Đánh giá xâm nhập mặn vùng ven biển Bắc Bộ ứng với các kịch bản cấp nước thời kỳ đổ ải vụ Đông Xuân trên hệ thống sông Hồng và đề xuất tiết kiệm nguồn nước từ các hồ chứa

Nghiên cứu này ứng dụng mô hình thủy lực MIKE 11 và mô đun truyền tải khuyếch tán để mô phỏng biến đông dòng chảy và xâm nhập mặn tại vùng ven biển ứng với các kịch bản nguồn nước xả từ các hồ chứa.

BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN VÙNG VEN BIỂN BẮC BỘ ỨNG VỚI CÁC KỊCH BẢN CẤP NƯỚC THỜI KỲ ĐỔ ẢI VỤ ĐÔNG XUÂN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG VÀ ĐỀ XUẤT TIẾT KIỆM NGUỒN NƯỚC TỪ CÁC HỒ CHỨA Tô Văn Trường1, Bùi Nam Sách2, Nguyễn Văn Tuấn2, Lê Viết Sơn2 Tóm tắt: Tình trạng mực nước sông vùng hạ du sông Hồng - Thái Bình bị hạ thấp dẫn tới cơng trình khó lấy nước xâm nhập mặn sâu hơn, vào thời kỳ sử dụng nước gia tăng cho đổ ải vụ Đông Xuân Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực MIKE 11 mơ đun truyền tải khuyếch tán để mơ biến đơng dòng chảy xâm nhập mặn vùng ven biển ứng với kịch nguồn nước xả từ hồ chứa Kết cho thấy thời kỳ đổ ải ứng với mực nước Hà Nội +1,8m độ mặn cống lấy nước vùng ven biển Ngô Đồng, Mới, Hệ, Dục Dương… vượt 1‰, giới hạn đảm bảo lúa phát triển bình thường Khi mực nước xuống +1,2m độ mặn lên đến 3‰, chí có lúc 4‰ Dựa đặc điểm lấy nước, nghiên cứu khuyến cáo đợt xả đầu có cơng trình vùng Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình… lấy nước để thau rửa hệ thống đưa vào ruộng, nên cần mực nước +1,8m Hà Nội đủ Việc giảm từ +2,2m Hà Nội (theo Quyết định 740/QĐ-TTg) xuống +1,8m giảm lưu lượng xả từ hồ từ 2.846m3/s xuống 1.972m3/s, tương đương 302 triệu m3 sau ngày xả Kết có ý nghĩa quan trọng việc đề xuất điều chỉnh lượng nước cần xả, tiết kiệm nước cho hồ chứa thủy điện Từ khóa: Đổ ải vụ Đông Xuân, Xả nước hồ chứa, Xâm nhập mặn, Ven biển Bắc Bộ Ban Biên tập nhận bài: 12/6/2019 Ngày phản biện xong: 20/8/2019 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, tình trạng mực nước sơng vùng trung hạ lưu sông Hồng thường xuyên bị hạ thấp dẫn tới cơng trình dọc sơng, đặc biệt cơng trình thuộc vùng trung du đồng Bắc Bộ không lấy nước dẫn tới tình trạng xâm nhập mặn ngày lấn sâu vào cửa sông thuộc vùng ven biển Đặc biệt, theo tập quán canh tác, vùng Bắc Bộ có thời kỳ đổ ải đầu vụ Đơng Xn cần cung cấp lượng nước lớn, lại giai đoạn rơi vào mùa kiệt nên tác động lượng nước cung cấp xâm nhập mặn vùng cửa sông trở nên quan trọng Đã có nhiều nghiên cứu, nhiều giải pháp Chuyên gia Quy hoạch thủy lợi Viện Quy hoạch Thủy lợi Email: tuankyushu@gmail.com Ngày đăng bài: 25/08/2019 thực hiện, áp dụng để đánh giá giải vấn đề này, kể đến nghiên cứu Trường Đại học Thủy lợi [1], Viện Quy hoạch Thủy lợi ([2-3]), Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam [4], Bộ Tài nguyên Môi trường [5] Các nghiên cứu tập trung vào xây dựng quy trình vận hành hồ chứa, giải pháp khắc phục tình trạng hạ thấp mực nước, biện pháp cơng trình nhằm nâng cao hiệu lấy nước hệ thống thủy lợi Trong giải pháp quan trọng hầu hết nghiên cứu đề xuất quy định Quy trình vận hành liên hồ chứa sơng Hồng [6] xả nước từ hồ chứa thượng nguồn để đảm bảo trì mực nước Hà Nội đạt +2,2m thời kỳ đổ ải TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 03 - 2017 33 BÀI BÁO KHOA HỌC 34 Hình Lưu lượng xả bình quân từ hồ chứa đợt xả gia tăng Trên thực tế, tình trạng mực nước bị hạ thấp, lượng nước cần xả từ hồ ngày tăng qua năm (Hình 1) Để đạt mực nước 2,2m thời kỳ 1956-1987 cần cấp lưu lượng Hà Nội 750-800 m3/s, giai đoạn (20102015) cần đến lưu lượng 1750-1800 m3/s; đến năm 2019 để mực nước Hà Nội đạt 2,2m cần trì lưu lượng 2.100m3/s (Hình 2) Tổng lượng nước cần xả trước năm 2010 vào khoảng tỷ m3, nhiên đáy sông liên tục hạ thấp nên tổng lượng nước xả ngày tăng, đến phải xả xấp xỉ tỷ m3 nước [3] Với tình trạng tiếp diễn đến thời điểm hồ khơng nước để xả Mặt khác, với việc phải xả hạ du lượng nước lớn ảnh hưởng đến suất phát điện nhà máy, chí với năm nguồn nước bị thiếu hụt so với trung bình nhiều năm 2019 làm ảnh hưởng đến khả đảm bảo nguồn điện cho mùa hè Như vậy, vấn đề đặt cần phải tính tốn lượng nước trì hợp lý thời kỳ đổ ải để vừa tiết kiệm, giảm thiểu lượng nước cần xả từ hồ chứa, đảm bảo yêu cầu cấp nước đẩy mặn phục vụ sản xuất vùng đồng Bắc Bộ thời kỳ cấp nước gia tăng phục vụ đổ ải vụ Đông Xuân Về độ mặn cho phép nguồn nước, theo số nghiên cứu ([7-9]), lúa chịu mặn tối đa khoảng 4‰ Tuy nhiên lúa nhạy cảm, giảm khả chống chịu mặn vào giai đoạn trổ đến ngậm sữa Khi độ mặn mức 0,1‰ suất lúa giảm 90%, mức 1‰ suất lúa 88%, mức 2‰ suất lúa 60%, độ mặn > 3‰ mạ, lúa chết Mục đích nghiên cứu tập trung vào TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 Hình Mực nước trung bình đợt xả Sơn Tây Hà Nội xem xét điều chỉnh yêu cầu trì lượng nước xả đợt Mục tiêu nghiên cứu kịch xả nước gia tăng phục vụ đổ ải vụ Đơng Xn thơng qua việc trì mực nước khác Hà Nội, qua tính tốn tác động nguồn nước đến xâm nhập mặn vùng ven biển Bắc Bộ lựa chọn kịch hợp lý để đảm bảo cống lấy nước vùng Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình lấy nước với độ mặn cho phép tiết kiệm lượng nước xả so với thực tế vận hành Đối tượng, phương pháp công cụ nghiên cứu 2.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Vùng nghiên cứu thuộc vùng Trung du Đồng sông Hồng, nơi chịu tác động việc xả nước hồ chứa thượng nguồn cấp nước gia tăng phục vụ đổ ải vụ Đơng Xn (Hình 3) Diện tích tự nhiên toàn vùng 611.800 thuộc 13 tỉnh, thành phố gồm Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hà Nội Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nam, Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định Ninh Bình Tổng diện tích canh tác 433.536ha thuộc 23 hệ thống tưới Các cơng trình lấy nước từ sơng vào hệ thống gồm 23 cống 21 trạm bơm Vùng ven biển nơi cơng trình lấy nước chịu ảnh hưởng xâm nhập mặn gồm 11 hệ thống thủy lợi thuộc tỉnh ven biển Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định Ninh Bình Trước tác động hoạt động khai thác phục vụ phát triển kinh tế xã hội, tình trạng hạ thấp lòng dẫn dẫn tới hạ thấp mực nước dọc dòng sơng Hồng xảy ngày rõ rệt (Hình 4) BÀI BÁO KHOA HỌC Khu vực nghiên cứu Hình Bản đồ khu vực nghiên cứu Về biến động nguồn nước, mực nước bình quân trạm thủy văn Hà Nội tháng 1, 2, liên tục giảm khoảng từ năm 20002010, cụ thể tháng mực nước từ khoảng 2,9m năm 2000 xuống khoảng 1,3m năm 2010, năm giảm 16cm (Hình 4) Từ năm 2010 đến mực nước có xu giảm tốc độ chậm hơn, năm giảm khoảng 2cm [10] Hình Biến động mực nước trung bình mùa kiệt trạm thủy văn Hà Nội Về tình trạng xâm nhập mặn ảnh hưởng đến sản xuất, qua số liệu thực đo cho thấy độ mặn cửa sông vùng ven biển Bắc Bộ thay đổi mạnh từ tháng XI năm trước đến hết tháng V năm sau, tăng từ đầu mùa đến mùa lại giảm dần tới cuối mùa (tháng V) Tuy nhiên độ mặn trung bình tháng lớn mùa cạn thường xảy vào tháng III (64% số trạm đo, phần lớn sơng Thái Bình, sơng Đáy sông Ninh Cơ), đến tháng I (ở 32,2% trạm, có dòng sơng Hồng), lại số trạm mặn xảy vào tháng II (Trà Lý) Chiều sâu xâm nhập mặn trung bình với độ mặn 1‰ 4‰ dài phân lưu sơng Thái Bình, đến sơng Ninh Cơ, sông Hồng sông Đáy [11] Về đặc điểm lấy nước, qua năm vận hành xả nước vụ Đông Xuân cho thấy thực tế địa phương vùng ven biển (Nam Định, Thái Bình, Hải Phòng,….) thường có nhu cầu lấy nước sớm, trước thời gian gieo cấy cần phải ngâm ải, nước hệ thống kênh tồn lâu ngày nên có hàm lượng mặn, chua phèn vượt mức cho phép đất vùng ven biển cần phải rửa mặn, chua trước gieo cấy Ngược lại, địa phương vùng không ảnh hưởng triều (Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh…v.v), có nhiều diện tích vụ Đơng thu hoạch muộn nên khơng có thời gian ngâm ải, thường làm đất gieo cấy 5-10 ngày; vậy, địa phương có nhu cầu lấy nước muộn TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 35 BÀI BÁO KHOA HỌC 36 Chính vậy, để bảo đảm đủ nhu cầu nước cho tất địa phương, cần có đợt điều tiết nước từ hồ chứa thủy điện, đợt sớm thời gian gieo cấy từ 10-20 ngày, đợt kết thúc trước ngày cuối khung gieo cấy từ 5-10 ngày 2.2 Các kịch tính tốn Trong nghiên cứu dựa tương quan mực nước trạm thủy văn Hà Nội với mực nước yêu cầu đảm bảo lấy nước theo thiết kế loạt cơng trình dọc sơng cống Long Tửu, cống Xn Quan trạm bơm Đại Định, Bạch Hạc, Đan Hồi, Ấp Bắc, Phù Sa… Đã có nhiều nghiên cứu [1,2,5] đề xuất mực nước Hà Nội +2,2m để đảm bảo cơng trình lấy nước Quyết định 740/QĐ-TTg ngày 17/6/2019 ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sơng Hồng [6] rõ mực nước yêu cầu cần trì Hà Nội thời kỳ đổ ải Đồng Bắc không thấp +2,2m, trừ ngày đầu đợt xả nước Tuy nhiên, phân tích trên, với đặc điểm lấy nước khác địa phương, xem xét cải tiến đợt xả nước nguyên tắc sau: Đợt cần xả lượng nước vừa đủ để đảm bảo đẩy mặn tỉnh khu vực ven biển lấy nước, Đợt đợt lấy nước chủ lực, trì lượng xả tối đa từ hồ chứa để đảm bảo đủ nước cho cống, trạm bơm hoạt động, Đợt cần trì mực nước Hà Nội để trạm bơm dã chiến, trạm bơm chìm địa bàn Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh vận hành Để có sở xác định việc tiết kiệm lượng nước xả đợt 1, nghiên cứu xem xét kịch mực nước khác Hà Nội, dao động từ +1,2m đến +2,2m (cụ thể mực nước +1,2m, +1,4m, +1,6m, +1,8m, +2,0m +2,2m), để tính tốn tác động kịch đến khác đến xâm nhập mặn vùng ven biển Bắc Bộ Thời gian tính tốn, mơ dựa lịch đề xuất xả nước vụ Đông Xuân năm 2019, bao gồm đợt, đợt dài ngày từ 21/1 đến 24/1, đợt dài ngày từ 31/1 đến 3/2 đợt TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 dài ngày từ 15/2 đến 22/2 Yêu cầu đặt cống vùng triều Ngô Đồng (sông Hồng), Mới (sơng Mới), Hệ (sơng Hóa), Dục Dương (sơng Trà Lý)… lấy nước với ngưỡng mặn 1‰ 2.3 Thiết lập mơ hình tính tốn 2.3.1 Giới thiệu mơ hình Trong nghiên cứu áp dụng mơ hình thuỷ lực chiều MIKE 11 Viện Thuỷ lực Đan Mạch xây dựng Đây mơ hình tiên tiến xây dựng hồn chỉnh từ năm 1987, tính tốn chế độ thuỷ lực dòng chảy mạng sơng sở hệ hai phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint-Venant: Phương trình liên tục: Q A q  x t Phương trình động lượng: Q  t     Q2  A  x   gA h  g x QQ 0 C AR (1) (2) Trong Q lưu lượng (m3/s); A diện tích mặt cắt ướt (m2); x chiều dài dọc theo dòng chảy (m); t thời gian (s); g gia tốc trọng trường (m/s2); h cao trình mặt nước (m); q lưu lượng gia nhập đơn vị (m2/s); R bán kính thuỷ lực (m); C hệ số Chezy C = 1/n.Ry; hệ số phân bố động lượng; n hệ số nhám; Y hệ số Maning MIKE 11 bao gồm nhiều mơ đun có khả nhiệm vụ khác như: mơ đun mưa dòng chảy (RR), mơ đun thuỷ động lực (HD), mô đun tải - khuếch tán (AD), mô đun sinh thái (Ecolab) số mô đun khác Phương trình truyền tải khuyếch tán mơ đun AD sau: C  AC QC     AD    AKC  C q  x  x x  t (3) Trong C nồng độ chất tính tốn; D hệ số khuyếch tán; A diện tích mặt cắt ngang; K hệ số phân hủy tuyến tính; C2 nguồn phát BÀI BÁO KHOA HỌC sinh/tiêu thụ nồng độ; q lưu lượng nhập biên; x khoảng cách không gian t khoảng cách thời gian Trong nghiên cứu ứng dụng mô đun HD để tính tốn chế độ dòng chảy với kết thu trình mực nước mặt cắt trình lưu lượng theo thời gian đoạn sơng suốt thời đoạn đưa vào tính tốn mơ đun AD với kết thu độ mặn nước vị trí tính tốn, mơ 2.3.2 Thiết lập mơ hình thủy lực Đối tượng nghiên cứu dòng sơng Hồng có chế độ thuỷ lực liên hệ chặt chẽ với chế độ thuỷ lực tồn mạng sơng thuộc lưu vực sơng Hồng - sơng Thái Bình, tính tốn thuỷ lực tiến hành tồn hệ thống sơng Hồng - sơng Thái Bình Mạng sơng đưa vào tính tốn hình Hệ thống sông Hồng: gồm sông Thao từ trạm thuỷ văn n Bái đến Trung Hà dài 107,18 km, dòng sông Hồng từ Trung Hà đến cửa sông biển dài 219,064km, sơng Đà từ hạ lưu đập Hồ Bình đến Trung Hà dài 60,7km, sông Lô từ cửa Thanh Thủy đến cửa sơng Việt Trì dài 282,480km, sông Chảy từ hạ lưu đập Thác Bà đến nhập lưu vào sông Lô dài 30,450km, sông Gâm từ trạm thủy văn Bảo Lạc đến nhập lưu vào sông Lô dài 198,770km, sơng Phó Đáy từ hạ lưu đập Liễn Sơn đến cửa sông dài 25km, sông Trà Lý: từ sông Hồng km 139 đến cửa sông đổ biển dài 64,28km, sông đào Nam Định từ sông Hồng km 152 đến nhập lưu vào sông Đáy Độc Bộ dài 29,6km, sông Ninh Cơ từ sông Hồng km 175 đến cửa sông đổ biển dài 53,53km, sông Đáy từ sông Hồng km 30 đến cửa sông đổ biển dài 231,26km, sông Quần Liêu nối từ sông Ninh Cơ sang sơng Đáy dài 2,2km, sơng Tích từ Lương Phú đến Ba Thá dài 93,13 km, sơng Hồng Long từ Hưng Thi đến Gián Khẩu, dài 63,390km Hệ thống sơng Thái Bình gồm sơng Thương từ trạm thủy văn Cầu Sơn đến cửa sông Phả Lại dài 91,235km, sông Lục Nam từ trạm thuỷ văn Chũ đến cửa sông dài 53,080km, sông Cầu từ trạm thuỷ văn Thác Bưởi đến cửa sông Phả Lại dài 166,393km, sông Cà Lồ từ Mê Linh đến cửa sông Phúc Lộc Phương dài 42,950km, sơng Thái Bình từ ngã ba Phả Lại đến biển, dài 95,21km, sông Văn Úc từ ngã sông Gùa sông Lai Vu đến biển, dài 40,3km, sông Lạch Tray km sông Văn Úc đến biển dài 52km, sông Kinh Thầy xuất phát từ sơng Thái Bình đến cửa ngã ba sông Kinh Môn sông Cấm dài 47,62km, sông Đá Bạch - Bạch Đằng xuất phát từ cuối sông Kinh Thày đến biển dài 42,3km, sông Kinh Môn xuất phát từ cuối sông Kinh Thày đến đầu sông Cấm dài 24,632 km, sông Cấm xuất phát từ cuối sông Kinh Môn đến cửa sông đổ vào sông Đá Bạch dài 40,884 km, sông Lai Vu xuất phát từ sông Kinh Môn đến ngã ba sông Gùa sơng Văn Úc dài 27,619 km Ngồi có sông phân lưu nối sông Hồng sang sông Thái Bình, sơng Thái Bình với sơng Văn Úc…   Hình Sơ đồ thủy lực tính tốn Tài liệu địa hình hệ thống mặt cắt cập nhật gần (trên sơng năm 2011-2017) tài liệu năm 2000-2001 (trên số nhánh sông phụ) Số liệu mặt cắt số sông thống kê Bảng TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 37 BÀI BÁO KHOA HỌC Bảng Số mặt cắt kết nối mạng sơng tính tốn - số sơng TŒn nhỈnh sơng CAU DA DUONG HOA LO LUC NAM THAO UP THAO27 TRA LY VAN UC THAI BINH THAI BINH02 DAY HONG THUONG HONG01 HONG02 TRA LY02 NINH CO Năm đo mặt cắt Số mặt cắt Nút đầu Nœt cuối 2000 2017 2014 2000 2012 2000 1961 2017 2000 2000 2014 2000 2011 2017 2000 2017 2017 2000 2011 48 57 34 24 97 16 13 20 37 23 57 58 116 77 33 19 37 28 0 0 0 0 0 59554 0 136264 158000 30843 136393 60703 65482 38157 107927 53074 71100 23780 30843 41056 59000 95275 143500 136264 91235 157500 229000 68303 52000 2.3.3 Điều kiện biên mơ hình thủy lực Các biên mơ hình sử dụng tính tốn gồm: - Biên q trình lưu lượng theo thời gian Q = f(t) vị trí n Bái sơng Thao, hạ lưu hồ Hồ Bình sơng Đà, Bảo Lạc sơng Gâm, hạ lưu hồ Thác Bà sông Chảy, trạm Thanh Thủy sông Lô, hạ lưu đập Liễn Sơn sơng Phó Đáy, Bến Mắm sơng Tích, Hưng Thi sơng Hồng Long, trạm thuỷ văn Cầu Sơn sông Thương, trạm thuỷ văn Chũ sông Lục Nam, trạm thuỷ văn Thác Bưởi sông Cầu, Mê Linh sông Cà Lồ, hồ Núi Cốc Sông Cơng - Biên q trình mực nước theo thời gian Z = f(t) cửa sông đổ biển lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình gồm cửa sơng Chanh, cửa sơng Đá Bạch (Bạch Đằng), cửa 38 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 Nối với Thượng lưu HONG LUOC Hạ lưu linkTB HONG THAI BINH THAI BINH02 HONG THUONG THAO27 HONG HONG02 THAI BINH02 linkTB HONG HONG01 TRA LY HONG02 sông Lạch Tray, cửa sông Văn Úc, cửa sông Thái Bình, cửa sơng Trà Lý, cửa sơng Hồng, cửa sông Ninh Cơ cửa sông Đáy - Biên dọc mơ hình đường q trình lưu lượng Q = f(t) gia nhập khu tính tốn mơ hình thuỷ văn (mơ hình NAM), bao gồm 34 khu 2.3.4 Điều kiện biên mơ đun tính tốn xâm nhập mặn Giá trị biên mặn trùng với vị trí biên thủy văn hạ lưu tính tốn truyền mặn từ số liệu đo đạc trực tiếp tháng 2/2019 vị trí cửa sơng đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp đới bờ phục vụ phát triển bền vững vùng duyên hải Bắc Bộ - thí điểm tỉnh Thái Bình [11] trình bày hình BÀI BÁO KHOA HỌC Hình Q trình mặn cửa sơng 2.3.5 Các cơng trình điều tiết, lấy nước Các cơng trình điều tiết nước cho lưu vực sơng Hồng - Thái Bình gồm có hồ Sơn La (dung tích hữu ích 6,5 tỷ m3), hồ Hòa Bình (6,06 tỷ m3), hồ Thác Bà (2,16 tỷ m3), hồ Tuyên Quang (1,7 tỷ m3), hồ Lai Châu (0,8 tỷ m3), hồ Bản Chát (1,7 tỷ m3) hồ Huội Quảng (0,016 tỷ m3) Trong theo quy định định 740/QĐ-TTg hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tun Quang phối hợp vận hành đảm bảo trì mực nước Hà Nội đợt xả gia tăng, hồ Sơn La, Lai Châu, Bản Chát Huội Quảng phối hợp vận hành xả nước bổ sung cho hồ Hòa Bình Về cơng trình lấy nước, tồn vùng Hình Các cơng trình lấy nước nghiên cứu có 23 hệ thống tưới với cơng trình đầu mối lấy nước từ sơng vào hệ 2.4 Số liệu khí tượng, thủy văn, nhu cầu thống gồm 23 cống 21 trạm bơm (Hình 7) nước Ngồi có 123 cơng trình cống, trạm bơm Tài liệu khí tượng, thủy văn thu thập từ điều tiết cấp nước cho khu tướii Trong trạm đo khí tượng thủy văn thuộc lưu vực cơng trình quan trọng dọc sơng Hồng có sơng Hồng - Thái Bình sử dụng tính trạm bơm Phù Sa, Trung Hà, Đại Định, Bạch toán gồm số liệu mưa đến năm 2017 98 trạm, Hạc, Đan Hoài, Ấp Bắc hay cống Xuân Quan số liệu khí tượng đến 2017 38 trạm, số liệu Các cống lấy nước vùng ven biển cần đánh giá thuỷ văn đến 2017 40 trạm, số liệu biên thuỷ mức độ xâm nhập mặn gồm có Ngơ Đồng (sơng triều tính truyền từ trạm Hòn Dấu, số liệu đo mặn Hồng, Dục Dương (Trà Lý), Mới (sông Mới), Hệ cửa sơng năm 2019 (Bảng 2) (sơng Hóa) TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 39 BÀI BÁO KHOA HỌC Bảng Các trạm thủy văn sử dụng tính tốn TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 TŒn Trạm đo Hồ Bình Trung Hà YŒn BỈi Vụ Quang Sơn Tây Hà nội Thượng CỈt Bến Hồ Hưng Yên Triều Dương Nam Định Quyết Chiến Trực Phương Đông Q Ba Lạt Phả Lại CỈt KhŒ Phú Lương Ba ThỈ Phủ Lý Ninh Binh Hưng Thi GiỈn Khẩu ThỈi NguyŒn Phœc Lộc Phương ĐỈp Cầu Phủ Lạng Thương Lục Nam Hà Giang Đạo Đức Bắc Quang Vĩnh Tuy Hàm YŒn Bảo Lạc Bắc MŒ Na Hang ChiŒm Hóa Gềnh Gà TuyŒn Quang Việt Trì Nhu cầu nước khu dùng nước tham khảo từ đề tài khoa học Đánh giá thực trạng lấy nước đề xuất giải pháp nâng cao hiệu lấy nước đợt điều tiết nước bổ sung 40 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 TŒn sông Đà Đà Thao Lô Hồng Hồng Đuống Đuống Hồng Luộc Đào Nam Định Trà Lý Ninh Cơ Trà Lý Hồng ThỈi Bình ThỈi Bình ThỈi Bình Đáy Đáy Đáy Hoàng Long Hoàng Long Cầu Cầu Cầu Thương Lục Nam Lô Lô Lô Lô Lô Gâm Gâm Gâm Gâm Lô Lô Lô Yếu tố đo H H H H, Q Q, H Q, H Q, H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H, Q H, Q H H H, Q H, Q H, Q H, Q H, Q H, Q H, Q H từ hồ chứa thủy điện phục vụ gieo cấy lúa Đông Xuân, khu vực Trung du Đồng Bắc Bộ [3] trình bày Bảng BÀI BÁO KHOA HỌC Bảng Nhu cầu sử dụng nước năm 2018 (triệu m3) TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 TŒn khu Sơng Tích - Thanh Hà Sơng Nhuệ Hữu Đáy Khu trạm bơm Khu Bắc Ninh Bình Khu Nam Ninh Bình Trung Nam Định Nam Nam Định Bắc ThỈi Bình Nam ThỈi Bình Chí Linh Kinh Mơn Nam Thanh An Kim Hải Vĩnh Bảo TiŒn Lªng Đa Độ Thuỷ NguyŒn Lập Thạch (Lô) Cà Lồ Bắc Đuống Sóc Sơn ThỈc Huống Nam n Dũng Thượng Sơng Thương Cầu Sơn - Cấm Sơn Lục Nam Bắc Hưng Hải Tổng Nông nghiệp, thủy sản 736,95 805,50 32,42 829,60 190,73 653,36 412,89 494,09 826,87 588,14 98,91 104,83 148,99 156,62 155,74 142,75 203,10 140,35 157,43 534,46 444,07 156,23 284,31 93,63 97,41 164,19 170,36 1622,04 10.445,97 Kết thảo luận 3.1 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực Thơng số mơ hình thuỷ động lực học lưu vực Sinh hoạt 38,04 63,93 1,22 23,11 4,63 16,14 5,36 16,32 23,99 16,96 1,41 4,33 6,88 7,53 4,44 3,83 7,07 8,02 5,46 24,27 25,13 8,17 10,71 2,42 3,21 5,02 7,00 62,77 407,37 Đô thị, công nghiệp 41,22 212,90 1,68 54,99 3,29 26,80 5,36 6,56 15,02 24,71 8,47 0,00 0,00 95,24 0,00 0,00 10,43 9,12 20,16 78,37 115,96 2,65 19,77 3,47 0,00 5,80 0,00 124,56 886,53 CỈc ngành khỈc 102,27 119,18 3,92 99,81 21,88 75,95 24,93 55,98 53,11 69,65 13,75 11,97 17,56 27,59 18,21 17,02 24,45 17,10 22,19 76,04 66,13 19,62 37,04 10,85 14,37 19,72 21,13 201,08 1.262,5 Tổng 918,48 1.201,51 39,24 1.007,51 220,53 772,25 448,54 572,95 918,99 699,46 122,54 121,13 173,43 286,98 178,39 163,6 245,05 174,59 205,24 713,14 651,29 186,67 351,83 110,37 114,99 194,73 198,49 2.010,45 13.002,37 sơng Hồng-Thái Bình xác định thơng qua tính tốn hiệu chỉnh với kết đo đạc thuỷ văn toàn hệ thống từ 10/1/2018 đến 20/2/2018 (thời gian đợt xả tăng cường phục vụ đổ ải vụ xuân) Hình Kết mô mực nước trạm Hà Nội (sông Hồng) TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 41 BÀI BÁO KHOA HỌC Hình Kết mô mực nước trạm Đông Quý (sông Trà Lý) Nhìn chung kết hiệu chỉnh (Hình Hình 9) thể tốt diễn biến thực tế mực nước, lưu lượng toàn hệ thống pha lẫn độ lớn Đặc biệt điểm khống chế trạm sông Hồng: Hà Nội, Sơn Tây Hưng Yên, Xuân Quan sai khác không 30cm Tại điểm Phả Lại sơng Thái Bình có sai khác không vượt 20cm Trên sông Đuống Thượng Cát có sai khác khoảng 20cm, Bến Hồ khoảng 15cm Trên sông Luộc Chanh Chử kết mơ tốt có sai khác 15cm Trên sông Trà Lý Văn Úc cho kết gần khơng có sai khác, trùng khớp với thực đo Các sông khác cho sai khác không 30cm Sai số số liệu thực đo tính tốn đánh giá theo số NashSutcliffe dao động từ 0,72 đến 0,95 Bộ thông số mơ hình cho hệ thống sơng Hồng-Thái Bình xem xét qua bước kiểm định thơng số mơ hình Nghiên cứu sử dụng số liệu địa hình 2017 tính tốn cho mơ hình kiểm định với thời gian kiểm định tháng 20/231/5/2018; số liệu khí tượng thủy văn, số liệu vận hành hệ thống công trình sử dụng nước tồn tồn hệ thống lấy năm 2018 làm đầu vào cho bước kiểm định mơ hình (Hình 10 Hình 11) Hình 10 Kết kiểm định mực nước trạm Đông Quý (sông Trà Lý) 3.2 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình tính tốn xâm nhập mặn Các kết kiểm định mơ hình lan truyền mặn (Hình 12 Hình 13) nhìn chung tương đối 42 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 tốt Các số liệu độ mặn tính tốn thực đo có mức độ sai số không lớn (chênh lệch cao khoảng 20-30%) chấp nhận BÀI BÁO KHOA HỌC Hình 11 Kết kiểm định mực nước trạm Cầu Xe (sơng Cầu Xe) Hình 12 Kết kiểm định mặn trạm Đơng Q (sơng Trà Lý) Hình 13 Kết kiểm định mặn cống Ngô Đồng (sơng Hồng) 3.3 Kết tính tốn nguồn nước độ mặn Kết tính tốn mực nước bình qn ngày vị trí hệ thống sơng Hồng - Thái Bình theo kịch xả nước trình bày Bảng Từ kết tính tốn Bảng cho thấy đợt xả thứ nhất, để mực nước trạm thủy văn Hà Nội đạt +1,2m cần tổng lưu lượng xả từ hồ chứa khoảng 630m3/s, +1,4m cần 1.050m3/s, +1,6m cần 1.550m3/s, +1,8m cần 1972m3/s, +2,2m cầm 2.846 m3/s Trong hồ Hòa Bình xả tối đa tổ máy 2.400m3/s, hồ Thác Bà tối đa tổ máy 420m3/s hồ Tuyên Quang tổ máy 750m3/s Như vậy, khơng có giải pháp phù hợp với xu tăng dần nay, đến lúc hồ không đủ khả xả đề đảm bảo mực nước +2,2m Hà nội TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 43 BÀI BÁO KHOA HỌC Kết tính tốn độ mặn cống vùng triều thuộc vùng ven biển tỉnh Thái Bình, Nam Định trình bày Hình 14 Hình 15 Bảng Mực nước bình quân ngày vị trí ứng với kịch xả nước Kịch Tổng lưu lượng xả (m3/s) KB1 630 KB2 1.050 KB3 1.550 KB4 1.972 KB5 2.410 KB6 2.846 Ngày, thỈng, năm 21/01 22/01 23/01 24/01 21/01 22/01 23/01 24/01 21/01 22/01 23/01 24/01 21/01 22/01 23/01 24/01 21/01 22/01 23/01 24/01 21/01 22/01 23/01 24/01 Lưu lượng Sơn Tây (m3/s) 1227 1213 1210 1164 1623 1617 1617 1532 2104 2104 2106 1987 2518 2519 2521 2325 2953 2955 2957 2665 3388 3391 3393 2995 Sơn Tây (m) 2,31 2,29 2,27 2,19 2,76 2,76 2,74 2,64 3,29 3,29 3,28 3,16 3,72 3,73 3,72 3,55 4,15 4,16 4,16 3,93 4,57 4,58 4,57 4,28 Hà Nội (m) 1,23 1,24 1,22 1,12 1,44 1,45 1,41 1,31 1,65 1,66 1,63 1,53 1,84 1,85 1,82 1,71 2,04 2,05 2,02 1,90 2,24 2,25 2,22 2,09 Thượng CỈt (m) 1,01 1,01 0,97 0,88 1,13 1,13 1,09 0,99 1,27 1,28 1,24 1,14 1,41 1,42 1,39 1,28 1,56 1,58 1,54 1,42 1,71 1,74 1,70 1,57 Hưng YŒn (m) 0,98 0,98 0,94 0,86 1,08 1,08 1,04 0,96 1,20 1,20 1,16 1,07 1,29 1,30 1,26 1,15 1,39 1,40 1,35 1,24 1,48 1,49 1,44 1,33 Phả Lại (m) 0,82 0,82 0,78 0,69 0,87 0,88 0,84 0,74 0,94 0,95 0,91 0,81 0,99 1,01 0,97 0,87 1,05 1,07 1,03 0,92 1,11 1,13 1,09 0,98 Hình 15 Độ mặn (‰) lớn vị trí lấy nước ứng với cấp mực nước Hà Nội - thời kỳ đổ ải (15/1 đến 24/2) 44 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 03 - 2017 BÀI BÁO KHOA HỌC Hình 14 Diễn biến độ mặn (‰) vị trí lấy nước ứng với cấp mực nước Hà Nội thời kỳ đổ ải (15/1 đến 24/2) Theo kết tính tốn, thời kỳ đổ ải vụ Đơng Xn ứng với mực nước Hà Nội +1,8m độ mặn hầu hết cống lấy nước vùng ven biển Ngô Đồng (sông Hồng), Mới (sông Mới), Hệ (sơng Hóa), Dục Dương (sơng Trà Lý) vượt q ‰, giới hạn đảm bảo lúa phát triển bình thường Trong trường hợp mực nước Hà Nội xuống +1,2m cống Ngơ Đồng, cống Mới có độ mặn lên đến 3‰, chí độ mặn lớn cống Ngô Đồng vượt 4‰, giới hạn chịu đựng tối đa lúa Như với kết tính tốn cho thấy để cống vùng ven biển lấy nước với độ mặn cho phép cần trì lượng xả để đảm bảo mực nước Hà Nội từ +1,8m trở lên 3.4 Khuyến cáo tiết kiệm nước xả từ hồ chứa phục vụ đổ ải Theo quy định Khoản 2, Điều 15 Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sơng Hồng (Quy trình 740), thời kỳ xả nước gia tăng, mực nước trạm thuỷ văn Hà Nội phải trì liên tục khơng thấp +2,2m (trừ ngày đợt xả nước) Tuy nhiên, từ thực tế điều hành xả nước phục vụ gieo cấy lúa Đông Xuân khu vực Trung du Đồng Bắc Bộ qua năm cho thấy vào đợt xả thứ (từ 20 đến 24/1, với năm 2019) chủ yếu để phục vụ việc thau rửa đồng ruộng lấy nước cho tỉnh ven biển Thái Bình, Ninh Bình, Nam Định, Hải Phòng, tỉnh khác chưa lấy nước lấy nước hạn chế Do cần xả nước đảm bảo đẩy mặn hạ du đủ Từ kết tính tốn nghiên cứu cho thấy, để đảm bảo cống hạ du lấy nước với độ mặn cho phép lúa phát triển tốt (dưới 1‰), TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 03 - 2017 45 BÀI BÁO KHOA HỌC cần trì mực nước Hà Nội vào khoảng +1,8m đủ Đây khuyến cáo quan trọng thực tế việc hạ thấp đáy sông khu vực Trung du Đồng Bắc Bộ, năm 2018, 2019 năm cho thấy, kể trường hợp hồ chứa thuỷ điện xả hết công suất mà nhiều thời điểm mực nước Hà Nội không đạt +2.2m Việc đợt thứ xả nước đảm bảo mực nước +1,8m Hà Nội thay +2,2m giảm lượng xả từ hồ Hòa Bình, Thác Bà Tuyên Quang từ 2.846m3/s xuống 1.972m3/s, tương đương với lượng nước tiết kiệm ngày đợt đầu 302 triệu m3 (Hình 16) Hình 16 Quan hệ tổng lượng xả từ hồ chứa với mực nước Hà Nội 46 Kết luận kiến nghị Dưới tác động biến đổi khí hậu hoạt động khai thác phát triển kinh tế xã hội lưu vực sơng Hồng - Thái Bình, tình trạng mực nước sông bị hạ thấp ngày trầm trọng dẫn tới việc cơng trình dọc sơng khó khăn việc lấy nước, đặc biệt vào thời kỳ yêu cầu sử dụng nước gia tăng phục vụ đổ ải vụ Đông Xuân vùng trung du đồng Bắc Bộ Thêm vào đó, mực nước bị hạ thấp khiến cho mặn xâm nhập sâu vào cửa sông, làm giảm thêm khả lấy nước cơng trình vùng ven biển đồng Bắc Bộ, gồm tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định Ninh Bình Theo kết tính tốn, thời kỳ đổ ải vụ Đơng Xn ứng với mực nước Hà Nội +1,8m độ mặn hầu hết cống lấy nước vùng ven biển vượt 1‰, giới hạn đảm bảo lúa phát triển bình thường Trong trường hợp mực nước Hà Nội xuống +1,2m cống Ngơ Đồng, cống Mới có độ mặn lên đến 3‰, chí độ mặn lớn cống Ngơ Đồng vượt 4‰, giới hạn chịu đựng tối TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 đa lúa Cũng tình trạng hạ thấp mực nước vùng hạ du sơng Hồng - Thái Bình, hàng năm hồ chứa thượng nguồn Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang phải xả nước bổ sung phục vụ đổ ải vụ Đông Xuân từ đến tỷ m3, tăng dần theo năm gần Theo kết tính tốn với xu tại, năm tới chí hồ Hòa Bình xả tối đa cửa không đảm bảo mực nước Hà Nội đạt +2,2m, mực nước u cầu để cơng trình dọc sơng vùng Trung du Đồng Bắc Bộ lấy nước theo thiết kế Đây sức ép lớn cho tốn hiệu ích phát điện đảm bảo lấy đủ nước phục vụ đổ ải vụ Đông Xuân Từ kết nghiên cứu cho thấy đợt xả nước phục vụ đẩy mặn để cống vùng ven biển lấy nước cần trì mực nước Hà Nội mức +1,8m đủ Với việc giảm từ +2,2m Hà Nội xuống 1,8m giảm lưu lượng xả từ hồ từ 2.846m3/s xuống 1.972m3/s, tương đương với lượng nước tiết kiệm khoảng 302 triệu m3 BÀI BÁO KHOA HỌC Lời cảm ơn: Bài báo có sử dụng số thông tin, kết nghiên cứu hỗ trợ Đề tài Độc lập cấp Nhà nước mã số ĐTĐLCN.33/16: Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp đới bờ phục vụ phát triển bền vững vùng duyên hải Bắc Bộ - thí điểm tỉnh Thái Bình Tài liệu tham khảo Trường Đại học Thủy lợi (2006), Đề tài KHCN cấp quốc gia Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng sông Hồng Báo cáo tổng hợp kết đề tài Viện Quy hoạch Thủy lợi (2014), Đề tài KHCN cấp quốc gia Nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành hệ thống liên hồ Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà Tun Quang mùa kiệt Viện Quy hoạch Thủy lợi (2019), Đề tài KHCN cấp Tập đoàn EVN Đánh giá thực trạng lấy nước đề xuất giải pháp nâng cao hiệu lấy nước đợt điều tiết nước bổ sung từ hồ chứa thủy điện phục vụ gieo cấy lúa Đông Xuân, khu vực Trung du Đồng Bắc Bộ Báo cáo tổng hợp kết đề tài Viện Khoa học Thủy lợi (2018), Đề tài KHCN cấp quốc gia Nghiên cứu tổng thể giải pháp cơng trình đập dâng nước nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng hạ du Sông Hồng Báo cáo tổng hợp kết đề tài Bộ Tài nguyên Môi trường (2010), Đề tài KHCN cấp Bộ Đánh giá tác động hệ thống hồ chứa sơng Đà, sơng Lơ đến dòng chảy mùa cạn hạ lưu sông Hồng đề xuất giải pháp đảm bảo nguồn nước cho hạ du Báo cáo tổng hợp kết đề tài Thủ tướng Chính phủ (2019), Quyết định 740/QĐ-TTg ngày 17/6/2019 ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Hồng Trịnh Thị Sen (2016), Luận án Tiến sĩ Tuyển chọn giống lúa chịu mặn nghiên cứu số biện pháp kỹ thuật để sản xuất lúa chịu mặn Quảng Nam Maas, E., Hoffman, G., (1977), Crop salt tolerance current assessment Journal of the Irrigation and Drainage Division, 103 (2), 115-134 Volkmar, K.M., Hu, Y., Steppuhn, H., (1997), Physicological responses of plants to salinity: A review Canadian Journal of Plant Science, 78 (1), 19-27 10 Viện Quy hoạch Thủy lợi (2018), Báo cáo kết dự án Giám sát nguồn nước phục vụ điều hành xả nước vụ Đơng Xn 2018 11 Đại học Thái Bình (2019), Đề tài KHCN cấp quốc gia Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp đới bờ phục vụ phát triển bền vững vùng duyên hải Bắc Bộ - thí điểm tỉnh Thái Bình Các báo cáo kết nội dung nghiên cứu TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 47 BÀI BÁO KHOA HỌC ASSESSMENT OF SALINE WATER INTRUSION IN THE NORTHERN COASTAL AREA CORRESPONDING TO WATER SUPPLY SCENARIOS IN THE WINTER-SPRING SEASON ON THE RED RIVER SYSTEM AND PROPOSING SOLUTION FOR SAVING WATER SOURCE RELEASED FROM RESERVOIRS To Van Truong1, Bui Nam Sach2, Nguyen Van Tuan2, Le Viet Son2 Water resource independent expert Institute of Water Resources Planning Abstract: The low water level in the downstream Red River - Thai Binh River system makes it difficult for the hydraulic works along the river to get water and makes saline intrusing deeper into the estuaries, especially in the period of increasing water demand for land preparaion of WinterSpring season This research uses the hydraulic model, MIKE 11, and its advection dispersion module to simulate the changes of flow and saline instrusion according to different scenarios of released water from upper reservoirs The study results show that during the period of increasing water demand, if the water level at Hanoi falls below +1.8m, the salinity level in most of coastal intakes such as Ngo Dong, Moi, He, Duc Duongall exceed 1‰, the limit ensures rice to develop normally In case that water level falls below +1.2m, salinity increase to 3‰, even sometimes it exceeds 4‰ Based on the characteristics of different irrigation districts, in the first period of water release, only hydraulic works in Thai Binh, Nam Dinh, Ninh Binh can get water to clean the canals and bring water into the field, this research recommends just maintain the water level in Hanoi at +1.8m is enough By reducing water level at Hanoi from +2.2m, as mentioned in Decision No 740/QĐ-TTg, to +1.8m, the discharge from the reservoirs will be reduced from 2,846 m3/s to 1,972 m3/s, equivalent to about 302 million m3 of water will be saved This determination is useful to propose the change in water releasing plan in order to save the water from the reservoirs Keywords: Land-preparation water demand, Water release, Saline intrusion, Northern Delta coastal area 48 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 08 - 2019 ... thiểu lượng nước cần xả từ hồ chứa, đảm bảo yêu cầu cấp nước đẩy mặn phục vụ sản xuất vùng đồng Bắc Bộ thời kỳ cấp nước gia tăng phục vụ đổ ải vụ Đông Xuân Về độ mặn cho phép nguồn nước, theo... trí lấy nước ứng với cấp mực nước Hà Nội thời kỳ đổ ải (15/1 đến 24/2) Theo kết tính tốn, thời kỳ đổ ải vụ Đông Xuân ứng với mực nước Hà Nội +1,8m độ mặn hầu hết cống lấy nước vùng ven biển Ngô... Độc Bộ dài 29,6km, sông Ninh Cơ từ sông Hồng km 175 đến cửa sông đổ biển dài 53,53km, sông Đáy từ sông Hồng km 30 đến cửa sông đổ biển dài 231,26km, sông Quần Liêu nối từ sông Ninh Cơ sang sơng