Ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông hóa thái bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐOÀN ANH TUẤN ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐOÀN ANH TUẤN ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chương trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Đồn Anh Tuấn LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy hướng dẫn luận văn tơi, PGS.TS Nguyễn Văn Hồng - Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, tạo điều kiện, hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Kiến thức khoa học sâu sắc kinh nghiệm thầy tiền đề giúp tơi đạt kết tốt luận văn Tôi xin chân thành cám ơn tới thầy, cô giáo Khoa sau Đại học Đại học Quốc gia Hà Nội dạy dỗ, truyền thụ kiến thức cho năm học vừa qua;Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình ln bên tơi, cổ vũ động viên tơi lúc khó khăn để vượt qua hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cám ơn! Học viên Đồn Anh Tuấn MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu ứng dụng Phương pháp CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan vấn đề nghiên cứu nước: 1.2.Tổng quan khu vực nghiên cứu 11 1.3 Điều kiện kinh tế xã hội 12 1.3.1 Dân số 12 1.3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 13 1.4 Đặc điểm địa hình 14 1.5 Đặc điểm khí hậu 15 1.5.1 Độ ẩm bốc 16 1.5.2 Chế độ mưa 17 1.6 Sơng ngịi 19 1.7 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu 22 1.8 Chế độ dòng chảy khu vực nghiên cứu 25 1.8.1 Dòng chảy năm 25 1.8.2 Dòng chảy mùa lũ 25 1.8.3 Dòng chảy mùa kiệt 26 1.9 Chế độ mực nước khu vực nghiên cứu 26 1.9.1 Mực nước triều: 26 1.9.2 Mực nước lũ: 26 1.10 Ảnh hưởng nước biển dâng đến kinh tế - xã hội tỉnh Thái Bình 27 1.10.1 Ảnh hưởng nước biển dâng tới chế độ thủy triều 27 1.10.2 Nước biển dâng dẫn đến nguy ngập úng: 28 1.10.3 Nước biển dâng ảnh hưởng đến nông nghiệp: 29 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA 30 2.1 Điều tra khảo sát phục vụ đánh giá xâm nhập mặn 30 2.2 Cơ chế lan truyền xâm nhập mặn nước mặt 30 2.3 Phương pháp sai phân hữu hạn giải phương trình lan truyền mặn nước mặt 33 2.4 Mơ hình EFDC 36 2.4.1 Giới thiệu chung mơ hình EFDC 36 2.4.2 Cấu trúc mơ hình EFDC 36 2.4.3 Mơ hình thủy động lực học tốn lan truyền nhiệt, mặn 37 2.4.4 Một số đặc điểm tính phần mềm 38 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC EFDC PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA 40 3.1 Lựa chọn miền mơ hình 40 3.2 Số liệu địa hình lịng sơng miền mơ hình 40 3.3 Các điều kiện ban đầu biên mơ hình 42 3.4 Áp dụng mơ hình EFDC phục vụ đánh giá dự báo xâm nhập mặn sông Hóa 45 3.4.1 Xây dựng lưới mơ hình 45 3.4.2 Hiệu chỉnh mơ hình 46 3.4.3 Xâm nhập mặn sơng Hóa mùa khô 2010 50 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA THEO CÁC KỊCH BẢN NƯỚC BIỂN DÂNG 51 4.1 Kịch nước biển dâng biến đổi khí hậu 51 4.2 Mơ hình đánh giá mức độ xâm nhập mặn sơng Hóa năm 2013 54 4.3 Kết xâm nhập mặn nước sơng Hóa theo kịch nước biển dâng 60 4.3.1 Kịch nước biển dâng 50cm 60 4.3.2 Kịch nước biển dâng 75cm 62 4.3.3 Kịch nước biển dâng 100cm 64 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ: 69 Kiến nghị: 70 PHỤ LỤC 73 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NGHĨA TIẾNG VIỆT CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH HOẶC KÝ HIỆU BĐKH: Biến đổi khí hậu EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code): Phần mềm thủy lực môi trường nước KB: Kịch MC: Mặt cắt MNB: Mực nước biển NBD: Nước biển dâng TB: Trung bình XNM: Xâm nhập mặn Viện HLKHCN Việt Nam: Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng Tên Bảng 1.1 Hệ số biến động C Bảng 1.2 Lượng mưa tháng Bảng 1.3 Thời gian, yếu tố lân cận Bảng 1.4 Danh sách trạ Bảng 1.5 Danh sách trạ Bảng 1.6 Tổng hợp diện tíc Bảng 3.1 Độ mặn nước sôn Bảng 3.2 So sánh kết m Bảng 4.1 Mực nước biển dâ Bảng 4.2 Mực nước biển dâ Bảng 4.3 Mực nước biển dâ Bảng 4.4 Thời gian nước sô Bảng 4.5 Thời gian 1ppt vị trí: Bảng 4.6 Thời gian 1ppt vị trí: Bảng 4.7 Thời gian 1ppt vị trí: Bảng 4.8 Chiều sâu xâm nh NBD Bảng 4.9 So sánh thời gian 1ppt v 100cm Bảng 4.10 So sánh % thời gi muối 1ppt tạ nước biển DANH MỤC HÌNH Hình Tên Hình 1.1 Vị Hình 1.2 Bản Hình 1.3 Bản Hình 1.4 Mạ Hình 1.5 Sơ Hình 1.6 Đồ Hình 2.1 Cấu Hình 2.2 Cấu Hình 3.1 Miề Hình 3.2 Địa Hình 3.3 Tần Hình 3.4 Tần Hình 3.5 Lưu Hình 3.6 Lưu Hình 3.7 Dao Hình 3.8 Dao Hình 3.9 Xây Hình 3.10 Xây Bản Hình 3.11 mu Bản Hình 3.12 mu Nồ Hình 3.13 Hồ Phâ Hình 3.14 độ Phâ Hình 3.15 độ Xâm Hình 4.1 Hình 4.2 mà Xâm Hình 4.16 Số ngày năm nước sơng có hàm lượng muối nhỏ 1ppt vị trí chế độ thủy văn sơng có tần suất 85%: tại, NBD=50cm, 75cm 100cm 67 Từ ta rút số nhận xét: Từ kết mơ hình xâm nhập mặn sơng Hóa điều kiện: dịng chảy sơng tháng mùa khô 1-4 tần suất 85%, địa hình lịng sơng khơng thay đổi, dao động thủy triều năm 2013, mực nước biển tài 03 kich NBD 50cm, 75cm 100cm lấy ranh giới mặn hạn 1ppt, nêu nhận xét mức độ xâm nhập mặn NBD sau: - Ở điều kiện mực nước biển, tháng mùa khô 1-4 xâm nhập mặn dài 16,671km; - Khi NBD lên 50cm, 75cm 100cm chiều dài xâm nhập mặn 18,059km; 18,510km 18,959km (gia tăng tương ứng 1,388km; 1,839km 2,288m, tương ứng lên 8,33%; 11,03% 13,72%); - Giữa 03 kịch NBD 50cm, 75cm 100cm chiều dài xâm nhập mặn tương đối khoảng 450m; Về số thời gian tháng mùa khơ 1-4 điểm đánh giá có nước có nồng độ muối 1ppt kịch NBD sau: - Tại vị trí ngã sơng Hóa - sơng Thái Bình % thời gian nước có hàm lượng muối cao 1ppt 03 kịch NBD 50cm, 75cm 100cm so với tương ứng 55,26% đến 34,21% (tức thời gian nước nhạt khoảng 1/3 đến 1/2 so với tại); - Tại vị trí xóm - xã Thụy Tân cách cửa sông khoảng 8,9km, % thời gian nước có hàm lượng muối cao 1ppt 03 kịch NBD 50cm, 75cm 100cm so với tương ứng xuống nhỏ 14,18% đến 3,95%; tương tự điểm vày điểm từ làng Sen đến thơn Thọ cịn đến 45,88% đến 30,88%; - Tại vị trí sâu từ thơn Vân đến thôn Thu phần trăm thời gian nước nhạt so với lớn 72,23% đến 48,01% 68 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ: Từ nội dung nghiên cứu tiến hành, liệu thơng số sử dụng phân tích đánh giá so sánh, kết thu điều kiện cụ thể mơ hình (điều kiện mực nước biển kịch NBD) so sánh kết quả, luận văn đưa số kết luận kiến nghị sau: Kết luận: Các kết đạt được: Luận văn giới thiệu khái quát tình hình nghiên cứu thủy động lực chất lượng nước mặt giới nước; đặc điểm tự nhiên, khí tượng thủy văn, địa chất thủy văn, nước mặt khu vực nghiên cứu Luận văn tổng hợp kịch NBD Bộ Tài nguyên Môi trường công bố lập luận lý giải giá trị mực NBD sử dụng đánh giá mức độ xâm nhập mặn nước sơng Hóa-tỉnh Thái Bình NBD Luận văn trình bày tổng quát phần mềm EFDC với mô đun thủy lực chất lượng nước thông số mơ hình Một số kết thu khuôn khổ luận văn bao gồm: -Đã áp dụng thành cơng mơ hình thủy lực mơ hình xâm nhập mặn sơng Hóa phần mềm EFDC, mô diễn biến xâm nhập mặn theo khơng gian thời gian; -Phân tích, đánh giá định lượng ảnh hưởng nước biển dâng làm tăng xâm nhập mặn sơng Hóa chế độ thủy văn sơng Hóa tần suất 85% tần suất sử dụng tính tốn thủy văn phục vụ nơng nghiệp; -Đã áp dụng mơ hình phần tử hữu hạn chuyển động lan truyền mặn khu vực sông Hóa phần mềm EFDC, tính tốn phân tích q trình xâm nhập mặn nước sơng Hóa theo kịch nước biển dâng chọn; Kết nghiên cứu giúp cho việc quy hoạch quản lý sử dụng tài nguyên nước mặt cách hợp lý hạn chế tác động có hại trình gia tăng xâm nhập mặn vào vùng đồng cửa sông ven biển nước ta tác động nước biển dâng biến đổi khí hậu Việc xác định thủy triều lên, xuống, xác định mức độ xâm nhập mặn vào sâu đất liền xác từ đưa thơng tin dự báo diễn biến độ mặn để hộ sử dụng nước định thời điểm lấy nước với nồng độ mặn cho phép phục vụ sản xuất nông nghiệp thuỷ sản hàng năm 69 Một số hạn chế: -Địa hình sơng Hóa sử dụng luận văn số liệu đo đạc xử lý năm 2010, khơng phản ánh xác điều kiện địa hình điều kiện tương lai biến đổi khí hậu thủy văn dẫn đến thay đổi địa hình; -Mơ hình chưa phản ánh điều kiện chế độ dịng chảy sơng Hóa tần suất 85% điều kiện dòng chảy thực tế sông ứng với điều kiện BĐKH tương lai cho tương ứng 03 giá trị NBD; -Do chưa có điều kiện thu thập cập nhật đầy đủ số liệu nồng độ muối toàn chiều dài sơng mơ hình khu vực nghiên cứu nên cơng tác hiệu chỉnh mơ hình cịn có phần hạn chế, chưa hiệu chỉnh mơ hình cách cần thiết Tuy nhiên mục đích đánh giá so sánh với nồng độ muối 1ppt ngưỡng để so sánh hoàn toàn chấp nhận được; Kiến nghị: -Cần có liệu địa hình sơng Hóa vào thời gian để phản ánh thực tế nay; -Cần thu thập đầy đủ số liệu nồng độ mặn số vị trí để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình phục vụ mơ hình đánh giá trạng dự báo; -Nghiên cứu biện pháp khai thác phù hợp nước sơng Hóa vào thời điểm thủy triều rút, nồng độ mặn 1ppt cho khơng xảy q trình pha trộn mặn nước khai thác - Có giải pháp ơng t ìn h ng nặnchxâm hập mặn nước sôn g en ểin khu vực đồng sôn g ồng, chẳng hạn cống ngăn ặn; 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ NNPTNT (2007) Số liệu mặt cắt sông Trà Lý sơng Hóa Dự án điều tra Bộ NNPTNT Phạm Hoàng Hải (2009) Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập mặn vào khu vực nội đồng huyện ven biển tỉnh Thái Bình, đề xuất giải pháp định hướng quy hoạch trồng, vật nuôi phù hợp với thay đổi sinh thái - Viện Địa lý - Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Nguyễn Văn Hồng (2009) Mơ hình chất lượng nước Giáo trình đại học cao học-Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Văn Hoàng (Chủ nhiệm đề tài) (2012) Nghiên cứu, đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới tỉnh Thái Bình, đề xuất giải pháp thích ứng, giảm thiểu thiệt hại Nguyễn Văn Hồng (Chủ nhiệm đề tài) (2014) Nghiên cứu tượng địa chất cơng trình động lực ảnh hưởng đến ổn định đập ngăn mặn sơng Hóa, sơng Trà Lý tỉnh Thái Bình tượng xâm nhập mặn nhằm đề xuất chế độ hoạt động (đóng mở cống) phù hợp” Trần Thục (giám đốc dự án) (2012) Các kịch nước biển dâng khả giảm thiểu rủi ro Việt Nam Tổng cục Thống kê (2011) Niên giám thống kê 2010 Nhà xuất thống kê, Hà Nội khí Tài liệu-tư liệu khí tượng thủy văn tỉnh Thái Bình Trung tâm mạng lưới tượng thủy văn Quốc gia Tiếng Anh Craig, P.M (2009), “Users Manual for EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor for the Environmental Fluid Dynamics Code”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi, Vietnam 10 Hamrick, J.M (1992) A Three Dimensional Environmental Fluid Dynamics Computer Code: Theoretical and Computational Aspects The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science Special Report 317, 63 pp 71 11 Hamrick, J.M (1996) A User's Manual for the Environmental Fluid Dynamics Computer Code (EFDC) The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science, Special Report 331, 234 pp 12 EFDC-explorer web version http://www.efdc-explorer.biz 13 Hydrologic Engineering Centers River Analysis System (HEC-RAS) http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras 72 PHỤ LỤC Các mặt cắt ngang sơng Hóa - sơng Thái Bình phục vụ mơ hình Phụ lục Mặt cắt MC1 sơng Hóa Phụ lục Mặt cắt MC2 sơng Hóa 73 Phụ lục Mặt cắt MC3 sơng Hóa Phụ lục Mặt cắt MC4 sơng Hóa 74 Phụ lục Mặt cắt MC5 sơng Hóa Phụ lục Mặt cắt MC6 sơng Hóa 75 Phụ lục Mặt cắt MC7 sơng Hóa Phụ lục Mặt cắt MC8 sơng Hóa 76 Phụ lục Mặt cắt MC9 sơng Hóa Phụ lục 10 Mặt cắt MC1-TB sơng Thái Bình 77 Phụ lục 11 Mặt cắt MC2-TB sơng Thái Bình 78 Phụ lục 12 Mặt cắt MC6L sông Luộc 79 THƠNG TIN TÁC GIẢ Họ tên: Đồn Anh Tuấn Điện thoại: 0904666388 Địa email: tuan.igsvn@gmail.com Đơn vị công tác tại: Viện Địa chất – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ... ĐẠI HỌC ĐOÀN ANH TUẤN ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chương trình... dung ? ?Ảnh hưởng nước biển dâng biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sơng Hóa - Thái Bình? ?? làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Nội dung luận văn thể qua phần: - Dự báo xâm nhập mặn cho khu vực cửa sông. .. đánh giá ảnh hưởng nước biển dâng biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn nhiễm mặn sơng Hóa tỉnh Thái Bình vấn đề cấp bách Mục tiêu nghiên cứu đề tài Tổng hợp trạng tài nguyên nước sông Hóa Nghiên