Nghiên cứu vai trò của bãi triều đến mực nước và lưu lượng sông sài gòn đồng nai TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM PHẠM THẾ VINH NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CÁC BÃI TRIỀU ĐẾN MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG SƠNG SÀI GỊN - ĐỒNG NAI CHUN NGÀNH: Kỹ thuật tài nguyên nước MÃ SỐ: 9-58-02-12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH, năm 2021 Cơng trình hồn thành Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TSKH Nguyễn Ân Niên Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Tăng Đức Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam vào lúc …… …… ngày …… tháng …… năm ………… Có thể tìm hiểu luận án thư Viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Khu vực hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai (SG-ĐN) trung tâm kinh tế quan trọng khu vực phía Nam Đây vùng có địa hình tương đối thấp, mạng lưới sông dày, chịu ảnh hưởng thủy triều Theo số liệu quan trắc mực nước trạm thuỷ văn từ năm 1980 đến 2015, mực nước lớn năm khu vực ven biển tác động nước biển dâng rõ (Vũng Tàu tăng 0,45 cm/năm) Tuy nhiên, so sánh với gia tăng mực nước lớn năm sơng mức độ gia tăng thấp nhiều không đồng khu vực (Nhà Bè tăng 1,03 cm/năm; Phú An tăng 1,21 cm/năm) Hậu tình trạng ngập triều hạ lưu sông SG-ĐN ngày trầm trọng cấp quyền có nhiều giải pháp để giảm thiểu Thực tế nay, địa hình khu vực đồng ven sơng thay đổi đáng kể, khu vực ngập triều trước thay khu công nghiệp, khu dân cư mà xây dựng đê bao bảo vệ để sản xuất nơng nghiệp Phải chăng, tình hình ngập phần tác động việc thay đổi bãi ngập triều Vì vậy, nghiên cứu làm rõ tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sơng thuộc khu vực hạ lưu sơng SG-ĐN Mục đích nghiên cứu - Phân tích dựa sở khoa học để đưa lập luận việc thay đổi bãi triều tác động đến mực nước lưu lượng lịng dẫn - Dựa vào mơ hình thủy lực, mô phỏng đánh giá tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông thuộc hạ lưu lưu vực sông SG-ĐN Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án bãi triều khu vực hạ lưu lưu vực sông SG-ĐN Giới hạn phạm vi nghiên cứu luận án bao gồm toàn khu vực ảnh hưởng triều tính từ trạm thuỷ văn Thủ Dầu Một sơng Sài Gịn trạm thuỷ văn Biên Hồ sông Đồng Nai đến cửa biển -1- Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp sau: (i) Phương pháp kế thừa; (ii) Phương pháp tổng hợp thu thập; (iii) Phương pháp phân tích; (iv) Phương pháp mơ hình tốn; (v) Phương pháp so sánh liên hệ thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án a Ý nghĩa khoa học: (i) Làm sáng tỏ tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng lòng dẫn sông SG-ĐN; (ii) Đưa luận khẳng định tác động bãi triều đến mực nước, lưu lượng sông lớn bỏ qua b Ý nghĩa thực tiễn: (i) Việc thay đổi bãi triều tác động lớn đến mực nước lưu lượng sông Tác động năm gần lớn nhiều so với tác động biến đổi khí hậu, nước biển dâng; (ii) Ứng dụng cho công tác nghiên cứu, thiết kế, xây dựng, khai thác vận hành công trình hạ lưu sơng SG-ĐN nói riêng cho tất khu vực trũng thấp, chịu tác động thủy triều Những đóng góp luận án - Thiết lập mối liên hệ bãi triều với mực nước lưu lượng sông - Lượng hóa tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông thuộc hạ lưu lưu vực sông SG-ĐN Cấu trúc luận án Luận án trình bày 140 trang, gồm 116 hình, 15 bảng trang thuyết minh Nội dung luận án gồm phần mở đầu, chương chính, phần kết luận kiến nghị, trình bày sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan nghiên cứu Chương 2: Cơ sở khoa học xây dựng công cụ nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận Kết luận kiến nghị Phần phụ lục trình bày 39 trang, gồm bảng biểu 41 hình minh họa thể bãi triều khu vực hạ lưu sơng SG-ĐN, giới thiệu mơ hình tốn sử dụng nghiên cứu, mô tả việc thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình -2- CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung Tình trạng ngập úng mối quan tâm hàng đầu thị lớn Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM), Đồng Nai Bình Dương Các nguyên nhân chủ yếu gây ngập khu vực nghiên cứu kể đến: (i) Mưa lớn; (ii) Triều cường; (iii) Lũ thượng lưu; (iv) Biến đổi khí hậu; (v) Đơ thị hoá; (vi) Lún Sự gia tăng mực nước lớn gây ngập khu vực hạ lưu sông SG-ĐN ngày lớn năm gần chủ yếu cho biến đổi khí hậu Tuy nhiên, tốc độ gia tăng mực nước lớn Vũng Tàu lại thấp nhiều so với mực nước lớn sơng Như vậy, ngồi yếu tố làm mực nước sông tăng cao đột biến năm gần nghiên cứu cho có nguyên nhân khác Liệu thu hẹp bãi triều để phát triển kinh tế khu vực làm cho dịng chảy cịn tập trung sơng gây nên mực nước lớn ngồi sơng dâng cao Hình 1: Mực nước lớn năm Phú An Bãi triều hạ lưu sông SG-ĐN thường nằm ven sơng chính, kênh, rạch nhánh Các bãi triều bị thay đổi khu vực nghiên cứu kể đến: (i) Bãi triều chuyển thành khu sản xuất nông nghiệp: Tổng diện tích đất sản xuất nông nghiệp chiếm 69,8% tổng diện tích đất tự nhiên Để bảo vệ khu sản xuất nông nghiệp, công trình (đê bao, cống hở, cống bọng…) xây dựng để kiểm sốt triều mực nước ngồi sơng cao tiêu nước chân triều thấp suốt thời kỳ canh tác; (ii) Bãi triều sau xây dựng cơng trình kiểm sốt ngập: Việc -3- xây dựng cơng trình kiểm sốt ngập lắp cửa van clape ngăn triều, xây dựng cống kiểm soát triều làm tác dụng cắt triều bãi triều kênh rạch vùng bảo vệ; (iii) Bãi triều san lấp xây dựng khu đô thị: Việc xây dựng khu đất ở, khu vực hành chính làm hẳn hầu hết bãi triều tự nhiên Đặc điểm khu vực san lấp thường có cao trình vượt đỉnh triều nên dịng chảy xâm nhập vào khu vực Tổng diện tích đất chiếm 21,0% tổng diện tích đất tự nhiên khu vực nghiên cứu; (iv) Bãi triều xây dựng cơng trình giao thơng: Việc xây dựng cơng trình giao thơng khu vực làm cho mối liên hệ dòng chảy sông bãi triều thay đổi so với trước Dịng chảy sơng chính khơng cịn xâm nhập trực tiếp vào bãi triều mà phải xa qua nhánh sông cống, cầu Với cống bọng nhỏ dịng chảy khơng thể vào hết bãi triều làm cho mực nước lớn ngồi sơng bãi triều có chênh lệch làm giảm tác động cắt triều bãi 1.2 Mối liên hệ sông bãi ngập triều Các bãi triều xuất ven sơng, xa sơng Các bãi triều đất mặt nước, đất nông nghiệp trước chưa canh tác, khu rừng ngập mặn, đất chưa sử dụng Hình 2: Các dạng bãi triều ven sơng sơng nhánh -4- Mối liên hệ bãi triều sơng theo hình thức: (i) Bãi triều ven sơng (một phía, Hình 2, a, c) gắn với mặt cắt sông xem không gian mở rộng sơng (ii) bãi triều biệt lập (Hình 2, b, c, d) Kết nối bãi triều sơng qua cơng trình, qua đoạn kênh (như mơ phỏng mơ hình KOD mơ hình VRSAP) 1.3 Các nghiên cứu trước 1.3.1 Các nghiên cứu giới Những số liệu thực đo thuỷ văn số khu vực chịu tác động thuỷ triều ảnh hưởng việc thay đổi bãi triều giới minh chứng cho việc mực nước lớn sông tăng nhanh N.E Vellingaa, A.J.F Hoitink, M van der Vegta, W Zhangc, P Hoekstraa (2014) cơng bố phân tích mực nước thực đo 70 năm 13 trạm phía Bắc vùng đồng sông Rhine-Meuse Họ chứng minh mực nước trung bình sơng có gia tăng song song với mực nước biển trung bình Khi nói đến mực nước lớn thấp nhất, ảnh hưởng can thiệp người vào thủy triều lớn mực nước biển dâng Đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến việc phân tích truyền triều cửa sơng dựa vào việc tuyến tính hóa phương trình thủy động lực cách bỏ qua thơng số qn tính, mật độ phương trình động lượng tuyến tính hóa thơng số ma sát Theo Leo C Vanrijn (2004), phương trình truyền triều cửa sơng viết dạng phương trình truyền sóng:  =  cos(t  kx) (1.1) Trong đó:   : Biên độ triều ω: Tần số góc (ω = 2π/T) k: số sóng (k= 2π/L) Những nghiên cứu tác động lưu lượng thượng lưu đến suy giảm thuỷ triều đề cập Theo H Cai, H H G Savenije M Toffolo (2014), tác động lưu lượng thượng lưu làm mực nước trung bình tăng dần phía thượng lưu có ảnh hưởng đáng kể đến việc truyền sóng thủy triều Một số nghiên cứu đề cập đến tác động địa hình đến chế độ thuỷ triều sơng dựa việc giải đơn -5- giản hố phương trình thủy động lực Deltares (2013), đề cập đến khuếch đại lớn thủy triều (biên độ triều gia tăng) sông châu Âu (Ems, Elbe, Scheldt Lore) Theo kết nghiên cứu, trường hợp có nhiều bãi ngập triều, lưu lượng cửa sông tăng lên, làm sông sâu thêm làm sức cản thủy lực 1.3.2 Các nghiên cứu nước Các số liệu thống kê phân tích mực nước lớn hạ lưu sông SG-ĐN nghiên cứu nước đề cập Các nghiên cứu, dự án thực khu vực tính toán đến mực nước gia tăng BĐKH tác động đến mực nước sông Một số nghiên cứu, dự án tính toán việc mực nước dâng cao thêm xây dựng cơng trình kiểm soát ngập Các giải pháp đề cập đến vấn đề cải tạo kênh rạch, xây dựng thêm hồ điều tiết để tăng thêm dung tích điều hoà dòng chảy mưa Một số nhà nghiên cứu đề cập đến vấn đề trữ nước mô hình thuỷ lực thiết lập Theo Nguyễn Tất Đắc (2005), ô chứa phân làm hai loại (ô trữ kín trữ hở) Theo Phạm Thế Vinh Nguyễn Ân Niên (2012), từ tính tốn thành phần nguồn nước xác định khối nước triều chứa vào ô trũng Khi bãi triều bị lấp nguồn trả ngược dịng làm mực nước lớn sông tăng thêm Từ nghiên cứu trên, cần làm rõ tác động bãi triều đến lưu lượng mực nước sông việc xác định mối quan hệ bãi triều với mực nước lưu lượng sông thông qua việc phân tích thơng số phương trình thuỷ động lực mơ phỏng mơ hình toán -6- CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở khoa học quan hệ bãi triều đến mực nước lưu lượng Để phân tích sở khoa học quan hệ bãi triều với mực nước lưu lượng sông, luận án dựa vào việc phân tích thơng số phương trình thuỷ động lực phương trình truyền triều mơ tả hàm sóng tuần hồn coi q trình truyền triều vào cửa sơng chuyển động sóng 2.1.1 Tác động chiều rộng bãi triều đến mực nước Phương trình liện tục hệ phương trình thuỷ động lực viết theo biến phụ thuộc Q(x,t), Z(x,t) viết dạng sau: Q Z (2.1)  Bc q x t Trong đó: Q: Lưu lượng mặt cắt (m3/s) Z: Cao độ mực nước (m) Bc: bề rộng mặt cắt sông bãi (m) q: Lượng nhập khu (m3/m.s) Nếu phân chia bề rộng mặt cắt sông thành hai thành phần (B Bbãi) khơng có dịng chảy nhập lưu phương trình (2.1) viết dạng: Q Z (2.2)  ( B  Bbãi ) 0 x t Trong đó: B: bề rộng mặt cắt sông (m) Bbãi: bề rộng mặt cắt bãi (m) Hình 3: Mặt cắt ngang sơng điển hình -7- Biến đổi phương trình (2.2): Q Z Z B   Bbãi x t t (2.3) Theo minh họa theo (2.3) ta thấy vế phải (  Bbãi Z ) dòng t chảy khu Trong thời điểm triều lên, Z2 > Z1 trị số Z > giá t trị  Bbãi Z < Như vậy, dòng chảy khu dương mực nước t lớn sơng tăng lên ngược lại Theo giá trị vế trái phương trình (2.3) với bề rộng bãi lớn giá trị vế phải nhỏ giảm mực nước lớn bãi sông Như vậy, bề rộng bãi tỷ lệ nghịch với dòng chảy khu làm giảm mực nước lớn sông Nếu coi q trình truyền triều vào cửa sơng chuyển động sóng theo Leo C Vanrijn, với cửa sơng khơng có dịng nhập lưu (q), lịng dẫn rộng (Bc>> H) với mặt cắt ngang hình chữ nhật có bề rộng khơng đổi, phương trình truyền sóng viết sau:  =  cos(t  kx)   cos( (t  x )) (2.4) c Trong đó:   : Biên độ sóng; ω: Tần số góc (ω = 2π/T); c: Vận tốc truyền sóng (c=L/T= ω/k); k: số sóng (k= 2π/L); T: Chu kỳ sóng; L: Chiều dài sóng Hình 4: Minh hoạ tham số sóng triều Vận tốc truyền sóng sơng theo Leo C Vanrijn (1989) tính theo cơng thức: -8- Hình 6: Minh hoạ bị hấp thụ sóng bãi triều thay đổi Thay giá trị c (2.6) vào phương trình (2.9) ta được:   H 1g  H Bg B  Bbãi H1 g  H Bg B  Bbãi  r  1 (2.10) Do lịng sâu sâu nên coi cao trình mực nước (H1 = H2), (2.10) trở thành:   1 B B  Bbãi 1 B B  Bbãi  r  1 Nếu đặt: rb = (2.11) B B  Bbãi (2.12) Trong đó: rb tỷ lệ bề rộng sông bề rộng sông tính bãi ngập triều Tỷ lệ nhỏ bãi triều lớn (0 ≤ rb ≤ 1) Thì phương trình thay (2.12) vào (2.11) phương trình trở thành:    rb (2.13) r  1  rb Theo phương trình (2.13), với bề rộng sông (B) chiều sâu cột nước (H) không đổi, bề rộng bãi lớn trị số rb nhỏ dẫn đến biên độ sóng ηr giảm nhiều - 10 - 2.1.2 Tác động chiều rộng bãi triều đến lưu lượng Về lưu lượng lòng dẫn có bãi, lưu lượng sau qua bãi triều (ở thượng lưu bãi ngập triều) giảm với trị số qr sau:  rb  (2.14) q r  1 gH 1  rb   Nếu viết dạng không thứ nguyên, đặt βb = r (tỷ lệ độ 1 giảm biên độ sóng biên độ sóng có bãi triều, (-1 < βb ≤ 0), βb viết sau:   rb r q  βb =    r 1 r gH1  rb (2.15) Một ví dụ với số liệu cụ thể cho phương trình (2.13) (2.15): Giả thiết bề rộng sông B = 1.000m; biên độ triều η1 = 1,5m; cao trình mực nước H = 10 m, bề rộng bãi triều giả định từ 100m đến 1.000m Sau tính toán ta kết Hình Hình 7: Quan hệ rb với βb Từ kết thấy rằng, chiều rộng bãi triều có tác động đến độ giảm mực nước lớn sông, chiều rộng bãi lớn mức độ giảm mực nước lớn sông nhiều Khi phân tích không thứ nguyên, tỷ lệ rb nhỏ (bãi triều lớn) tỷ lệ βb nhỏ (độ giảm mực nước lớn nhiều) - 11 - 2.1.3 Tác động mặt cắt lòng dẫn đến mực nước lưu lượng Đối với trường hợp mở rộng lòng dẫn, ta biết mở rộng mặt cắt theo chiều ngang chiều sâu lưu lượng sơng (khi chưa mở rộng mặt cắt q1) nhỏ lưu lượng sông (khi mở rộng mặt cắt q2): q1 < q2 Theo cơng thức truyền sóng (2.4) trường hợp khơng có bãi triều (B = Bc), lịng dẫn chữ nhật thì: c = gH q = η gH = η g ( H o   ) (2.16) Xét hai trường hợp ta có: q1 = c1η1 = η1 g ( H o  1 ) (2.17) q2 = c2η2 = η2 g ( H o   ) (2.18) Như vậy, q2 > q1 theo phương trình (2.17) (2.18); η2 > η1 việc mở rộng mặt cắt lòng dẫn làm cho biên độ triều tăng lên 2.2 Tài liệu phục vụ nghiên cứu 2.2.1 Tài liệu địa hình Số liệu địa hình bao gồm: (i) Địa hình mặt cắt sơng tồn sơng kênh khu vực hạ lưu SG-ĐN chủ yếu đo đạc từ năm 2006-2018; (ii) Bản đồ cao độ số 1/10.000 1/2.000 tỉnh thuộc hạ lưu sông Đồng Nai; (iii) Quy mô công trình thủy lợi, giao thơng, xây dựng sở hạ tầng 2.2.2 Tài liệu khí tượng thủy văn Các tài liệu khí tượng, thuỷ văn Quốc Gia từ năm 1980 đến 2018 2.2.3 Tài liệu sử dụng đất Các số liệu bao gồm: Diễn biến sử dụng đất tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, TPHCM, Bà Rịa - Vũng Tàu Long An vùng nghiên cứu năm: Năm 2000, năm 2010 năm 2015 2.2.4 Tài liệu ảnh viễn thám Các số liệu ảnh vệ tinh bao gồm loại: Landsat 1-2, Landsat 4- 5, Landsat 7, Landsat với độ phân giải 30m Các ảnh thu thập năm 1980, 1990, 2000, 2010 năm 2015 2.3 Công cụ sử dụng nghiên cứu 2.3.1 Cơng cụ phân tích cấu sử dụng đất - 12 - Trong việc phân tích ảnh vệ tinh, sử dụng phần mềm ENVI Dựa đặc trưng phản xạ phổ loại đối tượng phân thành loại đất: đất dân cư - xây dựng, đất nông nghiệp, đất mặt nước, đất rừng đất chưa sử dụng Xác định loại hình sử dụng đất cần phân chia, sau chọn vùng mẫu ảnh tương ứng so sánh với đồ trạng sử dụng đất năm 2015 2.3.2 Công cụ mô bãi ngập triều Để diễn tả mối tương quan thông số bãi triều với mực nước lưu lượng, luận án sử dụng mơ hình tốn thuỷ lực để mơ phỏng đánh giá Mơ hình MIKE áp dụng nghiên cứu bao gồm: (i) Mơ hình thử nghiệm cho mạng sơng đơn giản (ii) Mơ hình thuỷ lực cho vùng hạ lưu sơng SG-ĐN Mơ hình thử nghiệm bao gồm nhánh sông với mặt cắt sông mô tả giống với sơng Sài Gịn Đồng Nai Các trường hợp nghiên cứu tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông dựa vào việc thay đổi quy mơ vị trí bãi ngập triều Tất số liệu đầu vào khác, thơng số mơ hình khơng thay đổi tính tốn mơ phỏng Mơ hình thuỷ lực cho vùng hạ lưu sơng SG-ĐN thiết lập dựa mơ hình chiều, chiều mơ tả kết nối sông bãi ngập triều, kết nối qua cơng trình Mơ hình hiệu chỉnh kiểm định để sát với điều kiện thực tế Hình 8: Sơ đồ thủy lực kết nối chiều vùng nghiên cứu - 13 - 2.4 Diễn biến sử dụng đất khu vực nghiên cứu 2.4.1 Diễn biến sử dụng đất dựa tài liệu thu thập tỉnh Dien tich (ha) Theo kết nghiên cứu luận án dựa số liệu sử dụng đất 05 tỉnh, cấu sử dụng đất thay đổi nhiều Tổng diện tích đất 05 tỉnh khoảng 47.680ha vào năm 2000, tăng lên 92.100ha vào năm 2015 (tăng 93,2% so với năm 2000) Diện tích mặt nước thống kê khu vực vào khoảng 167.310ha vào năm 2000, đến năm 2015 giảm 126.550ha (giảm 24,4% so với năm 2000) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 2000 2010 2015 Đồng Nai Bình Dương TPHCM Bà Riạ Long An Hình 9: Thay đổi diện tích sử dụng đất từ năm 2000 – 2015 2.4.2 Diễn biến sử dụng đất dựa tài liệu phân tích ảnh vệ tinh Theo kết nghiên cứu phân tích ảnh vệ tinh luận án năm 1980, 1990, 2000, 2010 2015 Diện tích đất xây dựng khu vực hạ lưu sông SG-ĐN (bao gồm đất ở, đất giao thông, xây dựng, thủy lợi, sở hạ tầng…) tăng lên lớn, tổng diện tích đất xây dựng vùng hạ lưu sông Đồng Nai khoảng 118.750ha vào năm 1980, tăng lên 138.290ha vào năm 1990 (tăng 16,5% so với năm 1980) tăng lên 152.540ha vào năm 2000 (tăng 28,5% so với năm 1980), tăng lên 235.890ha vào năm 2010 (tăng 98,6% so với năm 1980) tăng lên 288.360ha vào năm 2015 (tăng 142,8% so với năm 1980) Như vậy, qua 35 năm, diện tích đất xây dựng tăng lên gần gấp ba so với trước Nếu xét từ năm 2000 đến 2015, thời gian có tốc độ xây dựng sở hạ tầng tăng nhanh, diện tích đất xây dựng tăng gần gấp đôi so với năm 2000 Sự thay đổi cấu sử dụng đất lớn làm cho bãi triều bị thu hẹp chí khơng số khu vực Những thay đổi nguyên nhân cần làm rõ để đánh giá tác động chúng đến thay đổi mực nước lưu lượng sông Các tài liệu sử dụng để mô phỏng thuỷ lực việc thu hẹp bãi triều nghiên cứu luận án - 14 - CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết phân tích biến động mực nước sông dựa vào số liệu thực đo Theo kết phân tích tương quan mực nước lớn từ năm 1980 đến 1999, mực nước lớn Vũng Tàu gia tăng 0,94 cm/năm mực nước Phú An gia tăng 0,42 cm/năm Xét giai đoạn từ năm 2000-2018, mực nước Vũng Tàu tăng 0,13 cm/năm mực nước Phú An lại gia tăng lên 1,81 cm/năm Điều chứng tỏ rằng, giai đoạn 20 năm trở lại đây, mực nước lớn Phú An gia tăng lớn Để làm rõ việc tác động bãi triều đến mực nước lớn sông tách ảnh hưởng mưa khu vực lũ thượng lưu, mực nước lớn tháng (mùa kiệt) sử dụng để phân tích Kết phân tích giai đoạn 1980-2018, độ gia tăng mực nước lớn sông gia tăng nhiều so với biển: Vũng Tàu tăng 0,38 cm/năm; Nhà Bè tăng 1,10 cm/năm; Phú An tăng 1,18 cm/năm; Thủ Dầu Một tăng 0,92 cm/năm; Biên Hòa tăng 2,46 cm/năm; Bến Lức tăng 1,07 cm/năm Điều chứng tỏ, tác động việc thu hẹp bãi triều nguyên nhân làm gia tăng mực nước lớn sông mùa lũ mùa kiệt Về hình dạng đường mực nước lớn dọc sơng, mực nước trung bình lớn năm trung bình lớn tháng có dạng vồng lên đoạn từ Phú An Nhà Bè (Hình 10), nơi mà bãi triều ven sông bị giảm đáng kể Hình 10: Đường mực nước trung bình lớn năm trung bình lớn tháng dọc sông - 15 - 3.2 Kết nghiên cứu quy luật mơ hình thử nghiệm Kết nghiên cứu mơ hình thử nghiệm trình bày sau: (i) Tại vị trí bãi triều, biên độ triều có xu hướng co hẹp lại làm cho mực nước lớn giảm thấp, mực nước nhỏ tăng lên Như vậy, cần giảm thấp mực nước đâu đặt ví trí bãi triều vị trí (Hình 11) (ii) Nếu xét q trình mực nước vị trí bãi triều, mực nước đỉnh triều cao khả cắt triều bãi lớn Diện tích vị trí bãi lớn tác động bãi triều đến độ giảm mực nước nhiều Dựa vào độ giảm mực nước lớn diện tích bãi triều thay đổi, xây dựng đường quan hệ mức độ giảm mực nước lớn diện tích bãi triều (Hình 12) Hình 11: Thay đổi mực nước lớn nhỏ diện tích bãi triều Thanh Đa thay đổi - 16 - Mực nước Phú An (m) 1,8 1,7 1,6 y = 0,347x2 - 0,7731x + 1,6957 R² = 0,9987 1,5 1,4 1,3 1,2 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Phần trăm diện tích bãi ngập triều chưa bị thu hẹp (%) Hình 12: Thay đổi mực nước lớn Phú An diện tích bãi triều Phú An thay đổi (iii) Xét thay đổi lưu lượng sông trường hợp khơng có khơng có bãi triều Khi có bãi triều lưu lượng sông hạ lưu bãi triều tăng lên lưu lượng sông thượng lưu bãi triều giảm Điều dẫn tới vận tốc sông thay đổi nguyên nhân làm xói lở bồi lắng lịng dẫn (iv) Cao trình bãi triều tác động đến mực nước đỉnh chân triều vị trí phụ thuộc vào chân triều vị trí Như vậy, bãi triều không cần sâu mà tác động chúng đến mực nước lớn nhiều (Hình 13) Hình 13: Tương quan biến đổi mực nước lớn nhất, nhỏ cao trình bãi thay đổi vị trí có chân triều -0,5m (tại Thủ Dầu Một) - 17 - (v) Biên độ triều lớn thêm diện tích mặt cắt sông hạ lưu tăng lên Điều chứng tỏ, khu vực sông Sồi Rạp nay, việc nạo vét lịng sơng làm gia tăng mực nước lớn Phú An Nhà Bè (Hình 14) Hình 14: Đường mực nước lớn trường hợp trạng mở rộng mặt cắt 3.3 Kết nghiên cứu tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng hạ lưu sơng Sài Gịn – Đồng Nai Các kết tính tốn mơ hình cho hạ lưu sơng SG-ĐN trình bày đây: (i) Tác động khu đất xây dựng làm gia tăng mực nước lớn sông 17 cm, tác động khu đất nông nghiệp làm gia tăng 25 cm (Hình 15) Tổng cộng tác động việc phát triển mặt khu vực làm gia tăng mực nước lớn sông 42 cm; (ii) Nếu xét độ gia tăng mực nước theo BĐKH (17 cm Phú An) gia tăng mực nước lớn thu hẹp bãi triều (19 cm Phú An) việc thu hẹp bãi triều người gây lớn nhiều so với mực nước biển dâng - 18 - Hình 15: Mực nước lớn trạng (H.T) xét đến tác động đất nông nghiệp (KB1) xây dựng (KB2) Lưu lượng vị trí sông giảm đáng kể so sánh trường hợp chưa có khu vực sản xuất nơng nghiệp xây dựng Nếu tính tác động khu đất nơng nghiệp xây dựng làm giảm diện tích bãi triều lưu lượng lớn cửa Sồi Rạp giảm 83% lưu lượng nhỏ giảm 85% (ii) Theo phân tích, vùng hạ lưu lưu vực sơng SG-ĐN cịn 23% diện tích bãi triều tương tác với triều khu vực Cần Giờ chiếm 68,3% diện tích này, khu vực lại khu vực hạ lưu cịn 31,7% Nếu khu trũng thấp khơng (ngoại trừ khu vực Cần Giờ, KB4), mực nước lớn sơng chính có độ gia tăng trung bình 19 cm so với Khi khu trũng thấp khơng cịn tương lai (kể khu vực Cần Giờ, KB5), mực nước lớn sông chính có độ gia tăng trung bình 25 cm so với trạng (Hình 16) Hình 16: Dự báo độ gia tăng mực nước lớn sông không khu trũng - 19 - (iii) Để đánh giá chi tiết thay đổi cấu sử dụng đất khu vực đến mực nước sông chính Nghiên cứu lựa chọn khu vực Nam Sài Gịn với diện tích khoảng 17.500ha Theo kết tính toán, tổng lượng qua bãi triều kênh rạch tồn Khu Nam Sài Gịn chu kỳ triều chưa bị thu hẹp lên tới 7,24 tỷ m3 Khi bãi triều khơng cịn, tổng lượng vào bãi triều lại khoảng 2,17 tỷ m3 chu kỳ triều (chỉ khoảng 30%) Mực nước đỉnh triều Phú An tăng lên khoảng 12 cm (tăng từ cao trình +1,58 m lên cao trình +1,70 m) Mực nước lớn Nhà Bè tăng lên khoảng 15 cm (tăng từ cao trình +1,54 m lên cao trình +1,69 m), mức độ tăng cao Phú An khu vực Nam Sài Gịn có nhiều sơng lớn (Cây Khơ, Mương Chuối, Cần Giuộc, Sông Kinh…) liên thông với vị trí gần trạm thuỷ văn Mực nước lớn Phú Mỹ Hưng tăng lên khoảng 20 cm (tăng từ cao trình +1,49 m lên cao trình +1,69 m), so với độ gia tăng mực nước lớn ngồi sơng chính mức độ gia tăng lớn nhiều khu vực nơi bị tác động chính việc san lấp bãi triều (Hình 17) Điều chứng tỏ không gian bãi triều Khu Nam Sài Gòn tác động lớn đến mực nước lớn sơng Lưu lượng sơng chính có biến đổi lớn, sơng Sài Gịn lưu lượng gia tăng lên khoảng 14,5% Trên sông Đồng Nai từ Mương Chuối đến Mũi Đèn đỏ lưu lượng tăng lên 21% Tại sơng Sồi Rạp từ Hiệp Phước đến biển Đông lưu lượng lại giảm 10,7% so với chưa thu hẹp bãi triều Hình 17: Quan hệ mực nước đỉnh triều lớn vị trí phần trăm diện tích bãi triều khu Nam Sài Gòn - 20 - 3.4 Giải pháp giảm thiểu tác động gia tăng mực nước đỉnh triều Ngoài tác động người, tác động biến đổi khí hậu làm gia tăng mực nước lớn sơng Có nhiều giải pháp cho việc kiểm sốt ngập khu vực, lên đê bao xây dựng cống bảo vệ mực nước dâng cao, nâng cao cốt xây dựng để tránh việc ngập Đối với đê bao thường kết hợp với đường giao thông, việc nâng cao cao trình đê kéo theo kết nối sở hạ tầng xung quanh phải thay đổi Việc nâng cao cốt khó khăn đất xây dựng cơng trình, đặc biệt cơng trình nhà Để nghiên cứu làm giảm mực nước lớn sông số giải pháp đề cập: (i) Co hẹp cửa Soài Rạp việc xây dựng đập ngăn phần sơng Sồi Rạp làm giảm lượng triều làm co hẹp biên độ triều; (ii) Giải pháp xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng nhằm kiểm sốt ngập cho khu vực nghiên cứu giải pháp tác động vào cửa sông để giảm mực nước lớn sông Các nghiên cứu giải pháp kỹ thuật tốt việc kiểm soát mực nước đỉnh triều, nhiên tác động cơng trình lớn đến mơi trường sinh thái kinh phí xây dựng cần cân nhắc Trong nghiên cứu này, luận án đề xuất giải pháp khôi phục lại bãi triều bị thu hẹp trước Các khu vực sản xuất nông nghiệp muốn sử dụng vào việc điều hồ dịng triều mùa triều cường cần mở cống ngăn triều, khai thông kênh rạch khu vực tham gia vào việc giảm đỉnh triều Như vậy, khu vực sử dụng canh tác mùa triều thấp giảm mực nước đỉnh triều thời kỳ triều cao Các bãi triều mô phỏng phân bố ven sơng Sài Gịn từ Thị Tính đến cửa sơng Sài Gịn sơng Đồng Nai từ Biên Hồ đến Hiệp Phước với tổng diện tích 430km2 Theo kết tính tốn, mực nước tại Phú An lúc giảm từ cao trình +1,68m đến cao trình +1,50m (giảm 18cm), Thủ Dầu Một giảm từ cao trình +1,48m xuống cịn +1,23m Với cao trình mực nước lớn làm giảm ngập đáng kể cho vùng nghiên cứu Như vậy, giài pháp hoàn trả lại khu trũng, làm giảm mực nước sông, đưa dòng chảy theo tự nhiên trước phương diện kỹ thuật thực Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu dựa vào khía cạnh kinh tế xã hội Mặt khác, không áp dụng giải pháp mà kết hợp với giải pháp khác tác động làm thu hẹp phần cửa sông để giảm lượng triều từ biển, từ hạ thấp mực nước đỉnh triều sông - 21 - 3.5 Kết xây dựng tương quan diện tích vị trí bãi triều với mực nước lớn sông Dựa vào số liệu mơ phỏng mơ hình tốn, xây dựng đường quan hệ độ giảm mực nước lớn Phú An với khoảng cách bãi triều theo diện tích cụ thể (Hình 18) Một tập hợp mô phỏng thực nghiên cứu bao gồm thay đổi vị trí bãi triều diện tích bãi triều để đưa bảng kết mực nước phụ thuộc vào diện tích bãi triều khoảng cách từ vị trí bãi triều tới Phú An Từ kết xây dựng hàm tương quan độ giảm mực nước Phú An biết diện tích bãi vị trí bãi triều Như vậy, biết khoảng cách từ bãi triều đến vị trí tính tốn diện tích bãi triều tính toán độ giảm mực nước Phú An Kết cho thấy rằng, mối quan hệ độ suy giảm mực nước lớn với diện tích kết mơ hình thử nghiệm, mối quan hệ độ suy giảm mực nước lớn với chiều rộng bãi triều kết mơ hình thử nghiệm, thể hợp lý với việc phân tích lý thuyết truyền sóng triều cửa sơng Hình 18: Quan hệ độ giảm mực nước lớn Phú An thay đổi vị trí tính từ Phú An đến Hiệp Phước diện tích bãi triều - 22 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Địa hình lịng sông bãi ven sông thay đổi tác động yếu tố tự nhiên người, thay đổi tác động đến mực nước lưu lượng sơng Các dạng địa hình kể đến như: (i) Địa hình mặt cắt sơng vao gồm mặt cắt lịng sơng bãi bên; (ii) Các khu trũng phía thượng lưu khu chậm lũ; (iii) Tại hạ lưu vùng ảnh hưởng triều bãi chứa (chậm) triều (bãi triều) Luận án tập trung nghiên cứu thay đổi mực nước lưu lượng sông thu hẹp bãi triều Luận án sử dụng việc phân tích lý thuyết để xác định mối quan hệ bề rộng bãi triều với mực nước lưu lượng sông Luận án sử dụng tài liệu sử dụng đất thông quan việc thu thập số liệu địa phương phân tích ảnh vệ tinh để xác định bãi triều Để làm rõ tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông, luận án xây dựng mơ hình thử nghiệm nhằm mơ phỏng bãi triều với nhiều trường hợp tính Đối với áp dụng tính tốn thực tế cho hạ lưu sơng SG-ĐN, luận án sử dụng mơ hình thuỷ lực (1 chiều, chiều) để mô tả tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông khu vưc hạ lưu sơng SG-ĐN Luận án mơ phỏng tính tốn dự báo mực nước lớn dâng lên tương lai bãi triều khơng cịn đề xuất giải pháp giảm mực nước sông dựa quan điểm khôi phục bãi ngập triều Như có thể thấy rằng, bãi triều vùng nghiên cứu là một yếu tố vô cùng quan trọng tác động đến chế đợ triều Theo kết phân tích, tác đợng của người việc thu hẹp bãi triều làm cho mực nước lớn nhất tăng lên còn lớn nhiều so với tác động của nước biển dâng Do đó, người cần phải có những quan niệm và ứng xử phù hợp vấn đề khai thác và bảo vệ bãi triều khu vực Nghiên cứu này áp dụng cho vùng hạ lưu SG-ĐN về nguyên lý và quy luật chung có thể áp dụng được cho lưu vực sông khác nơi có ảnh hưởng của thủy triều Hướng phát triển Các yếu tố lún sụt đất, biến hình lịng dẫn, tác động gió, thành phần độ mặn, hình dạng bãi triều cơng trình tác động đến truyền triều vào cửa sông chưa đề cập nghiên cứu Trong nghiên cứu tiếp theo, cần nghiên cứu thêm yếu tố để đưa kết đầy đủ - 23 - CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 1) Phạm Thế Vinh, Nguyễn Ân Niên, 2012 Phân tích tác đợng thành phần triều tiêu nước thị vùng ảnh hưởng triều, Tuyển tập kết KH&CN 2012, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam; 2) Phạm Thế Vinh, Nguyễn Ân Niên, 2015 Một số nhận định về biến động mực nước sơng Việt Nam, Tuyển tập kết KH&CN 2015, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam; 3) TRINH Thi Long, VO Khac Tri, NGUYEN van Khanh Triet, PHAM The Vinh, FUJII Hideto, 2016 Evaluation of Full-Dike System Impact on the Flow Regime in a Flood Prone Area of the Mekong Delta, Japan International Center for Agriculture Science (Tạp chí Quốc tế Nhật JIRCAS có chuẩn ISSN 13421999 xuất năm 2016); 4) Phạm Thế Vinh, Đỗ Đắc Hải, Nguyễn Ân Niên, 2016 Thử tìm tớc đợ trùn triều hệ thớng sơng ngịi, Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học thủy khí tồn quốc lần thứ 19; 5) Phạm Thế Vinh, Nguyễn Ân Niên, Tăng Đức Thắng, 2017 Tác động của bãi triều đến chế đợ dịng chảy hạ lưu sơng Đồng Nai, Tuyển tập kết KH&CN 2017, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam; 6) Phạm Thế Vinh, Nguyễn Ân Niên, Tăng Đức Thắng, 2017 Mô chế dịng triều tác đợng của thay đổi mặt bằng sử dụng đất đến mực nước hạ lưu sông Đồng Nai, Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học thủy khí tồn quốc lần thứ 20; 7) Võ Quang Tường, Phạm Thế Vinh, Nguyễn Quý, Huỳnh Thanh Sơn, 2018 Nghiên cứu bước đầu tác động của hồ điều tiết Cần Giờ (dự kiến) đến mực nước sơng Sài Gòn (TPHCM), Tạp chí KH&CN Thủy lợi số 43, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam - 24 - ... mực nước vị trí bãi triều, mực nước đỉnh triều cao khả cắt triều bãi lớn Diện tích vị trí bãi lớn tác động bãi triều đến độ giảm mực nước nhiều Dựa vào độ giảm mực nước lớn diện tích bãi triều. .. việc thay đổi bãi triều tác động đến mực nước lưu lượng lịng dẫn - Dựa vào mơ hình thủy lực, mơ phỏng đánh giá tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông thuộc hạ lưu lưu vực sông SG-ĐN Đối... nguồn nước xác định khối nước triều chứa vào ô trũng Khi bãi triều bị lấp nguồn trả ngược dịng làm mực nước lớn sông tăng thêm Từ nghiên cứu trên, cần làm rõ tác động bãi triều đến lưu lượng mực nước