Dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng một số cống phía đầu hệ thống khả năng lấy nước có tăng lên nhưng một số cống thuộc hệ thống không thể lấy được nước do độ mặn vượt quá mức cho phép trong khi đó nhu cầu tưới lại tăng lên. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Đánh giá khả năng lấy nước của các cống tưới hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng.
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LẤY NƯỚC CỦA CÁC CỐNG TƯỚI HỆ THỐNG THỦY LỢI NAM THÁI BÌNH DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU – NƯỚC BIỂN DÂNG TS Nguyễn Thu Hiền1 Tóm tắt: Bài báo ứng dụng mơ hình MIKE11 để mơ khả lấy nước cống tưới hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình với năm trung bình nước năm nước với điều kiện trạng có xét đến kịch biến đổi khí hậu năm 2050 Kết tính tốn cho thấy, ảnh hưởng biến đổi khí hậu nước biển dâng số cống phía đầu hệ thống khả lấy nước có tăng lên số cống thuộc hệ thống lấy nước độ mặn vượt mức cho phép nhu cầu tưới lại tăng lên, hệ thống khơng đủ đáp ứng u cầu Trên sở kết tính tốn, số giải pháp tăng cường khả lấy nước cống thuộc hệ thống để đảm bảo nhu cầu dùng nước phục vụ sản xuất tương lai Từ khóa: tưới, xâm nhập mặn, biến đổi khí hậu; nước biển dâng; cống Đặt vấn đề Vấn đề biến đổi khí hậu – nước biển dâng, xâm nhập mặn ngày gia tăng mùa kiệt làm cho việc lấy nước cống tưới hệ thống thủy lợi vùng ven biển gặp nhiều khó khăn Điều cho thấy nghiên cứu đánh giá khả lấy nước cống tưới hệ thống thủy lợi đặc biệt vào năm kiệt điều kiện có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu nước biển dâng cần thiết Bài báo nghiên cứu đánh giá khả lấy nước cống tưới hệ thuộc thống thủy lợi Nam Thái Bình Đây hệ thống thủy lợi lớn vùng ven biển đồng Bắc Bộ Đó sở để nghiên cứu đề xuất giải pháp cơng trình phi cơng trình nhằm đảm bảo nhu cầu dùng nước phục vụ sản xuất nông nghiệp nhu cầu dùng nước khác tương lai cho hệ thống thủy lợi Giới thiệu vùng nghiên cứu Hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình 22 hệ thống thủy lợi lớn thuộc đồng Bắc Bộ Hệ thống bao quanh sơng Trà Lý 67 km (phía bắc), sơng Hồng 73 km (phía tây, nam) Biển đơng 23 km (phía đơng) Hệ thống Nam Thái Bình có diện tích tự nhiên 56.552 đất nơng nghiệp 38.992 với 11.400 diện tích đất nhiễm mặn (chủ yếu tập trung huyện Tiền Hải), kéo dài từ 20º16’37’’ đến 20º31’28’’ vĩ độ bắc, từ 106º00’11” đến 106º24’49” kinh độ Đông Sông Kiến Giang dài 53,64 km sơng trục hệ thống chia khu thành hai phần đất tương đối (xem hình 1) Sông trục nối với mạng lưới 20 sông ngang cách tự nhiên thông qua cống điều tiết Hầu hết sông kênh tưới tiêu kết hợp Hạ lưu sông Kiến Giang giáp với biển có cống Lân làm nhiệm vụ điều tiết tưới tiêu nước cho hệ thống Dòng chảy qua cống chiều theo chiều thuận để làm nhiệm vụ ngăn mặn chống lũ chảy ngược từ biển vào đồng có bão lớn Khoa Kỹ thuật TNN - Trường ĐHTL 28 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 37 (6/2012) Hình Bản đồ trạng hệ thống thủy nơng Nam Thái Bình Biện pháp tưới hệ thống thủy nông Nam Thái Bình chủ yếu tự chảy Nước tưới lấy trực tiếp từ cống đê Các cơng trình thuỷ lợi hệ thống bao gồm 23 cống tưới tiêu đê, 30 đập cống điều tiết hệ thống kênh nội đồng trạm bơm tưới tiêu Theo điều tra nhiều năm, hàng năm mùa kiệt độ mặn 1‰ thường xuyên xâm nhập vào sâu nội địa Hiện nay, có 23 cống lấy nước ven sơng (bờ tả sơng Hồng bờ hữu sơng Trà Lý), có cống nhỏ bờ hữu sông Trà Lý nằm trong phạm vi 12 km kể từ biển bị mặn đe dọa; có cống nhỏ nằm triền sơng Hồng bờ tả phạm vi 11 km kể từ biển lấy nước vài ngày chất lượng nước không đảm bảo Như vậy, hệ thống Nam Thái Bình có 14 cống lấy nước ven sông Hồng sông Trà Lý, xem đóng vai trò quan trọng việc lấy nước phục vụ tưới (được thống kê bảng 4) Ứng dụng mơ hình MIKE 11 mơ khả lấy nước cống tưới thuộc hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình 3.1 Vài nét giới thiệu mơ hình MIKE 11 DHI Water & Environment phát triển, gói phần mềm dùng để mơ dòng chảy lưu lượng, chất lượng nước vận chuyển bùn cát cửa sông, sông, kênh, cơng trình (đập, cống, bơm…) chứa…Đây mơ hình động lực chiều dễ dàng với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho hệ thống sông kênh với mức độ phức tạp khác Trong nghiên cứu này, mơ hình MIKE 11 ứng dụng để tính tốn chế độ thuỷ động lực học cho hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình có xét đến điều kiện BĐKH&NBD nhằm nghiên cứu khả lấy nước cống tưới thc hệ thống 3.2 Sơ đồ tính tốn tài liệu a Sơ đồ tính tốn số liệu địa hình Sơ đồ thủy lực hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình gồm sơng trục Kiến Giang dài 53,64 km chảy dọc vùng nghiên cứu đến biển qua cống Lân làm nhiệm vụ điều tiết tưới tiêu nước cho hệ thống Dòng chảy qua cống chiều theo chiều thuận để làm nhiệm vụ ngăn mặn chống lũ chảy ngược từ biển vào đồng có bão lớn Có tất 20 sông ngang nội đồng liên kết với trục Kiến Giang KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 37 (6/2012) 29 S «ng S.Tiê n Hưng S.Sa Lu ng S Trà Lý Âu Vĩnh Linh âm ài S Ho S.C ự lâ S V ũĐ ông g on S m lạc S H oà B ình h ạc iê n S.K -2 S Gia S.B ạc h ng ôn g B S S.Ta S.Kiª n Giang S N gò T T S m Ta Đ Hà ch Lị i Bà S L âm Xá gô S.N g ia ng S Cốc S H ươ n g S S Nguyệt Nam Định Lâm S 322 S.Bông Tiên Lý g ồn Xá S.Ngô S.Ngô Xá rà S.L ong Hầu cống tân đệ n Gi ang ê Ki S S Dục Dươ ng S S m3 ng Lạ S S C ự Lâm S g ón B Giang S C ùL S.Hoµng S Trà Lý ng S.Đồng Cống g Hồ n S Sa Lu ng Hồ ng Sô Cửa Ba lạt Hỡnh Sơ đồ thủy lực hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình Tài liệu địa hình sử dụng bình đồ địa hình tồn vùng tỷ lệ 1/10.000 tài liệu mặt cắt sông đo năm 2004 số mặt cắt đo bổ sung thêm vào năm 2010 Khoảng cách đo mặt cắt sông dao động từ 500m – 1.000m b Điều kiện biên Điều kiện biên điểm biên cửa lấy nước bao gồm loại biên sau: - Biên ngồi hay gọi biên hở: bao gồm biên biên Biên mực nước ngồi sơng cửa lấy nước Biên mực nước cửa cống Lân cống Lân mở biên đóng cống Lân đóng [meter] 1.35 Water Level KIEN GIA NG 9479.91 So sanh muc nuoc thuc do, tinh toan tai cau Phuc Khanh (2002) - Biên trong: Biên đại diện cho dòng chảy sinh từ ô ruộng nằm hệ thống Biên mơ hình lưu lượng tính tốn từ mơ hình NAM từ tài liệu mưa tính cho ô ruộng nằm bên vùng nghiên cứu 2.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Mơ hình hiệu chỉnh theo tài liệu mực nước thực đo trạm Phúc Khánh từ ngày 26/01 - 14/02/2002 (hình 3a) kiểm định cho thời gian từ 26/1/2000 đến 14/02/2000 (hình 3b) Kết hiệu chỉnh kiểm định cho thấy mực nước tính tốn thực đo bám sát Điều cho thấy sử dụng mơ hình để tính tốn cho phương án nghiên cứu [meter] 1.00 Water Level KIEN GIANG 9479.91 So sanh muc nuoc thuc do, tinh toan tai cau Phuc Khanh (2000) 0.98 External TS MN cau Phuc Khanh 2002 0.96 1.30 1.25 External TS MN thuc Cau Phuc Khanh 2000 0.94 0.92 1.20 0.90 1.15 0.88 0.86 1.10 0.84 1.05 0.82 0.80 1.00 0.78 0.95 0.76 0.90 0.74 0.72 0.85 0.70 0.80 0.68 0.75 0.66 0.64 0.70 0.62 0.60 0.65 0.58 0.60 0.56 0.54 0.55 0.52 0.50 26-1-2002 28-1-2002 30-1-2002 1-2-2002 3-2-2002 5-2-2002 7-2-2002 9-2-2002 11-2-2002 13-2-2002 0.50 26-1-2002 28-1-2002 30-1-2002 1-2-2002 3-2-2002 5-2-2002 7-2-2002 9-2-2002 11-2-2002 13-2-2002 (a) (b) Hình Mực nước thực đo tính tốn cầu Phúc Khánh (a) hiệu chỉnh mơ hình từ 26/114/2/2002; (b) kiểm định mơ hình từ 26/1-14/2/2000 30 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 37 (6/2012) Nghiên cứu khả lấy nước cống tưới hệ thống Nam Thái Bình 3.1 Các phương án tính tốn: Để đánh giá khả lấy nước cống, phương án tính toán đưa sau: + KB1 với năm nước trung bình vùng nghiên cứu năm 1997 (P=50 %) với điều kiện khí hậu trạng + KB2 với năm nước vùng nghiên cứu năm 1995 (P=85 %) với điều kiện khí hậu trạng + KB3 với năm nước trung bình vùng nghiên cứu xét đến BĐKH + KB4 với năm nước nước vùng nghiên cứu xét đến BĐKH Theo kịch BĐKH, phương án tính tốn với giả thiết sau: (i) Các yếu tố nhiệt độ, lượng mưa, mực nước biển thay đổi so với trạng theo kịch phát thải trung bình (B2) Bộ Tài nguyên Môi trường công bố năm 2009, trình bày bảng Bảng Sự biến đổi yếu tố nhiệt độ, lượng mưa mực nước biển theo kịch BĐKH (B2) đến năm 2050 so với kịch trạng Tháng XII-II III-V VI-VIII IX-XI Yếu tố Nhiệt độ tăng lên (0C) 1,3 1,4 1,0 1,1 Lượng mưa tăng lên (%) 2,3 -3,6 7,9 2,5 Mực nước biển tăng lên (cm) 30 30 30 30 (ii) Từ thay đổi yếu tố khí tượng, tổng lượng nước tưới yêu cầu đơn vị diện tích cho vụ đơng xn ứng với năm có tần suất khác sau: Bảng Tổng lượng nước yêu cầu tưới cho vụ đơng xn ứng với năm Tần suất tính toán Năm đại biểu P = 85% P = 50% P = 25% 1995 1997 2009 Tưới 5524 4963 4961 Tổng lượng nước tưới yêu cầu (m3/ha) Hiện trạng Khi xét đến BĐKH Tưới +rửa mặn Tưới Tưới +rửa mặn 6724 6265 7465 6163 5617 6817 6161 5267 6467 (iii) Hiện nay, 14 cống lấy nước ven sơng (bờ tả sơng Hồng bờ hữu sơng Trà Lý) lấy nước tưới Tuy nhiên, theo kịch BĐKH NBD (xét đến 2050) kết tính tốn thủy lực tồn hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình cho thấy độ mặn lấn sâu thêm vào khoảng km sông Hồng khoảng km sơng Trà Lý (Hình 4) Vì vậy, với phương án BĐKH NBD có thêm cống khơng lấy nước phục vụ tưới cống Nguyệt Lâm cống Dục Dương mặn vượt giới hạn cho phép 30 25 Hiện trạng Hiện trạng 25 BĐKH BĐKH Đ ộ m ặ n (% ) Đ ộ m ặ n (% ) 20 15 10 20 15 10 0 10 15 20 25 30 35 Khoảng cách tính từ cửa sông (km) 10 20 30 40 50 60 Khoảng cách tính từ cửa sơng (km) (a) (b) Hình Độ mặn trung bình mặt cắt tính tốn sơng Hồng sông Trà Lý KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 37 (6/2012) 31 (iv) Việc tính tốn tiến hành với giả thiết cơng trình tưới nước, diện tích tưới trồng không thay đổi so với trạng 3.1 Kết tính tốn phương án: Từ kết tính tốn lưu lượng lấy vào qua cống đầu mối sơng trục tồn vụ đơng xn, ta tính tổng lượng nước tưới lấy qua cống với kịch trạng (KB1 KB2) kịch tương ứng có xét đến BĐKH (KB3 KB4) Kết tính tốn tổng lượng nước qua cống thể bảng So sánh với nhu cầu nước toàn hệ thống ta thấy: - Với trường hợp trạng: lượng nước lấy vào từ cống đáp ứng hoàn tồn nhu cầu nước tưới cho năm nước trung bình đáp ứng 88,7% với năm hạn - Với trường hợp BĐKH: số cống phía đầu hệ thống khả lấy nước có tăng lên số cống thuộc hệ thống lấy nước độ mặn vượt mức cho phép, nhu cầu tưới lại lớn hệ thống đáp ứng 92% so với yêu cầu với năm nước trung bình 79% với năm hạn Bảng Tổng lượng nước lấy qua cống đầu mối vụ đông xuân (103m3) TT Cống đầu mối Tổng lượng lấy qua cống – Hiện trạng Tên sông KB1 KB2 Tổng lượng lấy qua cống – BĐKH KB3 KB4 Cống Tân Đệ Sông Kiến Giang 23042.2 24638.1 33372.5 30300.7 Cống Cự Lâm Sông Cự Lâm 11602.7 11859.8 17617.0 17329.6 Cống Nang Sông Nang 7267.5 7148.1 10700.6 11385.6 Cống Ơ Mễ Sơng Ơ Mễ 4225.3 4155.9 6221.3 6619.5 Cống Nhâm Thanh Sông Nhâm Thanh 3380.3 3324.7 4977.0 5295.6 Cống Vũ Đông Sông Vũ Đông 845.1 831.2 1244.3 1323.9 Cống Tam Lạc Sông Tam Lạc 14569.8 11840.8 19894.8 18390.5 Cống Nam Long Sông Bồng Tiên 9094.7 9343.8 14072.7 14219.4 Cống Ngô Xá Sông Ngô Xá 13838.1 14524.6 21563.5 20687.9 10 Cống Mộ Đạo Sông Lịch Bài 2795.6 2934.3 4356.3 4179.4 11 Cống Thái Hạc Sông 223 9784.5 10269.9 15246.9 14627.8 12 Cống Nguyệt Lâm Sông Nguyệt Lâm 27593.6 27158.9 - - 13 Cống Ngữ Sơng Hồng Giang 8790.7 7899.3 12124.4 11431.0 14 Cống Dục Dương Sông Dục Dương 22759.0 19640.1 - - 159589.0 155569.4 161391.2 155791.1 145217.4 161632.2 164353.4 169735.1 13751 13751 13751 12732.4 -620.6 19813.8 13448.1 26676.4 100.4 88.7 92.1 79.1 Tổng lượng lấy vào hệ thống (103m3) 3 Tổng lượng yêu cầu tưới (10 m ) 3 Tổng lượng yêu cầu rửa mặn (10 m ) 3 Tổng lượng thiếu (10 m ) Đáp ứng yêu cầu (%) 32 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 37 (6/2012) Kết luận Bài báo ứng dụng mơ hình MIKE11 để nghiên cứu đánh giá khả lấy nước cống tưới hệ thống Nam Thái Bình cho vụ đơng xn vụ có nhu cầu dùng nước căng thẳng ứng với năm trung bình nước Kết tính toán cho thấy thời điểm với năm kiệt đặc biệt tương lai tác động BĐKH NBD, khả lấy nước cống chưa đáp ứng yêu cầu tưới trồng hệ thống Để ứng phó với điều kiện BĐKH NBD tương lai, cần nghiên cứu số giải pháp công trình phi cơng trình cho hệ thống thủy nơng Nam Thái Bình: - Mở rộng vùng tưới động lực để đảm bảo phục vụ sản xuất nơng nghiệp - Nâng cấp mở rộng cống lấy nước mặt cắt sông trục tương ứng bao gồm, kênh/sông trục Kiến Giang, sông Cự Lâm, sông Nang, sông Bạch, sông Tam Lạc, sông Ngô Xá, sông Bồng Tiên… để tăng cường khả lấy nước tưới cho hệ thống - Xây dựng đập ngăn mặn cống ngăn triều cửa sông để ngăn mặn trữ - Chuyển dịch cấu nuôi trồng, nghiên cứu giống trồng vật ni có quy hoạch nuôi trồng cụ thể vùng chịu xâm nhập mặn - Áp dụng quy trình tưới tiết kiệm nước lợi dụng khả chịu hạn cây, quy trình tưới trữ nước lợi dụng tối đa khả chịu ngập lúa, tăng cường hiệu sử dụng nước hồi quy TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Tài nguyên Môi trường (2009) Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam DHI Software MIKE11 (2001) A modeling system for river and channels Trần Viết Ổn nnk (2011) Nghiên cứu giải pháp thủy lợi cải tạo, phục hồi bảo vệ vùng đất có vấn đề phục vụ phát triển kinh tế, xã hội dải ven biển đồng bắc bộ; Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Bình (2007) Qui trình vận hành cơng trình thủy lợi Nam Thái Bình Cơng ty khai thác cơng trình thủy lợi Nam Thái Bình (2010) Thống kê cơng trình hệ thống Nam Thái Bình, Thái Bình Abstract: ASSESSMENT OF WATER TAKING ABILITY OF THE SLUICE GATES – NAM THAI BINH IRRIGATION AND DRAINAGE SYSTEM IN THE CONTEXT OF CLIMATE CHANGE AND SEA LEVEL RISE In this paper, MIKE11 was applied to simulate the ability of taking water of the sluice gates in Nam Thai Binh irrigation and drainage system with average water availability and drought conditions with current situation and climate change scenario of 2050 The result shows that, under climate change and sea water level rise, some gates can take more water but some can not take water because of salinity tolerant while the water demand is increase Therefore, the system can not satisfy the water demand This indicates the necessary to study the solutions to improve the ability of taking water of the system for irrigation and other water uses in the future Key words: irrigation, salt intrusion, climate change; sea level rise; sluice gates Người phản biện: PGS.TS Trần Viết Ổn KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 37 (6/2012) 33 ... 2 6-1 -2 002 2 8-1 -2 002 3 0-1 -2 002 1-2 -2 002 3-2 -2 002 5-2 -2 002 7-2 -2 002 9-2 -2 002 1 1-2 -2 002 1 3-2 -2 002 0.50 2 6-1 -2 002 2 8-1 -2 002 3 0-1 -2 002 1-2 -2 002 3-2 -2 002 5-2 -2 002 7-2 -2 002 9-2 -2 002 1 1-2 -2 002 1 3-2 -2 002... trạng hệ thống thủy nơng Nam Thái Bình Biện pháp tưới hệ thống thủy nơng Nam Thái Bình chủ yếu tự chảy Nước tưới lấy trực tiếp từ cống đê Các cơng trình thu lợi hệ thống bao gồm 23 cống tưới. .. (6/2012) Nghiên cứu khả lấy nước cống tưới hệ thống Nam Thái Bình 3.1 Các phương án tính tốn: Để đánh giá khả lấy nước cống, phương án tính tốn đưa sau: + KB1 với năm nước trung bình vùng nghiên cứu