Xâm nhập mặn tại một cửa sông được phân làm ba dạng chính: 1) xáo trộn hoàn toàn; 2) bán phân tầng và 3) phân tầng mạnh tạo hình dạng “nêm mặn”. Nội dung bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu, mô phỏng về đặc tính xâm nhập mặn tại vùng cửa sông Hậu bằng mô hình toán 3 chiều (3D).
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ SỬ DỤNG MƠ HÌNH TỐN CHIỀU MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN MẶN VÙNG CỬA SÔNG HẬU Đỗ Đắc Hải Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Tóm tắt: Đặc tính phân tầng nồng độ mặn cửa sơng phụ thuộc vào chế độ dịng chảy sơng dịng chảy thủy triều Do cửa sơng khác đặc tính phân tầng mặn khác phụ thuộc vào yếu tố địa hình, thủy văn (lưu lượng thượng nguồn, thủy triều biển, nhập lưu dịng chảy dọc sơng…) Xâm nhập mặn cửa sơng phân làm ba dạng chính: 1) xáo trộn hoàn toàn; 2) bán phân tầng 3) phân tầng mạnh tạo hình dạng “nêm mặn” Nội dung báo trình bày kết nghiên cứu, mơ đặc tính xâm nhập mặn vùng cửa sơng Hậu mơ hình tốn chiều (3D) Từ khóa: Mơ hình chiều (3D), xâm nhập mặn, nồng độ mặn, phân tầng mặn, nêm mặn cửa sông Hậu, nhánh Định An, nhánh Trần Đề, thời điểm nước ngưng đỉnh triều (HWS) thời điểm nước ngưng chân triều (LWS) Summary: The salinity stratification characteristic of an estuary depends on the river flows and tidal currents regime That is therefore, the characteristics of each river differ, salinity stratification characteristic will be different depending on topographical and hydrological factors (upstream flow, sea tide, affluent flow along the river ) Saline intrusion at an estuary is divided into three main types that are: completely disturbed, semi-stratified and strongly stratified (forming saline wedges) This paper has presented the study results and the simulation of the saline zone to understand and have the overall of the characteristics of saline intrusion in the Hau estuary by 3D mathematical model Keywords: saline intrusion, salinity concentration, salinity stratification, Hau river estuary, numerical simulation for saline intrusion ĐẶT VẤN ĐỀ * Xâm nhập mặn đặc tính cửa sơng chịu ảnh hưởng thủy triều Xâm nhập mặn cửa sông nhánh sông theo không gian chiều theo thời gian Nghiên cứu xâm nhập mặn cửa sông vấn đề nghiên cứu nhiều áp dụng thực tế sản xuất tốt Có nhiều nghiên cứu xâm nhập mặn đo đạc trường, thí nghiệm vật lý, xây dựng công thức thực nghiệm giải tích, mơ hình tốn số,… Hiện nay, tính tốn xâm nhập mặn vùng cửa sơng ven biển ĐBSCL nói Ngày nhận bài: 17/6/2020 Ngày thơng qua phản biện: 20/7/2020 66 chung nhánh thuộc cửa sơng Hậu nói riêng chủ yếu mơ hình chiều kết áp dụng tốt phục vụ sản xuất nông nghiệp, thủy sản môi trường, vùng diện tích khơng gian rộng, nhiên để nghiên cứu sâu chế xâm nhập mặn đặc biệt vấn đề phân tầng mặn, mơ hình chiều khơng thể đáp ứng Khi vào vùng diện tích hẹp hơn, việc xác định phân tầng mặn theo thời gian không gian có ý nghĩa thực tiễn lý thuyết Ở góc độ thực tiễn, hiểu biết vùng thời điểm xuất nêm mặn, cho phép người sử Ngày duyệt đăng: 03/8/2020 28/5/2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC dụng nước có thêm hội lấy nước tầng mặt để phục vụ sản xuất, góc độ lý thuyết vùng nhiễu dịng chảy sơng biển, có tham gia trao đổi chất mà q trình khuếch tán hịa tan diễn mạnh mẽ Vì vậy, để đánh giá phân tầng cửa sông ĐBSCL dựa công thức giải tích số liệu đo đạc khảo sát thực tế nồng độ mặn theo chiều sâu dòng chảy tác giả tính tốn sơ đặc tính phân tầng cho tồn nhánh sơng ven biển vùng ĐBSCL qua sơ xác định số đặc tính phân tầng như: hệ số phân tầng, thời gian phân tầng, thời điểm khu vực (không gian dọc sông) tượng phân tầng Tuy nhiên, tính tốn đánh giá dựa số liệu thực đo, công thức kinh nghiệm giải tích, cho kết định tính khả có tượng phân tầng mà chưa định lượng nồng độ mặn theo tầng khác theo chiều không gian (chiều sâu, dọc sông, ngang sông), đặc biệt chưa mô tả nêm mặn dọc theo sông thời điểm thời gian khác Vì vậy, sử dụng mơ hình tốn 3D có ý nghĩa hỗ trợ mặt lý thuyết để giải vấn đề Trong nội dung báo bước đầu giới thiệu kết mô phân tầng mặn, đặc tính nêm mặn cho hai nhánh sơng Hậu (nhánh Định An nhánh Trần Đề) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phạm vi nghiên cứu Việc nghiên cứu tính tốn mơ hình 3D cần nhiều tài liệu đầu vào như: thủy văn, yếu tố hình thái sơng, số liệu thực đo mặn theo chiều sâu dịng chảy, địa hình đáy sơng…và đặc biệt nhiều thời gian xây dựng sơ đồ tính tốn, thời gian mơ tính tốn Do tài liệu địa hình đáy sơng tài liệu khảo sát thực đo mặn phân tầng theo chiều sâu nhánh sơng Cửu Long hạn chế sở số liệu tài liệu thu thập đo đạc nghiên cứu tính tốn đánh giá cho hai nhánh sơng Hậu (nhánh Định An CƠNG NGHỆ nhánh Trần Đề) 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 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 sông 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 mơ hình tốn số: để đáp ứng mục tiêu mong đợi nghiên cứu mơ đặc tính nêm mặn cho vùng cửa sơng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 67 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hậu nghiên cứu dùng phương pháp mơ hình chiều (3D) để nghiên cứu tính tốn 2.3 Lựa chọn mơ hình tính tốn Khi tốc độ máy tính chưa cao, phương pháp giải cịn hạn chế thơng thường nghiên cứu xây dựng mơ hình dạng 1D với phương trình tính tốn rút gọn đơn giản hóa Trong thời gian gần máy tính cơng nghệ tính tốn phát triển vượt bậc u cầu độ xác mơ hình ngày nâng cao u cầu tính tốn nâng cao dẫn nhà nghiên cứu trở lại với hệ phương trình ngun thủy tượng vật lý Mơ hình sử dụng hệ phương trình nguyên thuỷ triển khai đầy đủ sử dụng phương pháp chiều (3D) Trong số trường hợp yêu cầu tính tốn cụ thể đặc biệt tính tốn liên quan đến dịng chảy phân tầng, nêm mặn vùng cửa sông, phân bố nhiệt độ, mô tả khả bồi xói lắng đọng, dịng chảy hố xói sâu, xói lở qua trụ cầu nơi gần cơng trình… sử dụng mơ hình chiều đứng (2DH) mơ hình 3D lựa chọn phù hợp Phần lớn mơ hình thủy động lực dạng chiều giải phương trình liên tục Navier Stokes phương pháp sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn thể tích hữu hạn Phương trình Navier - Stokes giải phương pháp trung bình hóa Reynolds Phương trình Reynolds chia thành hai dạng: dạng thủy tĩnh phi thủy tĩnh Mơ hình dạng thủy tĩnh có độ xác khơng cao tính tốn dịng chảy nơi có thay đổi ứng suất lớn Ngược lại, mơ hình dạng phi thủy tĩnh có độ xác cao có khả mơ tả đặc tính phức tạp dòng chảy thứ cấp miền tính phức tạp Một số mơ hình 3D sử dụng để tính tốn thủy lực, truyền chất, nhiệt độ, xói lở sử dụng kể đến là: Mơ hình MIKE3 (DHI - Đan Mạch), Mơ hình 68 DELFT3D (Delft Hydraulics - Đan Mạch), Mơ hình TELEMAC-3D (Pháp), Mơ hình EFDC (Hoa Kỳ), Mơ hình VNU/MDEC (Đinh Văn Ưu cộng - Trường Đại học Quốc gia Hà Nội) Dựa số liệu thu thập, tài liệu khảo sát đo đạc, kinh nghiệm nghiên cứu tính tốn nghiên cứu sử dụng mơ hình MIKE3 (DHI - Đan Mạch) để tính tốn mơ 2.4 Tài liệu dùng nghiên cứu 2.4.1 Tài liệu địa hình Địa hình lịng sơng ngồi biển khu vực nghiên cứu chủ yếu thu thập kế thừa từ nghiên cứu Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam: (1) Đề tài cấp Quốc gia KC 08.12/16-20: “Nghiên cứu tác động bất lợi biến đổi hình thái lịng dẫn hạ thấp mực nước hệ thống sông Cửu Long, đề xuất giải pháp giảm thiểu”, 2016-2020; (2) Đề tài cấp Quốc gia: Nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động khai thác cát đến thay đổi lịng dẫn sơng Cửu Long (sông Tiền, sông Hậu) đề xuất giải pháp quản lý, quy hoạch khai thác hợp lý (ĐTĐL 2010G/29), 20102013 Hình 2: Địa hình vùng nghiên cứu 2.4.2 Tài liệu thủy văn, mặn làm biên mơ hình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC Tài liệu thủy văn: Định dạng biên mơ hình tính gồm có biên: biên khơ (là biên giới hạn dịng chảy đường bờ) 02 bên ướt (biên lưu lượng thượng lưu biên mực nước hạ lưu) Biên thượng lưu số liệu thực đo lưu lượng trạm thủy văn quốc gia Cần Thơ, biên hạ lưu mực nước biển trích xuất từ cơng cụ tính tốn thủy triều toàn cầu module MIKE21 Toolbox(.21t) MIKE21 hiệu chỉnh với số liệu thực đo trạm thủy văn Trần Đề Tài liệu biên mặn: Các cửa sông ĐBSCL thường rộng (từ đến vài km) đo đạc độ mặn đặc trưng, mà có thực đo đạc tốn thực tế để Minh họa sơ đồ biên mơ hình CƠNG NGHỆ tính tốn mặn biên mặn phía biển hầu hết lấy số (từ 25-27mg/l) hay lấy nội suy sau chạy mơ lấy kết từ mô làm biên cho lần chạy mô việc làm không phản ánh chất tự nhiên Để giải vấn đề nghiên cứu xây dựng phạm vi sơ đồ tính xa phía biển lúc độ mặn thường không đổi theo mùa (cỡ 34-36g/l) Hiện giới có nhiều nguồn tài liệu độ mặn ngồi biển để trích xuất làm biên cho mơ hình tính tốn, nghiên cứu số liệu biên mặn ngồi biển trích xuất từ đồ trực tuyến https://www.nodc.noaa.gov/General/salinity.html Phân bố mặn vùng biển Việt Nam Hình 3: Biên lưu lượng mực nước cho mơ hình 2.4.3 Tài liệu hiệu chỉnh mơ hình Hiệu chỉnh thủy lực: Hiệu chỉnh với giá trị mực TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 69 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nước thực đo trạm thủy văn quốc giá sông Hậu (Trần Đề - Mỹ Thanh) trạm đo trình khảo sát mặn năm 2016 Số liệu mặn: Số liệu mặn trung bình trạm Trần Đề số liệu đo mặn phân tầng số vị trí dọc theo hai nhánh sông Hậu (Định An Trần Đề) từ biển lên đến qua địa phận Cù Lao Dung 2.5 Xây dựng sơ đồ tính biển Đơng để đảm bảo tính xác ổn định mơ hình biên mực nước phía biển lấy ngồi biển tính từ bờ khoảng 20km Trong phạm vi mơ hình cho đoạn sơng Hậu nghiên cứu điển hình sử dụng hai dạng lưới: Ơ lưới tứ giác (hình chữ nhật) cho vùng lịng sơng 3.356 kích thước trung bình 200 x 80m Ơ lưới tam giác cho ngồi biển số vị trí có cồn 8.277 diện tích trung bình 5.000m2 - 30.000m2 Sơ đồ tính xây dựng từ Cần Thơ đến Hình 4: Phạm vi chia lưới tính tốn cho vùng nghiên cứu 2.6 Thiết lập hiệu chỉnh thơng số mơ hình 2.6.1 Thiết lập thơng số mơ hình Các thơng số mơ hình thiết lập dựa kinh nghiệm hướng dẫn xây dựng mơ hình phần sở lý thuyết mơ vấn đề liên quan đến thủy động lực truyền chất sông…Các thông số mơ hình thử dần lựa chọn thơng số bảng tính phía Bảng 1: Tổng hợp thơng số thiết lập mơ hình chiều Tên thơng số Mơ hình thủy động lực Kỹ thuật giải (Solution Technique) Bước thời gian tính tốn Thời đoạn tính Rối ngang (Turbulence Horizontal) Biên mở Cần Thơ Biên mở biển Độ phân giải theo phương thẳng đứng 70 Trị số giá trị lựa chọn Bậc cao, tính chậm (Higher order) 10s tháng Hệ số nhớt rối theo công thức Smagorinsky (Eddy Coef.) = 0,28 Lưu lượng thực đo Trích từ mơ hình dự báo báo triều Toolbox MIKE21 lớp Sigma, có tính hiệu ứng boroclinic ảnh TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC Tên thơng số CƠNG NGHỆ Trị số giá trị lựa chọn hưởng độ muối Các thông số vận chuyển khuếch tán Kỹ thuật giải (Solution Technique) Khuếch tán dọc (Dispersion Horizontal) Khuếch tán đứng (Dispersion Vertical) Độ mặn ban đầu Biên mở Cần Thơ Biên mở ngồi biển Bậc cao, tính chậm (Higher order) Tính theo nhớt rối (Scaled Horizontal Eddy), hệ số tỷ lệ (scaling factor) = 0,3 Tính theo nhớt rối (Scaled Vertical Eddy), hệ số tỷ lệ (scaling factor) = 0,02 Phân bố miền tính biến thiên từ psu đến 32 psu tăng dần từ Cần Thơ, Mỹ Thanh biển Nước Độ muối 32 PSU 2.6.2 Kết hiệu chỉnh mơ hình Trên phạm vi nghiên cứu có trạm đo mực nước trạm trạm thủy văn Đại Ngãi trạm thủy văn Trần Đề Đồng thời trình khảo sát mặn phân tầng năm 2016 có kết hợp đo mực nước số điểm dọc sông số liệu dùng để hiệu chỉnh mơ hình Vị trí hiệu chỉnh mực nước Hiệu chỉnh mặn dùng số liệu mặn trung bình theo trạm Đại Ngãi để phù hợp với giá trị trung bình giá trị mặn trích từ mơ hình trích từ lớp số (lớp chiều sâu trung bình) Trong đợt đo mặn năm 2016 đo mặn phân tầng dọc theo sông nghiên cứu lựa chọn số trạm để phân tích hiệu chỉnh mơ hình Vị trí hiệu chỉnh mặn Hình 5: Một số vị trí thực đo dùng để hiệu chỉnh mơ hình Một số kết hiệu chỉnh thủy lực TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 71 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình 6: Kết hiệu chỉnh thủy lực Một số kết hiệu chỉnh mặn Trạm Đại Ngãi Vị trí t1 Vị trí t2 Vị trí t5 Vị trí t6 Hình 7: Kết hiệu chỉnh nồng độ mặn 72 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC Đánh giá phù hợp tính tốn mơ thực đo nghiên cứu tính tốn dùng phương pháp thử sai dùng hệ số NashSutcliffe (NSE) để đánh giá Đây hệ số thường dùng để đánh giá phù hợp số liệu mơ thực đo mơ hình toán Mức độ phù hợp sau: Rất tốt 0,75< NSE≤1,0; Tốt 0,65< NSE≤0,75; Chấp nhận 0,5< NSE≤0,65 khơng chấp nhận NSE≤0,5 CƠNG NGHỆ triều Trong giới hạn báo giới thiệu kết mơ cấu tạo hình dạng nêm mặn triều ngày cho hai thời đoạn đặc trưng năm mùa kiệt (tháng III) mùa lũ (tháng X) 3.1 Tuyến trích dẫn kết Phân tầng mặn nói chung nêm mặn nói riêng thay đổi theo khoảng thời gian năm, theo mùa, theo lưu lượng dòng chảy thưởng lưu, chu kỳ triều, thời kỳ triều thời điểm Trong nghiên cứu kết mô nêm mặn, đặc điểm nêm mặn, biến đổi hình dạng, tốc độ dịch chuyển nêm mặn thời kỳ triều thời điểm triều đặc trưng con triều lấy đường đẳng trị mặn có nồng độ mặn 4,0g/l làm chuẩn cho hai tuyến cắt dọc nhánh sơng Định An Trần Đề trích xuất kết theo dọc sông từ cửa biển lên thượng nguồn khoảng 55km vượt qua Cù Lao Dung khoảng 25km Trên sơ đồ tính trích xuất kết theo điểm có tọa độ theo mặt bằng: nhánh Định An từ P1 đến P8 (P4) đầu Cù Lao Dung); nhánh Trần Đề từ P1đến P9 (P5) đầu Cù Lao Dung) Các kết dọc theo hai nhánh sơng Định An Trần Đề trích xuất thời điểm để sở so sánh giá trị liên quan đến xâm nhập mặn, phân tầng hai nhánh sông Nhánh Định An Nhánh Trần Đề Kết hiệu chỉnh mơ hình cho yếu tố mực nước, nồng độ mặn trạm thủy văn quốc gia trạm đo tăng cường năm 2016 khu vực nghiên cứu tốt với hệ số tương quan NSE = 0,83÷0,97 Từ kết hiệu chỉnh cho thấy thơng số mơ hình phù hợp mơ hình tính đủ độ tin cậy để dùng nghiên cứu tính tốn KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ THẢO LUẬN Hình 8: Sơ họa tuyến trích kết dọc nhánh Định An TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 73 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 3.2 Lựa chọn thời gian thời điểm phân tích kết Xâm nhập mặn ĐBSCL chủ yếu tập trung vào mùa kiệt tác động lớn đến sản xuất mùa lũ tác động dòng chảy thượng lưu lớn nên mặn không xâm nhập vào sông Trong nội dung báo đưa kết mô nêm mặn vào mùa kiệt Đặc tính thủy triều vùng nghiên cứu bán nhật triều không đều, xâm nhập mặn, nêm mặn phụ thuộc vào lên xuống thủy triều phân tích chi tiết kết tính cho thời kỳ triều kém, thời kỳ triều lớn, triều cao triều nhỏ Chọn thời điểm đặc trưng thủy triều để phân tích, thời đoạn trích xuất kết chọn thời đoạn, thời điểm thủy triều đặc trưng cho vùng Thời kỳ triều từ ngày 2-5/3, thời kỳ trung bình từ ngày 7-9/3 thời kỳ triều cao từ 11-13/3 Các thời điểm trích xuất lựa chọn vào thời điểm đặc trưng triều 24h gồm có: chân triều thấp, đỉnh triều, chân triều cao Bảng 2: Các thời điểm trích kết mùa kiệt STT Thời điểm trích xuất kết Đặc điểm triều Triều thấp Triều trung bình Triều cao 5h 4/3/2016 9h 7/3/2016 12h 10/3/2016 Chân triều thấp 13h 4/3/2016 15h 7/3/2016 17h 10/3/2016 Đỉnh triều 17h 4/3/2016 20h 7/3/2016 0h 10/3/2016 Chân triều cao 22h 4/3/2016 02h 8/3/2016 4h 11/3/2016 Đỉnh triều 06h 5/3/2016 10h 5/3/2016 12h 11/3/2016 Chân triều thấp 3.3 Kết mô nêm mặn a Thời kỳ triều thấp từ ngày 2-5/3 (kết phân tích cho triều từ 5h ngày 4/3 đến 6h ngày 5/3), đỉnh triều lúc khoảng +1,0m 74 Nhánh Định An Nhánh Trần Đề Chân triều thấp Chân triều thấp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Đỉnh triều Đỉnh triều Chân triều cao Chân triều cao Đỉnh triều Đỉnh triều Chân triều thấp Chân triều thấp Hình 9: Nêm mặn nhánh Định An nhánh Trần Đề (thời kỳ triều thấp) b Thời kỳ triều trung bình từ ngày 7-8/3 (kết phân tích cho triều từ 9h ngày 7/3 đến 10h ngày 8/3), đỉnh triều lúc khoảng +1,5m Nhánh Định An Nhánh Trần Đề Chân triều thấp Chân triều thấp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 75 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Đỉnh triều Đỉnh triều Chân triều cao Chân triều cao Đỉnh triều Đỉnh triều Chân triều thấp Chân triều thấp Hình 10: Nêm mặn nhánh Định An nhánh Trần Đề (thời kỳ triều trung bình) c Thời kỳ triều cao từ ngày 10-13/3 (kết phân tích cho triều từ 12h ngày 10/3 đến 12h ngày 11/3), đỉnh triều lúc khoảng +1,9m 76 Nhánh Định An Nhánh Trần Đề Chân triều thấp Chân triều thấp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Đỉnh triều Đỉnh triều Chân triều cao Chân triều cao Đỉnh triều Đỉnh triều Chân triều thấp Chân triều thấp Hình 11: Nêm mặn nhánh Định An nhánh Trần Đề (thời kỳ triều trung bình) 3.4 Thảo luận kết nghiên cứu Qua kết mơ tính tốn cho thời điểm ba triều thời kỳ triều kém, trung bình cao mùa kiệt rút số kết hình dáng, chiều dày biến hình nêm mặn nhận xét chung phân tầng mặn nêm mặn mùa kiệt nhánh Định An Trần Đề sông Hậu sau: Bảng 3: Một số tóm tắt kết phân tầng mặn theo chiều dọc sông Tên sông I Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề II Định An Thời điểm trích kết Thời kỳ thủy triều thấp 5h 4/3/2016 - chân triều 13h 4/3/2016 - đỉnh triều 17h 4/3/2016 - chân triều 22h 4/3/2016- đỉnh triều 06h 5/3/2016 - chân triều Thời kỳ thủy triều trung bình 9h 7/3/2016 - chân triều Hình dáng nêm mặn Chiều dài nêm mặn (km) Dưới Trên mặt đáy Khoảng cách với đầu CLD (km) Trên Dưới mặt đáy Thoải Dốc Thoải Dốc Thoải Dốc Thoải Dốc Thoải Dốc 9,0 18,5 20,5 22,5 24,5 28,5 28,5 30,5 7,0 15,5 24,0 22,0 29,5 26,5 34,5 30,0 37,0 31,5 31,0 24,0 24,0 16,4 12,5 12,4 8,5 6,4 4,5 4,4 26,0 19,4 9,0 12,9 3,5 8,4 -1,5 4,9 -4,0 3,4 2,0 10,9 Thoải 17,0 44,0 16,0 -11,0 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 77 KHOA HỌC Thời điểm trích kết Tên sơng Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề III Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề Định An Trần Đề CÔNG NGHỆ 15h 7/3/2016 - đỉnh triều 20h 7/3/2016 - chân triều 02h 8/3/2016 - đỉnh triều 10h 5/3/2016 - chân triều Thời kỳ thủy triều cao 12h 10/3/2016 - chân triều 17h 10/3/2016 - đỉnh triều 0h 10/3/2016 - chân triều 5h 11/3/2016 - đỉnh triều 12h 11/3/2016 - chân triều Nhận xét chung: Về hình dáng nêm mặn ln có xu mỏng thời điểm chân triều triều rút sau tăng dần thời điểm triều lên đỉnh triều Sự biến hình nêm mặn chủ yếu diễn hai thời kỳ triều lên triều xuống nhánh chân triều thấp thời kỳ hai đỉnh triều chân triều cao nêm mặn có biến đổi Tốc độ phát triển nêm mặn không lớp mặt lớp đáy, lớp mặt có tốc độ nhanh lớp sâu nguyên nhân thay đổi hình dáng nêm mặn Tốc độ dịch chuyển phía biển nêm mặn triều xuống nhanh tốc độ triều lên Biến động hình dáng nêm mặn hai nhánh sơng có xu thế, kết mô nêm mặn hai nhánh sông Định An Trần Đề cho thấy nhánh Định An có xu mỏng thoải so với nhánh Trần Đề thời điểm tính tốn kỳ triều Tại nhánh Định An, hình dạng nêm mặn thay đổi theo thời gian nhanh nhánh Trần Đề chiều dài nêm mặn nhánh Định An xâm nhập sâu so với nhánh Trần Đề tối đa khoảng 10km KẾT LUẬN Trong nghiên cứu tác giả áp dụng xây 78 Hình dáng nêm mặn Thoải Thoải Dốc Thoải Dốc Thoải Dốc Thoải Thoải Thoải Dốc Hơi thoải Dốc Hơi thoải Dốc Hơi thoải Quá dốc Hơi thoải Dốc Chiều dài nêm mặn (km) Dưới Trên mặt đáy 17,5 37,0 27,0 42,0 27,5 34,0 38,5 46,5 35,0 35,5 27,0 42,0 32,5 43,5 17,0 45,5 25,5 39,5 19,0 25,0 29,5 32,0 28,0 30,5 33,0 31,5 19,0 22,5 39,5 29,5 38,5 32,0 38,5 32,0 39,0 31,5 29,5 27,5 Khoảng cách với đầu CLD (km) Trên Dưới mặt đáy 17,4 -2,1 6,0 -9,0 7,4 0,9 -5,5 -13,5 -0,1 -0,6 6,0 -9,0 2,4 -8,6 16,0 -12,5 9,4 -4,6 14,0 9,9 3,5 2,9 5,0 4,4 0,0 3,4 14,0 12,4 -6,5 5,4 -5,5 2,9 -5,5 2,9 -6,0 3,4 3,5 7,4 dựng thành cơng mơ hình giải số theo không gian chiều cho vùng sông Hậu gồm hai nhánh Định An Trần Đề với phạm vi từ Cần Thơ tới biển Việc áp dụng mơ hình 3D để mơ xâm nhập mặn, mơ cấu tạo nêm mặn vùng cửa sơng có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn Kết mơ từ mơ hình 3D xác định cấu trúc, hình thành phát triển, tốc độ phát triển nêm mặn theo thời điểm đặc trưng thủy triều (trong triều, thời đoạn chu kỳ triều…), số kết từ nghiên cứu nêm mặn hai nhánh sơng Hậu sau: - Biến động hình dáng nêm mặn hai nhánh sông Định An Trần Đề có xu thế, thời điểm chân triều nêm mặn có xu mỏng (đường đẳng trị mặn thoải), nêm mặn có xu dày lên (đường đẳng trị mặn dốc) triều đạt đỉnh hình dạng thay đổi q trình hai đỉnh triều (nêm mặn có xu tịnh tiến vào sông gia tăng không nhiều, triều xuống nêm mặn mỏng dần thời điểm chân triều để bắt đầu chu kỳ - Chiều dài nêm mặn nhánh sơng Hậu có khác rõ rệt Chiều dài nêm mặn lớp đáy nhánh Định An xâm nhập sâu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 KHOA HỌC nhánh Trần Đề thời điểm khác triều phía mặt lại có xu hướng ngược lại với phía đáy sâu - Nêm mặn biến động dịch chuyển lên xuống khu vực mũi Cù Lao Dung (MCLD) cách biển khoảng 33km tùy giai đoạn thủy triều, thời điểm thủy triều ngày mà nêm mặn vượt qua hay chưa vượt qua MCLD Trên nhánh Định An chiều dài lớn nêm mặn (4g/l) phía đáy khoảng 47,0km mặt 42,0km vượt qua MCLD 14km 9,0km Trên nhánh Trần Đề lớp đáy khoảng 45,0km, mặt 35,5km, vượt qua MCLD 10 0,6km Kết tính tốn ban đầu cho thấy lấy nước với nồng độ mặn ≤4g/l theo độ sâu khác khu vực đáy mặt nêm mặn phạm vi khoảng 5km nhánh Định An 9km nhánh Trần Đề Từ kết mô lan truyền mặn mơ hình 3D cho thấy có tượng phân tầng mặn tồn nêm mặn 02 nhánh sơng Hậu để lấy nước cách hiệu cần có tính tốn chi tiết với nhiều trường hợp, đồng thời cần sử dụng phương pháp đo đạc mặn trường nên CÔNG NGHỆ tăng cường đo theo tầng sâu đặc biệt khu vực lên xuống nêm mặn thượng hạ lưu MCLD khoảng 10km Từ nghiên cứu tác giả nhận thấy sử dụng mơ hình tốn số 3D hệ số khuếch tán nồng độ mặn phản ánh chất vật lý tượng Trong mơ hình 1D thơng thường hệ số khuếch tán D dao động khoảng từ 50200m2/s mơ hình 3D hệ số khuếch tán D dao động khoảng 0,2-0,4m²/s theo chiều dọc 0,02-0,03m²/s theo chiều đứng hệ số định tới kết tính tốn lan truyền mặn chiều Từ kết nghiên cứu tính tốn mơ nghiên cứu cho thấy xem xét áp dụng kết nghiên cứu vào thực tế sản xuất nâng cấp, thiết kế cơng trình cống kiểm sốt mặn hớt ngọt; loại hình bơm lấy nước theo khơng gian chiều để lấy nguồn nước có độ mặn thích hợp theo u cầu Trong công tác dự báo mặn sử dụng mơ hình tốn chiều xác định xác vị trí lấy nước đặc biệt khả lấy nước triều xuống gia tăng phía hạ nguồn tính tốn mơ hình chiều TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Tài liệu khảo sát đo đạc thực địa trường (2016), Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Đại học Utrecht (Hà Lan) MIKE 21 & MIKE FLOW MODEL FM; Hydrodynamic and Transport Module Scientific Documentation 2014 PGS.TS Nguyễn Nghĩa Hùng, 2013-2015; Nghiên cứu giải pháp khoa học - công nghệ để điều chỉnh ổn định đoạn sơng có cù lao diễn biến động lớn hình thái sông Tiền, sông Hậu; Đề tài cấp Quốc gia KC 08.21/11-15; Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam GS.TS Lê Mạnh Hùng, 2010-2013; Nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động khai thác cát đến thay đổi lịng dẫn sơng Cửu Long (sông Tiền, sông Hậu) đề xuất giải pháp quản lý, quy hoạch khai thác hợp lý (ĐTĐL 2010G/29); Đề tài cấp Quốc gia; Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam PGS.TS Nguyễn Nghĩa Hùng 2017-2020; Nghiên cứu tác động bất lợi biến đổi hình thái hình thái lòng dẫn hạ thấp mực nước hệ thống sông Cửu Long, đề xuất giải pháp giảm thiểu; Đề tài cấp Quốc gia; Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam PGS.TS Nguyễn Tùng Phong (2016-2018); Nghiên cứu dự báo, cảnh báo xâm nhập mặn phục vụ điều hành cấp nước quản lý vận hành hệ thống thủy lợi lấy nước vùng hạ lưu đồng Sông Hồng”; Đề tài NCKH cấp Bộ; Viện Nước tưới tiêu Môi trường TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 61 - 2020 79 ... 37 ,0 27,0 42,0 27,5 34 ,0 38 ,5 46,5 35 ,0 35 ,5 27,0 42,0 32 ,5 43, 5 17,0 45,5 25,5 39 ,5 19,0 25,0 29,5 32 ,0 28,0 30 ,5 33 ,0 31 ,5 19,0 22,5 39 ,5 29,5 38 ,5 32 ,0 38 ,5 32 ,0 39 ,0 31 ,5 29,5 27,5 Khoảng... 4 /3/ 2016 9h 7 /3/ 2016 12h 10 /3/ 2016 Chân triều thấp 13h 4 /3/ 2016 15h 7 /3/ 2016 17h 10 /3/ 2016 Đỉnh triều 17h 4 /3/ 2016 20h 7 /3/ 2016 0h 10 /3/ 2016 Chân triều cao 22h 4 /3/ 2016 02h 8 /3/ 2016 4h 11 /3/ 2016... kết hình dáng, chiều dày biến hình nêm mặn nhận xét chung phân tầng mặn nêm mặn mùa kiệt nhánh Định An Trần Đề sông Hậu sau: Bảng 3: Một số tóm tắt kết phân tầng mặn theo chiều dọc sông Tên sông