Nghiên cứu đánh giá tác động xâm nhập mặn cho hệ thống kênh mương nội đồng lưu vực sông sò tỉnh nam định

Mục tiêu của Luận văn 1 Nghiên cứu áp dụng mô hình thủy văn, thủy lực phù hợp để mô phỏng quá trình xâm nhập triều, mặn vào vùng cửa sông; 2 Sử dụng mô hình tính toán sau hiệu chỉnh và

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

ĐÀO ANH VĂN

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

MÃ SỐ: 80440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS LÃ VĂN CHÚ

HÀ NỘI, NĂM 2019

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Lã Văn Chú

Cán bộ chấm phản biện 1: TS Đoàn Minh Trí

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 20 tháng 01 năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Đào Anh Văn

LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu khoa học cùng các anh chị em học viên Lớp Cao học Thủy văn CH3A.T (khóa 2017 - 2019) tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, đến nay tôi đã hoàn thành khoá luận tốt nghiệp

Với tấm lòng chân thành nhất, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn:

- Các thầy cô và các cán bộ làm công tác quản lý Khoa Khí tượng Thủy văn, Phòng Đào tạo, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và Viện Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi

để em hoàn thành chương trình Cao học và luận văn tốt nghiệp

- Lãnh đạo Trung tâm Quan trắc khí tượng thủy văn, lãnh đạo Tổng cục Khí tượng Thủy văn đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia khóa học này Cảm ơn các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong công tác để tôi có thời gian học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

- Các cán bộ thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Phòng Quản lý Mạng lưới và thông tin khí tượng thủy văn thuộc Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ, Phòng Chỉnh lý và Bảo quản tư liệu khí tượng thủy văn thuộc Trung tâm Thông tin và Dữ liệu khí tượng thủy văn đã giúp đỡ tôi thu thập dữ liệu trong quá trình thực hiện luận văn của mình

- Các anh chị em học viên Lớp Cao học Thủy văn CH3A.T, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi vững tâm phấn đấu trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

- Đặc biệt là PGS.TS Lã Văn Chú, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, người Thầy đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp; kết quả đạt được trong luận văn này là những kiến thức khoa học quý báu mà thầy đã giành nhiều thời gian và tâm huyết của mình để hướng dẫn, chỉ bảo trong thời gian qua

Do thời gian có hạn, số liệu thực đo cũng chưa được đầy đủ như mong muốn và khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn này không thể tránh được những thiếu sót

Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô, đồng nghiệp và những người quan tâm

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: Đào Anh Văn

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lã Văn Chú

Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá tác động xâm nhập mặn cho hệ thống kênh mương nội đồng lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định

Luận văn được thực hiện trong 87 trang bao gồm ba chương chính:

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn và giới thiệu khu vực nghiên cứu Trong chương 1, đã đưa ra một số nghiên cứu về xâm nhập mặn trên thế giới và Việt Nam Giới thiệu vị trí, đặc điểm tự nhiên của lưu vực nghiên cứu Đánh giá hiện trạng xâm nhập mặn trong khu vực

Chương 2: Xây dựng chương trình tính toán xâm nhập mặn hệ thống sông Hồng - Thái Bình và sông Sò Phân tích lựa chọn mô hình tính toán Xây dựng sơ đồ mạng sông Thiết lập điều kiện biên, điều kiện ban đầu Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình MIKE 11 cho hệ thống sông

Chương 3: Xây dựng kịch bản xâm nhập mặn lưu vực sông Sò dưới tác động của nước biển dâng và đề xuất lấy nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp Xây dựng bản đồ mặn theo các kịch bản trong các tháng mùa cạn cho khu vực kênh mương nội đồng lưu vực sông Sò Đánh giá khả năng lấy nước tưới cho sông Sò của các cống trên sông Hồng – Ninh Cơ dưới ảnh hưởng của nước biển dâng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I TÁC GIẢ LUẬN VĂN I LỜI CẢM ƠN II THÔNG TIN LUẬN VĂN III MỤC LỤC IV

MỞ ĐẦU 1

1 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1

2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 3

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN 5

CHƯƠNG 1 6

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 6

1.1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG 6

1.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước 6

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 9

1 2 GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 15

1.2.1 Vị trí địa lý [1] 15

1.2.2 Đặc điểm địa hình [1] 16

1.2.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn 18

1.2.4 Đặc điểm thủy văn sông ngòi 19

1.3 ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG XÂM NHẬP TRIỀU, MẶN Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH 21

1.3.1 Đánh giá hiện trạng xâm nhập triều mặn vùng đồng bằng sông Hồng – Thái Bình 21 1.3.2 Đánh giá số liệu và tình hình xâm nhập mặn vùng sông Sò 26

CHƯƠNG 2 34

THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH VÀ SÔNG SÒ 34

2.1 Lựa chọn công cụ tính toán 34

2.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 34

2.1.2 Phương pháp giải: 37

a) Phương pháp giải của mô hình thủy đọng lực 37

b) Phương pháp giải của mô hình khuếch tán 39

2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình MIKE 11 cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình 39

2.2.1 Xây dựng sơ đồ mạng sông 40

2.2.2 Thiết lập điều kiện biên 42

2.2.3 Thiết lập điều kiện ban đầu 45

2.2.4 Hiệu chỉnh bộ thông số cho mô hình 46

2.2.5 Kiểm định bộ thông số cho mô hình MIKE 11 cho mạng sông Hồng – Thái Bình52 2.2.6 Kiểm định bộ thông số cho mô hình MIKE 11 cho mạng sông Sò 55

2.3 Nhận xét chung về kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình và hệ thống sông Sò 60

CHƯƠNG 3 63

XÂY DỰNG KỊCH BẢN XÂM NHẬP MẶN LƯU VỰC SÔNG SÒ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG SLR VÀ ĐỀ XUẤT LẤY NƯỚC TƯỚI PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 63

3.1 Sơ đồ thủy lực 63

3.1.1 Sơ đồ mạng sông 63

3.1.2 Điều kiện tính toán 63

3.2 Xây dựng bản đồ mặn theo các kịch bản trong các tháng mùa cạn cho khu vực kênh mương nội đồng lưu vực sông Sò 64

3.2.1 ựa chọn ịch bản biến đ i h hậu ĐK t nh toán m nhập mặn vào nội đồng sông Sò trong năm mặn xâm nhập sâu nhất vào hệ thống sông Sò 64

3.2.2 Tính toán xâm nhập mặn vào nội đồng sông Sò trong năm mặn xâm nhập sâu nhất ứng với các kịch bản nước biển dâng – RCP4.5 65

3.3 Đánh giá khả năng lấy nước tưới cho sông Sò của các cống trên sông Hồng – Ninh Cơ dưới ảnh hưởng của nước biển dâng 71

3.3.1 Mục đ ch 71

3.3.2 Xây dựng các kịch bản tính toán 72

3.3.3 Điều kiện tính toán 72

3.3.4 Sơ đồ mạng sông 72

3.3.5 Kết quả tính toán 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

SLR Nước biển dâng (Sea Level Rise)

H đtb Mực nước đỉnh triều trung bình nhiều năm

H ctb Mực nước chân triều trung bình nhiều năm

RCP đường nồng độ khí nhà kính (Representative

Concentration Pathways)

DANH MỤC BẢNG

ảng 1.1 Tóm tắt một số mô hình toán thường được sử dụng ở Việt Nam 13

Bảng 1.2 Độ mặn lớn nhất và thời gian xuất hiện [1], [8] 22

Bảng 1.3 Khoảng cách xâm nhập mặn trên một số sông chính [10] 24

Bảng 1 4 Triết giảm độ mặn trên các triền sông [10] 25

Bảng 1.5 Độ mặn thực đo lớn nhất các tháng mùa cạn tại 28

Bảng 1 6 Số liệu các đặc trưng triều trung bình cửa sông Sò được trung bình tại 2 trạm Ba Lạt và Phú Lễ trong chuỗi số liệu trung bình năm 31

Bảng 2 1 ệ số nhám của các sông trong hệ thống sông ồng – Thái ình 49

Bảng 2 2 Kết quả đánh giá sai số tính toán và thực đo tại một số trạm kiểm tra 50 Bảng 2 3 Kết quả đánh giá sai số độ mặn tính toán và thực đo tại các vị trí kiểm tra trên hệ thống sông Hồng – Thái ình cho tháng 1 năm 2006 51

Bảng 2 4 Kết quả đánh giá sai số tính toán và thực đo tại một số trạm kiểm tra trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình tháng 1 năm 2007 54

Bảng 2 5 Kết quả đánh giá sai số độ mặn t nh toán và thực đo tại các vị tr iểm tra trên hệ thống sông ồng – Thái ình cho tháng 1 năm 2007 55

Bảng 2 6 Các vị tr biên lưu lượng gia nhập vào hệ thống kênh, cống trong lưu vực sông Sò 58

Bảng 2 7 Kết quả độ mặn giữa tính toán và thực đo tại cống Nhất Đỗi 2 59

Bảng 3 1 Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP4.5 64

Bảng 3 2 Diện t ch m 2 các huyện bị ảnh hưởng m nhập mặn theo các thời ỳ của Kịch bản RCP4.5 67

Bảng 3 3 Tỷ lệ diện t ch % các huyện bị ảnh hưởng m nhập mặn theo các thời ỳ của Kịch bản RCP4.5 67

Bảng 3 4 Độ mặn lớn nhất tại các vị tr cống lấy nước trên sông ồng 76

Bảng 3 5 Độ mặn lớn nhất tại các vị tr cống lấy nước trên sông Ninh Cơ 76

Bảng 3 6 T ng thời gian lấy nước hiện trạng và các phương án ĐK tại các vị tr cống lấy nước điển hình trên sông ồng – Ninh Cơ giờ 78

Bảng 3 7 T ng lượng nước lấy qua các cống đầu mối từ tháng I-IV (10 3 m 3 ) 79

Bảng 3 8 Tỷ lệ biến đ i t ng lượng nước của các ịch bản biến đ i h hậu so với ịch bản hiện trạng % 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Bản đồ lưu vực sông Sò, tỉnh Nam Định [2] 2

ình 2.1 a Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott; b Sơ đồ sai ph n 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t 37

ình 2 2 Sơ đồ tính thủy lực và mô phỏng mặn mạng sông Hồng – Thái Bình 41

ình 2 3 Sơ đồ mạng sông Hồng – Thái Bình trong giao diện Mike 11 42

ình 2 4 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Sơn T y 1/2006 44

ình 2 5 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ 1/2006 44

ình 2 6 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Gia Bảy 1/2006 45

ình 2 7 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ 1/2006 46

ình 2 8 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm ưng Thi 1/2006 47

ình 2 9 Đường quá trình mực nước triều của các trạm thủy văn cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng – Thái ình năm 2006 47

ình 2.10 Đường quá trình độ mặn tại các cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình 48

Hình 2 11 Giao diện hiệu chỉnh thông số mô hình 49

ình 2 12 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Sơn T y 1/2007 53

ình 2 13 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Gia Bảy 1/2007 53

ình 2 14 Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ 1/2007 54

ình 2.15 Sơ đồ thủy lực cho hệ thống sông Sò 56

Hình 2 16 Mặt cắt ngang sông của lưu vực sông Sò trong giao diện của mô hình MIKE 11 57

Hình 3 1 Bản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò hiện trạng – Kịch bản A1 độ gia tăng S R=0cm 68

Hình 3 2 ản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò ứng với năm 2030 – Kịch bản A2 độ gia tăng S R=13cm) 69

Hình 3 3 ản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò ứng với năm 2050 – Kịch bản A3 độ gia tăng S R=22cm 69

Hình 3 4 ản đồ vùng ảnh hưởng mặn lưu vực sông Sò ứng với năm 2070 – Kịch bản A4 độ gia tăng S R=33cm) 70

Hình 3 5 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án hiện trạng Kịch bản A1- độ gia tăng S R 0cm 73

Hình 3 6 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án ĐK năm 2030 – Kịch bản A2- độ gia tăng S R 13cm 74

Hình 3 7 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án ĐK năm 2050– Kịch bản A3- độ gia tăng S R 22cm 74 Hình 3 8 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông ồng phương án ĐK năm 2070– Kịch bản A4- độ gia tăng S R 33cm) 74 Hình 3 9 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án hiện trạng– Kịch bản A1- độ gia tăng S R 0cm 75 Hình 3 10 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án ĐK năm 2030– Kịch bản A2- độ gia tăng S R 13cm 75 Hình 3 11 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án ĐK năm 2050– Kịch bản A3- độ gia tăng S R 22cm 76 Hình 3 12 iễn biến quá trình mặn lớn nhất dọc sông Ninh Cơ phương án ĐK năm 2070– Kịch bản A4- độ gia tăng S R 33cm 76 Hình 3 13 iễn biến quá trình mặn lớn nhất tại vị tr các cống dọc sông ồng theo các ịch bản ĐK 77 Hình 3 14 Diễn biến quá trình mặn lớn nhất tại vị tr các cống dọc sông Ninh Cơ theo các ịch bản ĐK 77 Hình 3 15 iễn biến thời gian lấy nước của các cống trên sông ồng 79 Hình 3 16 iễn biến thời gian lấy nước của các cống trên sông Ninh Cơ 79 Hình 3.17 Diễn biến quá trình t ng lượng nước lấy qua các cống đầu mối từ tháng I-IV theo các ịch bản ĐK 81

Vào thời kỳ mùa cạn do lượng dòng chảy từ thượng nguồn giảm mạnh nên thủy triều từ biển xâm nhập vào vùng cửa sông dễ dàng mang theo dòng chảy mặn nhập sâu vào trong sông Nước mặn xâm nhập sâu vào nội đồng ở các khu vực không có đê bao, hoặc có đê bao nước mặn vẫn ảnh hưởng đến việc lấy nước ngọt cho nông nghiệp và các hoạt động kinh tế khác

Để xem xét mối quan hệ tác động giữa 2 loại tác động ảnh hưởng trên đối vùng cửa sông ven biển cần có các nghiên cứu đánh giá bằng các phương pháp thủy văn qua công cụ mô hình toán

Kết quả của nghiên cứu này sẽ tạo cơ sở khoa học để xác định mối quan

hệ tương tác giữa nguồn nước sông (nước ngọt) và nước biển (do thủy triều) ở khu vực vùng cửa sông và qua đó có thể sử dụng và lợi dụng tác động của chế

độ tự nhiên cho khai thác hợp lý tài nguyên nước phục vụ lấy nước sinh hoạt và snr xuất nông nghiệp

1.2 Ý nghĩa thực tiễn

Lưu vực sông Sò trước đây là sông phân lưu của sông Hồng là phần diện tích bao gồm toàn bộ huyện Xuân Trường và phần phía Tây của huyện Giao Thủy thuộc tỉnh Nam Định Do đặc điểm là khu vực tiêu và cấp nước khép kín, lưu vực sông Sò được phân khu thành hệ thống thủy nông gọi là hệ thống thủy nông Xuân Thủy Đây là một khu vực đồng bằng ven biển lâu đời, dân cư tập trung đông đúc (hình 1)

Sông Sò được trở thành con sông nội đồng từ khi cống Ngô Đồng (nối sông Hồng và sông Sò) xây dựng năm 1963 (tại km 220 đê hữu sông Hồng) và

từ đó hình thành một lưu vực sông bao gồm khu vực kẹp giữa hai đê hữu sông

Hồng, đê tả sông Ninh Cơ và đường giao thông từ xã Giao Lâm đến Thị trấn Ngô Đồng (thuộc huyện Giao Thủy)

Hình 1 Bản đồ lưu vực sông Sò, tỉnh Nam Định [1]

(thu gọn trên bản đồ nền tỷ lệ 1:10.000) Vào mùa cạn, do lưu vực ở hạ du nên lưu lượng tiếp nhận từ thượng lưu hạn chế, trên lưu vực đã xuất hiện những đợt mặn gây ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp như: vụ Đông Xuân 1987 - 1988 ở Xuân Thủy và vụ Đông Xuân

1998 - 1999 tại miền hạ lưu huyện Nghĩa Hưng thuộc tỉnh Nam Định, đã có nơi lúa chết do nước lấy vào đồng có độ mặn vượt quá giới hạn cho phép Một số vụ phải cấy chậm lại so với thời vụ tốt nhất do không lấy được nước vào đồng, dẫn đến thiệt hại lớn cho nông nghiệp Gần đây, tháng I/2016 quan trắc được độ mặn cao xâm nhập sâu kỷ lục trong nội đồng như: trên sông Hồng mặn lấn đất sâu đến cửa cống Hạ Miêu I với độ mặn 7,2 ‰ cách biển 26km; trên sông Ninh Cơ, mặn lấn sâu đến cửa cống Múc 2 với độ mặn 1,7‰, cách biển tới 37km; trên sông Đáy mặn đã đến cửa cống Bình Hải I với độ mặn 5‰, cách biển 18km

Trong điều kiện biến đổi khí hậu đang diễn ra, tình hình thiên tai càng trở nên gay gắt hơn Nên việc tính toán được tác động của diễn biến xâm nhập mặn đến lưu vực là một vấn đề cấp thiết, cần được đặt ra cho các nhà quản lý tài nguyên nước và các nhà khoa học một nhiệm vụ vô cùng cấp bách

Do vậy, “Nghiên cứu đánh giá tác động xâm nhập mặn cho hệ thống

kênh mương nội đồng lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định” là một đề tài có tính

khoa học và thực tiễn mong muốn góp phần giải quyết những khó khăn trên và giúp cho các nhà quản lý có thể quản lý tài nguyên nước và đưa ra được những quyết định chiến lược phát triển có tính định lượng hơn Vì vậy Đề tài đã được chọn làm luận văn tốt nghiệp cao học ngành thủy văn học

2 Mục tiêu của Luận văn

1) Nghiên cứu áp dụng mô hình thủy văn, thủy lực phù hợp để mô phỏng quá trình xâm nhập triều, mặn vào vùng cửa sông;

2) Sử dụng mô hình tính toán sau hiệu chỉnh và kiểm định để tính toán xâm nhập mặn cho lưu vực sông Sò theo các kịch bản triều nhằm phục vụ lấy nước tưới cho sản xuất nông nghiệp

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

1) Đối tượng nghiên cứu: Xâm nhập triều, mặn ở vùng cửa sông Hồng và sông Sò và diễn biến xâm nhập mặn trong lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định

1) Tiếp cận hệ thống: Dòng chảy cạn được hình thành trong một hệ

thống lưu vực sông thượng nguồn và chịu sự tác động về điều kiện thủy văn, thủy lực của lưu vực tổng thể Do vậy, cần nghiên cứu, phân tích mối quan hệ giữa các hộ sử dụng nước và tác động của chúng đến dòng chảy, chảy ra khu vực cửa sông

2) Tiếp cận t ng h p đa ngành: Tác động xâm nhập mặn đến khu vực

đồng bằng vùng cửa sông ảnh hưởng rất nhiều ngành như nông nghiệp, giao

thông, sinh hoạt Do vậy, đề tài Luận văn sẽ phân tích, đánh giá các ảnh hưởng nói trên qua việc sử dụng nước, lợi ích của việc sử dụng nước của từng ngành

3) Tiếp cận kế thừa: Kế thừa các công trình nghiên cứu đã được thực hiện

trong lưu vực nghiên cứu bao gồm phương pháp tính, bộ số liệu về hệ thống địa hình sông, mương, đê bao, cống tưới, tiêu trong khu vực nghiên cứu, phương pháp luận, phương pháp tính,

Đề tài Luận văn đã phối hợp với các cơ quan có liên quan để được khai thác số liệu phục vụ phương pháp tính toán nhằm nâng cao kiến thức và đạt hiệu quả trong thực tiễn

3.2 Phương pháp nghiên cứu

1) Phương pháp phân tích hệ thống: Vì lưu vực sông Sò nằm trong hệ thống lưu vực sông Hồng – Thái Bình và chịu tác động trực tiếp của mối quan

hệ tương tác giữa nguồn nước ngọt của hệ thống và xâm nhập triều mặn ở khu vực cửa Ba Lạt của dòng chính sông Hồng nên khi tính toán xâm nhập mặn vào lưu vực sông Sò phải đặt trong hệ thống chung

2) Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành: Tác động xâm nhập mặn vào khu vực nghiên cứu là do tác động của hiện tượng thủy triều Vịnh Bắc Bộ nhưng quá trình này chịu sự chi phối của nguồn nước thượng lưu của hệ thống sông Hồng - Thái Bình

3) Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình toán hiện đại mô phỏng các quá trình thủy văn, thủy lực trên lưu vực sông gồm các mô hình MIKE NAM, MIKE 11 để mô phỏng, đánh giá và xâm nhập mặn

4) Phương pháp chuyên gia: Hiện nay có nhiều công trính nghiên cứu có liên quan trong khu vực nghiên cứu nhưng đối tượng và phương pháp đánh giá tác động xâm nhập mặn có khác nhau nên cần có ý kiến của các chuyên gia và các nhà quản lý ở địa phương để đạt được hiệu quả tốt nhất theo mục tiêu của đề tài luận văn

4 Bố cục của Luận văn

MỞ ĐẦU

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Chương 2 : XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN HỆ

THỐNG SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH VÀ SÔNG SÒ

Chương 3: XÂY DỰNG KỊCH BẢN XÂM NHẬP MẶN LƯU VỰC SÔNG SÒ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG (SLR) VÀ ĐỀ XUẤT LẤY NƯỚC TƯỚI PHỤC

VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan các phương pháp nghiên cứu và tính toán xâm nhập mặn vùng cửa sông

1.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập triều mặn có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính toán và nghiên cứu đã được đặt ra từ lâu Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông như ở các nước như Mỹ, Nga,

Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan Các phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc) và mô phỏng quá trình bằng các mô hình toán

Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán được bắt đầu từ khi Saint - Vennant (1871) công bố hệ phương trình mô phỏng quá trình thủy động lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên ông Chính nhờ sức mạnh của hệ phương trình Saint - Venant nên khi kỹ thuật tính sai phân và công cụ máy tính điện tử đáp ứng được, thì việc mô phỏng dòng chảy sông ngòi là công cụ rất quan trọng để nghiên cứu, xây dựng quy hoạch khai thác tài nguyên nước, thiết kế các công trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ

thống thủy lợi Mọi dự án phát triển tài nguyên nước trên thế giới hiện nay đều

coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán không thể thiếu

Tiếp theo đó, việc mô phỏng dòng chảy bằng các phương trình thủy động lực đã tạo tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phương trình khuyếch tán Cùng với phương trình bảo toàn và phương trình động lực của dòng chảy, còn có phương trình khuyếch tán chất hoà tan trong dòng chảy cũng có thể cho phép - tuy ở mức độ kém tinh tế - mô phỏng cả sự diễn biến của vật chất hoà tan

và trôi theo dòng chảy như nước mặn xâm nhập vào vùng cửa sông, chất chua phèn lan truyền từ đất ra mạng lưới kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp xả vào dòng nước

Cụ thể hơn, vấn đề tính toán và nghiên cứu triều mặn bằng mô hình đã được nhiều nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng 40-50 năm trở lại đây Với thành tựu của khoa học và công nghệ được phát triển cực nhanh trong thời gian gần đây, công nghệ tin học, thủy lực học và thủy văn học hiện đại đã gặp lại nhau ở nhiều mặt, mặc dù chưa phải là hoàn toàn đồng nhất

Các phương pháp tính toán xâm nhập mặn đầu tiên thường sử dụng bài toán một chiều khi kết hợp với hệ phương trình Saint - Venant Những mô hình mặn 1 chiều đã được xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1971) Giả thiết cơ bản của các mô hình này là các đặc trưng dòng chảy và mật

độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp dụng mô hình lại có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng được nhiều mục đích nghiên cứu và tính toán mặn Ưu thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế

Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phương trình 3 chiều để diễn toán quá trình xâm nhập mặn nhưng nhiều thông số không xác định được Hơn nữa mô hình 3 chiều yêu cầu lượng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong khi kiểm nghiệm nó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tương ứng Vì vậy các nhà nghiên cứu buộc phải giải quyết bằng cách trung bình hoá theo 2 chiều hoặc

1 chiều Sanker và Fischer, Masch (1970) và Leendertee (1971) đã xây dựng các

mô hình 2 chiều và 1 chiều trong đó mô hình 1 chiều có nhiều ưu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực tế tốt hơn

Các nhà khoa học cũng thống nhất nhận định rằng, các mô hình 1 chiều

thường hữu hiệu hơn các mô hình sông đơn và mô hình hai chiều Chúng có thể

áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp gồm nhiều sông, kênh nối với nhau với cấu trúc bất kỳ

Dưới đây thống kê một số mô hình xâm nhập mặn thông dụng trên thế giới đã được giới thiệu trong nhiều tài liệu tham khảo

1 Mô hình động lực cửa sông FWQA

Mô hình FWQA thường được đề cập đến trong các tài liệu là mô hình

ORLOB theo tên gọi của Tiến sỹ Geral T Orlob Mô hình đã được áp dụng trong nhiều vấn đề tính toán thực tế Mô hình giải hệ phương trình Saint -

Venant kết hợp với phương trình khuếch tán và có xét đến ảnh hưởng của thủy triều thay vì bỏ qua như trong mô hình không có thủy triều Mô hình được áp dụng đầu tiên cho đồng bằng Sacramento - San Josquin, Califorlia

2 Mô hình thời gian thủy triều của Lee và Harleman và của Thatcher và Harleman

Lee và Harleman (1971) và sau được Thatcher và Harleman cải tiến đã

đề ra một cách tiếp cận khác, xây dựng lời giải sai phân hữu hạn đối phương trình bảo toàn mặn trong một sông đơn Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng để giải phương trình khuếch tán là sơ đồ ẩn 6 điểm Mô hình cho kết quả tốt trong việc

dự báo trạng thái phân phối mặn tức thời cả trên mô hình vật lý cũng như của sông thực tế

3 Mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Hà Lan)

Một trong những thành quả mới nhất trong mô hình hoá xâm nhập

mặn là mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Viện Thủy lực Hà Lan)

được xây dựng trong khuôn khổ hợp tác với Ban Thư ký Uỷ ban sông Mê Công từ năm 1987

4 Mô hình MIKE 11 và POM (Viện Thủy lực Đan Mạch)

Là mô hình thương mại nổi tiếng thế giới do Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng Đây thuộc lớp mô hình thủy lực và chất lượng nước loại một chiều (trường hợp riêng là xâm nhập mặn) một và hai chiều có độ tin cậy rất cao, thích ứng với các bài toán thực tế khác nhau Mô hình này đã được áp dụng rất phổ biến trên thế giới để tính toán, dự báo lũ, chất lượng nước và xâm nhập mặn

5 Mô hình ISIS (Anh)

Mô hình do các nhà thủy lực Anh xây dựng, thuộc lớp mô hình thủy lực một chiều kết hợp giải bài toán chất lượng nước và có nhiều thuận lợi trong khai thác Mô hình cũng được nhiều nước sử dụng để tính toán xâm nhập mặn

6 Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code - US EPA)

Mô hình được cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (US EPA) phát triển từ năm 1980 Là mô hình tổng hợp dùng để tính toán thủy lực kết hợp với tính toán

lan truyền chất 1,2,3 chiều Mô hình có khả năng dự báo các quá trình dòng chảy, quá trình sinh, địa hoá và lan truyền mặn

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước

Việc nghiên cứu, tính toán xâm nhập mặn ở nước ta đã được quan tâm từ những năm 1960 khi bắt đầu tiến hành quan trắc độ mặn ở hai vùng đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long Tuy nhiên, đối với đồng bằng sông Cửu Long do đặc điểm địa hình (không có đê bao) và mức độ ảnh hưởng có tính quyết định đến sản xuất nông nghiệp ở vựa lúa quan trọng nhất toàn quốc nên việc nghiên cứu xâm nhập mặn ở đây được chú ý nhiều hơn, đặc biệt là thời kỳ sau năm

1976 Khởi đầu là các công trình nghiên cứu, tính toán của Ủy hội sông Mê Công (1973) về xác định ranh giới xâm nhập mặn theo phương pháp thống kê trong hệ thống kênh rạch thuộc 9 vùng cửa sông thuộc đồng bằng sông Cửu Long Các kết quả tính toán từ chuỗi số liệu thực đo đã lập nên bản đồ đẳng trị mặn với hai chỉ tiêu cơ bản 1 ‰ và 4 ‰ cho toàn khu vực đồng bằng trong các tháng mùa cạn từ tháng 12 đến tháng 4

Tiếp theo, nhiều báo cáo dưới các hình thức công bố khác nhau đã xây dựng các bản đồ xâm nhập mặn từ số liệu cập nhật và xem xét nhiều khía cạnh tác động ảnh hưởng các nhân tố địa hình, khí tượng thủy văn (KTTV) và tác động các hoạt động kinh tế đến xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Cửu Long

Việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu xâm nhập mặn ở nước ta được đánh dấu vào năm 1980 khi bắt đầu triển khai dự án nghiên cứu xâm nhập mặn đồng bằng sông Cửu Long dưới sự tài trợ của Ban Thư ký Uỷ ban sông Mê Công Trong khuôn khổ dự án này, một số mô hình tính xâm nhập triều, mặn đã được xây dựng như của Ban Thư ký sông Mê Công và một số cơ quan trong nước như Viện Quy hoạch và Quản lý nước, Viện Cơ học Các mô hình này đã được ứng dụng vào việc nghiên cứu quy hoạch phát triển châu thổ sông Cửu Long, tính toán hiệu quả các công trình chống xâm nhập mặn ven biển để tăng vụ và mở rộng diện tích nông nghiệp trong mùa khô, dự báo xâm nhập mặn dọc sông Cổ Chiên

Kỹ thuật chương trình của mô hình trên đã được phát triển thành một phần mềm hoàn chỉnh để cài đặt trong máy tính như một phần mềm chuyên dụng Mô hình đã đựợc áp dụng thử nghiệm tốt tại Hà Lan và đã được triển khai

áp dụng cho đồng bằng sông Cửu Long nước ta

Thêm vào đó, một số nhà khoa học Việt Nam điển hình là Cố Giáo sư Nguyễn Như Khuê, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn, Trần Văn Phúc, Nguyễn Hữu Nhân đã xây dựng thành công các mô hình thủy lực mạng sông kết hợp tính toán xâm nhập triều mặn như VRSAP, MEKSAL, FWQ87, SAL, SALMOD, HYDROGIS

Các báo cáo trên chủ yếu tập trung xây dựng thuật toán, tính toán quá trình xâm nhập mặn thích hợp với điều kiện địa hình, KTTV ở đồng bằng sông Cửu Long Kết quả được nhìn nhận khả quan và bước đầu một số mô hình đã thử nghiệm ứng dụng dự báo xâm nhập mặn

Trong khuôn khổ Chương trình Bảo vệ Môi trường và Phòng tránh thiên tai, KC - 08, Lê Sâm đã có các nghiên cứu tương đối toàn diện về tác động ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến quy hoạch sử dụng đất cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long Tác giả đã sử dụng các mô hình: SAL (Nguyễn Tất Đắc), VRSAP (Nguyễn Như Khuê), KOD (Nguyễn Ân Niên) và HydroGis (Nguyễn Hữu Nhân) để dự báo xâm nhập mặn cho một số sông chính theo các thời đoạn dài hạn (6 tháng), ngắn hạn (nửa tháng) và cập nhật (ngày) Kết quả của đề tài góp phần quy hoạch sử dụng đất vùng ven biển thuộc đồng bằng sông Cửu Long

và các lợi ích khác về kinh tế - xã hội

Nhìn chung các công trình nghiên cứu trên đây của các nhà khoa học trong nước đã có đóng góp xứng đáng về mặt khoa học, đặt nền móng cho vấn

đề nghiên cứu xâm ngập mặn bằng phương pháp mô hình toán ở nước ta

Ở đồng bằng sông Hồng – Thái Bình cho đến nay vẫn chưa có một mô hình nào chính thức được xây dựng trong khi yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội nói chung và phục vụ sản xuất nông nghiệp nói riêng đang đòi hỏi hết sức cấp thiết Do vậy việc nghiên cứu xây dựng một mô hình tính toán xâm nhập mặn cho khu vực này dù ở mức độ nào cũng đáng được trân trọng và khuyến khích

So với đồng bằng sông Cửu Long, việc nghiên cứu và sử dụng mô hình để tính toán xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình ít được chú ý hơn

Có thể tổng quan một số công trình nghiên cứu điển hình dưới đây:

- Trong giai đoạn từ 1977 - 1985, sau khi thành lập Viện Khí tượng Thủy văn thuộc Tổng cục Khí tượng Thủy văn, việc nghiên cứu xâm nhập mặn bắt đầu được quan tâm và Phòng Thủy văn Đồng bằng thuộc Viện được giao thực

hiện chính Nhiều báo cáo thống kê về tình hình xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng (Vi Văn Vị, Đoàn Cự Hải, Trần Thanh Xuân, Lã Thanh Hà ) đã được công bố Các báo cáo trên căn cứ vào số liệu thực đo từ 1960 đã lập bản đồ xâm nhập mặn tỷ lệ 1:500.000 với các chỉ tiêu 1 ‰ và 4 ‰ ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình Đồng thời bằng phương pháp kinh nghiệm, các báo cáo trên

đã xác định ranh giới xâm nhâp mặn trung bình cho các tháng theo chiều dài sông với 2 chỉ tiêu nói trên Vấn đề dự báo xâm nhập mặn chưa đặt ra

- Trong công trình "Nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng Bắc Bộ Việt

Nam " cố tác giả Vi Văn Vị (Viện KTTV) đã cho thấy, trên hệ thống sông Hồng

độ mặn lớn nhất thường xuất hiện vào tháng 1, trên hệ thống sông Thái Bình vào tháng 3 Riêng sông Ninh Cơ và sông Đáy thuộc hệ thống sông Hồng thì thời gian xuất hiện độ mặn lớn nhất lại tương tự như hệ thống sông Thái Bình Điều này phụ thuộc chặt chẽ vào nguyên nhân địa mạo, lượng nước thượng nguồn và tình hình sử dụng nước trong khu vực

- Năm 1994 - 1995 trong khuôn khổ đề tài NCKH cấp Tổng cục do Trần Văn Phúc chủ trì, đã xây dựng mô hình SIMRR tính toán thử nghiệm xâm nhập mặn ở một số cửa sông ở đồng bằng Cửu Long và sông Hồng dưới tác động điều tiết dòng chảy cạn của hồ chứa Hoà Bình Kết quả của đề tài đã chỉ ra mức độ xâm nhập mặn theo chiều dài sông phụ thuộc mức xả của hồ chứa Hoà Bình

- Cũng xét tác động điều tiết của hồ Hoà Bình, Trịnh Đình Lư đã có nhận xét: Lưu lượng trung bình mùa cạn hạ lưu sông Hồng do tác động điều tiết của

hồ Hoà bình đã tăng 1,65 lần so với trước khi chưa có hồ nên độ mặn lớn nhất 4‰ bị đẩy lùi gần biển khoảng 7 - 9 km tính trung bình cho các sông

- Nhằm phục vụ cho công tác quy hoạch cấp nước cho vùng hạ du, trong các năm 90 thế kỷ 20, Viện Quy hoạch Thủy lợi và Viện Khoa học Thủy lợi (Bộ

NN & PTNT) đã sử dụng mô hình VRSAP (Nguyễn Như Khuê) để tính toán xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng - Thái Bình Tuy không được công bố rộng rãi, nhưng các kết quả thu được đã phục vụ cho quy hoạch hệ thống cống, cửa lấy nước nhưng không mang tính dự báo Những tính toán như vậy cũng tạo tiền đề cho việc sử dụng mô hình toán cho mô phỏng xâm nhập mặn bằng chính công cụ do các nhà khoa học trong nước xây dựng nên

- Năm 2000 - 2001 với đề tài NCKH cấp tỉnh, Lã Thanh Hà và Đỗ Văn Tuy đã cải tiến mô hình SALMOD từ mô hình SIMRR với mục đích dự báo thử nghiệm xâm nhập mặn cho sông Văn Úc thuộc thành phố Hải Phòng Đề tài đã lập các phương án dự báo xâm nhập mặn cho đoạn sông Văn Úc từ Trung Trang với sơ đồ mạng sông chỉ bao gồm hệ thống sông Thái Bình từ Phả Lại

- Năm 2006, trong khuôn khổ đề tài “Đánh giá đặc điểm tài nguyên nước

mặt các sông chính qua tỉnh Nam Định” do Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh

Nam Định quản lý, Lã Thanh Hà, cũng đã tiến hành xây dựng phương án tính toán và dự báo xâm nhập mặn thử nghiệm cho các sông Hồng (từ Hà Nội), sông Đào, sông Ninh Cơ và sông Đáy (từ Ninh Bình) thuộc phạm vi tỉnh Nam Định

Đề tài đã sử dụng mô hình MIKE 11 (Viện Thủy lực Đan Mạch - Delft) để lập các phương án dự báo với các biên trên là quá trình lưu lượng, mực nước và độ mặn và biên dưới là quá trình mực nước và độ mặn tại các cửa sông Hiện kết quả của đề tài chưa được thẩm định rõ nhưng một số tồn tại có thể thấy là: việc tách hệ thống sông Thái Bình ra khỏi sơ đồ tính và vị trí các biên còn chịu ảnh hưởng triều nên chưa thật khách quan và sẽ ảnh hưởng đến mức độ tin cậy của kết quả tính, đặc biệt là trị số dự báo

- Năm 2013-2014, thực hiện Quyết định 763/QĐ-UBND ngày 21 tháng 3 năm 2012 của Ủy ban Nhân dân tỉnh Thanh Hóa về việc phê duyệt và giao vốn

thực hiện Nhiệm vụ 01 thuộc Đề án: “Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn

hạ lưu Sông Mã, Sông Hoạt, Sông Yên, tỉnh Thanh óa” [9]

Trong nội dung của Đề án trên, Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn và Tài Nguyên nước – Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường được giao nhiệm vụ (Nhiệm vụ 01): “Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn phục vụ kiểm định các phương án quy hoạch, quản lý sử dụng nước vùng hạ lưu sông

Mã, sông Yên theo các phương án sử dụng nước” do PGS.TS Lã Thanh Hà chủ trì

Sau 2 năm thực hiện, Nhiệm vụ đã đạt được các kết quả sau:

- Thiết lập một mô hình thủy động lực học nhằm mô phỏng diễn biến dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn ở vùng hạ du lưu vực sông Mã, sông Hoạt, sông Yên

- Sử dụng mô hình để kiểm định các phương án sử dụng nước theo các kịch bản khác nhau nhằm đưa ra một bức tranh về tình hình xâm nhập mặn ứng với các điều kiện dòng chảy thượng lưu và quá trình thủy triều ở hạ lưu

- Nâng cao khả năng ứng dụng mô hình dự báo xâm nhập mặn để từng bước phục vụ cho dự báo thời gian thực dòng chảy kiệt và mặn

- Chuyển giao công nghệ mô hình cho các cán bộ kỹ thuật của các cơ quan chức năng trong tỉnh Thanh Hóa để từng bước sử dụng mô hình trong công tác quản lý, kiểm soát nguồn nước

Kết quả xây dựng mô hình xâm nhập mặn cho sông Mã, Yên đã được tổng hợp và chạy trên phần mềm DHI MIKE Đây là bộ mô hình nền phục vụ các nhiệm vụ khai thác tiếp theo, trước hết là dự báo nghiệp vụ xâm nhập mặn trên hệ thống sông Mã, Yên tỉnh Thanh Hóa

Xem bảng 1.1 giới thiệu một số mô hình tính toán thủy lực và xâm nhập mặn thường được sử dụng ở Việt Nam

Bảng 1.1 Tóm tắt một số mô hình toán thường được sử dụng ở Việt Nam

TT Tên mô hình Tác giả, bản quyền Loại mô hình Mô đun xâm nhập mặn

Thủy văn, thủy lực

 Ưu điểm:

1 Kết quả mở ra khả năng sử dụng mô hình toán để giải quyết một vấn đề thực tế và tạo tiền đề cho bài toán dự báo xâm nhập mặn trên cơ sở các thử nghiệm đã có

2 Hệ thống mạng lưới đo mặn thưa, phân bố không đều chưa phản ánh thực trạng xâm nhập mặn ở khu vực 9 cửa sông thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long

3 Khác với khu vực đồng bằng sông Cửu Long, các công trình nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình không liên tục, có thời

kỳ bị xem nhẹ, lãng quên khi cho rằng đối với đồng bằng Bắc Bộ mặn không xâm nhập vào trong đồng vì hệ thống sông đã có đê bao bọc

4 Phương pháp thực hiện chủ yếu là phương pháp thống kê

5 Các mô hình xâm nhập mặn mới được áp dụng mấy năm gần đây chủ yếu để mô phỏng hiện trạng với quy mô cục bộ cho một số đoạn sông và chưa sẵn sàng cho bài toán dự báo xâm nhập mặn trên toàn mạng sông

6 Chưa nghiên cứu rõ quy luật diễn biến xâm nhập mặn theo mỗi kỳ triều

và trong ngày để có thể tận dụng khả năng lấy nước tưới cho nông nghiệp trong thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây trồng, trọng điểm là cây lúa ở khu vực cửa sông ven biển

 Kết luận:

Các nghiên cứu đã có cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu xâm nhập mặn nhưng chưa thể đưa vào phục vụ sản xuất theo yêu cầu của thực tiễn đang đặt ra cho vùng hạ lưu đồng bằng sông Hồng - Thái Bình nói chung và khu vực nghiên cứu vùng cửa sông Sò nói riêng

Do vậy rất cần thiết phải có một công trình nghiên cứu toàn diện, quy mô

về sử dụng mô hình toán công nghệ cao để tính toán xâm nhập mặn cho lưu vực sông Sò theo các kịch bản triều nhằm phục vụ công tác tưới tiêu hợp lý cho khu vực nghiên cứu

1 2 Giới thiệu khu vực nghiên cứu

1.2.1 Vị trí địa lý [1]

Sông Sò trước đây là sông con nhánh phân lưu tự nhiên cuối cùng về phía hữu của sông Hồng trước khi đổ ra vịnh Bắc Bộ qua cửa Ba Lạt (vị trí phân lưu cách cửa Ba Lạt khoảng 18 km) Vị trí phân lưu thuộc thôn Ngô Đồng, xã Giao Sơn nay là thị trấn Ngô Đồng thuộc huyện Giao Thủy tỉnh Nam Định nên tên địa phương của sông Sò được gọi là sông Ngô Đồng Đoạn đầu sông Sò từ cống Ngô Đồng đến cống Nhất Đỗi chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam và đoạn sau chảy gần như hướng Bắc - Nam qua khu vực đồng bằng 3 huyện Xuân Trường, Giao Thủy, Hải Hậu và đổ ra Vịnh Bắc Bộ ở cửa Hà Lạn - Cồn Tàu

Sông Sò được trở thành con sông nội đồng từ khi cống Ngô Đồng xây dựng năm 1963, tại km 220 bờ hữu sông Hồng cho khu vực kẹp giữa hai bờ hữu sông Hồng và bờ tả sông Ninh Cơ

Do hình thành tuyến đê sông Hồng và sông Ninh Cơ (ở phía Tây và Tây Nam) và được khống chế bởi hệ thống cống cấp nước tưới dọc 2 tuyến đê nên có thể coi lưu vực sông Sò là một lưu vực khép kín với các đường ranh giới như sau (xem bản đồ hình 1.1):

- Tuyến đê hữu sông Hồng ở phía bắc từ ngã ba phân lưu sông Ninh Cơ tại cửa Mom Rô đến cửa Ba Lạt dài 34 km

- Tuyến đê tả phía Tây của sông Ninh Cơ từ cửa Mom Rô đến xã Xuân Ninh dài 13 km

- Đường giao thông liên xã từ thị trấn Ngô Đồng đến xã Giao Lâm là ranh giới lưu vực tiêu phía đông

- Ranh giới phía nam của lưu vực sông Sò là đường quốc lộ 21 và đường liên huyện 56 từ Chợ Cầu (xã Hải Thanh) qua xã Hải Hà, Hải Phúc thuộc huyện Hải Hậu và nối với cầu Hà Lạn qua sông Sò

- Sông Sò là hệ thống tiêu tự chảy, làm nhiệm vụ tiêu cho trên 18.000 ha

đất canh tác và phục vụ phát triển dân sinh kinh tế của 3 huyện Xuân Trường, Giao Thủy, Hải Hậu

Hình 1 1 Bản đồ lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định [1] (thu gọn trên bản đồ

nền tỷ lệ 1:10.000)

1.2.2 Đặc điểm địa hình [1]

Địa hình lưu vực sông Sò có thể phân chia làm ba vùng có đặc điểm tương đối khác biệt:

1- Phần phía thượng lưu (phía Tây Bắc, hữu sông Sò):

Địa hình ở đây có cao trình bình quân (+0,6) đến cao trình (+0,7) Trong vùng khu vực lòng chảo thấp, cao trình (+0,3) đến (+0,4) nằm ở các xã Xuân Thủy, Xuân Ngọc, Xuân Bắc, Xuân Đài, Xuân Tân Những vùng cao nằm ven sông Hồng và sông Ninh Cơ cao trình (+0,9) đến (+1,1) gồm các xã Xuân Châu, Xuân Hồng, Xuân Thành, Xuân Phong, Xuân Ninh

Như vậy, cao độ nền của khu vực này thấp và đều thấp hơn nhiều so với mức nước báo động 1 (2,00 m) ở trạm Thủy văn Trực Phương liền kề trên sông Ninh Cơ

2- Phần phía Nam (nằm ở phía Đông Nam sông Sò):

Hướng dốc địa hình thoải dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam cao trình khá phổ biến (+0,7) đến (+0,8) Vùng cao ven thượng lưu sông Ngô Đồng, sông Hồng, kênh Cồn Nhất có cao trình (+0,9) đến (+1,0) gồm các xã: Hoành Sơn, Giao Tiến, một phần Giao Hà, Giao Nhân, Giao Châu Đặc biệt có một số khu vực cồn cát nằm ở phía nam huyện có cao trình (+2,0) đến (+2,5) gồm các xã Giao Lâm, Giao Phong, Giao Yến Những vùng thấp nằm sát biển có cao trình (+0,2) đến (+0,4) gồm một phần các xã Giao Yến, Giao Châu, Giao Hải, Giao

An, Giao Thiện

3 - Phần diện tích ven hai bờ sông Sò bao gồm:

- Bãi sông Ngô Đồng có diện tích tự nhiên 132 ha thuộc các xã Giao Tiến, Giao Tân, Giao Thịnh, Xuân Hoà, Xuân Vinh có cao trình tự nhiên trung bình (+0,8) đến (+1,0) trong đó có 62 ha canh tác, chủ yếu trồng cói

- Bãi nông sông Hồng, sông Ninh Cơ có diện tích tự nhiên 1.132 ha thuộc các xã Xuân Hồng đến Giao Thiện, cao trình đại diện 0,7 đến 1,0 trong đó đất canh tác có 478 ha trồng các loại rau màu, đay cói…

- Khu kinh tế mới Cồn Lu – Cồn Ngạn đang được chú ý đầu tư có diện tích tự nhiên là 5.684 ha, trong đó diện tích bãi Cồn Ngạn đang được quai đê lấn biển là 3.200 ha, dự kiến đến năm 2000 sẽ khai thác 1.215 ha đất cao trình từ (+0,75) đến (+1,00) trồng lúa màu, 50 ha dâu tằm, 60 ha đồng cỏ, 900 ha nuôi trồng thủy sản, cao trình đại diện (+0,70) Dưới đây là địa hình nền khu vực nghiên cứu (Hình 1.2)

Hình 1.2 Tổng quan về địa hình nền lưu vực sông Sò [8]

Nhìn chung địa hình đồng ruộng trong đê thuộc lưu vực sông Sò tương đối bằng phẳng thuận lợi cho quy hoạch đồng ruộng, tưới và tiêu nước

1.2.3 Đặc điểm khí tư ng thủy văn

Cũng tương tự như các vùng thuộc đồng bằng Bắc Bộ, các hình thái thời tiết gây mưa lớn ở lưu vực sông Sò bao gồm:

- Nhiễu động gió đông;

- Bão, áp thấp nhiệt đới;

- Rãnh gió mùa;

- Rãnh thấp bị không khí lạnh nén;

- Áp cao Thái Bình Dương lấn vào;

- Dải hội tụ nhiệt đới;

- Front lạnh hoặc đường đứt;

- Xoáy thấp Bắc Bộ;

- Hội tụ kinh hướng giữa áp cao Thái Bình Dương với áp nóng phía tây;

- Hội tụ giữa gió tây nam từ rìa tây bắc của áp cao Thái Bình Dương với đới gió tây trên cao;

- Giải hội tụ nhiệt đới, bão kết hợp với không khí lạnh và xoáy thấp vịnh Bắc Bộ;

- Đường đứt kết hợp với rãnh thấp bị nén và xoáy thuận tầng cao;

- Sự kết hợp của 2 hay 3 hình thế nói trên

Ngoài ra do hoạt động của gió mùa Tây Nam hoặc Đông Nam sẽ gây ra những trận mưa rào, mưa dông có cường độ khá lớn

- Về phân mùa: Được phân thành 2 thời kỳ rõ rệt:

+ Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 6 và kết thúc vào tháng 10 với lượng mưa chiếm tới 80-85% lượng mưa cả năm Ngay trong mùa mưa lượng mưa cũng phân bố không đều, tập trung vào một số đợt mưa lớn kéo dài là nguồn gốc trực tiếp sinh ra lũ lớn trên các triền sông Đây cũng là thời gian xuất hiện nhiều cơn bão lớn gây tổn thất nghiêm trọng đến kinh tế dân sinh do sức gió mạnh (có khi đến cấp 12 và trên cấp 12)

+ Về mùa khô (Vụ Chiêm Xuân): lượng mưa chiếm 15 đến 20% lượng mưa năm

1.2.4 Đặc điểm thủy văn sông ngòi

Lưu vực sông Sò nằm trong khu vực khá đặc biệt về chế độ thủy văn Bao bọc trực tiếp và chi phối chế độ thủy văn lưu vực là sông Hồng ở phía Bắc, sông

Ninh Cơ ở phía Tây và Tây Nam, vịnh Bắc Bộ ở phía Đông và Đông Nam

a) Sông Hồng

Chảy vào ranh giới lưu vực sông ở phía bắc từ Mom Rô đến Ba Lạt dài 34

km là nguồn cấp nước cho lưu vực sông Sò vào mùa cạn qua hệ thống cống dọc theo đê hữu sông Hồng

Là đoạn cuối của hạ du sông Hồng nên mực nước sông chịu ảnh hưởng lớn của chế độ thủy triều vịnh Bắc Bộ (nhật triều, 2 bán nhật triều/tháng)

b) Sông Ninh Cơ

Là một phân lưu lớn của sông Hồng, nhận nước sông Hồng từ cửa Mom

Rô và đổ vào biển Đông ở cửa Lạch thuộc hai huyện Hải Hậu và Nghĩa Hưng của tỉnh Nam Định Chiều dài sông khoảng 45 km Sông chảy qua địa phận huyện Xuân Trường thuộc phần phía bắc của lưu vực sông Sò với chiều dài 13

km Sông chịu ảnh hưởng thủy triều khá rõ rệt ngay cả trong mùa lũ Về mùa cạn sông Ninh Cơ là nguồn nước tưới chính của khu vực huyện Xuân Trường và bắc huyện Giao Thủy

Đoạn sông thượng lưu hiện đang có xu thế bồi, mạnh mẽ nhất là khu vực

hạ lưu cửa Mom Rô nên đang gây ra điều kiện bất lợi cho việc cấp nước tự chảy cho lưu vực sông Sò

c) Sông Sò

Sau khi xây dựng cống Ngô Đồng năm 1963, sông Sò có chế độ thủy văn khác hẳn với sông tự nhiên ranh giới hai huyện Xuân Trường và Giao Thủy Sông có chiều dài 23 km đổ ra vịnh Bắc Bộ ở cửa Hà Lạn Sau cống Ngô Đồng, sông chảy qua khu vực đồng bằng và là đường ranh giới hai huyện Xuân Trường

và Giao Thủy Sông có chiều dài 23 km đổ ra vịnh Bắc Bộ ở cửa Hà Lạn

Ở hạ lưu sông cách cống Ngô Đồng 5 km có cống Nhất Đỗi 1 được xây dựng từ đầu các năm 1960 với nhiệm vụ ngăn mặn cho khu vực thượng lưu nên cống thường được đóng lại khi không có nhiệm vụ tiêu Do vậy sông Sò có 2 chế độ thủy văn rất khác biệt nhau

Đến năm 2010, cống Nhất Đỗi 2 (cách hạ lưu cống Nhất Đỗi 1 là 1km) được xây dựng thay thế nhiệm vụ của cống Nhất Đỗi 1

Đoạn I: từ cống Ngô Đồng đến đập Nhất Đỗi 2 dài 6 km làm nhiệm vụ tưới Trong trường hợp cống Nhất Đỗi 2 đóng, đoạn sông này được coi như một

hồ chứa nước Mực nước trên đoạn này hoàn toàn phụ thuộc vào chế độ mưa ở khu vực thượng lưu và quy trình vận hành tiêu của cống Nhất Đỗi 2 Trong trường hợp mưa lớn, cống thường được mở để làm nhiệm vụ tiêu Mức độ ngập lụt của phần diện tích này phụ thuộc vào khả năng tiêu của cống và mực nước hạ lưu đập

Đoạn II: từ đập Nhất Đỗi 2 đến cửa Hà Lạn dài 17 km làm nhiệm vụ tiêu Chế độ thủy văn của đoạn này phụ thuộc vào 2 yếu tố chính:

+ Dao động tự nhiên của thủy triều vịnh Bắc Bộ với chế độ nhật triều Do vậy, mực nước trên toàn đoạn sông hoàn toàn bị chế độ triều chi phối cùng với xâm nhập của mặn

+ Chịu tác động của dòng chảy lũ do tác động xả lũ của sông Sò qua cống Nhất Đỗi 2 và qua các cống xả dọc ven sông hạ lưu như cống Thanh Quan, Nam Điền, Thức Hoá

Do vậy, đoạn sông này có diễn biến lòng sông khá phức tạp vừa chịu tác động của thủy triều vừa chịu tác động dòng chảy lũ Hiện tại, đoạn sông này được hệ thống đê bảo vệ với cao trình chủ yếu để chống xâm nhập mặn

Hệ thống thủy nông lưu vực sông Sò tiếp với sông Hồng ở phía Bắc, sông Ninh Cơ ở phía Tây và Tây Nam, vịnh Bắc Bộ ở phía Đông và Đông Nam

Ngoài ra sông Sò chảy qua trung tâm huyện tạo thành các trục tưới tiêu nước chính tự nhiên bao bọc khép kín lưu vực Các trục này đều ít nhiều chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều biển Đông

Nguồn nước tưới chính của hệ thống là sông Hồng và sông Ninh Cơ Đây

là hai con sông có nguồn nước tưới rất dồi dào và thuận lợi đồng thời là nguồn phù sa vô tận bổ sung dinh dưỡng cho đồng ruộng (về mùa lũ hàm lượng chất lơ lửng từ 1,3 kg/m3 đến 3,6 kg/m3)

1.3 Đánh giá thực trạng xâm nhập triều, mặn ở khu vực đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

1.3.1 Đánh giá hiện trạng xâm nhập triều mặn vùng đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

1.3.1.1 Đánh giá chung về hiện trạng xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

Vùng cửa các con sông đổ ra biển là nơi xảy ra sự tương tác của dòng nước ngọt từ thượng lưu dồn về và dòng nước mặn do thủy triều từ biển lấn sâu vào trong sông gây ra hiện tượng nhiễm mặn nước trong sông, còn gọi là xâm nhập mặn Trên cơ sở kế thừa một số kết quả nghiên cứu đã giới thiệu trên, đề tài đã tập hợp và đánh giá tổng hợp về hiện trạng xâm nhập mặn vào vùng cửa sông Hồng – Thái Bình như dưới đây

 Phân mùa xâm nhập mặn

Qua số liệu thực đo, sự diễn biến của độ mặn trong sông biến đổi theo các mùa, nhỏ về mùa lũ, lớn về mùa cạn, tuỳ theo lượng nước ngọt từ thượng lưu đổ

về và độ lớn của thủy triều, của lưới sông hay mưa gió bão ở địa phương

Độ mặn thay đổi mạnh từ tháng XII năm trước đến hết tháng V năm sau, tăng từ đầu mùa đến giữa mùa rồi lại giảm dần tới cuối mùa (tháng V) Do ảnh hưởng của hồ Hòa Bình độ mặn trung bình tháng lớn nhất mùa cạn thường xảy

ra vào tháng I; II (chiếm 78 %) số trạm đo, so với thời kỳ chưa có hồ Hòa Bình

độ mặn trung bình tháng lớn nhất mùa cạn lại thường xảy ra vào tháng III Sau khi có hồ Hòa Bình, độ mặn lớn nhất năm thường tập trung xuất hiện vào tháng

I còn trước khi có hồ Hòa Bình độ mặn lớn nhất xuất hiện rải rác ở tất cả các tháng trong mùa cạn

Sự thay đổi độ mặn chịu sự chi phối của nguồn nước ngọt từ thượng nguồn chảy về Cụ thể, trước khi có hồ Hòa Bình (thời kỳ 1965 – 1985) khi mùa

lũ đã chấm dứt, lượng nước trữ trong sông vẫn còn phong phú nên mặc dù độ mặn đã bắt đầu xâm nhập nhưng ở mức độ thấp Đến giữa hoặc gần cuối mùa cạn, là lúc lượng nước ngọt từ thượng nguồn chảy về, đã cạn kiệt nhất nên độ mặn lớn nhất xảy ra trong thời kỳ này Khi kết thúc mùa cạn, lượng nước thượng nguồn bắt đầu được tăng cường vào đầu mùa lũ, độ mặn bị đẩy dần ra biển Sau khi có hồ Hòa Bình hoạt động điều tiết (1992 – nay), lượng nước được khống chế điều tiết nên độ mặn lớn nhất lại tập trung chủ yếu vào tháng I, xem bảng 1.2 thống kê diễn biến độ mặn một số vị trí trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình

Bảng 1.2 Độ mặn lớn nhất và thời gian xuất hiện [1], [8]

Trạm

Trước khi có hồ (trước 1985) Sau khi có hồ (1992 - nay)

S max (‰) Thời gian

xuất hiện S max (‰)

Thời gian xuất hiện

Trạm

Trước khi có hồ (trước 1985) Sau khi có hồ (1992 - nay)

S max (‰) Thời gian

xuất hiện S max (‰)

Thời gian xuất hiện

Độ mặn có xu hướng tăng ở dòng chính sông Hồng và giảm phía sông Thái Bình Khả năng bổ sung lưu lượng về mùa cạn của hồ chứa Hoà Bình đã cải thiện tình hình xâm nhập mặn

Việc sử dụng nước cho nông nghiệp không tăng nhiều so với mức cơ bản, các nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt và công nghiệp tăng chưa nhanh, mặt khác

có thể xử lý thu hồi dùng lại 90 %, và việc có thêm hồ Sơn La thì tình hình nước mùa cạn ở hạ lưu sông Hồng, sông Thái Bình được cải thiện lớn hơn nhiều

Tính trung bình nhiều năm từ chuỗi số liệu đo đạc, chiều dài xâm nhập mặn 1‰ xa nhất trên sông Thái Bình 13 - 49 km (tuỳ từng phân lưu), Ninh Cơ

36 km, Trà Lý 51 km, Đáy 41 km và sông Hồng 14 - 33 km

Nhìn chung chiều dài xâm nhập mặn sâu nhất là các phân lưu của hạ du sông Thái Bình từ 8 - 49 km, với độ mặn 4‰ và 1‰

Xem bảng 1.3 thống kê khoảng cách xâm nhập mặn một số vị trí trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình

Bảng 1.3 Khoảng cách xâm nhập mặn trên một số sông chính [10]

- Tuy nhiên, ở một số sông xâm nhập mặn lại vào sâu hơn là do dòng chảy năm những năm đó quá nhỏ nên lưu lượng xả từ hệ thống hồ không đủ để đẩy mặn, ví dụ: trên sông Hồng tại trạm thủy văn Hà Nội năm 2004: Qn = 2950m3/s , 2005: Qn = 3090 m3/s, 2006: Qn = 2830 m3/s so với lưu lượng bình quân nhiều năm Qo = 3470 m3/s nên mặn có điều kiện lấn sâu hơn vào sông

1.3.1.2 Độ triết giảm độ mặn vào các nhánh sông

Đối với độ mặn trung bình mùa cạn, các sông thuộc hệ thống sông Hồng như Ninh Cơ, Trà Lý có độ triết giảm nhanh hơn (0,48 và 0,42 ‰/km) so với các sông thuộc hệ thống sông Thái Bình như Văn Úc, sông Cấm (0,15 và 0,29‰/km) Đặc biệt sông Kinh Thầy có độ mặn truyền vào xa nhất và có độ triết giảm chậm nhất, tại trạm Bến Triều cách biển khoảng 60 km độ mặn trung bình mùa cạn còn đạt đến 0,56 ‰ và độ mặn lớn nhất đạt 10,1‰, trong khi tại trạm Trung Trang (sông Văn Úc) cách biển khoảng 35 km, độ mặn trung bình chỉ còn 0,07 ‰ và độ mặn lớn nhất là 3,43 ‰

Như vậy dẫn đến nhận xét là: càng về những năm gần đ y độ mặn trên

hệ thống sông Hồng có u hướng tăng, trong hi trên hệ thống sông Thái ình thì ngược lại, độ mặn có u hướng giảm Có thể giải thích nguyên nhân

này theo kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Bộ 2014 (Hoàng Minh Tuyển) [25], cho thấy: tỷ lệ phân lưu dòng chảy từ sông Hồng sang sông Đuống (nguồn cấp nước chủ yếu cho sông Thái Bình) tăng từ tỷ lệ 35% đến 45% trong khi tỷ lệ phân lưu cho hạ lưu sông Hồng giảm theo tỷ lệ tương ứng (từ 65% giảm xuống 55%)

Trên tất cả các triền sông, độ mặn giảm dần từ biển vào lục địa, song mức

độ triết giảm có khác nhau (bảng 1.4)

Bảng 1 4 Triết giảm độ mặn trên các triền sông [10]

1.3.2 Đánh giá số liệu và tình hình xâm nhập mặn vùng sông Sò

1.3.2.1 Diễn biến xâm nhập mặn

Trong lưu vực nghiên cứu không có trạm đo đạc số liệu mặn nhưng lân cận lưu vực nghiên cứu có các trạm Phú Lễ (sông Ninh Cơ) và Ba Lạt (sông Hồng) có cùng một điều kiện khí tượng thủy văn do đó có thể sử dụng số liệu mặn của các trạm này đề phục vụ tính toán cho lưu vực nghiên cứu

Qua thu thập và phân tích số liệu mặn cùng với các quá trình triều tại lưu vực nghiên cứu cho thấy:

Hàng năm về mùa cạn, lưu lượng nguồn nước ngọt giảm, nước thủy triều dâng cao đưa nước mặn từ biển Đông thâm nhập sâu vào trong các triền sông, ảnh hưởng lớn đến việc lấy nước tưới của các cống đầu mối gây nhiều khó khăn cho sản xuất nông nghiệp vụ chiêm xuân Trong 3 con sông cung cấp nguồn nước tưới chỉ có sông Ninh Cơ do được khai thác ở đầu nguồn lại nằm xa biển

có nguồn nước không bị nhiễm mặn, hai con sông còn lại là sông Hồng và sông

Sò do ảnh hưởng của mặn nên việc khai thác tưới cho vụ chiêm xuân (từ tháng I đến tháng IV) rất hạn chế

Theo [7], số liệu quan trắc trong nhiều năm vào các tháng này độ mặn lớn nhất tại một số vị trí cống lấy nước như sau:

- Trên sông Hồng vào các tháng 2, 3, 4 mặn thường xuyên lên đến cống Ngô Đồng

- Trên sông Sò: Mặn thường xuyên lên tới đập Nhất Đỗi Do có đập ngăn mặn Nhất Đỗi mà đoạn đầu nguồn sông Sò không bị nhiễm mặn

Qua phân tích số liệu mặn nhận thấy, ảnh hưởng mặn trên hai đoạn sông Hồng và sông Sò (hai đoạn sông chính có thể khai thác nguồn nước ngọt tưới vụ chiêm xuân) là trở ngại chính, gây bất lợi cho sự ổn định và phát triển của sản xuất nông nghiệp Mặn không chỉ hạn chế thời gian lấy nước của các cống đầu mối, rò rỉ qua cửa cống gây nhiễm mặn lên tầng đất canh tác trong lưu vực tưới

mà có khi trực tiếp ảnh hưởng đến năng suất lúa khi phải sử dụng nguồn nước nhiễm mặn có độ mặn cao

1.3.2.2 Chọn các năm xâm nhập mặn đặc trưng

a) Nguyên tắc chung

Quá trình xâm nhập mặn ở vùng cửa sông phụ thuộc và 2 nhân tố chi phối: Nước ngọt từ thượng lưu và dao động thủy triều Do vậy, năm bất lợi về xâm nhập mặn, là những năm nước sông thượng nguồn ít, nên nguồn nước bổ sung từ thượng nguồn không đủ để đẩy mặn, kết hợp với xu thế dâng cao của mực nước triều, làm nước biển xâm nhập vào mạnh và sâu hơn Tuy nhiên đối với lưu vực sông Sò, do nguồn nước từ thượng lưu hệ thống sông Hồng có xu hướng suy giảm nên quá trình xâm nhập mặn vùng cửa sông bị chi phối trực tiếp của các chu kỳ triều theo thời gian của Vịnh Bắc Bộ

Phạm vi và mức độ nhiễm mặn nước sông phụ thuộc độ lớn thủy triều, lưu lượng nước sông và điều kiện địa hình lòng và bãi sông Độ mặn trong vịnh Bắc Bộ là trị số tương đối ổn định và dao động trong khoảng 32 - 33‰, trong khi độ mặn tự nhiên của nước sông chỉ vào khoảng 0,01 - 0,02‰

b Xác định các năm m nhập mặn đặc trưng

Lưu vực sông Sò là lưu vực khép kín có đê, cống bao bọc nên trong mùa cạn chỉ chịu tác động xâm nhập mặn vào trong nội đồng khi mở cửa cống lấy

nước từ sông Hồng và sông Ninh Cơ Do vậy có thể sử dụng số liệu xâm nhập

mặn của 2 sông Hồng và Ninh Cơ để xác định mức độ xâm nhập mặn có tác động gián tiếp đến hệ thống sông Sò Số liệu mặn được lấy từ trạm Ba Lạt

(sông Hồng), Phú Lễ (sông Ninh Cơ) là 2 trạm liền kề và phản ánh tương đối sát thực tiễn diễn biến chế độ xâm nhập mặn hệ thống sông ngoài lưu vực nghiên cứu

Về diễn biến năm bất lợi nhất về xâm nhập mặn tại khu vực Nam Định, ngày 19/01/2006, trong Báo cáo khẩn của Cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn [8] cho biết, số liệu quan trắc trong nhiều năm vào các

tháng này độ mặn lớn nhất tại một số vị trí cống lấy nước như sau: “Tại Nam

Định, nước mặn đã lấn s u vào sông trên địa bàn tỉnh Ranh giới mặn trong đợt triều cường ngày 19/01/2006 đã cách cửa biển 40 m, năm mặn vào s u nhất trong 30 vụ Đông Xu n gần đ y X m nhập mặn trên sông Ninh Cơ Nam Định trong đợt triều từ 11-19/01 ranh giới mặn là 1 , tức nước mặn đã lên đến cống Rộc cách cửa biển 40 m Trong những vụ Đông Xu n trước, ranh giới mặn

1 của sông này chỉ lên đến cống Trệ hoặc cống Đối cách cửa biển hoảng 25-30km) Trong 2 vụ Đông Xu n 2003-2004 và 2004-2005, ranh giới mặn cũng chỉ lên tới cống Múc 1 hoặc cống Múc 2 cách cửa biển hoảng 38 m iện nay, do lưu lượng các sông ô, Thao thấp, lượng ả của 2 hồ òa ình, Thác

à hông đều các giờ trong ngày, dòng cơ bản của sông ồng thấp nên mực nước của à Nội vừa qua hông đạt 2,2-2,5m o vậy, mặn với nồng độ cao đã lấn s u vào nội địa trong nhiều thời điểm ở vùng ven biển, cửa sông Nước thấp cũng hiến cho lượng nước lấy vào các hệ thống công trình thủy lợi rất hó khăn Nhiều trạm bơm hông bơm được hoặc hông đủ nước bơm mặc dù đã giảm tối đa số máy….”

Dựa trên chuỗi số liệu mặn thực đo đầy đủ nhất tại 2 trạm Ba Lạt và Phú

Lễ đã chọn đƣợc 3 năm đặc trƣng: Xâm nhập mặn sâu nhất, trung bình và thấp.

Bảng 1.5 Độ mặn thực đo lớn nhất các tháng mùa cạn tại

2 trạm Ba Lạt và Phú Lễ [8]

Năm

Độ mặn lớn nhất tháng tại Ba

Lạt (sông Hồng) (‰)

Độ mặn lớn nhất tháng tại Phú Lễ (sông Ninh Cơ)

(‰)

Trung bình

Trung bình mùa cạn

Trung bình 2 trạm

Năm 2002: Năm xâm nhập mặn trung bình, S = 18,4‰

Năm 2000: Năm xâm nhập mặn thấp, S = 15,3‰

Hình 1.3 và 1.4 giới thiệu 2 quá trình xâm nhập mặn lớn nhất tại trạm thủy văn Ba Lạt (sông Hồng) và Phú Lễ (sông Ninh Cơ)

Hình 1.3 Biểu đồ diễn biến mặn tháng 01/2006 tại trạm Ba Lạt (sông Hồng)

Hình 1.4 Biểu đồ diễn biến mặn tháng 01/2006 tại trạm Phú Lễ (sông Ninh Cơ)

1.3.2.3 Phân cấp dạng mưa, triều và mặn đặc trưng

Như đã phân tích, hiện tượng mặn xâm nhập sâu xảy ra vào mùa cạn (tháng XII-V, mạnh mẽ từ tháng I-IV), ảnh hưởng lớn đến hoạt động dân sinh kinh tế trên lưu vực Do vậy, cần thiết sử dụng tài liệu mưa, triều, mặn cho chuỗi thời gian từ tháng I-IV

1) Lựa chọn mùa mưa điển hình trong mùa cạn:

Để phân tích độ mặn theo lượng mưa trong mùa cạn từ tháng 1 đến tháng

4, trong luận văn thống nhất chọn dạng mưa bất lợi từ 1-4/2006 để làm mô hình mưa cho 3 trường hợp: năm mặn xâm nhập sâu nhất, trung bình và thấp nhất theo phương pháp thu phóng Tỷ lệ thu phóng được tính theo quan hệ:

Kp = Xi / Xđ