Nghiên cứu dòng chảy mùa kiệt trên hệ thống sông Cửu Long và tỷ lệ phân lưu từ sông Tiền sang sông Hậu qua sông Vàm Nao trong mùa kiệt có nhiều ý nghĩa trong việc đánh giá tác động tương tác giữa dòng chảy thượng nguồn và chế độ thủy triều, ảnh hưởng của xâm nhập mặn. . . trên toàn hệ thống sông Cửu Long. Trong bài báo tác giả đã nghiên cứu các đặc trưng của dòng chảy mùa kiệt và đánh giá tỷ lệ phân lưu mùa kiệt qua sông Vàm Nao. . . trên cơ sở các tài liệu thủy văn đo đạc giai đoạn 19952005
MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY MÙA KIỆT VÀ TỶ LỆ PHÂN LƯU QUA SÔNG VÀM NAO QUA PHÂN TÍCH TÀI LIỆU THỦY VĂN RESEARCH ON DRY FLOW AND DISTRIBUTION THROUGH VAM NAO RIVER BY HYDROLOGICAL DATA ANALYSIS. TS. Phan Anh Tuấn TÓM TẮT Nghiên cứu dòng chảy mùa kiệt trên hệ thống sông Cửu Long và tỷ lệ phân lưu từ sông Tiền sang sông Hậu qua sông Vàm Nao trong mùa kiệt có nhiều ý nghĩa trong việc đánh giá tác động tương tác giữa dòng chảy thượng nguồn và chế độ thủy triều, ảnh hưởng của xâm nhập mặn. . . trên toàn hệ thống sông Cửu Long. Trong bài báo tác giả đã nghiên cứu các đặc trưng của dòng chảy mùa kiệt và đánh giá tỷ lệ phân lưu mùa kiệt qua sông Vàm Nao. . . trên cơ sở các tài liệu thủy văn đo đạc giai đoạn 1995-2005. ABSTRACT Research on dry flow in the Lower Mekong River and discharge distribution from Mekong to Bassac River via Vam Nao in the dry season is meaningful to the evaluation of the mutual impact of the upstream flow and tidal mechanism, the sea water intrusion … in the whole Lower Mekong River System. This paper studied the dry flow characteristics and evaluated the discharge distribution ratio via Vam Nao river …. based on measured hydrological data, period 1995-2005. 1. Mở đầu Về mùa kiệt thủy triều biển Đông ảnh hưởng lên tới Phnom Penh, vì vậy việc nghiên cứu các đặc trưng dòng chảy và tỷ lệ phân lưu qua sông Vàm Nao có nhiều khó khăn hơn so với mùa lũ bởi các lý do sau: - Dòng chảy luôn luôn biến động theo các chiều khác nhau với các nguyên nhân biến động phức tạp. - Dưới tác động của thủy triều, quan hệ Q-H là đa trị, ảnh hưởng của thủy triều đến mực nước sẽ lớn hơn ảnh hưởng của lưu lượng đến mực nước. Mực nước thấp nhất hàng năm: Mực nước thấp nhất trên sông Cửu Long phụ thuộc vào các yếu tố ở thượng nguồn, mưa, diễn biến triều ở biển Đông và biển Tây. Mực nước thấp nhất thường xuất hiện vào cuối tháng IV, đầu tháng V. Qua mực nước thấp nhất tại trạm Tân Châu cho thấy, do ảnh hưởng của thuỷ triều khá mạnh nên mực nước thấp nhất của năm kiệt nhiều cũng không chênh lệch nhiều so với năm kiệt ít, sự xuất hiện mực nước thấp nhất trong năm của trạm Vàm Nao trùng với thời gian xuất hiện mực nước thấp nhất tai Tân Châu (bảng 1). Lưu lượng dòng chảy mùa kiệt: Cơ chế chuyển động của nước các sông chịu ảnh hưởng thủy triều khá phức tạp. Để nghiên cứu vấn đề này, sử dụng tổng hợp phương pháp giải tích, trên cơ sở thu thập và phân tích số liệu thủy văn cho phép giải thích được các hiện tượng thủy triều phức tạp. Dòng chảy sông Cửu Long tuy phong phú, song phân bố không đều theo thời gian, mùa lũ từ tháng VI đến tháng XI chiếm 80 ÷ 90%, còn mùa cạn từ tháng XII đến tháng V năm sau chỉ chiếm 10 ÷ 20% lượng dòng chảy năm. Lưu lượng bình quân nhiều năm đổ vào ĐBSCL trên 500 tỷ m³, chiếm 84% lượng dòng chảy bình quân nhiều năm tại Kratie. Từ số liệu thủy văn tai Tân Châu và Vàm Nao, xây dựng đường quá lưu lượng bình quân tháng (Qbq) tại trạm Tân Châu và Vàm Nao (hình 1 và 2). Dòng chảy mùa kiệt giảm dần đều đặn từ tháng XII năm trước đến tháng V năm sau. Trên đường quá trình lưu lượng bình quân tháng tại Tân Châu và Vàm Nao có thể phân biệt được 2 giai đoạn : - Từ tháng XII đến tháng II: lưu lựợng cơ bản lớn và rút nhanh. - Từ tháng III đến tháng V: là tháng kiệt nhất, lưu lượng trong sông ít thay đổi Tùy thuộc vào độ lớn lũ năm trước và cường độ thủy triều năm sau mà lưu lượng kiệt nhất hàng năm của sông Tiền qua mặt cắt Tân Châu và sông Vàm Nao xuất hiện vào tháng III hoặc tháng IV. Cụ thể như năm 1997 tháng có dòng chảy nhỏ nhất là tháng IV, tại Tân Châu Q = 2.620 m³/s và Vàm Nao Q = 1.040 m³/s. Năm 1999 tháng kiệt nhất xuất hiện vào tháng III, với lưu lượng tại Tân Châu Q = 1.500 m³/s và tại Vàm Nao là 592 m³/s. Về mùa kiệt nước trong sông Tiền tại mặt cắt Tân Châu và sông Vàm Nao chảy hai chiều, phần nước từ sông chảy ra biển và từ sông Tiền sang sông Hậu qua Vàm Nao gọi là lưu lượng chảy xuôi, còn phần nước chảy từ biển vào sông và từ sông Hậu sang sông Tiền qua Vàm Nao gọi là chảy ngược. Qua số liệu thực đo lưu lượng mùa cạn từ năm 1995 đến 2004 thấy rằng tháng có dòng chảy bình quân kiệt nhất qua mặt cắt Tân Châu dao động từ 1.460 m³/s ÷ 2.700 m³/s và qua sông Vàm Nao 592 ÷ 1.189 m³/s. Tùy từng năm, song thông thường vào đầu tháng I tại Vàm Nao và mặt cắt Tân Châu trên sông Tiền bắt đầu có lưu lượng chảy ngược và tăng dần vào các tháng II, III và đạt trị số lớn nhất vào tháng IV (hoặc tháng V). Lưu lượng chảy ngược lớn nhất tại Vàm Nao dao động 1.400 ÷ 2.100 m³/s và tại Tân Châu dao động trong khoảng 1500 ÷ 3100 m³/s, sau đó giảm dần và bị triệt tiêu trong các tháng mùa lũ. Xét một con triều tại Vàm Nao và Tân Châu vào thời kỳ kiệt nhất trong năm, thường có 2 lần nước chảy ngược và 2 lần nước chảy xuôi, song thời gian nước chảy xuôi gấp 2 đến 3 lần thời gian nước chảy ngược, tổng lưu lượng chảy xuôi và lưu lượng chảy xuôi lớn nhất đều vượt từ 1.5 đến 4.5 lần tổng lưu lượng chảy ngược và lưu lượng chảy ngược lớn nhất. Bảng 1. Mực nước thấp nhất năm của trạm Tân Châu, Châu Đốc và Vàm Nao thời kỳ 95- 04 (đơn vị cm). Tên trạm Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Tân Châu -28 -19 -20 -30 -35 -18 -24 -23 -24 -38 Tháng xuất hiện V IV IV V IV IV V V IV IV Vàm Nao -54 -41 -46 -53 -58 -46 -43 -55 -54 -60 Tháng xuất hiện VI IV IV V IV IV V V IV IV 2. Sự điều tiết dòng chảy trong hệ thống sông Cửu Long trong mùa kiệt Sự điều tiết dòng chảy trong sông chịu ảnh hưởng thủy triều là hậu quả của dòng chảy ngược, phụ thuộc vào lưu lượng nguồn (Q) và biên độ thủy triều. Lượng nước nguồn được tích lại trong lăng trụ triều, lăng trụ này phụ thuộc vào biên độ triều và lưu lượng của dòng cơ bản. Do thủy triều thay đổi theo chu kỳ nên sự điều tiết và phân phối lại dòng chảy cũng mang tính chất chu kỳ. Để nghiên cứu khả năng điều tiết, ta chọn pha lưu lượng nguồn bé nhất vào tháng IV làm thời điểm tính toán vì đó là pha bất lợi, ảnh hưởng của biển tương đối đồng nhất trong toàn vùng. Từ số liệu thực đo lưu lượng tháng IV/2002 của các trạm Tân Châu, Châu Đốc, Vàm Nao, Mỹ Thuận và Cần Thơ, tiến hành tính toán tổng lưu lượng chảy xuôi Σ∆Q + , tổng lưu lượng chảy ngược Σ∆Q - , chênh lệch tổng lưu lượng chảy xuôi và chảy ngược : ∆Q = ΣQ + - ΣQ - và ∆Q bq cho từng ngày. Các quan hệ ΣQ + ~ t, ΣQ - ~ t, ∆Q ~ t, ∆Q bq ~ t được trình bày trong các hình 3 – hình 7, phần diện tích của đường quá trình ∆Q trên đường ∆Q bq thể hiện thời gian tháo nước và phần diện tích nằm dưới đường ∆Q bq thể hiện thời gian tích nước. Để nghiên cứu khả năng điều tiết của sông Tiền, sông Hậu qua sông Vàm Nao, ta xây dựng quá trình điều tiết dòng chảy theo chu kỳ tháng (chọn tháng IV làm tháng điển hình) Trên sông Tiền bao gồm: Q TânChâu - Q VàmNao ~ t và Q MỹThuận ~ t. Trên sông Hậu bao gồm: Q ChâuĐốc + Q VàmNao ~ t và Q CầnThơ ~ t, các đường quá trình lưu lượng bình quân được trình bày trên hình 8, hình 9. Từ các bảng biểu và các hình vẽ nêu trên ta có thể thấy được tác dụng điều tiết ở từng tuyến hoặc từng đoạn sông, sau đây là một vài nhận xét chính: - Sự tích nước xảy ra trong thời gian triều cường và tiêu nước trong thời gian triều kém. Tác dụng điều tiết hoàn toàn khác nhau trên sông Tiền, sông Hậu và dọc theo chiều dài của từng sông (khả năng điều tiết của s. Tiền lớn hơn khả năng điều tiết của s. Hậu). - Hình thành 2 khu vực tích triều, đoạn cách biển 50km trở lên có sự tích triều với dạng triều sông, đỉnh càng cao chân càng cao và đoạn phía dưới cách biển 50km trở vào ta có dạng triều biển đỉnh càng cao chân càng thấp, đây cũng là giới hạn truyền mặn trực tiếp vào khu tích nước lớn nhất theo lăng trụ triều. - Một sự phân tích kỹ hơn cho thấy, trong thời gian bán nhật triều, dòng triều có động năng lớn, song tổn thất năng lượng dọc sông cũng lớn. Ngược lại, nhật triều có động năng bé hơn, song tổn thất năng lượng ít hơn, tác dụng của bán nhật triều ở những nơi chuyển nước là gây tốc độ lớn, tác dụng của nhật triều thì ngược lại. 3. Khả năng chuyển nước và tỷ lệ phân lưu Để đánh giá khả năng chuyển nước có thể dùng lưu lượng bình quân ngày hoặc tỷ số K = ΣQ + / ΣQ - . Khả năng chuyển nước phụ thuộc tương quan ảnh hưởng của nguồn và biển. Ở đây đáng nói là nguồn tác động theo chu kỳ dài hơn biển cho nên sự tiêu năng trong quá trình chuyển nước do nguồn tạo nên ít hơn sự tiêu năng do biển tạo nên. Do đó, nguồn đẩy nước đi xa hơn. Việc chuyển nước phụ thuộc vào việc tổ hợp giữa hai bên. Có thể thấy được điều đó trên đường quá trình tỷ số chuyển nước từ sông Tiền sang sông Hậu ở tuyến Vàm Nao (hình 10). Để nghiên cứu tỷ lệ phân lưu Vàm Nao trong các tháng mùa kiệt, dựa vào tài liệu bình quân tháng thực đo cuả trạm Tân Châu và Vàm Nao từ năm 1995 đến năm 2004, xây dựng quan hệ tương quan (xem hình 11). Quan hệ lưu lượng 2 trạm khá chặt chẽ, hệ số tương quan đạt 0.96. Cũng trên cơ sở lưu lượng bình quân tháng thực đo của 2 trạm, tính toán tỷ lệ phân lưu qua Vàm Nao với k = Q VàmNao / Q TânChâu (bảng 2, hình 12). Tỷ lệ phân lưu trong các tháng I, II, XII giao động từ 32% ÷ 42%, tháng III ổn định nhất giao động từ 38% ÷ 42%, kế đến tháng IV giao động 36% ÷ 44% và tháng V giao động từ 34% ÷ 42% Bảng 2. Tỷ lệ phân lưu mùa kiệt qua Vàm Nao Năm Tháng Tân Châu Vàm Nao Tỷ lệ phân lưu (%) Qbq (m 3 /s) Qbq (m 3 /s) 1996 I 6030.0 2240.0 37.1 II 3530.0 1440.0 40.8 III 2390.0 907.0 37.9 IV 2010.0 704.0 35.0 V 3760.0 1260.0 33.5 XII 12861.7 4730.0 36.8 1997 I 8140.0 3000.0 36.9 II 5330.0 2070.0 38.8 III 3230.0 1340.0 41.5 IV 2620.0 1040.0 39.7 V 2720.0 1060.0 39.0 XII 8438.0 3240.0 38.4 1998 I 5860.0 2130.0 36.3 II 3440.0 1220.0 35.5 III 1800.0 676.0 37.6 IV 1460.0 541.0 37.1 V 1990.0 698.0 35.1 XII 7430.1 3040.0 40.9 1999 I 4160.0 1680.0 40.4 II 2610.0 1010.0 38.7 III 1500.0 592.0 39.5 IV 1740.0 705.0 40.5 V 4700.0 1870.0 39.8 XII 14062.9 4500.0 32.0 2000 I 6616.2 II 4479.7 III 3211.3 1360.0 42.4 IV 2800.3 1120.0 40.0 V 5343.2 2220.0 41.5 XII 10110.7 4560.0 45.1 2001 I 7272.0 2944.2 40.5 II 4791.8 1964.3 41.0 III 3390.8 1479.4 43.6 IV 2766.4 1189.6 43.0 V 3146.6 1288.4 40.9 XII 11885.7 4742.5 39.9 2002 I 7680.0 3100.0 40.4 II 5880.0 2080.0 35.4 III 3100.0 1340.0 43.2 IV 2200.0 980.0 44.5 V 2820.0 1110.0 39.4 XII 11200.0 3650.0 32.6 2003 I 7540.0 2420.0 32.1 II 4860.0 1660.0 34.2 III 3170.0 1360.0 42.9 IV 2530.0 1040.0 41.1 V 2800.0 1170.0 41.8 XII 7320.0 3170.0 43.3 Hình 1. Đường quá trình lưu lượng bình quân tháng trạm Tân Châu Hình 2. Đường quá trình lưu lượng bình quân tháng trạm Vàm Nao Hình 3. Quan hệ ΣQ + , ΣQ - , ∆Q theo thời gian trạm Tân Châu 5 Hình 4. Quan hệ ΣQ + , ΣQ - , ∆Q theo thời gian trạm Châu Đốc Hình 5. Quan hệ ΣQ + , ΣQ - , ∆Q theo thời gian trạm Vàm Nao Hình 6. Quan hệ ΣQ + , ΣQ - , ∆Q theo thời gian trạm Cần Thơ 6 Hình 7. Quan hệ ΣQ + , ΣQ - , ∆Q theo thời gian trạm Mỹ Thuận Hình 8. Tác dụng điều tiết dòng chảy theo chu kỳ tháng trên s. Tiền Hình 9. Tác dụng điều tiết dòng chảy theo chu kỳ tháng trên s. Hậu 7 Hình 10. Diễn biến của tỷ lệ phân lưu tại Tân Châu và Vàm Nao tháng IV Hình 11. Quan hệ lưu lượng bình quân tháng trạm Tân Châu và Vàm Nao mùa kiệt Hình 12. Tỷ lệ phân lưu(k=Q Vàm Nao /Q Tân Châu ) trung bình tháng mùa kiệt Tài liệu tham khảo: 1. Đỗ Cao Đàm và nngk – Thủy văn công trình, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 1983 2. Nguyễn Thái Quyết – Tính toán phân lưu dòng chảy qua sông Vàm Nao, 2007 8 XII I II III IV V . CHẢY M A KIỆT VÀ TỶ LỆ PHÂN LƯU QUA SÔNG VÀM NAO QUA PHÂN TÍCH TÀI LIỆU THỦY VĂN RESEARCH ON DRY FLOW AND DISTRIBUTION THROUGH VAM NAO RIVER BY HYDROLOGICAL DATA ANALYSIS. TS. Phan Anh Tuấn . the mutual impact of the upstream flow and tidal mechanism, the sea water intrusion … in the whole Lower Mekong River System. This paper studied the dry flow characteristics and evaluated the discharge. giai đoạn 1995-2005. ABSTRACT Research on dry flow in the Lower Mekong River and discharge distribution from Mekong to Bassac River via Vam Nao in the dry season is meaningful to the evaluation