ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- QUÁCH THỊ THANH TUYẾT ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG XÂM NHẬP MẶN DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU HẠ LƯU VEN BIỂN LƯU VỰC SÔNG CẢ, TỈNH NGHỆ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
QUÁCH THỊ THANH TUYẾT
ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG XÂM NHẬP MẶN DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU HẠ LƯU VEN BIỂN LƯU VỰC SÔNG CẢ,
TỈNH NGHỆ AN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2015
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
QUÁCH THỊ THANH TUYẾT
ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG XÂM NHẬP MẶN DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU HẠ LƯU VEN BIỂN LƯU VỰC SÔNG CẢ,
TỈNH NGHỆ AN
Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 60.440.224
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS NGUYỄN QUANG HƯNG
Hà Nội – Năm 2015
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Với tấm lòng chân thành nhất, em xin chân thành cảm ơn tới:
Tiến sỹ Nguyễn Quang Hưng, thầy hướng dẫn khoa học cho luận văn của em, những điều đạt được trong luận văn này là những kiến thức quý báu mà thầy
đã tận tình chỉ dẫn em trong thời gian qua
Quý thầy cô trong trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là quý thầy cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, quý thầy cô trong Phòng Đào tạo sau Đại học đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành chương trình Cao học và luận văn tốt nghiệp
Gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, ủng hộ hết sức sâu sắc trong thời gian qua Đặc biệt cảm ơn gia đình, những người luôn bên cạnh động viên để em vững tâm
và phấn đấu học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này
Lãnh đạo, đồng nghiệp tại Trung tâm Ứng dụng công nghệ và Bồi dưỡng nghiệp vụ Khí tượng thủy văn và Môi trường đã tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp
Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian cũng như hạn chế về số liệu thực đo nên không tránh được những thiếu sót Vì vậy, tác giả rất mong được sự cảm thông và những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy cô và những người quan tâm
TÁC GIẢ
Trang 4MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……… 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5
1.1 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn 5
1.1.1 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước ngoài 5
1.1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước 9
1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn ở Việt Nam 9
1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn lưu vực sông Cả 11
1.2 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 13
1.2.1 Vị trí địa lý 13
1.2.2 Địa hình 14
1.2.3 Thổ nhưỡng 15
1.2.4 Thực vật 16
1.2.5 Đặc điểm khí hậu 17
1.2.6 Tài nguyên nước mặt 20
1.2.6.1 Mạng lưới sông suối 20
1.2.6.2 Lưới trạm thủy văn 21
1.2.6.3 Dòng chảy năm 21
1.2.6.4 Chế độ dòng chảy 22
1.2.7 Đặc điểm nước dưới đất 27
1.2.8 Tình hình kinh tế -xã hội 28
1.2.8.1 Dân số 28
1.2.8.2 Kinh tế xã hội 28
1.3 Tình hình xâm nhập mặn 36
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11 38
2.1 Các phương trình cơ bản 38
2.2 Điều kiện biên 47
Trang 52.2.1 Điều kiện biên thủy lực 47
2.2.2 Điều kiện biên mặn 47
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHI HẬU SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 48
3.1 Thiết lập điều kiện biên mô hình thủy lực MIKE 11 48
3.1.1 Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực 52
3.1.2 Kết quả kiểm định mô hình thủy lực 53
3.2 Thiết lập mô hình chất lượng nước – xâm nhập mặn 55
3.3 Mô phỏng quá trình xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu 57 3.3.1 Kịch bản biến đổi khí hậu về lượng mưa và nước biển dâng 58
3.3.2 Mô phỏng quá trình xâm nhập mặn xét đến biến đổi khí hậu 59
3.3.3 Kết quả mô phỏng quá trình ngập mặn kịch bản 1 61
3.3.4 Kết quả mô phỏng quá trình ngập mặn kịch bản 2 63
3.3.5 Kết quả mô phỏng quá trình ngập mặn kịch bản 3 64
3.4 Kết luận 65
3.5 Đề xuất các giải pháp nhằm hạn chế tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đến quá trình xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu 66
3.6 Các biện pháp ứng phó hiện tượng xâm nhập mặn 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………70
TÀI LIỆU THAM KHẢO………72
PHỤ LỤC
Trang 6DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1: Bản đồ vị trí lưu vực sông Cả 14
Hình 1-2: Bản đồ thổ nhưỡng trong lưu vực sông Cả 15
Hình 1-3: Bản đồ thảm phủ thực vật lưu vực sông Cả 16
Hình 1-4: Bản đồ lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sông Cả 18
Hình 1-5: Bản đồ mô đun dòng chảy năm và phân phối dòng chảy trong năm tại một số trạm trên lưu vực sông Cả 22
Hình 1-6: Bản đồ tiềm năng trữ lượng nước ngầm lưu vực sông Cả 28
Hình 2-1: Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott 40
Hình 2-2: Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục 41
Hình 2-3: Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng 43
Hình 2-4: Sơ đồ sai phân 45
Hình 3-1: Sơ đồ thủy lực hạ lưu sông Cả trong MIKE 11 48
Hình 3-2: Sơ đồ trạm thủy văn và khí tượng khu vực nghiên cứu 49
Hình 3-3: Ví dụ một mặt cắt trên sông Cả 50
Hình 3-4: Ví dụ một mặt cắt hạ lưu sông Cả 50
Hình 3-5: Ví dụ một mặt cắt trên sông Ngàn Phố 50
Hình 3-6: Ví dụ một mặt cắt trên sông Ngàn Sâu 50
Hình 3-7: Mực nước tính toán và thực đo trạm Nam Đàn mùa kiệt năm 2000 52
Hình 3-8: Mực nước tính toán và thực đo trạm Linh Cảm mùa kiệt năm 2000 52
Hình 3-9: Mực nước tính toán và thực đo trạm Chợ Tràng mùa kiệt năm 2000 53
Hình 3-10: Mực nước tính toán và thực đo trạm Nam Đàn mùa kiệt năm 2010 53
Hình 3-11: Mực nước tính toán và thực đo trạm Linh Cảm mùa kiệt năm 2010 53
Hình 3-12: Mực nước tính toán và thực đo trạm Chợ Tràng mùa kiệt năm 2010 54
Hình 3-13: Mực nước tính toán và thực đo trạm Nam Đàn mùa kiệt năm 2014 54
Hình 3-14: Mực nước tính toán và thực đo trạm Linh Cảm mùa kiệt năm 2014 54
Trang 7Hình 3-15: Mực nước tính toán và thực đo trạm Chợ Tràng mùa kiệt năm 2014 54
Hình 3-16: Độ mặn tính toán và thực đo điểm đo mặn Bến Thủy năm 2000 55
Hình 3-17: Độ mặn tính toán và thực đo điểm đo mặn Nghi Thọ năm 2000 56
Hình 3-18: Độ mặn tính toán và thực đo điểm đo mặn Trung Lương năm 2000 56
Hình 3-19: Độ mặn tính toán và thực đo điểm đo mặn Bến Thủy năm 2010 56
Hình 3-20: Độ mặn tính toán và thực đo điểm đo mặn Bến Thủy năm 2014 57
Hình 3-21: Mực nước triều trạm Cửa Hội năm 2030, 2050 và 2100 60
Hình 3-22: Hình minh họa ranh giới xâm nhập mặn năm 2030 62
Hình 3-23:Hình minh họa ranh giới xâm nhập mặn năm 2050 63
Hình 3-24: Hình minh họa ranh giới xâm nhập mặn năm 2100 64
Hình 3-25: Hình minh họa khu vực sát biển ảnh hưởng xâm nhập mặn 67
Hình 3-26: Hình minh họa khu vực huyện Hưng Nguyên ảnh hưởng xâm nhập mặn 68
Hình 3-27: Hình minh họa khu vực phía trong sông ảnh hưởng xâm nhập mặn 69
Trang 8DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1: Lượng mưa trung bình tháng, năm tại một số trạm trong lưu vực hệ thống sông
Cả thời kỳ 1961-2014 19
Bảng 1-2: Lượng nước bốc hơi bình quân tháng trên lưu vực sông Cả 20
Bảng 1-3: Lưu lượng trung bình tháng, năm tại một số trạm thuỷ văn lưu vực sông Cả 24
Bảng 1-4: Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng nhỏ nhất tại một số trạm thuỷ văn trong lưu vực sông Cả 26
Bảng 1-5: Khả năng khai thác nước ngầm trên lưu vực sông Cả 27
Bảng 1-6: Bố trí diện tích gieo trồng năm 2020 30
Bảng 1-7: Dự kiến đàn gia súc, gia cầm năm 2020 31
Bảng 1-8: Diện tích nuôi trồng thủy sản giai đoạn 2020 32
Bảng 1-9: Quy mô các khu công nghiệp đến 2020 34
Bảng 1-10: Quy hoạch sử dụng đất đến 2020 36
Bảng 3-1:Kết quả chỉ tiêu Nash tại vị trí kiểm tra 53
Bảng 3-2: Kết quả chỉ tiêu Nash tại vị trí kiểm tra 54
Bảng 3-3: Kết quả chỉ tiêu Nash tại vị trí kiểm tra 55
Bảng 3-4:Kết quả tương quan độ mặn tính toán và thực đo 57
Bảng 3-5: Độ cao mực nước biển dâng theo các thời kỳ tương lai kịch bản B2 58
Bảng 3-6: Biến đổi lượng mưa mùa xuân tỉnh Nghệ An 59
Bảng 3-7: Tổng hợp các kịch bản mô phỏng 59
Bảng 3-8: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tại một số trạm thủy văn chính 60
Bảng 3-9: Tỉ lệ thay đổi giá trị lưu lượng (%) giữa các thời kỳ tương lai với thời kỳ nền tại các trạm thủy văn lưu vực sông Cả kịch bản B2 61
Bảng 3-10:Chênh lệch khoảng cách xâm nhập mặn các kịch bản 65
Trang 91
MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của Đề tài
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang là một trong những thách thức nghiêm trọng nhất đối với thế giới và trở thành vấn đề sống còn của Việt Nam trong thế kỷ 21 Theo kịch bản BĐKH mới nhất cho Việt Nam, đến năm 2100, nhiệt độ trung bình có thể tăng khoảng 2-3 độ C, mực nước biển trung bình có thể dâng trên 1m Các hiện tượng khí hậu cực đoan và các hậu quả kéo theo như nước biển dâng, xói lở bờ biển, xâm nhập mặn, bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn gây lũ, hạn hán, nắng nóng, rét đậm,… sẽ diễn biến ngày càng khắc nghiệt và phức tạp hơn Các đồng bằng châu thổ và vùng ven biển có thể bị ngập phần lớn diện tích
Nghệ An nằm trong khu vực thời tiết khắc nghiệt và gánh chịu nhiều thiên tai Nguy cơ thiên tai do tác động của BĐKH đã ảnh hưởng đến môi trường và ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt động kinh tế - xã hội Với chiều dài bờ biển khá dài (khoảng 82 km), Nghệ An có kinh tế biển ngày càng phát triển và đóng góp ngày càng lớn vào ngân sách Tuy nhiên trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, Nghệ An đã phải đối đầu với nhiều khó khăn thách thức do thiên tai gây ra, trong đó hiện tượng xâm nhập mặn đã gây ra nhiều thiệt hại về kinh tế - xã hội cho các khu vực hạ lưu ven biển, đặc biệt trong bối cảnh BĐKH hiện nay
Các huyện ven biển tỉnh Nghệ An thời gian gần đây đang bị nước biển xâm lấn đến mức báo động Nhiều xã nằm cách bờ biển từ 5 đến 10km, đã và đang bị nước mặn tấn công Một số vùng dân cư ven biển ở Quỳnh Lưu, Diễn Châu chưa có đê bao sẽ đối mặt với việc biển xâm lấn dẫn đến mất đất và nhà [13]
Theo các kịch bản được công bố về BDKH và nước biển dâng, các vùng đất lúa
có diện tích hàng ngàn ha tại Nghi Lộc gồm xã Nghi Thuận, Nghi Vạn, Nghi Lộc; Diễn Châu có các xã Diễn Hạnh, Diễn Hoa, Quỳnh Lưu có xã Quỳnh Diễn, Quỳnh Hưng sẽ
bị nước biển xâm thực nếu không có giải pháp ứng phó kịp thời với BĐKH, vào mùa khô tại các vùng này Nguyên nhân chủ yếu là do lượng nước ngọt trong nội đồng
Trang 102
thường bị cạn kiệt, các cửa sông trên (trừ sông Cấm có cống Nghi Quang) đổ ra biển vẫn chưa có hệ thống cống để ngăn giữ, điều hoà nước nên khi thuỷ triều lên thì nước biển vào sâu Ngược lại, ngay cả khi mùa mưa bão, tuy lượng nước ngọt lớn nhưng vẫn tồn tại nguy cơ nước biển dâng cao, xâm lấn vào sâu trong đất liền vì vào mùa mưa thì cống Nghi Quang hay cống Diễn Thành, Diễn Thuỷ (sông Bùng, Diễn Châu) đều phải
mở để thoát nước và đây là cơ hội để nước biển xâm thực (mưa bão nước biển thường dâng cao hơn bình thường)
Trước nguy cơ như trên, việc nghiên cứu hiện tượng xâm nhập mặn do BĐKH khu hạ lưu ven biển tỉnh Nghệ An là rất cấp thiết, các thông tin, kết quả thu được trong nghiên cứu có thể sử dụng như các căn cứ khoa học để đề ra các phương án ứng phó
để giảm thiểu thiệt hại do các hiện tượng trên gây ra trong tình hình BĐKH hiện nay
2 Mục tiêu
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là Tính toán dự báo được sự biến động của độ mặn trong khu vực hạ lưu sông Cả, tỉnh Nghệ An, dưới các tác động của Biến đổi khí hậu Các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu như sau
- Thu thập thông tin, xây dựng tổng quan về các nghiên cứu xâm nhập mặn trong khu vực
- Thu thập số liệu, nghiên cứu áp dụng mô hình thủy văn, thủy lực và chất lượng nước (bộ mô hình Mike 11) mô phỏng và dự báo kết quả xâm nhập mặn với các kịch bản khác nhau của Biến đổi khí hậu
- Đề xuất các giải pháp thích ứng, quy hoạch, phòng chống xâm nhập mặn cho khu vực nghiên cứu
Trang 1173
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Bộ Tài nguyên và Môi trường (2009), Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam
2 Hà Trọng Ngọc, Trần Quang Tiến (2011), Điều tra đánh giá thiệt hại bao gồm
cả xói lở bờ biển, hiện tượng xâm nhập mặn do biến đổi khí hậu đối với các huyện ven biển tỉnh Nghệ An, Đề án Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Nghệ An
3 Hoàng Minh Tuyển (2007), Nghiên cứu xây dựng khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cả
4 Lã Thanh Hà, Đỗ Văn Tuy (1999), Tính toán và lập phương án dự báo xâm nhập mặn mô hình SALHO cho vùng cửa sông TP Hải Phòng, Đề tài NCKH
cấp Thành phố
5 Lê Sâm (2004), Nghiên cứu xâm nhập mặn phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long, Đề tài NCKH cấp Nhà nước,
KC-08.18 thuộc Chương trình Bảo vệ Môi trường và Phòng tránh thiên tai, mã số KC-08
6 Lê Hồng Tuấn (2005), Báo cáo tính toán thuỷ lực sông Cả
7 Nguyễn Tất Đắc (1999),Ảnh hưởng của gió chướng và lưu lượng nguồn tới xâm
8 Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn (1988), Mô hình tính toán dòng chảy và chất lượng nước trên hệ thống kênh, sông (WFQ87) và kỹ thuật chương trình, Uỷ ban Quốc gia về Chương trình Thuỷ văn Quốc tế của
Việt Nam
9 Nguyễn Như Khuê (1986), Modelling of tidal propagation and salility intrusion
in the Mekong main estuarine system, Technical paper, Mekong Secretariat
10 Nguyễn Hữu Nhân (2002), Phần mềm thuỷ lực HydroGis-Thuyết minh kỹ thuật,
Dự án án tiến bộ kỹ thuật tiến bộ ‘Xây dựng phần mềm mô tả lũ lụt và xâm
Trang 1274
nhập mặn vùng đồng bằng sông Cửu Long”, Đề tài NCKH cấp Tổng cục
KTTV
11 Nguyễn Văn Tân (2012-2015), Climate Change-Induced Water Disaster and Participatory Information System for Vulnerability Reduction in North Central Vietnam DANIDA Project, code 11-P04-VIE
12 Nguyễn Văn Thắng (2006), Suy thoái và cạn kiệt nguồn nước các lưu vực sông
ở Việt Nam- nguyên nhân và các biện pháp quản lý kiểm soát, Đại học Thủy lợi
13 Nguyễn Quang Trung (2012), Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng dòng chảy kiệt phục vụ sản xuất nông nghiệp, thủy sản vùng hạ du sông
Cả và sông Mã, Đề tài cấp Nhà nước
14 Nguyễn Thị Thu Hằng (2009), Xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng – Thái Bình, Đề tài cấp Bộ
15 Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Nghệ An (2009), Bổ sung quy hoạch thuỷ lợi tỉnh Nghệ An giai đoạn 2010-2015
16 Trần Thanh Xuân (2007), Đặc điểm thủy văn và nguồn nước sông Việt Nam,
Nhà xuất bản Nông Nghiệp
17 Viện Quy hoạch Thủy lợi (2012), Quy hoạch tổng thể thủy lợi khu vực Miền Trung trong điều kiện Biến đổi khí hậu - nước biển dâng
Trang 1375
Tiếng Anh
18 Akhter, S.Hasan and Khan, Z.H (2012), Impact of climate change on saltwater intrusion in the coastal area of Bangladesh, Proc 8th International
19 Agarwala, S.Ota, T.Ahmed, A.U Smith, J and Aalst.M (2003) Development and climate change in Bangladesh: Focus on coastal flooding and the sunderbans, Organisation for Economic Co-operation and Development, Paris:
86-120
20 Chung F (1999), Modeling flow salinity relationships in the Sacramento-San Joaquin delta using artificial neural networks, Technical report OSP-99-1,
Department of Water resources office of SWP planning, California
21 Conrads, P.A.Roehl, E.A.Jr.Daamen, R.C and Cook (2013), Simulation of salinity intrusion along the Georgia and South Carolina coasts using climate-change scenarios, U.S Geological Survey Scientific Investigations Report 2013–
5036, 92 p, and 5 apps, at http://pubs.usgs.gov/sir/2013/5036
22 DHI (2011), MIKE 11 – UserManual,
23 DHI (2011), MIKE 11 –Ref,
24 DHI (2011), MIKE View UserGuide,
25 DHI (2011), MIKE_11_Short_Introduction-Tutorial
26 Harleman D.R.F (1971), One dimensions estuarine modeling an assessment, Tracor, Inc, Project 16070DVZ, Water Quality Office, U.S Environmental
Protection Agency, Stock No 5501-0129, U.S Gorvement Printing, Office, Washington, DC
27 Leendertee (1971), Aspect of a computational model for long period water wave propagation, RM – RC-5294, Rand Corp, Santa Monica, California
28 Prichard, D (1971), The dynamic structure of a coastal plain estuary.J Mar.Res,15,33-42