhất số hạng IV, xấp xỉ sóng khuếch tán chỉ lưu hai số hạng III +IV, xấp xỉ cận dừng II+III+IV và xấp xỉ sóng trọng trường I+II+III

3.3.3 XẤP XỈ SÓNG ĐỘNG HỌC

Phương trình [8] diễn giải sự cân bằng giữa nhiều thành phần khác nhau: quán t nh, áp suất, trọng trường và ma sát Xấp xỉ sóng động học chỉ chú ý tới ảnh hưởng của ma sát và tổn thất thế năng (độ dốc)

Phương trình động lượng một chiều được viết dưới dạng:

Với : độ dốc đáy; : thành phần ma sát theo công thức nghiệm Mainning

Tuy nhiên công thức Mainning – Strickler biểu diễn lưu lượng phụ thuộc vào hệ số Mainning n [m -1/3 s], mực nước h và ma sát dưới dạng:

Biểu thức này cho phép viết u như một hàm số của ( ) như sau:

Thay vào hệ phương trình [9]

( ( ( )) Hạn chế của xấp xỉ này là sẽ không đúng khi độ dốc bằng không

3.3.4 XẤP XỈ SÓNG KHUẾCH TÁN

Xấp xỉ sóng khuếch tán dựa trên việc bỏ qua các số hạng biến thiên theo không gian và thời gian của động lượng Trong không gian một chiều, phương trình dộng lượng chỉ c n như sau:

Mô hình sóng khuếch tán thường được dùng để mô phỏng dòng chảy do mưa trên vùng canh tác nông nghiệp, là một mô hình raster được phát triển đặc biệt để tận dụng dữ liệu địa hình có độ phân giải cao

- A: diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy

- q: thành phần lưu lượng nguồn

- : hệ số ma sát Mainning

Trong trường hợp này kênh được giả thiết là rộng và nông, bán k nh ướt xấp xỉ chiều rộng của kênh Hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng [10], có thể được sai phân đưa về hệ phương trình phi tuyến có thể giải số bằng sơ đồ Newton- Raphson

XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN XÂM NHẬP MẶN

PHÂN TÍCH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THỦY TRIỀU ĐẾN VÙNG ĐBSCL

Theo hệ cao độ Hòn Dấu, triều ven Biển Đông có mực nước đỉnh trung bình vào khoảng 1,2-1,3 m, các đỉnh cao có thể đạt đến 1,5-1,6 m, và mực nước chân trung bình từ –2,8 đến –3,0 m, các chân thấp xuống dưới –3,2 m

Mực nước chân triều dao động lớn (1,6-3,0 m), trong khi đó mực nước đỉnh triều dao động nhỏ hơn (0,8-1,0 m) Kết quả là khoảng thời gian duy trì mực nước cao dài hơn khoảng thời gian duy trì mực nước thấp và đường mực nước trung bình nằm gần với mực nước đỉnh triều

Thủy triều biển Đông truyền vào các kênh rạch nội đồng ĐBSCL thông qua hệ thống sông Cửu Long, hệ thống sông Vàm Cỏ, sông Mỹ Thanh và sông Gành Hào Dọc theo hệ thống sông Cửu Long, triều biển Đông ảnh hưởng vượt qua Tân Châu và Châu Đốc trong mùa kiệt Thậm chí ngay sau cả hợp lưu MeKong-Bassac

Triều biển Tây thuộc loại triều hỗn hợp, thiên về nhật triều Thời gian triều lên và triều xuống xấp xỉ nhau, thường kéo dài từ 11,3-12,0 giờ, với chu kỳ triều ngày 24,3 giờ Biên độ triều lớn nhất biến đổi từ 0,8-1,2 m

Mực nước chân triều dao động ít (0,2-0,4 m), trong khi đó mực nước đỉnh triều dao động nhiều hơn (0,6-0,8 m), nên thuỷ triều thường có dạng chữ “W” Kết quả là khoảng thời gian duy trì mực nước thấp dài hơn khoảng thời gian duy trì mực nước cao và đường mực nước bình quân ngày nằm gần với mực nước chân triều

Một chu kỳ triều trung bình 15 ngày, trong năm mực nước bình quân tháng cao nhất xảy ra vào tháng XI-XII, thấp nhất xảy ra vào tháng IV-V, trùng với thời kỳ mực nước thấp nhất trên sông Hậu

Thủy triều biển Tây truyền vào các kênh rạch nội đồng vùng bán đảo Cà Mau (BĐCM) thông qua sông Cửa Lớn, Bảy Háp, Ông Đốc, Cái Lớn, Cái Bé, kênh Rạch Sỏi.

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KIỆN BIÊN

4.2.1 Mô tả lưới tính toán

Miền nghiên cứu trong hệ tọa độ VN 2000 Với phần mềm hỗ trợ chia lưới phần tử Bluekenue Miền t nh được giới hạn ph a thượng nguồn sông MeKong, các hệ thống sông, rạch ở ĐBSCL, ngoài sông Mekong với 2 nhánh chính là sông Tiền, sông Hậu, các cửa ra biển và sông nối Vàm Nao, còn có 2 hệ thống sông khác là Vàm Cỏ (gồm Vàm Cỏ Đông-Vàm Cỏ Tây) và Giang Thành, và các hệ thống sông nội địa là Cái Lớn-Cái Bé, Mỹ Thanh, Gành Hào, Ông Đốc, Bảy Háp , cùng một số rạch nhỏ khác Các tuyến quốc lộ được xem như những tuyến đê trải dài trên các sông Ngoài ra còn có các tuyến đê biển có tác dụng ngăn mặn

Miền tính ngoài biển được chia đủ rộng (trung bình khoảng 73km) đủ để xem xét khả năng lan truyền mặn từ biển vào hệ thống các cửa sông lớn, cũng như ranh giới vùng miền các tỉnh thuộc vùng nghiên cứu Toàn bộ miền t nh được mô hình hóa bởi 378149 nút, 739591phần tử tam giác Với phần tử tam giác nhỏ nhất có cạnh (30m - 50m) mô tả 2D hệ thống sông ngồi và phần tử lớn nhất có cạnh khoảng (4000m-6000m) mô tả phần tử phía ngoài biển của mô hình

Hình 4.1 Sơ đồ lưới t nh mô phỏng xâm nhập mặn ĐBSCL

Số liệu (x,y) được tr ch trực tiếp từ google map thông qua phần mềm hỗ trợ Arc Gis 10.1.b Số liệu (x, z) được tr ch trực tiếp từ mô hình Mike 11(Viện quy hoạch thủy lợi Miền Nam).Bộ số liệu được xử lý sơ bộ thông qua sự hỗ trợ của phần mềm Matlab 2014a/ 2014b Ngoài ra địa hình đáy được thu thập từ số liệu DEM 2D của Viện nghiên cứu kh tượng thủy văn & Biến đổi kh hậu

Giá trị mực nước và lưu lượng theo thời gian (từ ngày 1.3.2013 đến ngày 31.3 2013) [Nguồn số liệu: PGS.TS Lê Song Giang- Trường Đại học Bách Khoa

Giá trị mực nước và lưu lượng theo thời gian ( từ ngày 1.3.2014 đến ngày 31.3 2014), [Nguồn số liệu: Trung tâm kh tượng Thủy Văn Nam Bộ] Báo cáo giám sát mặn ĐBSCL năm 2011 [Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam]

4.2.2 Điều kiện ban đầu và điều kiện biên

Miền nghiên cứu được giới hạn bởi 2 biên Một biên ở thượng nguồn sông MeKong và một biên ph a biển

Biên triều thiên văn từ biển Đông

Hình 4.2 Điều kiện biên cho miền nghiên cứu

4.2.2.1 Biên lưu lượng tại thượng nguồn sông MeKong

Hiện nay nhu cầu khai thác, sử dụng nước tập trung vào các lĩnh vực thuỷ điện, nông nghiệp và thuỷ lợi là quan trọng nhất, tiếp đến là nước cho công nghiệp và sinh hoạt Các dự án thuỷ điện hồ chứa trên dòng chính MeKong sẽ điều tiết dòng chảy tốt hơn, giúp hạ lưu giảm lũ vào mùa mưa và bổ sung nước vào mùa khô Tuy nhiên, các dự án này sẽ ngăn cản một lượng lớn phù sa di chuyển xuống hạ lưu đồng thời có thể làm thay đổi chế độ dòng chảy và địa hình của sông vùng hạ lưu

Việc lấy nước sông MeKong phục vụ cho các mục đ ch thuỷ điện và tưới ở Campuchia, Thái Lan và các nước khác đã làm giảm dòng chảy hạ lưu Lưu lượng dòng chảy bị giảm và mực nước sông MeKong bị hạ thấp, đặc biệt vào mùa khô, sẽ làm cho vấn đề xâm nhập mặn ở ĐBSCL càng thêm trầm trọng

4.2.2.2 Biên lỏng trên biển (Biên triều thiên văn)

Nhậnxét: Chuyển động triều là hiện tượng chuyển động sóng Dưới tác động của lực tạo triều biến đổi tuần hoàn, trong biển xuất hiện những dao động với chu kỳ tương ứng với chu kỳ của lực và những dao động này lan truyền trên biển, chịu tác động của những quá trình khác, dao động ở những điểm khác nhau trên biển sẽ khác nhau về cường độ và pha

Tốc độ truyền sóng và bước sóng hoàn toàn bị quy định bởi độ sâu Tỷ số giữa bước sóng và độ sâu rất lớn Sự tương quan giữa bước sóng và độ sâu biển dẫn đến điều kiện động lực tại mọi tầng sâu là như nhau: áp suất trong các phương trình chuyển động xem như thuần túy tĩnh Sự chuyển động của các hạt nước trong phương thẳng đứng lẫn phương ngang diễn ra như nhau tại mọi điểm của đường thẳng đứng

Trong quá trình truyền sóng thủy triều vào nước nông, khi độ cao của sóng tương đương với độ sâu, vận tốc d ng triều dâng giảm đi do có sự tăng độ sâu trong lúc dâng nước, và ngược lại, vận tốc d ng triều rút tăng lên do có sự giảm độ sâu trong lúc nước rút

Hiện tượng thủy triều biểu hiện dưới dạng biến đổi tuần hoàn của mực nước biển và d ng chảy Ở biển và đại dương các sóng thủy triều lan truyền trong những điều kiện vật lý, điều kiện hình học đường bờ và địa hình đáy biển phức tạp.Ngày nay sự phát triển của phương pháp t nh và kỹ thuật t nh toán đã cho phép t nh tới một cách khá đầy đủ những yếu tố ch nh trong các phương trình động lực thủy triều

Trường Oregon State University (OSU) cung cấp một giải pháp triều toàn cầu.Phân t ch điều hòa thủy triều bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất Cho phép những chuỗi quan trắc thực hiện ở những thời kỳ khác nhau tại một điểm, tận dụng độ phân giải trong khi quan trắc, nhất là đối với những chuỗi đo d ng chảy Trong sơ đồ chi tiết của phương pháp này t nh tới cả sự biến đổi liên tục với thời gian của các tham số thiên văn, do đó nâng cao độ chính xác của các hằng số điều hòa và số lượng phân triều được phân tích không hạn chế

-44- Để t nh VO và u của 11 - 13 phân triều

Bảng 1 Bảng phân triều triều thiên văn

Những trị số V0 được t nh cho thời điểm ban đầu quan trắc t 0 theo các yếu tố thiên văn h 0 , s 0 , p 0 và p 1

- h 0 : kinh độ ch tuyến trung bình của Mặt Trời

- s 0 : kinh độ trung bình của Mặt Trăng

- p 0 : kinh độ trung bình của cận điểm Mặt Trăng

- p 1: kinh độ ch tuyến trung bình của cận điểm Mặt Trời

Những trị số của u được t nh cho thời điểm t theo những đại lượng phụ trợ v, x, v’và phụ thuộc vào kinh độ tiếp điểm lên quỹ đạo Mặt Trăng N

-45- Đối với vùng biển Đông

Việt Nam thì các thành phần sóng triều có độ phân giải 1/30 0 khá chi tiết

Hình 4.3 Độ phân giải sóng triều thiên văn

Thông qua hệ thống số liệu đầu vào

Giá trị mực nước và lưu lượng theo thời gian ( từ ngày 1.3.2013 đến ngày 31.3 2013) [Nguồn số liệu: PGS.TS Lê Song Giang]

Giá trị mực nước và lưu lượng theo thời gian ( từ ngày 1.3.2014 đến ngày 31.3 2014), [Nguồn số liệu: Trung tâm kh tượng Thủy Văn Nam Bộ]

Kết quả đo mặn ĐBSCL năm 2011 [Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam] Điều kiện ban đầu (tại thời điểm t=0) Giá trị ban đầu là chuỗi số liệu mực nước và lưu lượng.

HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

Mô hình được hiệu chỉnh thông qua

- Số liệu đo đạc của PGS TS Lê Song Giang [Trường Đại học Bách KhoaTp.Hồ Ch Minh] Bước thời gian t nh toán trong mô hình là 1giờ Nhằm tìm hệ số nhám theo quy luật Chezy: √ với C = (40-60 m 0.5 /s)

- Bộ số liệu mặn từ 01.03.2011 đến 31.03.2011 [ Báo cáo giám sát mặn Đồng bằng sông Cửu Long năm 2011- Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam] Bước thời gian tính toán là 1giờ Nhằm tìm ra hệ số khuếch tán trong module lan truyền mặn

- Nhằm đánh giá mức độ phù hợp của các thông số bằng cách so sánh kết quả thu được từ mô hình với kết quả thực đo

4.3.2 KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH THÔNG QUA BỘ SỐ LIỆU NĂM 2013

Bằng cách thử dần các thông số trong mô hình: Kết quả cho thấy hệ số nhám theo quy luậy Chezy biến thiên trong khoảng (40-60 m 0.5 /s), đã mang lại kết quả tương đối phù hợp

Hình4.4: Vị tr các trạm quan trắc mực nước trong vùng nghiên cứu

Mô hình mô phỏng mực nước của một số trạm đo trong thời gian 10 ngày từ 1.3.2013 đến 31.3.2013 tại các trạm Mỹ Thuận, Cần Thơ, Vàm Nao, Long Xuyên

Hình 4.5.a Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Mỹ Thuận

Bảng 4.1a : Độ chênh lệch mực nước mô phỏng và thực đo trạm Mỹ Thuận năm

Hình 4.6.a Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Cần Thơ

Bảng 4.2a : Độ chênh lệch mực nước mô phỏng và thực đo trạm Cần Thơ năm

Hình 4.7 Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Vàm Nao

Bảng 4.3: Độ chênh lệch mực nước mô phỏng và thực đo trạm Vàm Nao năm

Hình 4.8 Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Long Xuyên

Bảng 4.4: Độ chênh lệch mực nước mô phỏng và thực đo trạm Long Xuyên năm

Qua kết quả hiệu chỉnh và kiểm định năm 2013 Cho thấy kết quả mực nước mô phỏng có sự chênh lệch với giá trị thực đo cả về giá trị và pha dao động Như vậy mô hình cần được hiệu chỉnh và kiểm định, tuy nhiên độ sai lệch có thể chấp nhận được để mô phỏng xâm nhập mặn.Tuy nhiên tại trạm Cần Thơ kết quả cho bởi mô hình và giá trị quan trắc có sự chênh lệch đáng kể về đỉnh, chân triều Kết quả này được đánh giá là do khả năng địa hình lòng sông có sự biến động

4.3.3 KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH THÔNG QUA BỘ SỐ LIỆU NĂM 2014

Bài toán được mô phỏng từ ngày 22.02.2014 đến ngày 01.03.2014 tại các trạm Mỹ Thuận, Cần Thơ, Mỹ Tho, Mỹ Thanh, Gành Hào

Hình 4.5.b Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Mỹ Thuận

Bảng 4.1b: Độ chênh lệch mực nước thực đo và mô phỏng Trạm Mỹ Thuận

Hình 4.6.b Mực nước t nh toán và thực đo tại trạm Cần Thơ

Bảng 4.2.b: Độ chênh lệch mực nước thực đo và mô phỏng Trạm Mỹ Tho

Hình 4.9 Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Mỹ Tho

Bảng 4.5: Độ chênh lệch mực nước thực đo và mô phỏng Trạm Mỹ Tho

Hình 4.10 Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Mỹ Thanh

Bảng 4.6: Độ chênh lệch mực nước thực đo và mô phỏng Trạm Mỹ Thanh

Hình 4.11 Mực nước tính toán và thực đo tại trạm Gành Hào

Bảng 4.7: Độ chênh lệch mực nước thực đo và mô phỏng Trạm Gành Hào

Nhận xét: Kết quả mô phỏng năm 2013, năm 2014 cho thấy sự tương đồng giữa mô phỏng và thực đo Kết quả kiểm định mô hình cho thấy giữa thực đo và mô phỏng gần như nhau cả về pha lẫn biên độ dao động Từ những kết quả trên có thể kết luận mô hình có kết quả mô phỏng ổn định có thể tiến hành mô phỏng, kiểm định cho bài toán mặn

4.3.4 KIỂM ĐỊNH THÔNG QUA BÀI TOÁN MẶN NĂM 2011

Do vị tr địa lý, ĐBSCL ảnh hưởng mặn cả từ Biển Đông và Biển Tây Đặc biệt trong mùa kiệt, khi lưu lượng thượng lưu về giảm, thủy triều ảnh hưởng mạnh lên thượng lưu và vào hệ thống sông, kênh nội đồng, dẫn theo nước mặn xâm nhập sâu cả trên sông và nội đồng Biển Đông, độ mặn cao nhất 33g/l vào tháng II và thấp nhất 27,5 g/l vào tháng IX, trung bình năm 30,4 g/l Biển Tây, tại Phú Quốc, độ mặn cao nhất 32,4 g/l vào tháng I-III và thấp nhất 27,1 g/l vào tháng VIII, trung bình năm 30,3 g/l

Mô hình xâm nhập mặn được hiệu chỉnh thông qua việc thay đổi hệ số khuếch tán Quá trình xâm nhập mặn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: gió mùa, nhu cầu sử dụng nước trong khu vực, cách vận hành các công trình (ngăn mặn, xả ngọt ), lưu lượng thượng nguồn Tuy nhiên trong nghiên cứu này chỉ xét đến yếu tố: triều thiên văn, lưu lượng nước thượng nguồn

Kết quả hiệu chỉnh cho thấy hệ số khuếch tán thay đổi trong khoảng từ 250 m 2 /s- 2000 m 2 /s Để làm cơ sở cho độ tin cậy của mô hình, tiến hành mô phỏng mặn năm 2011 Kết quả mô phỏng mặn một số trạm đo như sau:

Hình 4.12a Sơ đồ một số trạm đo mặn sử dụng cho mô phỏng

Hình 4.14.a Kết quả mô phỏng mặn Trạm Bến Lức sông Vàm Cỏ Đông-

Bảng 4.8a: Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Bến Lức

Do Trạm Bến Lức nằm trên sông Vàm Cỏ Tây mà lưu lượng mùa cạn của sông này không đáng kể nên nước mặn từ biển có xu thế vào sâu hơn so với các sông lớn khu vực lân cận Hiện tượng nước dâng do gió chướng từ biển thổi vào đã ảnh hưởng đến dòng chảy Gió chướng gặp triều cường, đỉnh triều cao, kèm theo hiện tượng nước dâng, đẩy mặn dâng cao Kết quả mô phỏng khá tốt, độ chênh lệch mặn khá thấp Độ mặn đo được ở Trạm Bến Lức vào tháng 3 độ mặn lớn nhất tháng đã vượt quá 4g/l

Hình 4.13.a Kết quả mô phỏng mặn Trạm Cầu Kỳ Son sông Vàm Cỏ

Bảng 4.9a: Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Cầu Kỳ Son

Hình 4.15.a Kết quả mô phỏng mặn Trạm Bình Tâm Long An

Bảng 4.10a: Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Bình Tâm

Tương tự như sông Vàm cỏ Tây, trên dòng Vàm Cỏ Đông khảo sát hai trạm đo mặn Cầu Kỳ Son và Bình Tâm, diễn biến xâm nhập mặn trên sông có những đặc điểm riêng, do lưu lượng nhỏ nên việc hạn chế xâm nhập mặn từ cửa Soài Rạp vào không đáng kể Sang tháng 3, độ mặn tại các trạm cũng vượt quá 4g/l

Hình 4.12b: Sơ đồ một số trạm đo mặn sử dụng mô phỏng

Hình 4.16a Kết quả mô phỏng mặn trạm Tri Tôn - Kiên Giang

Bảng 4.11a: Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Tri

Hình 4.17a Kết quả mô phỏng mặn Trạm Ba Thê- Kiên Giang

Bảng 4.12a Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Ba Thê Nhận xét: Địa thế khá bằng phẳng, cao độ phổ biến từ 0.4 – 0.6 m Đây là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của triều biển Tây, biên độ triều trung bình 0.8-1.0 m, Nguồn nước chính ở đây bao gồm nước sông Hậu và mưa Hai yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế xâm nhập mặn vào khu vực Tại Tri Tôn, Ba Thê, nồng độ mặn thấp hơn 4g/l Tuy nhiên vào tháng 3, nồng độ mặn tại các trạm này vẫn tiếp tục gia tăng.

Xâm nhập mặn ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phát triển kinh tế - xã hội vùng ĐBSCL Xâm nhập mặn ở vùng ven biển những năm gần đây trở nên gay gắt hơn và càng thể hiện sự liên quan chặt chẽ với các yếu tố thủy văn d ng chảy Đầu tháng 3 hàng năm là thời gian dùng nước lên cao, trong khi mực nước sông lại rất thấp gây thiếu nước Vấn đề nghiêm trọng khi dòng chảy ra biển không đủ mạnh đẩy nước biển từ biển chảy vào, đặc biệt ảnh hưởng của triều cường làm cho mặn tiến sâu hơn

Nước mặn theo triều biển Đông qua cửa Soài Rạp vào sông Vàm Cỏ phân theo hai hướng xâm nhập vào sông Vàm cỏ Tây và sông Vàm Cỏ Đông Chọn ba trạm đo mặn: Bến Lức, Cầu Kỳ Son và trạm Bình Tâm

Khu vực từ sông Cái lớn đến sông Ông Đốc có địa hình thấp trũng chịu ảnh hưởng của triều biển Tây một cách trực tiếp và gián tiếp chịu tác động của triều biển Đông tạo nên chế độ thủy văn khá phức tạp Cụ thể tại trạm Tri Tôn, Ba Thê Vào mùa kiệt, nguồn nước ngọt duy nhất chảy vào ĐBSCL là lưu lượng sông MeKong Nhưng vào mùa kiệt, lưu lượng thượng nguồn tương đối nhỏ, nên ĐBSCL phần lớn chịu ảnh hưởng của thủy triều Mức độ xâm nhập mặn chịu sự chi phối bởi lưu lượng nước ngọt hiện hữu trên hệ thống kênh rạch chảy ra các cửa sông và lượng mưa

 Quá trình mô phỏng xâm nhập mặn phức tạp hơn so với mô hình thủy lực Kết quả hiệu chỉnh cho thấy hệ số khuếch tán biến thiên trong khoảng (250 m 2 /s- 2000 m 2 /s) Nhận thấy kết quả mặn tương đối phù hợp với kết quả thực đo, dù có sự sai lệch giữa mô phỏng và thực đo ở trạm Cầu Kỳ Son, trạm Bình Tâm , trạm Ba Thê Vì vậy có thể sử dụng mô hình để mô phỏng các kịch bản tiếp theo

CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN

Vì nước biển dâng cao sẽ kéo theo các mốc xói m n cơ bản, làm biến dạng sóng thủy triều, gia tăng năng lượng thủy triều, làm thay đổi tương quan giữa các quá trình sông- biển, thay đổi cân bằng nước, vận chuyển và phân bổ bùn cát Xói m n sâu sẽ giảm đi, xói m n ngang sẽ gia tăng Khu vực nhạy cảm nhất là các vùng cửa sông và các thủy vực trong hệ thống sông-biển

Theo báo cáo đánh giá lần thứ tư của Uỷ ban Liên Chính phủ về lĩnh vực biến đổi kh hậu ven biển ở Châu Á, đặc biệt là vùng đồng bằng đông dân cư trong khu vực Đông Nam Á, sẽ là nguy cơ cao nhất do lũ lụt tăng lên từ biển và từ các con sông của Ban liên ch nh phủ về biến đổi kh hậu năm 2007 (IPCC, 2007) Đối với đồng bằng sông Cửu Long một thống kê của các mô hình biến đổi kh hậu chi tiết đã được đưa ra Chi tiết vùng khu vực này trong các kịch bản nước biển dâng khác nhau tùy thuộc vào bản phát thải

Trong năm 2012, Bộ Tài Nguyên và Môi Trường công bố tỷ lệ ước t nh mực nước biển dâng tùy thuộc vào các kịch bản phát thải khác nhau Các dữ liệu của mực nước biển dâng ở hạ ĐBSCL được trình bày:

Kịch bản Khu vực Mốc thời gian trong thế kỷ 21

Phát thải thấp B1 Kê Gà-Mũi Cà Mau 8-9 11-13 17-19

Mũi Cà Mau-Kiên Giang 9-10 13-15 18-21

Phát thải trung bình B2 Kê Gà-Mũi Cà Mau 8-9 12-14 17-20

Mũi Cà Mau-Kiên Giang 9-10 13-25 19-22

Phát thải cao A1F1 Kê Gà-Mũi Cà Mau 8-9 13-14 19-21

Mũi Cà Mau-Kiên Giang 9-10 14-15 20-23

Bảng 4.13 Mực nước biển dâng ở ĐBSCL với các kịc bản phát thải(cm)

4.4.2 LƯU LƯỢNG THƯỢNG NGUỒN GIẢM

Kịch bản được xây dựng dựa trên kịch bản biến đổi kh hậu và mực nước biển dâng Kịch bản B2 ứng với mức phát thải trung bình (Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, 2009; IPPC, 2007)

Theo Chu Thai Hoanh et al (2003), ứng với kịch bản B2 lưu lượng mùa kiệt trên sông MeKong có thể giảm từ 15% - 33% trong giai đoạn 2010- 2039 (so với giai đoạn 1962_1990) tùy mức độ thay đổi nhu cầu nước cho các hoạt động của các nước ở thượng nguồn sông MeKong

Kịch bản (KB) Mực nước biển dâng (cm)

Tỉ lệ lưu lượng giảm so với kịch bản gốc(m 3 /s)

Bảng 4.14 Các kịch bản mô phỏng

4.4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHO KỊCH BẢN 1

4.4.3.1 Phân vùng và quá trình lan truyền mặn

Hình 4.18.a Phân vùng ảnh hưởng mặn ứng với KB1

Hình 4.19.a Mức độ xâm nhập mặn theo KB1

4.4.3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MẶN THEO KỊCH BẢN 1 TẠI MỘT SỐ

Dựa trên các kịch bản xây dựng, nhằm đánh giá kết quả dự báo theo các kịch bản So sánh kết quả dự báo từ kịch bản với kịch bản gốc để đánh giá tình trạng xâm nhập mặn và các yếu tố ảnh hưởng làm gia tăng tình trạng xâm nhập mặn trong khu vực

Hình 4.13b Kết quả mô phỏng mặn Trạm Bến Lức sông Vàm Cỏ Đông

Bảng 4.8b Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Bến Lức

Hình 4.14.b Kết quả mô phỏng mặn Trạm Cầu Kỳ Son sông Vàm Cỏ Tây

Bảng 4.9b Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Cầu Kỳ Son

Hình 4.15b Kết quả mô phỏng mặn Trạm Bình Tâm -Long An

Bảng 4.10b Độ chênh lệch nồng độ mặn thực đo và mô phỏng Trạm Bình

Hình 4.16.b Kết quả đo mặn Trạm Tri Tôn- Kiên Giang

Bảng 4.11b: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB1 tại trạm Tri Tôn

Hình 4.17b Kết quả đo mặn Trạm Ba Thê – Kiên Giang

Bảng 4.12b: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB1 tại trạm Ba Thê

4.4.3.3 Đường đẳng trị mặn kịch bản 1

Hình 4.20.b Đường đẳng trị mặn vùng nghiên cứu theo KB1 Đường đẳng trị kịch bản gốc

Hình 4.21.a Đường đẳng trị mặn 4g/l theo KB gốc

Hình 4.21.b Đường đẳng trị mặn 4g/l theo KB1

Khi lưu lượng thượng guồn giảm kết hợp với mực nước biển dâng cao đã dẫn đến sự thay đổi nồng độ mặn tại các trạm đo Sự chênh lệch nồng độ mặn đã có sự đáng kể Đường đẳng trị mặn giữa KB1 và KB gốc chưa có sự thay đổi đáng kể Song mặn xâm nhập sâu hơn và nồng độ cao hơn so với kịch bản gốc

4.4.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHO KỊCH BẢN 2

4.4.4.1 Phân vùng mặn và quá trình lan truyền mặn

Hình 4.18b Phân vùng ảnh hưởng mặn theo KB2

Hình 4.19.b Mức độ ảnh hưởng mặn theo KB2

4.4.4.2 Kết quả mô phỏng mặn tại một số trạm đo

Hình 4.13.c Kết quả mô phỏng mặn Trạm Bến Lức – Vàm Cỏ Đông

Bảng 4.8c: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB2 tại trạm Bến Lức

Hình 4.14c Kết quảđo mặn Trạm Cầu Kỳ Son – Vàm Cỏ Tây

Bảng 4.9c: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB2 tại trạm Cầu Kỳ Son

Hình 4.15c Kết quả đo mặn Trạm Bình Tâm – Long An

Bảng 4.10c: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB2 tại trạm Bình Tâm

Hình 4.16c Kết quả đo mặn Trạm Tri Tôn –Kiên Giang

Bảng 4.11c: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB2 tại trạm Tri Tôn

Hình 4.17.c Kết quả đo mặn Trạm Ba Thê – Kiên Giang

Bảng 4.12c: Độ chênh lệch độ mặn giữa KB gốc và KB2 tại trạm Ba Thê

Xét trên cùng mực nước biển dâng, nhưng thay đổi lưu lượng thượng nguồn Nhận thấy sự thay đổi đáng kể nồng độ mặn tại các trạm đo Mức độ xâm nhập mặn diến ra phức tạp Qua đó nhận thấy yếu tố lưu lượng nguồn ảnh hưởng không nhỏ đến sự xâm nhập mặn ở vùng ĐBSCL Lưu lượng nước thượng nguồn suy giảm sẽ không đủ lưu lượng đẩy mặn, nước mặn xâm nhập sâu vào nội đồng Rõ ràng qua các bảng số liệu nhận thấy độ mặn tăng vọt rất cao

Hình 4.20c Đường đẳng trị mặn vùng nghiên cứu theo KB2 Đường đẳng trị kịch bản gốc

Hình 4.21.a Đường đẳng trị mặn 4g/l theo KB gốc

Hình 4.21c Đường đẳng trị mặn 4g/l theo KB2

Hình 4.22 Kết quả so sánh mặn tại Trạm Bến Lức – Long An

Hình 4.23 Kết quả so sánh mặn tại Trạm Cầu Kỳ Son – Long An

Hình 4.24 Kết quả so sánh mặn tại Trạm Bình Tâm – Long An

Hình 4.25 Kết quả so sánh mặn tại Trạm Tri Tôn – Kiên Giang

Hình 4.26 Kết quả so sánh mặn tại Trạm Ba Thê – Kiên Giang

Rõ ràng diễn biến xâm nhập mặn qua hai kịch bản so với KB gốc đã có sự chênh lệch đáng kể Nồng độ mặn ngày càng diễn biến khá phức tạp, độ mặn tăng cao

Qua nghiên cứu cho thấy mô hình mô phỏng xâm nhập mặn năm 2011 đã được xây dựng đồng thời được áp dụng để xây dựng cho các KB trong tương lai theo kịch bản nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn giảm Kết quả xây dựng theo các kịch bản cho thấy quá trình xâm nhập mặn diễn ra ngày càng phức tạp, diễn biến mặn ngày càng có xu hướng tăng cao, khả năng mặn xâm nhập ngày càng sâu, ảnh hưởng không t đến sinh hoạt cũng như cuộc sống của người dân vùng ĐBSCL Ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phát triển kinh tế- xã hội

Về cuối mùa lũ khi lượng nước thượng lưu về sông giảm dần, mặn từ biển bắt đầu lấn dần vào vùng cửa sông và theo triều xâm nhập sâu hơn trong nội đồng ĐBSCL Độ mặn trung bình của một thời đoạn dài (15-30 ngày) trên sông chủ yếu phụ thuộc vào tổng lượng nước ngọt từ thượng lưu về trong thời đoạn tương ứng sau khi được sử dụng cho các nhu cầu khác nhau ở đồng bằng và lượng nước c n lại được chuyển ra các cửa sông Xét về mặt thủy động lực học, các pha truyền mặn trên sông biểu thị sự cân bằng giữa hai thế ngược chiều nhau với một bên là lượng nước ngọt đẩy mặn tháo ra cửa sông, một bên là thủy triều đưa mặn vào cùng với sức khuếch tán của nước mặn từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp, tạo thành một đường quan hệ độ mặn dọc sông có dạng hàm mũ, tắt dần về ph a trong có dao động lên xuống ngày hai lần theo sức đẩy trôi lên xuống của sóng lưu thượng triều

Khi truyền vào sông, hiện tượng khuếch tán đóng một vai tr quan trọng trong việc đưa mặn lên cao và tỏa ra toàn mặt cắt sông Lúc này, độ mặn trên một mặt cắt bị phân hóa rõ rệt giữa trên mặt và dưới sâu, giữa d ng sông và hai bờ

Với vùng cửa sông, do ảnh hưởng xáo động mạnh mẽ của thủy triều, lưu lượng nước ngọt lại không đáng kể, vì thế hiện tượng phân tầng độ mặn rất t xảy ra Trong mùa kiệt, độ mặn mặt và đáy gần như bằng nhau trong suốt suốt quá trình triều