Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò của bãi triều đến mực nước và lưu lượng sông sài gòn đồng nai

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 BÃI TRIỀU ĐẾN MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG SƠNG SÀI GỊN - ĐỒNG NAI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC TP HỒ CHÍ MINH, năm 2021 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 BÃI TRIỀU ĐẾN MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG SƠNG SÀI GỊN - ĐỒNG NAI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ: 9-58-02-12 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH NGUYỄN ÂN NIÊN GS.TS TĂNG ĐỨC THẮNG TP HỒ CHÍ MINH, năm 2021 -i- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Nghiên cứu sinh Phạm Thế Vinh -ii- LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học tập nghiên cứu thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới GS TSKH Nguyễn Ân Niên, người hướng dẫn khoa học luận án Sự giúp đỡ, động viên tận tình Thầy khích lệ lớn lao để tác giả hoàn thành luận án Đặc biệt, Thầy người định hướng, gợi ý cho tác giả khơng kiến thức trình bày luận án mà người đưa ý tưởng có liên quan đến cơng tác nghiên cứu thủy văn, thủy lực khu vực Nam Bộ Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc GS.TS Tăng Đức Thắng, người hướng dẫn khoa học luận án Thầy tận tình dạy cho tác giả cách giải nội dung luận án Trong công tác nghiên cứu, Thầy gương sáng tác giả học hỏi kiến thức mà tác phong nghiên cứu đam mê nghiên cứu khoa học Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Tất Đắc, tạo điều kiện cho tác giả tham gia học tập môn học trình nghiên cứu Trong trình làm luận án, Thầy có ý kiến quý báu cho nội dung luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Phú Quỳnh, TS Trịnh Thị Long tạo điều kiện cho tác giả thời gian kinh nghiệm thực tế để tác giả thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn tới Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, bạn đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tác giả q trình cơng tác, cập nhật trao đổi thông tin số liệu phục vụ nghiên cứu Cuối cùng, thiếu được, cảm ơn tới gia đình tác giả động viên, khuyến khích, chỗ dựa tinh thần để tác giả vượt qua khó khăn thử thách suốt trình nghiên cứu học tập Xin chân thành cảm ơn! -iii- MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn 5.3 Những đóng góp luận án 6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Giới thiệu chung khu vực nghiên cứu 1.1.2 Hiện trạng ngập nguyên nhân 10 1.2 VẤN ĐỀ QUAN TÂM CỦA LUẬN ÁN 15 1.2.1 Nhận định gia tăng đỉnh triều 15 1.2.2 Khái niệm đất ngập nước bãi triều 16 1.2.3 Phân loại đất ngập nước bãi triều 17 1.2.4 Mối liên hệ sông bãi triều vùng nghiên cứu 19 1.2.5 Vấn đề quan tâm luận án 24 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY 27 1.3.1 Nghiên cứu giới 27 1.3.2 Nghiên cứu nước 37 1.3.3 Những vấn đề tồn nghiên cứu trước 43 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU 46 -iv2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ QUAN HỆ CỦA BÃI TRIỀU ĐẾN MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG 46 2.1.1 Cơ sở phân tích khoa học 46 2.1.2 Tác động bãi triều đến mực nước 46 2.1.3 Tác động bãi triều đến lưu lượng 51 2.1.4 Tác động mặt cắt lòng dẫn đến mực nước lưu lượng 54 2.2 TÀI LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU 55 2.2.1 Tài liệu địa hình 55 2.2.2 Tài liệu khí tượng thủy văn 55 2.2.3 Tài liệu sử dụng đất 57 2.2.4 Tài liệu ảnh viễn thám 58 2.3 CÔNG CỤ SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 58 2.3.1 Cơng cụ phân tích cấu sử dụng đất 58 2.3.2 Công cụ mô bãi triều 59 2.3.3 Xây dựng mô hình thủy lực thử nghiệm 60 2.3.4 Xây dựng mô hình thuỷ lực cho hạ lưu sông SG-ĐN 63 2.4 DIỄN BIẾN SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG SG-ĐN 71 2.4.1 Diễn biến sử dụng đất dựa tài liệu thu thập tỉnh 71 2.4.2 Diễn biến sử dụng đất dựa tài liệu phân tích ảnh vệ tinh 72 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 75 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 77 3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VỀ BIẾN ĐỘNG MỰC NƯỚC TRÊN SÔNG DỰA VÀO TÀI LIỆU THỰC ĐO 77 3.1.1 Biến động mực nước lớn năm 77 3.1.2 Biến động mực nước lớn tháng 78 3.1.3 Hình dạng đường mặt nước dọc sơng 78 3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUY LUẬT THAY ĐỔI CỦA BÃI TRIỀU ĐẾN MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG DỰA TRÊN MÔ PHỎNG MƠ HÌNH THỦY LỰC THỬ NGHIỆM 80 3.2.1 Luận giải trường hợp tính 80 3.2.2 Kết quả nghiên cứu trường hợp mở rộng bãi triều ven sông 83 3.2.3 Kết quả nghiên cứu trường hợp thay đổi diện tích bãi triều 87 -v3.2.4 Kết quả nghiên cứu trường hợp thay đổi vị trí bãi triều 89 3.2.5 Kết quả nghiên cứu trường hợp thay đổi độ sâu bãi triều 94 3.2.6 Kết quả nghiên cứu trường hợp thay đởi diện tích mặt cắt sông 95 3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BÃI TRIỀU ĐẾN MỰC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG HẠ LƯU SƠNG SÀI GỊN – ĐỒNG NAI 98 3.3.1 Luận giải kịch bản tính tốn 98 3.3.2 Tác động khu sản xuất nông nghiệp thuộc hạ lưu sông SG-ĐN 106 3.3.3 Tác động khu đất xây dựng thuộc hạ lưu sông SG-ĐN 107 3.3.4 Tác động tích hợp đất xây dựng nơng nghiệp hạ lưu sông SG-ĐN 109 3.3.5 Dự báo gia tăng mực nước bãi triều hạ lưu sông SG-ĐN 111 3.3.6 Dự báo gia tăng mực nước xét đến biến đởi khí hậu 112 3.3.7 Tác động việc phát triển Khu Nam Sài Gòn 114 3.3.8 Giải pháp giảm thiểu tác động gia tăng mực nước đỉnh triều 119 3.4 KẾT QUẢ XÂY DỰNG TƯƠNG QUAN GIỮA DIỆN TÍCH VÀ VỊ TRÍ BÃI TRIỀU VỚI MỰC NƯỚC LỚN NHẤT TRÊN SÔNG 122 3.4.1 Luận giải trường hợp tính tốn 122 3.4.2 Kết quả nghiên cứu phân tích 125 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 KẾT LUẬN 130 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 -viDANH MỤC CÁC KÍ HIỆU THUẬT NGỮ KHOA HỌC Viết đầy đủ / Ý nghĩa Ký hiệu Các tổ chức quốc tế nước JICA Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản NGO Tổ chức phi phủ UN Liên hợp quốc WB Ngân hàng giới MRC Ủy ban sông Mê Cơng Các thuật ngữ viết tắt BĐKH Biến đổi khí hậu NBD Nước biển dâng KB Kịch TH Trường hợp PTLT Phương trình liên tục PTĐL Phương trình động lượng KTTV Khí tượng thủy văn nnk Những người khác SG-ĐN Sài Gịn - Đồng Nai ĐBSCL Đồng sơng Cửu Long TPHCM Thành Phố Hồ Chí Minh QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Các mô hình cơng cụ phân tích ENVI Phần mềm phân tích ảnh vệ tinh GIS Hệ thống thơng tin địa lý MIKE 11 Phần mềm tính tốn thủy lực chiều (của DHI) MIKE 21 Phần mềm tính tốn thủy lực chiều (của DHI) MIKE FLOOD Phần mềm tính toán thủy lực kết hợp chiều (của DHI) NAM Phần mềm tính tốn mưa - dịng chảy (của DHI) KOD Phần mềm tính tốn thủy lực (của Nguyễn Ân Niên) -viiViết đầy đủ / Ý nghĩa Ký hiệu VRSAP Phần mềm tính tốn thủy lực (của Nguyễn Như Kh) SAL Phần mềm tính tốn thủy lực (của Nguyễn Tất Đắc) TELEMAC Phần mềm tính tốn thủy lực (của Tập đoàn Điện lực Pháp) Các ký kiệu khoa học Q Lưu lượng mặt cắt q Lưu lượng đơn vị, dịng nhập lưu A Diện tích mặt cắt F Diện tích bãi triều H Độ sâu mực nước Z Cao trình mực nước ∆Z Độ giảm mực nước ix Độ dốc đáy jx Độ dốc thủy lực t Thời gian Bc Bề rộng mặt cắt sông bãi B Bề rộng mặt cắt sông Bbãi Bề rộng mặt cắt bãi η 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 g Gia tốc trọng trường rb Tỷ lệ bề rộng sơng bề rộng sơng tính bãi triều (rb = B ) B  Bbãi βb Tỷ lệ độ giảm biên độ sóng biên độ sóng có bãi triều  r (βb =  ) 1 -viii- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Hệ thống phân loại đất ngập nước Uỷ ban sông Mê Công 17 Bảng 3-1: Mức độ gia tăng mực nước lớn năm trạm thủy văn 77 Bảng 3-2: Các kịch bản tính mơ hình thủy lực thử nghiệm 82 Bảng 3-3: Cơ cấu sử dụng đất thuộc khu vực Nam Sài Gòn năm 2015 104 Bảng 3-4: Các kịch bản tính tốn cho hạ lưu sơng SG-ĐN 106 Bảng 3-5: Tác động khu nông nghiệp đến mực nước lớn vị trí 107 Bảng 3-6: Tác động khu đất xây dựng đến mực nước lớn vị trí 108 Bảng 3-7: Tác động thay đổi cấu sử dụng đất đến mực nước lớn 109 Bảng 3-8: Kết quả kịch bản nghiên cứu ảnh hưởng khu trũng còn lại đến mực nước lớn vị trí 112 Bảng 3-9: Các trường hợp giảm thiểu tác động gia tăng mực nước đỉnh triều 120 Bảng 3-10: Kết quả mực nước lớn vị trí ứng với trường hợp tính 122 Bảng 3-11: Quan hệ diện tích cao độ bãi triều vị trí cách Phú An 15 km 124 Bảng 3-12: Các trường hợp tính xác định tương quan kích thước vị trí bãi triều với mực nước lớn sông 124 Bảng 3-13: Kết quả trường hợp tính xác định tương quan kích thước vị trí bãi triều với độ giảm mực nước lớn sông 125 Bảng 3-14: Kết quả phương trình tương quan kích thước vị trí bãi triều với độ giảm mực nước lớn sông 127 -166Phụ lục bảng 4: Thơng số phân tích kiểm định mực nước năm 2013 10/2013 Hệ số Nash 0,938 Hệ số tương quan 0,944 Sai số đỉnh (%) -0,094 Sài gòn 10/2013 0,951 0,941 0,080 Thủ Dầu Một Sài gòn 10/2013 0,919 0,923 0,122 Biên Hòa Đồng Nai 10/2013 0,925 0,928 0,113 Bến Lức Vàm Cỏ Đông 10/2013 0,921 0,926 -0,103 Stt Trạm Sông Thời gian Nhà Bè Đồng Nai Phú An Nhìn chung, kết kiểm định mơ hình với mực nước sơng tốt, sai số đỉnh chân không đáng kể Sự lệch pha mực nước mô thực đo không nhiều Hệ số tương quan từ 0,923 đến 0,944, hệ số Nash từ 0,919 đến 0,951 -167PHỤ LỤC 5: Các khu vực giả thiết bãi triều để giảm mực nước đỉnh triều Khu vực giả thiết bãi triều Phụ lục hình 32: Các khu vực giả thiết bãi triều Phú An -168- Phụ lục hình 33: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An km -169- Phụ lục hình 34: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 10 km -170- Phụ lục hình 35: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 15 km -171- Phụ lục hình 36: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 20 km -172- Phụ lục hình 37: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 25 km -173- Phụ lục hình 38: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 30 km -174- Phụ lục hình 39: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 35 km -175- Phụ lục hình 40: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 40 km -176- Phụ lục hình 41: Các khu vực giả thiết bãi triều cách Phú An 45 km -177Quan hệ diện tích cao độ bãi triều Phụ lục bảng 5: Quan hệ diện tích cao độ bãi triều vị trí Cao độ (m) 1000 Tại Phú An 0.00 0.20 0.40 28 0.60 129 0.80 288 1.00 426 1.20 575 1.40 737 1.60 849 1.80 907 2.00 953 Tổng 1000 Cách Phú An 5000 m 0.00 0.20 10 0.40 41 0.60 97 0.80 195 1.00 311 1.20 410 1.40 492 1.60 610 1.80 711 2.00 767 Tổng 1000 Cách Phú An 10000 m 0.00 0.20 14 0.40 139 0.60 470 0.80 658 1.00 764 1.20 835 1.40 896 1.60 932 Diện tích (ha) 3000 2000 4000 5000 35 171 395 602 863 1200 1571 1835 1933 2000 24 114 339 661 940 1292 1786 2371 2763 2912 3000 40 180 468 866 1215 1667 2341 3130 3670 3877 4000 50 236 589 1031 1423 1977 2829 3786 4479 4780 5000 17 99 259 521 873 1068 1229 1409 1565 1656 2000 34 198 531 1014 1494 1764 1986 2211 2413 2554 3000 62 316 789 1435 2004 2351 2665 2976 3253 3465 4000 79 399 1001 1782 2443 2897 3341 3759 4127 4414 5000 41 622 1135 1438 1611 1729 1825 1894 88 941 1654 2083 2342 2538 2706 2813 14 129 1179 2125 2649 2984 3257 3489 3663 26 210 1466 2671 3309 3710 4031 4319 4526 -178Cao độ (m) 1000 1.80 952 2.00 965 Tổng 1000 Cách Phú An 15000 m 0.00 55 0.20 112 0.40 310 0.60 654 0.80 807 1.00 902 1.20 938 1.40 966 1.60 985 1.80 997 2.00 1000 Tổng 1000 Cách Phú An 20000 m 0.00 11 0.20 35 0.40 145 0.60 316 0.80 493 1.00 677 1.20 745 1.40 819 1.60 925 1.80 984 2.00 998 Tổng 1000 Cách Phú An 25000 m 0.00 0.20 29 0.40 146 0.60 502 0.80 842 1.00 963 1.20 991 1.40 996 1.60 998 1934 1959 2000 Diện tích (ha) 3000 2875 2916 3000 73 271 695 1406 1693 1844 1907 1950 1977 1992 1998 2000 2000 4000 5000 3763 3837 4000 4645 4728 5000 75 365 1023 1970 2438 2701 2825 2902 2951 2976 2987 3000 96 469 1435 2550 3134 3496 3664 3791 3875 3924 3950 4000 108 504 1869 3139 3844 4268 4464 4622 4734 4818 4879 5000 34 134 452 854 1175 1505 1626 1740 1875 1949 1972 2000 48 245 765 1384 1885 2308 2483 2649 2838 2938 2967 3000 84 382 1185 1970 2632 3162 3383 3584 3809 3937 3973 4000 119 459 1455 2417 3239 3898 4187 4446 4737 4909 4969 5000 71 338 1081 1694 1878 1947 1976 1992 115 626 1739 2567 2828 2921 2968 2989 164 909 2334 3397 3712 3860 3951 3983 178 1084 2768 4145 4577 4786 4924 4973 -179Cao độ (m) 1000 1.80 999 2.00 1000 Tổng 1000 Cách Phú An 30000 m 0.00 0.20 15 0.40 137 0.60 409 0.80 696 1.00 803 1.20 928 1.40 986 1.60 1000 1.80 1000 2.00 1000 Tổng 1000 Cách Phú An 35000 m 0.00 0.20 38 0.40 198 0.60 520 0.80 773 1.00 893 1.20 958 1.40 988 1.60 1000 1.80 1000 2.00 1000 Tổng 1000 Cách Phú An 40000 m 0.00 0.20 0.40 108 0.60 291 0.80 600 1.00 938 1.20 991 1.40 1000 1.60 1000 1998 2000 2000 Diện tích (ha) 3000 2996 3000 3000 76 422 1008 1505 1730 1921 1985 2000 2000 2000 2000 2000 4000 5000 3991 4000 4000 4987 5000 5000 83 524 1406 2222 2610 2904 2982 3000 3000 3000 3000 90 588 1716 2792 3408 3868 3979 4000 4000 4000 4000 91 642 1930 3298 4149 4777 4953 4996 5000 5000 5000 43 325 974 1494 1731 1911 1986 2000 2000 2000 2000 60 484 1421 2196 2523 2781 2914 2995 2995 3000 3000 75 612 1793 2868 3386 3701 3866 3989 3996 4001 4000 109 792 2194 3476 4207 4613 4833 4979 4996 5001 5000 36 424 1026 1489 1876 1970 1983 1986 88 667 1626 2369 2806 2942 2975 2983 108 867 2275 3266 3776 3934 3971 3979 122 1047 2823 4130 4737 4926 4970 4979 -180Cao độ (m) 1000 1.80 1000 2.00 1000 Tổng 1000 Cách Phú An 45000 m 0.00 0.20 0.40 93 0.60 381 0.80 640 1.00 842 1.20 940 1.40 975 1.60 983 1.80 986 2.00 1000 Tổng 1000 1988 2000 2000 Diện tích (ha) 3000 2986 3000 3000 186 902 1527 1791 1931 1974 1983 1986 2000 2000 25 331 1401 2383 2705 2881 2944 2969 2986 3000 3000 2000 4000 5000 3982 4000 4000 4982 5000 5000 46 484 1913 3207 3601 3813 3906 3945 3967 4000 4000 67 635 2305 3998 4530 4792 4899 4944 4967 5000 5000 ... thay đổi bãi triều tác động đến mực nước lưu lượng lòng dẫn - Dựa vào mơ hình thủy lực, mơ đánh giá tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng sông thuộc hạ lưu lưu vực sông SG-ĐN ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM... lực mơ hình tốn, làm sáng tỏ tác động bãi triều đến mực nước lưu lượng lòng dẫn sông SG-ĐN - Đưa luận khẳng định tác động bãi triều đến mực nước, lưu lượng hạ lưu lưu vực sông lớn bỏ qua 5.2 Ý... PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bãi triều: giới hạn bãi triều thuộc khu vực hạ lưu lưu vực sông SG-ĐN 3.2 Phạm vi nghiên cứu Giới hạn phạm vi nghiên cứu luận án bao