NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NBD DO BĐKH ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SÔNG TRÀ LÝ VÀ NHIỄM MẶN NƯỚC NGẦM TỪ SÔNG TRÀ LÝ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ỨNG QUỐC KHANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NBD DO BĐKH ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SÔNG TRÀ LÝ VÀ NHIỄM MẶN NƯỚC NGẦM TỪ SÔNG TRÀ LÝ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60.44.90 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Phạm Thị Hương Lan Hà Nội - 8/2014 LỜI CẢM ƠN Trước tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Thủy lợi, Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tạp, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng và cô giáo hướng dẫn PGS.TS Phạm Thị Hương Lan đã luôn tận tình giúp đỡ tác giả từ những bước đi đầu tiên xây dựng ý tưởng nghiên cứu, cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn. Thầy, cô đã luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, các bạn cùng lớp cao học 19V và các anh chị đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bố, mẹ, các anh chị và các em, những người thân yêu trong gia đình đã luôn ở bên cạnh tác giả, động viên tác giả về vật chất và tinh thần để tác giả vững tâm hoàn thành luận văn của mình. TÁC GIẢ… . Ứng Quốc Khang LỜI CAM ĐOAN Tôi là Ứng Quốc Khang. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. TÁC GIẢ… Ứng Quốc Khang i MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 3 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Phương pháp nghiên cứu 3 Chương 1 . TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 5 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5 1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 6 1.2.1 Khái quát chung 6 Chương 2 . GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 14 2.1 Vị trí địa lý 14 2.2 Đặc điểm địa hình 15 2.3 Đặc điểm khí hậu 15 2.3.1 Chế độ gió 15 2.3.2 Chế độ nhiệt 16 2.3.3 Độ ẩm và bốc hơi 16 2.3.4 Chế độ mưa 17 2.4 Mạng lưới sông suối 19 2.5 Chế độ dòng chảy trên khu vực nghiên cứu 21 2.6 Chế độ mực nước trên khu vực nghiên cứu 22 2.7 Tóm lược ảnh hưởng của nước biển dâng đến KT-XH tỉnh Thái Bình 24 ii 2.7.1 Ảnh hưởng của nước biển dâng tới chế độ thủy triều 24 2.7.2 Tác động của nước biển dâng 24 Chương 3 . ỨNG DỤNG MÔ HÌNH EFDC ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SÔNG TRÀ LÝ 28 3.1 Phương trình cơ bản 28 3.2 Phương pháp sai phân hữu hạn 30 3.3 Mô hình EFDC 33 3.3.1 Giới thiệu chung về mô hình EFDC 33 3.3.2 Cấu trúc mô hình EFDC 34 3.3.3 Mô hình thủy động lực học và bài toán lan truyền nhiệt, mặn 35 3.3.4 Một số đặc điểm tính năng của phần mềm 35 3.4 Miền mô hình và địa hình. 36 3.5 Thiết lập điều kiện ban đầu và biên mô hình. 37 3.6 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy động lực 38 3.7 Kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu 40 3.8 Kết quả xâm nhập mặn nước sông Trà Lý theo các kịch bản 43 3.8.1 Kịch bản chưa có nước biển dâng 43 3.8.2 Kịch bản khi nước biển dâng 50cm 49 Chương 4 . ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN XÂM NHẬP MẶN NƯỚC NGẦM 57 4.1 Hệ thống các tầng chứa nước tỉnh Thái Bình 57 4.2 Phương trình mô tả chuyển động NDĐ trong tầng chứa nước 61 4.3 Phương trình mô tả lan truyền mặn trong nước ngầm 63 4.4 Mô hình đánh giá ảnh hưởng NBD đến xâm nhập mặn nước ngầm khu vực sông Trà Lý 65 iii 4.4.1 Mô hình phần tử hữu hạn 68 4.4.2 Lựa chọn điều kiện mô hình đánh giá: 71 4.4.3 Kết quả mô hình về mực nước dưới đất 75 4.4.4 Kết quả mô hình phần tử hữu hạn lan truyền mặn nước ngầm 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 Kết luận 84 Kiến nghị 84 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Hệ số biến động Cv tại một số trạm trên địa bàn tỉnh Thái Bình 17 Bảng 2.2 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm tại một số trạm (mm) 18 Bảng 2.3 Tổng hợp diện tích thấp hơn MNB các kịch bản NBD [4] 25 Bảng 3.1 So sánh kết quả mô hình năm 2010 và thực đo-sông Trà Lý 40 Bảng 3.2 Mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải thấp (B1) 41 Bảng 3.3 Mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải trung bình (B2) 41 Bảng 3.4 Mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải cao (A1F1) 42 Bảng 3.5 Thời gian nước sông Trà Lý có hàm lượng muối dưới 1g/l tại các vị trí 48 Bảng 3.6 Thời gian nước sông Trà Lý có hàm lượng muối dưới 1g/l tại các vị trí 53 Bảng 3.7 So sánh thời gian nước sông Trà Lý có hàm lượng muối dưới 1g/l tại các vị trí ở kịch bản hiện tại và NBD 50cm 55 Bảng 4.1 Mực nước ngày (cm) sông Trà Lý khu vực mô hình tần suất 85% 72 Bảng 4.2 Lượng mưa TB tháng (mm) thời kỳ 1990-2009. 74 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1.Vị trí địa lý tỉnh Thái Bình 14 Hình 2.2. Bản đồ mạng lưới sông suối địa phận tỉnh Thái Bình 21 Hình 2.3. Đồ thị tỷ lệ diện tích theo độ cao của toàn tỉnh 25 Hình 3.1. Cấu trúc cơ bản mô hình EFDC 34 Hình 3.2. Cấu trúc mô hình thủy động lực học EFDC 34 Hình 3.3 Cấu trúc mô hình chất lượng nước 35 Hình 3.4. Miền mô hình sông Trà Lý và vị trí các mặt cắt địa hình 37 Hình 3.5. Địa hình lòng sông Trà Lý miền mô hình và lưới mô hình minh họa 37 Hình 3.6. Bản đồ vị trí các trạm quan trắc mặn sông Trà Lý 39 Hình 3.7. Nồng độ muối thực đo và theo MH tại trạm Định Cư-sông Trà Lý 40 Hình 3.8. Vị trí các điểm thể hiện diễn biến mặn theo thời gian 43 Hình 3.9. Diễn biến mặn theo thời gian tại một số vị trí 47 Hình 3.10. Thời gian nước sông có hàm lượng muối nhỏ hơn 1g/l tại các vị trí 49 Hình 3.11. Diễn biến mặn theo thời gian tại một số vị trí ứng với kịch bản giả định NBD 50cm 53 Hình 3.12. Thời gian nước sông có hàm lượng muối nhỏ hơn 1g/l tại các vị trí 54 Hình 3.13. Số ngày trong năm nước sông có hàm lượng muối nhỏ hơn 1g/l tại các vị trí ở chế độ thủy văn sông có tần suất 85% 56 Hình 4.1. Ranh giới mặn nhạt 2 tầng chứa nước Holocen trên (qh 2 ) và qp 61 Hình 4.2. Bản đồ ranh giới mặt nhạt tầng qh2 và vị trí mặt cắt ĐCTV 66 Hình 4.3. Mặt cắt ĐCTV qua khu vực huyện Thái Thụy 67 Hình 4.4. Mặt cắt ĐCTV qua khu vực huyện Tiền Hải 67 Hình 4.5. Lưới phần tử hữu hạn 70 Hình 4.6. Minh họa số thứ tự các nút một phần lưới mô hình 71 Hình 4.7. Lượng mưa tháng TB thời kỳ 1990-2009 tại Thái Bình 74 vi Hình 4.8. Kết quả mực nước ngầm tại một số nút tính toán 75 Hình 4.9. Nồng độ muối nước ngầm tầng Holocen trên dưới ảnh hưởng xâm nhập mặn nước sông Trà Lý 77 Hình 4.10. Nồng độ muối theo thời gian tại một số vị trí gần sông Trà Lý 79 Hình 4.11. Nồng độ muối nước ngầm tầng Holocen trên dưới ảnh hưởng xâm nhập mặn nước sông Trà Lý trong điều kiện nước biển dâng50cm 80 Hình 4.12. Biến đổi nồng độ muối theo thời gian do nước biển dâng tại một số vị trí gần sông Trà Lý 82 Hình 4.13. Chênh lệch nồng độ muối theo thời gian do nước biển dâng trung bình trên toàn miền mô hình 83 vii [...]... và nhiễm mặn nước ngầm từ sông Trà Lý đặc biệt trong bối cảnh nước biển dâng do biến đổi khí hậu là rất cần thiết 1.2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu xây dựng mô hình thủy lực cửa sông Trà Lý bằng phần mềm thủy lực-môi trường chất lỏng EFDC nghiên cứu và đánh giá mức độ xâm nhập mặn sông Trà Lý dưới ảnh hưởng của các kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn nước ngầm do xâm nhập mặn. .. kịch bản lựa chọn, trong đó có kịch bản NBD Phân tích đánh giá xâm nhập mặn nước sông Trà Lý ở chế độ thủy văn ứng với tần suất 85%, ảnh hưởng của NBD đến xâm nhập mặn trong sông Trà Lý Chương 4 Đánh giá ảnh hưởng của nước biển dâng đến xâm nhập mặn nước ngầm Trình bày cơ sở lý thuyết chuyển động và lan truyền mặn trong nước ngầm, điều kiện địa chất thủy văn và nước ngầm khu vực tỉnh Thái Bình, phương... muối Việc nghiên cứu và xây dựng phương pháp dự báo xâm nhập mặn ba chiều trong môi trường nước mặt và xâm nhập mặn nước mặt và nước ngầm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao do tính phức tạp của quá trình này ở các vùng cửa sông nước ta nói chung và của sông Trà Lý nói riêng Nội dung cụ thể của luận văn này bao gồm: - Tính cần thiết của dự báo mặn cho khu vực cửa sông, đặc biệt trong bối cảnh nước biển... ngầm do xâm nhập mặn sông Trà Lý tỉnh Thái Bình Trên cơ sở đó, nghiên cứu đề xuất các giải pháp kiểm soát mặn, lấy nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là môi trường nước sông Trà Lý khu vực cửa sông chịu ảnh hưởng của nước biển dâng và nước ngầm tầng Holocen; Phạm vi nghiên cứu là đoạn sông Trà Lý thuộc tỉnh Thái Bình từ thôn Thượng Đạt (xã... tầng nước ngầm nhạt có quan hệ thủy lực với sông Vì vậy, việc dự báo xâm nhập mặn nước ngầm do xâm 2 nhập mặn nước sông cũng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực tài nguyên nước và môi trường Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn với sự trợ giúp của các công cụ tính toán công nghệ cao để từng bước khám phá quy luật chung và đặc thù về xâm nhập mặn vùng cửa sông và các tầng... các tầng chứa nước ngầm, trước mắt áp dụng cho sông Trà Lý và tầng chứa nước ngầm nhạt ven sông Trà Lý thuộc hệ thống sông Hồng -Thái Bình Kết quả của nghiên cứu trên sẽ làm cơ sở cho việc khai thác sử dụng tài nguyên nước vùng cửa sông về mặt lợi và hạn chế tác động có hại của quá trình xâm nhập mặn vào các vùng đồng bằng cửa sông và vào các tầng chứa nước nhạt khu vực sông ven biển nước ta Như đã... với xâm nhập mặn trong điều kiện BĐKH ở vùng ĐBSCL (Đề tài do Cục Quản lý Tài nguyên nước chủ trì năm 2012-2013) Đề tài đã nghiên cứu xâm nhập mặn vào các sông do BĐKH và NBD, cụ thể như sau: Độ mặn l%: Trong thời kỳ nền, chiều dài xâm nhập mặn ở các cửa sông Cửu Long khoảng 62-63km và trên sông Vàm Cỏ Tây là 120km + Theo kịch bản A2: Giai đoạn 2020-2039: Ở cửa sông Hậu, Cổ Chiên, Mỹ Tho, chiều dài xâm. .. và xâm nhập mặn vùng nghiên cứu Kết quả tính toán từ mô hình cho biết tình hình diễn biến mực nước, lưu lượng và xâm nhập mặn dọc theo các sông Sông Đáy: Chiều dài xâm nhập mặn lớn nhất ứng với kịch bản BĐKH -NBD đến năm 2030 (>1‰) lên đến 45km, tức là lớn hơn so với kịch bản hiện trạng 15km Từ Km số 10 đến km số 45 độ mặn tại cùng một vị trí mặt cắt ở 2 kịch bản chênh lệch nhau trung bình là 3,5‰ Sông. .. triều, mặn có tính đặc thù cho mỗi cửa sông Do tác động ảnh hưởng đồng thời của nước sông từ thượng lưu, yếu tố địa hình và chế độ thuỷ triều, ranh giới xâm nhập mặn biến đổi theo không gian và thời gian rất dễ thấy theo thời đoạn (giờ, ngày) Hơn nữa, đối với khu vực đồng bằng ven biển nói chung và khu vực tỉnh Thái Bình nói riêng xâm nhập mặn nước sông còn có nguy cơ dẫn đến xâm nhập mặn một số tầng nước. .. 2020-2039 do mức giảm của lưu lượng thượng nguồn trong thời kỳ 2020-2039 thấp hơn thời kỳ 20402059 12 Trên sông Vàm Cỏ Tây, mức tăng của chiều dài xâm nhập mặn trong thời kỳ năm 2020-2039 nhỏ hơn so với các cửa sông Cửu Long, nhưng trong thời kỳ 2040-2059 thì xấp xỉ Mức tăng chiều dài xâm nhập mặn của độ mặn 4‰ nhỏ hơn so với mức tăng chiều dài xâm nhập mặn của độ mặn 1‰ Việc đánh giá ảnh hưởng của xâm nhập . DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ỨNG QUỐC KHANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NBD DO BĐKH ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SÔNG TRÀ LÝ VÀ NHIỄM MẶN NƯỚC NGẦM TỪ SÔNG TRÀ. bản NBD. Phân tích đánh giá xâm nhập mặn nước sông Trà Lý ở chế độ thủy văn ứng với tần suất 85%, ảnh hưởng của NBD đến xâm nhập mặn trong sông Trà Lý. Chương 4 Đánh giá ảnh hưởng của nước. vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là môi trường nước sông Trà Lý khu vực cửa sông chịu ảnh hưởng của nước biển dâng và nước ngầm tầng Holocen; - Phạm vi nghiên cứu là đoạn sông Trà Lý thuộc