Nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn nước mặt tỉnh nam định

LỜI CẢM ƠN Sau gần năm thực hiện, luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Quy hoạch Quản lý Tài nguyên nước với đề tài: “Nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn nước mặt tỉnh Nam Định” tác giả hoàn thành Đây thể kiến thức tác giả tiếp thu từ thầy, q trình học tập trường Tác giả xin bày tỏ long kính trọng, biết ơn chân thành đến thầy Nguyễn Cao Đơn, TS giảng viên Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước dành nhiều thời gian cơng sức tận tình trực tiếp hướng dẫn tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Nhà trường, thầy cô giáo nhà trường đem hết tâm huyết truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi học tập trình làm luận văn giúp tác giả hồn thành khóa học Qua tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người than bạn bè đồng nghiệp khích lệ, động viên tơi suất q trình học tập nghiên cứu Đây động lực to lớn giúp tơi hồn thành khóa học Do thời gian lực thân có hạn nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong thầy cơ, đồng nghiệp bạn bè đóng góp ý kiến để tác giả hoàn thiện thêm, tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2012 TÁC GIẢ Sái Hồng Dương MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ T T DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU T T MỞ ĐẦU T T CHƯƠNG TỔNG QUAN T T 1.1 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn T T 1.1.1 Các nghiên cứu nước T T 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước T T CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU 15 T T 2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu 15 T T 2.1.1 Vị trí địa lý 15 T T 2.1.2 Đặc điểm địa hình 15 T T 2.1.3 Mạng lưới sơng ngịi .17 T T 2.2 Đặc trưng khí hậu nguồn nước 20 T T 2.2.1 Đặc trưng khí hậu 20 T T 2.2.2 Dòng chảy .29 T T 2.2.3 Thủy triều xâm nhập mặn 31 T T 2.3 Các kịch biến đổi khí hậu – nước biển dâng 35 T T CHƯƠNG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN NƯỚC MẶT TỈNH T NAM ĐỊNH 36 T 3.1 Đánh giá trạng tình xâm nhập mặn tỉnh Nam Định .36 T T 3.2 Xây dựng phương án tính tốn 37 T T Nhóm phương án – Biến đổi lượng nước thượng nguồn (PA1) 38 T T Nhóm phương án - Ảnh hưởng thủy triều (PA2) 41 T T Nhóm phương án – Nước biển dâng Biến đổi khí hậu (PA3) .42 T T Một số ảnh hưởng biến đổi khí hậu 42 T T Kịch nước biển dâng 44 T T 3.3 Ứng dụng mơ hình MIKE11 tính tốn dự báo xâm nhập mặn tỉnh Nam T Định 46 T 3.2.1 Giới thiệu mơ hình 46 T T 3.2.2 Thuật toán giải hệ phương trình S.Venant mơ hình MIKE11 .48 T T 3.2.4 Sơ đồ tính tốn tài liệu 53 T T 3.2.5 Mô hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 59 T T 3.4 Kết tính tốn ứng với phương án 66 T T Kết tính tốn với nhóm phương án (PA1) 66 T T Kết tính tốn với nhóm phương án (PA2) 69 T T Kết tính tốn với nhóm phương án (PA3) 74 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 T T PHỤ LỤC TÍNH TỐN 85 T T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Bản đồ địa hình, sơng suối hệ thống sơng Hồng - sơng Thái Bình 16 TU T U Hình 3.1 Sơ đồ minh hoạ cân nước thiết lập phương trình liên tục 48 TU T U Hình 3.4 Hệ thống sơng mặt cắt vùng nghiên cứu 56 TU T U Hình 3.5 Sơ đồ mạng lưới sơng, mặt cắt hạ lưu vực sơng Hồng - Thái Bình TU thiết lập mơ hình Mike 11 59 T U Hình 3.5 Q trình dịng chảy trạm Như Tân 61 TU T U Hình 3.6 Quá trình dòng chảy trạm Phú Lễ .61 TU T U Hình 3.7 Q trình dịng chảy trạm Ba Lạt 61 TU T U Hình 3.8 Q trình dịng chảy trạm Định Cư 62 TU T U Hình 3.9 Q trình dịng chảy trạm Đơng Xuyên 62 TU T U Hình 3.10 Q trình dịng chảy trạm Quang Phục 62 TU T U Hình 3.11 Q trình dịng chảy trạm Kiến An 63 TU T U Hình 3.12 Quá trình dòng chảy trạm Cửa Cấm .63 TU T U Hình 3.13 Quá trình dịng chảy trạm Do Nghi 63 TU T U Hình 3.14 Q trình dịng chảy trạm Đơn Sơn 64 TU T U Hình 3.15 Q trình dịng chảy trạm Cao Kênh 64 TU T U Hình 3.16 Q trình dịng chảy trạm Trung Trang 64 TU T U Hình 3.17 Q trình dịng chảy trạm Chanh Thử 65 TU T U Hình 3.18 Q trình dịng chảy trạm Phả Lại 65 TU T U Hình 3.19 Quá trình dòng chảy trạm Hưng Yên 65 TU T U Hình 3.20 Quá trình dịng chảy trạm Nam Định 66 TU T U Hình 3.21 Q trình dịng chảy trạm Trực Phương 66 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Đáy (PA1-a) 98 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Ninh Cơ (PA1-a) 98 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Hồng (PA1-a) .99 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Đáy (PA1-b) .100 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Ninh (PA1-b) 100 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Hồng (PA1-b) .101 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Đáy (PA1-c) 101 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Ninh Cơ (PA1-c) 102 TU T U Hình Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Hồng (PA1-c) .102 TU T U Hình 10 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Đáy (PA3a-20) 103 TU T U Hình 11 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Ninh (PA3a-20) 103 TU T U Hình 12 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Hồng (PA3a-20) 104 TU T U Hình 13 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Đáy (PA3b-20) 105 TU T U Hình 14 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Ninh Cơ (PA3b-20) 105 TU T U Hình 15 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Hồng (PA3b-20) 106 TU T U Hình 16 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Đáy (PA3c-20) 107 TU T U Hình 17 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Ninh Cơ (PA3c-20) 107 TU T U Hình 18 Chiều dài xâm nhập mặn lớn sông Hồng (PA3c-20) 108 TU T U Hình 19 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Đáy (PA3_75_50_nd37) 109 TU T U Hình 20 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Ninh Cơ (PA3_75_50_nd37) TU T U 109 Hình 21 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Hồng (PA3_75_50_nd37) 110 TU T U Hình 22 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Đáy (PA3_80_50_nd37) 111 TU T U Hình 23 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Ninh Cơ (PA3_80_50_nd37) TU T U 111 Hình 24 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Hồng (PA3_80_50_nd37) 112 TU T U Hình 25 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Đáy (PA3_85_50_nd37) 113 TU T U Hình 26 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Ninh Cơ (PA3_85_50_nd37) TU T U 113 Hình 27 Chiều dài xâm nhập mặn lớn dọc sông Hồng (PA3_85_50_nd37) 114 TU T U DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Đặc trưng hình thái số sơng hệ thống sơng Hồng - sơng TU Thái Bình 17 T U Bảng 2.2 Nhiệt độ không khí trung bình năm 21 TU T U Bảng 2.3 Độ ẩm trung bình tháng năm theo vùng lưu vực 23 TU T U Bảng 2.4 Lượng bốc ống (PICHE) trung bình tháng năm theo vùng TU lưu vực .24 T U Bảng 2.5 Tổng lượng mưa trung bình tháng năm trạm lưu vực .26 TU T U Bảng 2.6 Độ mặn trung bình số phân lưu hệ thống sông Hồng - sông Thái TU Bình 33 T U Bảng 2.7: Khoảng cách xâm nhập mặn trung bình số sơng .34 TU T U Bảng 2.8: Triết giảm độ mặn triền sông 35 TU T U Bảng Dòng chảy mùa kiệt ứng vơi tần suất thiết kế Trạm Sơn Tây .39 TU T U Bảng Tổng lưu lượng u cầu dịng vào cụm lấy nước 40 TU T U Bảng Bảng tổng hợp phương án tính tốn nhóm phương án .41 TU T U Bảng Các phương án tính tốn nhóm phương án .42 TU T U Bảng Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 44 TU T U Bảng Chiều cao nước dâng Biến đổi khí hậu 45 TU T U Bảng Các phương án tính tốn nhóm phương án 46 TU T U Bảng 3.4 Kết hiệu chỉnh mơ hình 60 TU T U Bảng Thống kê chiều dài xâm nhập mặn dọc hệ thống sông phương án PA1-a 67 TU T U Bảng Thống kê chiều dài xâm nhập mặn dọc hệ thống sông phương án PA1-b 67 TU T U Bảng Thống kê chiều dài xâm nhập mặn hệ thống sông phương án PA1-c 68 TU T U Bảng 10 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều cường PA2a 69 TU T U Bảng 11 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều trung bình PA2a 69 TU T U Bảng 12 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều PA2a 70 TU T U Bảng 13 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều cường PA2b 70 TU T U Bảng 14 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều trung bình PA2b 71 TU T U Bảng 15 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều PA2b 71 TU T U Bảng 16 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều cường PA2c 72 TU T U Bảng 17 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều trung bình PA2c 72 TU T U Bảng 18 Khoảng cách xâm nhập mặn lớn kỳ triều PA2c 73 TU T U Bảng 19 Thống kê chiều dài xâm nhập mặn hệ thống sông phương án PA3a-20 74 TU T U Bảng 20 Thống kê chiều dài xâm nhập mặn hệ thống sông phương án PA3b-20 75 TU T U Bảng 21 Thống kê chiều dài xâm nhập mặn hệ thống sông phương án PA3c-20 75 TU T U Bảng 22 Thống kê chiều dài xâm nhập mặn theo phương án PA3_75_50_nd37 76 TU T U Bảng 23 Thống kê chiều dài xâm nhập mặn theo phương án PA3_80_50_nd37 76 TU T U Bảng 24 Thống kê chiều dài xâm nhập mặn theo phương án PA3_80_50_nd37 77 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Yên Hưng – Quảng Ninh 86 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Thủy Nguyên – Hải Phòng 87 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống An Hải – Hải Phòng 88 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Đa Độ – Hải Phòng 89 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Tiên Lãng – Hải Phòng 90 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Vĩnh Bảo – Hải Phòng 91 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Thái Thụy – Thái Bình 92 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Tiền Hải – Thái Bình 93 TU T U Bảng Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Giao Thủy – Nam Định 94 TU T U Bảng 10 Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Hải Hậu – Nam Định 95 TU T U Bảng 11 Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Nghĩa Hưng – Nam Định 96 TU T U Bảng 12 Quan hệ Q ~ t đầu mối hệ thống Kim Sơn – Ninh Bình 97 TU T U MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Nam Định là tỉnh thuộc vùng duyên hải bắc bộ , nằm phía nam đồ ng bằng sông Hồng , khoảng từ 19°54′đến 20°40′độ vĩ bắc, và từ 105°55′ đến 106°45′ độ kinh đơng Nam Định tiếp giáp với tỉnh Thái Bình phía bắc, tỉnh Ninh Bình phía nam, tỉnh Hà Nam phía tây bắc, giáp biển (vịnh Bắc Bộ) phía đơng Tởng diện tích tự nhiên của toàn tỉnh là 1.669 km² Nam Định gồm có Thành phố 09 huyện, theo điều tra dân dố 01/04/2009 Nam Định có 1.825.771 người với mật độ dân số 1.196 người/km² Cơ cấu kinh tế nơng-lâm-thuỷ sản chiếm 41%; Cơng nghiệp-xây dựng: 21.5%; Dịch vụ: 38% Nam Định có bờ biển dài 72 km có điều kiện thuận lợi cho chăn ni đánh bắt hải sản, có khu bảo tồn thiên nhiên quốc gia rừng ngập mặn Xuân Thủy (huyện Giao Thủy) Vùng nghiên cứu chịu tác động chế độ thủy văn sông lớn chảy qua sông Hồng, sông Ninh Cơ và sông Đáy hải văn biển đơng Về địa hình, Nam Định chia thành vùng gồm: (1) Vùng đồng thấp trũng: gồm huyện Vụ Bản, Ý Yên, Mỹ Lộc, Nam Trực, Trực Ninh, Xuân Trường Đây vùng có nhiều khả thâm canh phát triển nông nghiệp, công nghiệp dệt, công nghiệp chế biến, cơng nghiệp khí ngành nghề truyền thống (2) Vùng đồng ven biển: gồm huyện Giao Thủy, Hải Hậu Nghĩa Hưng đất đai phì nhiêu, có nhiều tiềm phát triển kinh tế tổng hợp ven biển (3) Vùng trung tâm công nghiệp - dịch vụ thành phố Nam Định: có ngành cơng nghiệp dệt may, cơng nghiệp khí, cơng nghiệp chế biến, ngành nghề truyền thống, phố nghề… với ngành dịch vụ tổng hợp, dịch vụ chuyên ngành hình thành phát triển từ lâu Cũng tỉnh vùng đồng Bắc Bộ, Nam Định mang khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm Nhiệt độ trung bình năm từ 23 - 24°C Tháng lạnh tháng 12 1, với nhiệt độ trung bình từ 16 - 17 °C Tháng nóng nhất, nhiệt độ khoảng 29°C Lượng mưa trung bình năm từ 1.750 - 1.800 mm, chia làm mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng đến tháng 10, mùa mưa từ tháng 11 đến tháng năm sau Số nắng năm: 1.650 - 1.700 Độ ẩm tương đối trung bình: 80 - 85% Mặt khác, nằm vùng vịnh Bắc Bộ nên hàng năm Nam Định thường chịu ảnh hưởng bão áp thấp nhiệt đới, bình quân từ - cơn/năm Thuỷ triều vùng biển Nam Định thuộc loại nhật triều, biên độ triều trung bình từ 1,6 - 1,7 m; lớn 3,31 m nhỏ 0,11m Sự phát triển kinh tế xã hội của vùng ven biển nói chung và Nam Định nói riêng phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước ngọt của các sông lớn Nước ngọt phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt thiết yếu của người , cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và các ngành dùng nước khác Theo tài liệu quan trắc của Trung tâm thủy lợi , môi trường ven biển và hải đảo từ năm 2004 đến cho thấy mức độ xâm nhập mặn các sông lớn vùng ven biển bắc bộ ngày càng sâu vào đất liền Mặn bắt đầu xâm nhập vào sâu đất liền dọc theo các sông mùa mưa kết thúc , lúc này ở mức độ thấp Từ giữa đến cuối mùa khô , lượng nước từ thượng lưu đổ về ngày một giảm cũng là thời kỳ xâm nhập mặn nội địa cũng đạt cực đại Với độ mặn 1o/ oo , chiều sâu P P R R xâm nhập mặn từ 25 đến 40km tính từ cửa biển tùy theo đặc điểm từng sông và sự điều tiết của các hồ chứa vào thời kỳ này Như vậy nguồn nước ngọt các sông lớn vùng ven biển bắc bộ ngày càng bị ảnh hưởng bở i xâm nhập mặn từ biển Đông, đồng nghĩa với việc ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống, sức khỏe, sản xuất, kinh tế xã hội, môi trường v.v vùng ven biển bắc bộ Trước những bất lợi của xâm nhập mặn gây cần phải sâu ngh iên cứu đề xuất các giải pháp cho từng vùng với những đặc thù cụ thể khác Muốn vậy, phải nắm vững quy luật của xâm nhập mặn từ đó xây dựng luận cứ cho việc khai thác sử dụng hiệu quả tài nguyên đất , nước khí hậ u và bảo vệ mơi trường phát triển bền vững Vì nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn nước mặt tỉnh Nam Định nói riêng tồn dải ven biển bắc nói chung điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng nhiệm vụ cần thiết cấp bách II Mục tiêu đề tài Kết quả nghiên cứu nhằm giúp cho các quan quản lý , các hộ dùng nước việc bảo vệ , khai thác và sử dụng tài nguyên nước khoa học , hợp lý và bền vững Góp phần phát triển bền vững kinh tế, xã hội, môi trường tỉnh Nam Định điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng III Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn nước mặt tỉnh Nam Định điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng IV.Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: (1) Tiếp cận tổnghợp Xem khu vực nghiên cứu phần lưu vực sơng Hồng, sơng Thái Bình, điều kiện cấu thành hệ thống gồm: địa hình, địa chất, khí hậu, nước, sinh vật, người, phương thức quản lý, khai thác v.v…, thành phần hệ tương tác có quan hệ ràng buộc, tác động lẫn (2) Tiếp cận hệ kinh tế – sinh thái – môi trường Mục tiêu việc dự báo xâm nhập mặn quản lý , khai thác ... thiên niên kỷ phát triển bền vững đất nước 36 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN NƯỚC MẶT TỈNH NAM ĐỊNH 3.1 Đánh giá trạng tình xâm nhập mặn tỉnh Nam Định Nam Định có hệ thống đê khống chế tồn... hội, môi trường tỉnh Nam Định điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng III Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu dự báo xâm nhập mặn nước mặt tỉnh Nam Định điều kiện... T 1.1 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn T T 1.1.1 Các nghiên cứu nước T T 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước T T CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU 15 T T 2.1