Xây dựng bản đồ xâm nhập mặn phục vụ việc lấy nước tưới cho hệ thống sông thuộc tỉnh Thái Bình

Bài viết đã tiến hành xác định quá trình xâm nhập mặn trên hệ thống sông theo thời gian và không gian bằng mô hình toán MIKE 11, kết hợp với kết quả khảo sát đo đạc độ mặn đồng bộ tại các cửa sông, trên cơ sở đó xây dựng được bức tranh rõ nét về tình hình xâm nhập mặn vào mùa kiệt năm 2012. Từ các kết quả tính toán trên mô hình dự báo, đã thiết lập được một tập bản đồ ranh giới xâm nhập mặn ứng với các kịch bản dự báo trước về nguy cơ xâm nhập mặn sẽ xảy ra thường xuyên trong tương lai gần cũng như cho giai đoạn 20 - 30 năm tới.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ XÂM NHẬP MẶN PHỤC VỤ VIỆC LẤY NƯỚC TƯỚI CHO HỆ THỐNG SƠNG THUỘC TỈNH THÁI BÌNH TS Nguyễn Thanh Hùng Phịng TNTĐQG ĐLH sơng Biển Tóm tắt: Thái Bình tỉnh ven biển, nằm phía Đơng Nam đồng Bắc Bộ có cửa sơng Ba Lạt, Trà Lý Thái Bình đổ Vịnh Bắc Bộ Vào tháng mùa cạn năm, vùng hạ lưu bao gồm huyện Thái Thụy, Tiền Hải Kiến Xương phải đối mặt với tượng xâm nhập mặn Mặn xâm nhập sâu vào cửa sông gây ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp ngành kinh tế khác Chúng tơi tiến hành xác định q trình xâm nhập mặn hệ thống sông theo thời gian khơng gian mơ hình tốn MIKE 11, kết hợp với kết khảo sát đo đạc độ mặn đồng cửa sơng, sở xây dựng tranh rõ nét tình hình xâm nhập mặn vào mùa kiệt năm 2012 Từ kết tính tốn mơ hình dự báo, thiết lập tập đồ ranh giới xâm nhập mặn ứng với kịch dự báo trước nguy xâm nhập mặn xảy thường xuyên tương lai gần cho giai đoạn 20 - 30 năm tới Summary: Thai Binh is a coastal province, located in the southeast of the Red river Delta in which Ba Lat, Tra Ly and Thai binh estuaries flow to the Gulf of Tonkin In addition to the advantages of the water resources in the river, downstream districts of Thai Binh such as Thai Thuy, Tien Hai and Kien Xuong are always faced with the phenomenon of saltwater intrusion in the dry season Salinity intrusion in estuaries affect the process of obtaining fresh water for economic sectors, especially for agriculture To deal with the problem, a mathematical model (MIKE11) has been used as a simulation tools of the salinization processes in the river system, and combination with the survey results of the salinity in the estuaries they provide a clear picture of saltwater intrusion in the dry season of 2012 From the calculated results, a scenarios map of saltwater intrusion corresponding to predicting the future risks for the period of 20-30 years has been established I ĐẶT VẤN ĐỀ1 Tại cửa sơng Thái Bình, thủy triều lên xuống đưa nước biển xâm nhập vào sâu nội địa gây khơng khó khăn cho sản xuất nông, công nghiệp Thực tế cho thấy, từ năm 2003 trở lại đây, dịng chảy cạn tồn hệ thống sơng Hồng - Thái Bình giảm liên tục giảm xuống tới mức thấp lịch sử Sự suy giảm nguồn nước, mực nước biển dâng vùng cửa sơng phía hạ du gây nên nhiều tượng đáng lo ngại xâm nhập mặn Do không dự báo trước xâm nhập mặn nên nhiều địa phương lúng túng định thời điểm lấy nước cho nông nghiệp nuôi trồng thuỷ sản, đặc biệt vụ Đơng Xn Vì vậy, cần có nghiên cứu xâm nhập mặn hướng dẫn người dân thời điểm lấy nước, đặc biệt sử dụng mơ hình tính tốn nhằm tăng độ xác giải pháp nâng cao khả khống chế mặn để lấy nước tưới Trước mắt, kết nghiên cứu phục vụ cho việc sử dụng nước mùa kiệt sơng thuộc tỉnh Thái Bình Về lâu dài, làm sở cho việc khai thác sử dụng tài nguyên nước vùng cửa sông hạn chế tác động có hại q trình xâm nhập mặn vào vùng đồng cửa sông nước ta II PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu Toàn hệ thống sông đồng Bắc Bộ, Người phản biện: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quỳnh 44 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 15 - 2013 KHOA HỌC đặc biệt vùng cửa sơng ven biển tỉnh Thái Bình (sơng Hồng, sơng Luộc, sơng Trà Lý, sơng Hóa) Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp khảo sát thực địa để đo đạc thu thập liệu địa hình, thuỷ văn, chất lượng nước Sau sử dụng mơ hình MIKE 11 để tính tốn xâm nhập mặn cho hệ thống sơng vùng cửa sơng thuộc tỉnh Thái bình III THIẾT LẬP MƠ HÌNH MIKE11 Xây dựng sở liệu - Dữ liệu địa hình: Bước đầu sử dụng hệ thống mặt cắt đo đạc năm 2000, 2001 có bổ sung số liệu số sơng năm 2006 chương trình phịng chống lũ đồng sơng Hồng Địa hình mặt cắt ngang sơng đo năm 2010, 2012 sông thuộc hệ thống sông Hồng chảy qua tỉnh Nam Định (sông Hồng, sông Đáy, sông Đào, sông Ninh Cơ) sông chảy qua tỉnh Thái bình (sơng Luộc, sơng Hố) đo đạc dự án quy hoạch lũ chi tiết cập nhật bổ sung vào mơ hình tính Các tài liệu có độ tin cậy cao, sử dụng phục vụ tính tốn cho nhiều đề tài, dự án - Dữ liệu thủy văn: Bao gồm số liệu lưu lượng mực nước trạm lưu vực CƠNG NGHỆ tính tốn năm 2008, 2009, 2012 đài Khí tượng Thủy văn đồng Bắc Bộ cung cấp - Dữ liệu nhu cầu dùng nước: Nhu cầu dùng nước ngành vào mùa kiệt tính tốn nút lấy nước sơng chảy qua địa phận tỉnh Thái Bình thượng lưu sông theo kịch bản: Nhu cầu dùng nước trạng, nhu cầu dùng nước dự báo đến năm 2020 nhu cầu dùng nước dự báo đến năm 2030 Bảng Tổng hợp yêu cầu dùng nước khu vực đồng sông Hồng Yêu cầu dùng nầầc năm (106m3) TT Ngành 2020 2000 2005 (dầ báo) Trầng trầt 21.229,32 22.589,95 16.025,34 Chăn nuôi 98,71 116,54 346,19 Thuầ sần 2.404,91 3.095,63 10.277,03 Đô thầ 342,92 435,68 1.164,98 Công nghiầp 31,46 186,81 590,46 Sinh hoầt nông thôn 431,94 430,66 645,19 Môi trầầng 0,00 0,00 2.640,81 T ng 24.539,27 26.855,26 31.689,99 Nguồn: Viện Quy hoạch Thuỷ lợi (2006) Dữ liệu mặn: Tài liệu mặn đo đạc khảo sát vào tháng mùa kiệt khu vực cửa sông Ba Lạt, sông Trà Lý, sơng Thái Bình vào năm 2008, 2009 2012 [6], [9] TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 14 - 2013 45 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình 11 Sơ đồ điểm đo đạc khảo sát Xây dựng mạng thủy lực chiều Mạng sơng tính tốn bao gồm: - Sơng Hồng tính tốn từ trạm thủy văn Sơn Tây - Sơng Cầu tính từ trạm thủy văn Thác Huống - Sơng Thương tính từ trạm thủy văn Cầu Sơn - Sơng Lục Nam tính từ trạm thủy văn Chũ - Sông Đáy từ trạm thủy văn Ba Thá - Sơng Hồng Long từ trạm thủy văn Hưng Thi Biên biên lưu lượng, biên phía trạm thủy văn cửa sơng (9 cửa): Đáy, Ninh Cơ, Ba Lạt, Trà Lý, Thái Bình, Lạch Tray, Văn Úc, Cấm, Đá Bạch Sơ đồ tính tốn thuỷ lực trình bày Hình Hình 2: Sơ đồ mạng thủy lực tính tốn 46 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 15 - 2013 KHOA HỌC Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE11-HD Số liệu lưu lượng mực nước đo trạm vào tháng năm 2012 dùng để hiệu chỉnh mơ hình Kết thể Hình Chỉ số Nash biểu thị độ xác mơ CƠNG NGHỆ so với đo đạc thực tế Chỉ số Nash nghiên cứu đạt 96 % trường hợp hiệu chỉnh đạt 94% trường hợp kiểm định, mơ hình đảm bảo độ xác để tiến hành tính toán phương án bước Mực nước thực đo tính tốn Hưng n tháng 4/2012 Mực nước thực đo tính tốn Triều Dương tháng 4/2012 Mực nước thực đo tính tốn Quyết Chiến tháng 4/2012 Mực nước thực đo tính tốn Nam Định tháng 4/2012 Hình Kết hiệu chỉnh mơ hình T4/2012 số vị trí Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE11-AD Chuỗi số liệu mặn từ ngày 09/12/2008 đến 18/12/2008 từ ngày 12/12 đến 22/12/2009 chọn để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình a Kết hiệu chỉnh: Do số liệu mặn thực đo tháng 12 năm 2008 có nồng độ mặn sông Ninh Cơ sông Trà Lý cách cửa 10 km 22 km, nên hiệu chỉnh thơng số mơ hình mặn cho sông Ninh Cơ Trà Lý, sông khác lấy theo thông số sông Ninh Cơ sông Trà Lý Kết hiệu chỉnh mơ hình xâm nhập mặn vị trí Hình Qua kết tính tốn hiệu chỉnh nhận thấy kết tính tốn thực đo tương đối phù hợp với b Kết kiểm định mơ hình: Số liệu kiểm định mơ hình vị trí sơng Hồng, sông Trà Lý sông Ninh Cơ cách cửa Ba Lạt, cửa Trà Lý cửa Ninh Cơ 22 km Kết kiểm định mơ hình trình bày Hình 4,5 Các kết kiểm định cho thấy độ mặn tính tốn thực đo tương đối khớp với có chênh lệch nhỏ Như mơ hình đạt độ xác cần thiết đê sử dụng tính tốn xâm nhập mặn cho sơng chảy qua tỉnh Thái Bình ứng với kịch dùng nước mực nước biển dâng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 14 - 2013 47 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Độ mặn thực đo tính tốn s Hồng sơng Hố IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Xây dựng kịch tính tốn dự báo diễn biến xâm nhập mặn Kịch trạng (PA0) Để dự báo đánh giá diễn biến khả xâm nhập mặn chất lượng nước sông chảy qua tỉnh Thái Bình giai đoạn 2010 đến 2030 trước tiên phải đánh giá diễn biến xâm nhập mặn chất lượng nước điều kiện Phương án tính tốn điều kiện sau: - Chế độ thủy văn, thủy lực: Số liệu lưu lượng biên Sơn Tây ứng với tần suất 75% 85% (Bảng 2); biên mực nước phía biển biên thuỷ triều với số liệu thực đo từ ngày 1/1/2010 đến 30/1/2010 - Nhu cầu dùng nước ngành theo tháng 1/2010 - Nồng độ mặn cửa sông: số liệu thực đo từ 1/1 – 30/1/2010 48 Hình Độ mặn thực đo tính tốn sơng Hố sơng Trà Lý Bảng Lưu lượng mùa kiệt ứng với tần suất Sơn Tây Đặc Qtb Cv Cs trưng (mm) Gíá trị 1390 0.2 0.2 Dòng chảy ứng với tần suất (m3/s) P=75% P=85% 1200 1100 Kịch dự báo năm 2020, 2030 (PA1, PA2) Kịch đưa nhằm đánh giá đến năm 2020, 2030 nhu cầu dùng nước tăng nước biển dâng khả xâm nhập mặn diễn biến Các điều kiện tính toán sau: - Chế độ thủy văn, thủy lực: + Số liệu lưu lượng biên Sơn Tây số liệu thực ứng với tần suất thiết kế 75% 85% + Biên triều: số liệu mực nước triều kết hợp với mực nước biển dâng 0.12 m năm 2020 0,17 năm 2030 theo kịch biến đổi khí hậu Bộ Tài nguyên Môi trường đến năm 2020, 2030 - Nhu cầu dùng nước ngành dự báo đến năm 2020, 2030 - Nồng độ mặn cửa sông: số liệu thực đo từ 1/01 – 30/01/2010 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 15 - 2013 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Tổng hợp phương án tính tốn kịch Phương án PA0-1 PA0-2 PA1-1 PA1-2 PA2-1 PA2-2 Lưu lượng thượng lưu P = 75% P = 85% P = 75% P = 85% P = 75% P = 85% Biên thủy triều hạ lưu Tháng 01/2010 Tháng 01/2010 Nước biển dâng năm 2020 Nước biển dâng năm 2020 Nước biển dâng năm 2030 Nước biển dâng năm 2030 Ứng dụng mơ hình tính tốn dự báo xâm nhập mặn, xây dựng đồ ranh giới xâm nhập mặn Nhận xét kết kịch Kết tính tốn kịch cho thấy: - Khi dòng chảy Sơn Tây giảm mức độ xâm nhập mặn sơng Hồng, Hóa Trà Lý tăng lên chiều dài nồng độ mặn - Trong ba sông, mức độ xâm nhập mặn sông Hồng lớn nhất, sau đến sông Trà Lý cuối sơng Hóa - Khi nhu cầu nước tăng lên mực nước biển tăng lên vào năm 2020 2030 mức độ xâm nhập mặn tăng lên chiều dài nồng độ mặn Tuy nhiên sơng Hồng ảnh hưởng nhiều, sơng Hóa sơng Trà Lý ảnh hưởng Trên sơng Hồng độ mặn vào sâu km nước biển dâng tăng lên vào năm 2030 so với trạng - Do ảnh hưởng q trình xâm nhập mặn sơng qua tỉnh Thái Bình nên việc lấy nước phục vụ cho việc đổ ải vào tháng 1, tháng gặp nhiều khó khăn Mặn sơng Hồng vào sâu nên số cống phía Cống Mộ Đạo, Nguyệt Lâm, Dương Liễu bị ảnh hưởng; sông Trà Lý độ Nhu cầu nước dùng Năm 2010 Năm 2010 Dự báo 2020 Dự báo 2020 Dự báo 2030 Dự báo 2030 Độ mặn Tháng 1/2010 Tháng 1/2010 Tháng 1/2010 Tháng 1/2010 Tháng 1/2010 Tháng 1/2010 mặn vào sâu đến cống Thái Phúc, cống Thuyền Quan; sông Hóa độ mặn vào tới khu vực cống Hệ Các bước xây dựng đồ xâm nhập mặn Để xây dựng đồ xâm nhập mặn cần có hai loại đồ, gồm: đồ đồ hệ thống sơng, đồ hành chính, cơng trình lấy nước ven sơng, mạng lưới trạm đo thủy văn…và đồ phân bố mặn sông Sự chồng ghép hai loại đồ với GIS đồ xâm nhập mặn Các bước xây dựng đồ sơ họa hình Hình Quy trình xây dựng đồ xâm nhập mặn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 14 - 2013 49 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Độ mặn sơng có phân bố theo chiều dọc sông ngang sông Tuy nhiên nghiên cứu sử dụng mơ hình chiều để tính tốn xâm nhập mặn nên xây dựng đồ phân bố mặn dọc theo sông qua tỉnh Thái Bình Bộ đồ giúp cho công tác quy hoạch lấy nước tưới vận hành hệ thống cống lấy nước thuận tiên Kết đồ xâm nhập mặn theo kịch trình bày hình 7,8,9,10 Hình Bản đồ xâm nhập mặn sơng tỉnh Thái bình với kịch PA1-1 Hình Bản đồ xâm nhập mặn sơng tỉnh Thái bình với kịch PA1-2 50 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 15 - 2013 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Bản đồ xâm nhập mặn sơng tỉnh Thái bình với kịch PA2-1 Hình 10 Bản đồ xâm nhập mặn sơng tỉnh Thái bình với kịch PA2-2 Đề xuất số giải pháp hạn chế xâm nhập mặn Đối với xâm nhập mặn tỉnh Thái bình, biện pháp cơng trình mang lại hiệu với việc xây dựng cống ngăn mặn sơng Hóa sơng Trà Lý Hai cơng trình quy hoạch để đưa vào xây dựng Tuy nhiên để cơng trình hoạt động hiệu cần phải nghiên cứu xây dựng quy trình quản lý vận hành hợp lý Ngoài việc xây dựng đập, cống ngăn mặn sơng Hóa sơng Trà Lý vị trí cống lấy nước sơng cần thiết đặt thiết bị đo mặn hệ thống thu thập liệu từ xa để kết hợp dự báo xâm nhập mặn vận hành hệ thống cống cho việc lấy nước đạt hiệu cao V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các số liệu khảo sát độ mặn đồng cửa sông kết hợp vớin đo đạc đuổi mặn mang lại TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 14 - 2013 51 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ tranh rõ nét tình hình xâm nhập mặn vào mùa kiệt năm 2012 Tuy số liệu không dài đủ độ tin cậy cho công tác thiết lập, hiệu chỉnh mơ hình tốn Bộ mơ hình thủy động lực lan truyền chất có độ tin cậy cao cho phép sử dụng để dự báo xâm nhập mặn điều kiện khơng có đầy đủ số liệu quan trắc chế độ thủy văn độ mặn Từ kết tính tốn mơ hình dự báo, tập đồ ranh giới xâm nhập mặn thiết lập ứng với kịch cho trước có nguy xảy thường xuyên tương lai gần cho giai đoạn 20 - 30 năm tới TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vi Văn Vỵ, 1986, Xâm nhập mặn đồng Bắc Bộ, Viện Khí tượng Thuỷ văn, Hà nội, năm 1986 [2] Lã Thanh Hà, Nghiên cứu khả dự báo xâm nhập vùng đồng sơng Hồng - sơng Thái Bình mơ hình tốn, Tạp chí KTTV tháng số 523 năm 2004 [3] Nguyễn Hữu Nhân, 2002, Phần mềm thuỷ lực HydroGis-Thuyết minh kỹ thuật, Dự án án tiến kỹ thuật tiến "Xây dựng phần mềm mô tả lũ lụt xâm nhập mặn vùng đồng sông Cửu Long”, Đề tài NCKH cấp Tổng cục KTTV [4] Nguyễn Thanh Hùng, 1999 Phương pháp số giải phương trình truyền tải khuyếch tán ứng dụng tốn tính tốn xâm nhập mặn Tuyển tập Kết khoa học công nghệ 1994- 1999, Viện Khoa học Thủy lợi, Tập I, trang 262-267 [5] Nguyễn Thanh Hùng, Trần Văn Đạt, Phạm Quốc Hưng, Quản lý phát triển nguồn nước vùng ven biển điều kiện nước biển dâng biến đổi khí hậu Khoa học cơng nghệ Thủy lợi, số 23 tháng 10 năm 2009 [6] Nguyễn Ngọc Bách nnk, 2012, Báo cáo dự án: Đánh giá trạng xâm nhập mặn hệ thống sông thuộc tỉnh Thái Bình, đề xuất giải pháp tăng cường lực cộng đồng nhằm giải vấn đề xâm nhập mặn tình trạng biến đổi khí hậu, Ban Quản lý thuỷ lợi Trung ương CPO, Hà Nội 2012 [7] Vũ Minh Cát, Bùi Du Dương, 2006, Assessment of saline water intrusion into estuaries of Red – ThaiBinh river during dry season having considered water release from upper reservoirs and tidal fluctuation, Vietnam-Japan Estuary Workshop 2006, August 22nd-24th, Hanoi, Vietnam [8] DHI Water & Environment MIKE 11 A Modelling System for Rivers and Channels User Guide, 396 pp [9] Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, 2009, Báo cáo Giám sát mặn đồng sông Hồng phục vụ dự báo cho lấy nước sản xuất, Hà Nội tháng 12 năm 2009 52 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 15 - 2013 ... hành hệ thống cống lấy nước thuận tiên Kết đồ xâm nhập mặn theo kịch trình bày hình 7,8,9,10 Hình Bản đồ xâm nhập mặn sông tỉnh Thái bình với kịch PA1-1 Hình Bản đồ xâm nhập mặn sơng tỉnh Thái bình. .. dựng đồ xâm nhập mặn Để xây dựng đồ xâm nhập mặn cần có hai loại đồ, gồm: đồ đồ hệ thống sơng, đồ hành chính, cơng trình lấy nước ven sơng, mạng lưới trạm đo thủy văn…và đồ phân bố mặn sông Sự... CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 15 - 2013 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Bản đồ xâm nhập mặn sông tỉnh Thái bình với kịch PA2-1 Hình 10 Bản đồ xâm nhập mặn sơng tỉnh Thái bình với kịch PA2-2 Đề