Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng ảnh hưởng mạnh của triều và mưa lớn trong thời kỳ gió mùa Tây Nam (tháng 5 tới 11) và chịu sự tác động của biến đổi khí hậu ở 2 khía cạnh: thay đổi lượng mưa trận và nâng cao mực nước triều thiết kế. Báo cáo tiếp thu kết quả về xây dựng biểu đồ mưa và con triều thiết kế ứng với năm 2030 để tính lại diễn biến tiêu thoát nước Thành phố Hồ Chí Minh trong điều kiện tự nhiên và có công trình ngăn triều và so sánh với trường hợp hiện tại.
Trang 1TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CÓ KỂ ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Ths Phạm Thế Vinh; NCS Nguyễn Phú Quỳnh;
TS Đỗ Tiến lanh; GS.TSKH Nguyễn Ân Niên
Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam COMPUTATION OF STORM WATER DRAINAGE FOR HOCHIMINH CITY IN
SITUATION OF CLIMATE CHANGE TÓM TẮT
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng ảnh hưởng mạnh của triều và mưa lớn trong thời kỳ gió mùa Tây Nam (tháng 5 tới 11) và chịu sự tác động của biến đổi khí hậu ở 2 khía cạnh: thay đổi lượng mưa trận và nâng cao mực nước triều thiết kế Báo cáo tiếp thu kết quả về xây dựng biểu đồ mưa và con triều thiết kế ứng với năm 2030 để tính lại diễn biến tiêu thoát nước Thành phố Hồ Chí Minh trong điều kiện tự nhiên và có công trình ngăn triều và so sánh với trường hợp hiện tại.
ABSTRACT
HoChiMinh city is located in zone of significant influence of tidal oscillation and abundant precipitation in season of South - West monsoon (From May to November every year) and now is affected by climate change of two aspects: increase rain intensity and sea level rive By using the researches on updating rain storm intensities and tidal process for 2030 we compute storm water release process for both situations: with and without tidal control constructions and compare with the ones in present situation
I/ Mở đầu
Thành phố Hồ Chí Minh là đô thị lớn nhất nước nằm ở hạ lưu của lưu vực sông Đồng Nai (hình 1) chịu sự tác động điều tiết của các hồ trong bậc thang cuối cùng là Trị An trên sông Đồng Nai, SrokPhumiêng (sau 2012 là hồ Phước Hòa) trên sông Bé và Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn (hình 1)
Trang 2Hình 1: Bản đồ khu vực nghiên cứu
Những yếu tố tác động đến tiêu thoát nước thành phố là:
- Mưa lớn và với tác động của biến đổi khí hậu đang có xu thế lượng mưa tiêu 3 giờ tăng cao dần
- Triều cường ngày càng nâng cao rõ rệt do ảnh hưởng của nước biển dâng
- Xả lũ cao từ các hồ chứa do các đợt mưa lớn tập trung tuy lượng mưa năm có xu thế giảm
- Ảnh hưởng của lũ ĐBSCL ở phía nam do xác suất lũ lớn của Mêkông tăng cao và do dự
án chống lũ được triển khai ( cả phía Campuchia và Việt Nam) phân lũ mạnh hơn về phía sông Vàm Cỏ
- Nhiều trận bão muộn xuất hiện ở vĩ độ thấp ảnh hưởng tới khu vực như bảo Linda (11/1996) đổ bộ vào Bán đảo Cà Mau, bão Durian (12/2006) đổ bộ vào Bến Tre
Ngoài ra còn xuất hiện nhiều đợt gió chướng từ tháng 12 đến tháng 4 gây nước dâng cao ở các cửa sông cỡ 20 -40 cm nhất là vào các tháng 2,3 với gió hướng ENE,E,ESE và SE
Trang 3Chúng tôi xin điểm qua một số yếu tố nêu trên:
1/ Mưa trận và mưa ngày Max có xu thế tăng cao
Theo tài liệu đo đạc tại trạm Tân Sơn Hòa (TP.HCM) thì lượng mưa một ngày max năm 2007 (109.3mm) so với năm 1970 (91.3 mm) tăng 18.7mm (xem hình 2)
Tương quan: y = 0.4957x + 91.338
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Năm
Mưa ngày max Tương quan
Hình 2: Tổng lượng mưa 1 ngày max trạm Tân Sơn Hòa
2/ Mực nước biển dâng cao
Đây là nguy cơ có thực và được xác nhận bằng các tài liệu dẫn ra trong [4]
Trước tiên đó là kết quả đo liên tục bằng vệ tinh Topex theo tuyến từ Hải Nam (Trung quốc) đến Kalimantan (Malaysia) thuộc biển đông từ 1982 đến 2002 cho thấy mực nước biển cao nhất đã tăng 20cm trong 20 năm (hình 3)
Hình 3: Mực nước dâng trên biển Đông
Kết quả đo đạc mực nước cao nhất tại trạm Vũng Tàu từ 1980 tới 2007 (28 năm) và thấy mực nước biển cao nhất tăng 14 cm (trung bình 0.5 cm/năm , xem hình 4)
Trang 4110
120
130
140
150
160
07 Năm
Hình 4: Xu thế mực nước cao nhất giai đoạn 1980 -2007 tại trạm Vũng Tàu
Chênh lệch mực nước cao nhất thời kỳ 2007 so với đầu thời kỳ 2000 là 14 cm, trong khi chênh lệch mực nước trung bình chỉ là 9 cm
3/ Họat động của xoáy thuận nhiệt đới ảnh hưởng tới Việt Nam
Tài liệu các cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng tới bờ biển Việt Nam từ 1960 đến 2007 thống kê được 349 cơn trong đó ít nhất 23 cơn (6.6 %) ảnh hưởng tới khu vực Đông Nam bộ
và ĐBSCL (xem hình 5)
Hình 5: Quĩ đạo của 349 trận bão và ATNĐ đổ bộ vào vùng biển Việt Nam
giai đọan 1960 -2007
Trang 5II/ Xây dựng các tiêu chuẩn mưa và con triều thiết kế cho năm 2030 với diễn biến của biến đổi khí hậu (BĐKH) Trong các yếu tố thì 2 yếu tố tác động thường xuyên tới ngập úng
TP.HCM là mưa và triều – chúng tôi tập trung vào xây dựng mô hình mưa và triều thiết kế tới năm 2030
1/ Mô hình mưa thiết kế.
Trong [4] Lương Văn Việt khi nghiên cứu chuỗi số liệu mưa tại trạm đo mưa Tân Sơn Hòa đã xây dựng mô hình tiêu xảy ra 2 năm một lần cho năm 2030 như trong bảng 1
Bảng 1: Mô hình mưa thiết kế 2 năm (P=50%) năm 2030
Như vậy với trận mưa tiêu thiết kế trong 3 giờ là 97.5 mm tăng 5.3% so với năm 2000 (92.6mm)
Đúng ra mô hình mưa thiết kế trên là ứng với năm 2025 nhưng trong phạm vi sai số cho phép (thống kê, dự báo ngoại suy) chúng tôi tạm dùng cho năm 2030
2/ Mô hình triều thiết kế
Việc tăng mực nước triều trung bình tại trạm Vũng Tàu 8.9 cm trong 28 năm 1980 – 2007 không có nghĩa là mực nước đỉnh triều và chân triều cũng tăng lượng tương tự - Thực tế là đỉnh triều tăng 14 cm cùng thời kỳ (khoảng 1.6 lần) và trị số này đều ghi nhận trên các trạm
hạ lưu Đồng Nai – Sài Gòn như tại các trạm thủy văn trên sông gần với cửa sông như Nhà Bè (13.7 cm), Phú An (14.8 cm) và Biên Hòa (14.3 cm) - với các trạm ở sâu hơn vào đất liền về phía thượng lưu như Thủ Dầu Một (11.3 cm) khi ảnh hưởng triều giảm hơn Phía Sông Vàm
Cỏ dù ảnh hưởng của lũ ĐBSCL tăng cao mà mực nước cao nhất cùng thời kỳ lên tới gần 20cm ở Bến Lức và Tân An Ngược lại mực nước thấp nhất tăng không nhiều (khỏang 0.6 cm ) cùng thời kỳ Chúng tôi xem xét mực nước trung bình, max, min tại Vũng Tàu và đưa ra phân tích sau (Bảng 2)
Trang 6Bảng 2 Số liệu mực nước triều Vũng Tàu Năm
Mực nước (cm) Trung
Trung bình thời kỳ 80 -89 -29.5 123.6 -309.0 152.9 -279.5 Trung bình thời kỳ 90 -99 -22.7 136.1 -298.7 158.8 -276.0 Trung bình thời kỳ 2000 -07 -22.8 134.1 -308.8 157.2 -286.0 Bằng cách bổ sung thêm các cột Zmax – Ztb và Zmin – Ztb ta có thể thấy:
- Trị số Zmax –Ztb cuối thời kỳ và giả sử xu hướng tăng là tuyến tính thì mực nước cuối thời kỳ so với mực nước max đầu thời kỳ (so với mực nước trung bình cùng thời kỳ) là
= (157.2 – 152.9)(1+8/28) = 5.53 cm Trị số 8 là 5 năm đầu + 3 năm cuối trong phép ngọai suy như trong hình vẽ 6
Trang 7Hình 6: Nội (ngọai suy) tuyến tính
Vậy là mực nước cao nhất đầu và cuối thời kỳ chênh nhau:
max
= tb+ = 8.9 + 5.5 = 14.4 cm Trong đó tb ngọai suy theo cách tương tự
tb
= (-22.8 + 29.5)( 1+8/28) = 8.9 cm Như vậy trong cùng thời kỳ chênh lệch mực nước đỉnh Zmax tăng nhanh hơn chênh lệch mực nước trung bình với tỷ số:
Nmax = Zmax/Ztb = 14.4 /8.9 = 1.6 lần
- Trị số Zmin –Ztb cuối thời kỳ cũng bằng phép ngọai suy trên ta được:
= (-286 +279.5)(1+8/28) = -8.4cm Vậy là chênh lệch mực nước chân thực tế là:
min
= Ztb + = 8.9 - 8.4 =0.5 cm Điều đó có nghĩa là mực nước chân triều tăng không đáng kể:
Nmin = min/tb= 0.5/8.9 = 0.06
- Cho tới 2030 với xu thế tăng mực nước trung bình như hiện nay (0.32 cm/năm) thì so với năm 1980 mực nước biển trung bình tại Vũng Tàu tăng 16.2 cm và như vậy mực nước max tăng 30 cm còn mực nước min chỉ tăng chưa tới 1 cm nghĩa là thực tế không tăng
Thiết kế con triều tiêu nước mưa thành phố.
Triều thiết kế trong tính toán trong Quy hoạch thủy lợi phục vụ chống ngập úng TP HCM [3] lấy con triều thực tế tháng 10/2007 Để chuyển đổi (thu phóng) con triều thực tế trên thành con triều thiết kế ứng với năm 2030 ta lưu ý đến các thông số sau:
Ztb(30-07) = 0.32 x23 = 7.4 cm Cho mỗi chu kỳ triều ta lấy trị số Hmax = Zmax – Ztb và thu phóng mực nước Z(t) - Ztb theo
hệ thức:
Trang 8Z’(t) = Z(t) +ΔZtb+ 0.6
max
) (
H
Ztb t
Z
ΔZtb= Z(t) +7.4+ 4.44
max
) (
H
Ztb t
Z
Trong đó Hmax= Zmax-Ztb
Với Z’(t) <Ztb ta dùng hệ thức:
Z’(t) = Z(t) +ΔZtb-6.96
min
) (
H
Ztb t
Z
ΔZtb
= Z(t) +7.4+6.96
min
) (
H
Ztb t
Z
Trong đó: Hmin = Ztb – Zmin
Trong các công thức cuối ở trên thì mực nước lấy đơn vị là cm
Tất nhiên phải kiểm tra sau khi thu phóng theo các công thức trên thì Ztb(30) phải lớn hơn Ztb(07) lượng ΔZtb (07- 30) và chặt chẽ hơn phải là công thức thu phóng ít ra là bậc 2 trở lên nhưng với ΔZtb (07 -30)<< A - biên độ triều (7.4 cm so với 390) công thức triều có thể sử dụng được với sai số chấp nhận
Con triều thiết kế ứng với 2030 cho trên hình 7
Hình 7: Ví dụ về con triều thiết kế III/ Tính tóan triều thoát nước mưa TP HCM ứng với năm 2030 trong bối cảnh biến đổi khí hậu ( BĐKH)
1- Sơ đồ tính
Mạng lưới sông bao gồm 105 sông, kênh trong đó tập trung chi tiết vào khu Nam Thành phố Hồ Chí Minh
Trang 9Hình 8: Sơ đồ thủy lực khu vực TPHCM
2- Các phương án tính toán
- Bài toán hiện trạng lũ năm 2000, địa hình hiên trạng (HT2000)
- Kịch bản lũ năm 2000 kết hợp với mưa nội vùng tăng, mực nước triều năm 2030, địa hình hiện trạng (HT2030)
- Kịch bản lũ năm 2000 kết hợp với mưa nội vùng tăng, mực nước triều năm 2030, có công trình ngăn triều (CT2030)
3- Kết quả tính tóan
Kết quả tính toán cho thấy khi mực nước max tại Vũng Tàu dâng cao 30 cm vào năm
2030 thì mực nước max tại Phú An (khu vực thành phố Hồ Chí Minh) khi chưa có công trình kiểm soát triều tăng lên 22 cm Khi có các công trình kiểm soát mực nước triều trong thành phố thì mực nước Phú An dâng cao đạt 1,85 m vào năm 2030 (tăng 49cm so với hiện tại)
Mực nước chân triều giữa hiên trạng và năm 2030 tại khu vực thành phố thay đổi không đáng kể Trong trường hợp địa hình hiện nay còn nhiều các khu trữ nước nên khả năng ảnh hưởng của chân triều tác động từ biển vào không mạnh Tuy nhiên, khi xây dựng các công trình ven sông để ngăn triều, do lòng dẫn chỉ còn sông chính, khả năng trữ rất ít nên tác động của chân triều là rõ nét Chân triều tại Phú An sẽ hạ thấp hơn so với hiện nay khoảng 10 cm Mực nước
Trang 10chân trước cống cũng giảm tương tự trong khi mực nước lớn nhất trước cống (trong vùng được bảo vệ giảm 2-5cm
Hình 9: Mực nước Phú An trong các kịch bản
Hình 10: Mực nước Nhà Bè trong các kịch bản
Hình 11: Mực nước trên kênh Mương Chuối trong các kịch bản
Trang 11Hình 12: Mực nước trên kênh Kinh Tẻ trong các kịch bản
Về diện tích ngập khu vực thành phố Hồ Chí Minh, đối với lũ năm 2000, ngập toàn thành phố lên tới 130 ngàn ha trong đó chủ yếu ngập tại các huyện Cần Giờ, Bình Chánh, Nhà Bè, Củ Chi và Quận 7…Khi mực nước triều dâng cao 45 cm thì theo kết quả tính toán cho thấy tổng diện tích ngập toàn thành phố lên tới 151 ngàn ha
Khi có công trình kiểm soát theo quy hoạch, khu vực bờ tả sông Đồng Nai Sài Gòn đã được các cống và đê bao bảo vệ Một số khu vực Quận 2 , Q9 sẽ được bao đê và tôn nền Tổng diện tích ngập trong trường hợp này giảm chỉ còn khoảng 90,3 ngàn ha tập trung chủ yếu vào huyện Cần Giờ và những vùng thấp ngoài đê
Bảng 3 Mực nước lớn nhất tại một số vị trí
Trước cống Sau cống Trước cống Sau cống
Mực nước triều dâng cao không những ảnh hưởng tới mực nước mà còn làm cho lưu lượng chảy ngược và chảy xuôi trên các sông kênh tăng lên Vận tốc trên các sông tăng sẽ tác động trực tiếp đến quá trình xói lở bờ và lòng dẫn
Trang 12Hình 13: Vận tốc tại Phú An trong các kịch bản
IV/ Kết luận
Với biến đổi khí hậu (BĐKH) lượng mưa trận tăng và mực nước triều trung bình tăng, đặc biệt
tăng cao là mực nước đỉnh triều làm cho Thành phố bị ngập rất nặng nếu không có cống ngăn triều và bờ bao Nhờ có chân triều tăng không đáng kể mà việc tiêu nước khi có cống ngăn triều rất thuận lợi Trong báo cáo bằng tính toán đã chứng minh điều đó, tuy mới tính với trường hợp
là cống mở khi mực nước trước cống cao hơn mực nước ngoài sông và ngược lại Trong thực tế không thể hạ thấp mực nước trong cống xuống mức tới gần -3.0 mà phải duy trì mực nước kênh tiêu xung quanh cao trình 0,0 để môi trường không bị xấu đi (không để lộ bùn đáy kênh) và có thể là cả phục vụ giao thông thủy nội địa Trong báo cáo này chỉ chứng minh khả năng tiêu thoát chống ngập thành phố khi có công trình và bờ bao ngăn triều trong điều kiện mưa lớn và nước biển dâng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change
[2].http://www.hochiminhcity.gov.vn
[3].Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam (2008), Quy hoạch chống ngập cho TPHCM, TPHCM [4].Lương Văn Việt (2008) Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu các đặc trưng khí tượng-thuỷ văn phục vụ phòng chống ngập úng trên khu vực Tp HCM Trung tâm điều hành chương
trình chống ngập úng Tp HCM
[5].Đinh Văn Mạnh, Lê Như Ngà (2009) Xây dựng đường suất bảo đảm độ cao mực nước biển phục vụ thiết kế nâng cấp đê biển từ Quảng ninh đến Quảng nam Báo cáo Hội nghị
cơ học nhân 30 năm ngày thành lập Viện Cơ Học
[6].DANIDA (2002), Hội thảo về mô hình toán MIKE, Viện KHTL Miền Nam, Tp HCM.
_
Người phản biện: GS.TS Lê Sâm
