Đánh giá đặc tính phân tầng mặn vùng cửa sông Hậu qua số liệu thực đo và công thức thực nghiệm

Đặc tính phân tầng mặn của một cửa sông phụ thuộc vào chế độ dòng chảy sông và dòng chảy thủy triều. Phân tích đặc tính phân tầng có thể dựa vào số liệu thực đo cùng với các công thức giải tích kinh nghiệm hoặc mô hình toán 3D hay 2DV. Trong nội dung bài báo này bước đầu xác định được đặc tính phân tầng mặn của cửa sông Hậu qua các số liệu thực đo mặn theo chiều sâu dòng chảy.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH PHÂN TẦNG MẶN VÙNG CỬA SÔNG HẬU QUA SỐ LIỆU THỰC ĐO VÀ CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM Đỗ Đắc Hải Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Tóm tắt: Đặc tính phân tầng mặn cửa sông phụ thuộc vào chế độ dịng chảy sơng dịng chảy thủy triều Phân tích đặc tính phân tầng dựa vào số liệu thực đo với cơng thức giải tích kinh nghiệm mơ hình tốn 3D hay 2DV Trong nội dung báo bước đầu xác định đặc tính phân tầng mặn cửa sơng Hậu qua số liệu thực đo mặn theo chiều sâu dòng chảy Kết nghiên cứu ban đầu hy vọng mở hướng nghiên cứu chế phân tầng mặn cho cửa sông ven biển ĐBSCL để phục vụ nhu cầu lấy nước (hớt ngọt) cho nông nghiệp hay nước sinh hoạt… lấy nước mặn lợ tầng đáy cho nuôi trồng thủy sản Từ khóa: Xâm nhập mặn, nồng độ mặn, phân tầng mặn, cửa sông Hậu, nhánh Định An, nhánh Trần Đề, triều lên (HWS), triều xuống (LWS) Summary: The salinity stratification feature of an estuary depends on the regime of river and tidal flow Stratification feature analysis can be based on actual observed data with empirical analytical formulas or 3D or 2DV mathematical models In the content of this paper, initial characteristic of salinity stratification of the Hau estuary are initially determined through actual salinity observed data according to the water depth This initial research result is expected to introduce a new research approach about the salinity stratification mechanism for the coastal estuaries of the Mekong Delta to serve the need of fresh water intake (fresh water taking) for agriculture or domestic water or take brackish saline water bottom for aquaculture growing Keywords: Saline intrusion, salinity concentration, salinity stratification, Hau estuary, Dinh An branch, Tran De branch, high tide (HWS), low tide (LWS) ĐẶT VẤN ĐỀ * Xâm nhập mặn vùng cửa sơng có quan hệ mật thiết với chế độ thủy động lực học Các pha truyền mặn sông biểu thị cân hai dòng chảy ngược chiều nhau, với bên lượng nước đẩy mặn cửa sơng bên thủy triều đưa mặn vào với khuyếch tán nước mặn từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp, tạo thành đường quan hệ độ mặn dọc sơng có dạng hàm mũ, tắt dần vào phía trong, có dao động lên xuống tương ứng với dịng triều, theo sức đẩy trơi lên xuống sóng lưu lượng triều Khi Ngày nhận bài: 12/3/2020 Ngày thông qua phản biện: 10/4/2020 34 truyền vào sơng, tượng khuyếch tán đóng vai trò quan trọng việc đưa mặn lên cao tỏa tồn mặt cắt sơng theo khơng gian thời gian Về lý thuyết, dòng chảy êm, dịng chảy phân tầng, mặn bị xáo trộn mà tạo thành nêm mặn theo dòng triều Lúc độ mặn số mặt cắt bị phân hóa rõ rệt mặt sâu, dòng sông hai bờ Một số đo đạc cho thấy nhánh sông Cửu Long năm xuất thời đoạn thời điểm hình thành dạng nêm mặn Việc tính tốn xác định tượng phân Ngày duyệt đăng: 15/4/2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 59 - 2020 KHOA HỌC tầng hay nêm mặn có ý nghĩa lớn nghiên cứu liên quan đến môi trường sinh thái, bồi lắng xói lở vùng cửa sơng ven biển đặc biệt tận dụng chế phân tầng mặn để lấy nước tầng phục vụ yêu cầu nông nghiệp, sinh hoạt hay nước mặn lợ tầng để phục vụ nuôi trồng thủy sản…Để nghiên cứu, tính tốn, xác định tượng phân tầng mặn có nhiều phương pháp tính tốn như: khảo sát, đo đạc thực tế trường, sử dụng công thức thực nghiệm kết hợp với số liệu thực đo, mơ hình tốn…trong nội dung báo giới thiệu kết tính tốn phân tầng, phân loại cho hai nhánh sông Hậu (nhánh Định An nhánh Trần Đề) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phạm vi nghiên cứu Do tài liệu khảo sát thực đo mặn phân tầng theo chiều sâu hạn chế nghiên cứu tính tốn đánh giá cho hai nhánh sơng Hậu (nhánh Định An nhánh Trần Đề) Việc đánh giá phân tầng mặn có ý nghĩa lớn đáng quan tâm vào mùa kiệt báo tập trung tính tốn đánh giá cho mùa kiệt Hình 1: Phạm vi đối tượng nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu phụ thuộc chặt chẽ vào u cầu nghiên cứu tính tốn, kết mong CƠNG NGHỆ đợi số liệu đầu vào, sở tài liệu số liệu có, phương pháp nghiên cứu sử dụng nghiên cứu bao gồm - Phương pháp kế thừa: kế thừa tài liệu, số liệu thủy văn, thủy lực, xâm nhập mặn, kết tính tốn thủy lực từ nghiên cứu tổng thể thủy lực, xâm nhập mặn cho vùng ĐBSCL Đồng thời, nghiên cứu kế thừa áp dụng công thức thực nghiệm tính tốn vấn đề liên quan đến thủy động lực, chế xâm nhập mặn vùng sơng ven biển - Phương pháp phân tích, đánh giá số liệu tài liệu: Từ số liệu thực đo thủy lực, xâm nhập mặn…sẽ phân tích để đánh giá định tính xu hướng xâm nhập mặn, khả hình thành phân tầng khu vực nghiên cứu - Phương pháp cơng thức thực nghiệm: Hiện nay, để tính toán thủy động lực, chế phân tầng vùng cửa sơng ven biển giới có nhiều cơng thức tính tốn Dựa cơng thức thực nghiệm tính tốn phân tích để lựa chọn công thức phù hợp 2.3 Giới thiệu số công thức thực nghiệm Tương tác hai thành phần nguồng nước sông biển vùng cửa sông nhiều tác giả giới nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm như D Pritchard, Simmons, Keulegan, Shijf Shonfeld, Thatcher, Hareld Dyer, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Cảnh Cầm…Các nghiên cứu tương tác sông biển, xâm nhập nước biển vào cửa sông bắt đầu cửa sông Hoa Kỳ, Vương quốc Anh Hà Lan thập niên 1950 thập niên 1950; chúng chủ yếu nhằm mục đích nghiên cứu q trình pha trộn nước sông nước biển khu vực gần thị trấn cảng lớn (New York, Baltimore, Wash ton, London, Amsterdam, Rotterdam, v.v.) sau nghiên cứu bắt đầu Nga Kết nghiên cứu chia thành hai TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 59 - 2020 35 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ phần đặc trung: (i) Xác định trình xáo trộn phân tầng nước cửa sông (ii) Đánh giá khoảng cách xâm nhập nước biển vào cửa sông Để xác định chế dịng chảy vùng cửa sơng ven biển (phân loại cửa sông) từ nghiên cứu trước thống phân chia làm 03 loại: Xáo trộn hồn tồn - Loại I (khơng phân tầng phân tầng yếu), xáo trộn bán phần - Loại II (phân tầng trung bình) xáo trộn yếu - Loại III (phân tầng mạnh hay hình thành nêm muối - Salt Wedge) Để phân loại cửa sơng theo 03 loại có số phương pháp như: công thức kinh nghiệm, số liệu thực đo, mơ hình tính tốn, phương pháp phâm tích đánh giá phụ thuộc vào nguồn số, tài liệu…yêu cầu độ xác, chi tiết nhiệm vụ tính tốn Bắt đầu với nghiên cứu D Pritchard [4,5], thực Hoa Kỳ thập niên 1950, ba loại pha trộn dọc phân tầng nước sau xác định khu vực trộn nước sông biển (trong kênh sông, nhánh châu thổ, cửa sông, đầm phá, vùng gần bờ cửa sơng): loại I xáo trộn hồn tồn (yếu phân tầng); loại II xáo trộn bán phần (phân tầng trung bình); loại III xáo trộn yếu (phân tầng mạnh, nêm muối) Hai tham số sử dụng để trình bày thức loại xáo trộn, phân tầng cửa sông là: tham số phân tầng (n) tham số thủy triều lũ (α) Các tham số thể dạng sau: ∆ đá − ặ = = (1) 0,5( đá + ặ ) Trong đó: ΔS: Chênh lệch nồng độ mặn theo chiều đứng Sm: Độ mặn trung bình Sđáy Smặt: Độ mặn tầng đáy độ mặn tầng mặt Xáo trộn mạnh phân tầng yếu tương ứng với n 0,71; Xáo trộn phần phân tầng trung bình, Fr thay đổi từ 0,71 đến 0,22; Xáo trộn yếu phân tầng mạnh, nêm nước mặn Fr > 0,22 Các tiêu chí khác thể hệ số cửa sông đề xuất D Harman G Abraham năm 1966; E= Fr2/α, Fr số Froude bình thường Fr = Vo/ (ở Vo vận tốc dòng cực đại giai đoạn thủy triều trung bình mặt cắt cửa ra), α thông số thủy triều lũ điều chỉnh; số cửa sông đề xuất M Thatcher D Hareld [3]: (5) Hệ số cửa sông Richardson đề xuất H Fisher vào năm 1972; số lớp Richardson đề xuất K Dyer A New [3]: (6) Xáo trộn mạnh phân tầng yếu tương ứng với RiL >2; Xáo trộn phần phân tầng trung bình, RiL thay đổi từ đến 20; Xáo trộn yếu phân tầng mạnh, nêm nước mặn RiL > 20 V vận tốc dịng chảy trung bình dịng Bảng 1: Một số tiêu chí xác định khả phân tầng mặn vùng cửa sơng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 59 - 2020 37 KHOA HỌC Phân loại I CÔNG NGHỆ Đặc tính Phân Xáo trộn tầng Xáo trộn Yếu -Y hồn tồn n α η Fr E RiL 0÷0,1 0÷0,1 ≤0,1 >0,71 >8,0