5. Điều kiện kinh tế xã hội
3.3 Kết quả hiệu ch nh và kiểm định mô hình truyền tải khuếch tán MIKE 11 AD
11 AD
Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực, tìm được bộ thông số cho lưu vực tính toán. Luận văn lựa chọn thời kỳ mùa cạn từ tháng I đến tháng IV trong các năm từ 2014 - 2017 trên hệ thống sông, đồng thời sử dụng số liệu quan trắc độ mặn tại một trạm duy nhất Bến Thủy hiện nay vẫn duy trình quá trình đo mặn phục vụ cho quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Kết quả so sánh độ mặn lớn nhất thực đo và tính toán tại trạm thủy văn Bến Thủy như sau:
Bến Thủy 2014 16 Thực đo Tính toán 14 12 ( ‰ 10 m ặn 8 Đ ộ 6 4 2 0 19 37 55 73 109 16 31 81 19 9 21 72 35 25 32 71 28 93 07 32 5 34 33 61 37 93 97 41 54 33 45 14 69 48 7 50 55 23 1 91 1271 45
Bến Thủy 2016 Thời gian
20 Thực đo Tính toán 15 (‰ )10 m ặn 5 Đ ộ 0 1 18355269 86 -5 Thời gian Bến Thủy 2015 14 Thực đo Tính toán 12 (‰ ) 10 8 m ặn 6 Đ ộ 4 2 0 1 173349658197 113129145161177193209225241257273289305321337353369385401417433449465481497 -2 Thời gian Bến Thủy 2017 14 Thực đo Tính toán 12 10 (‰ ) 8 m ặn 6 Đ ộ 4 2 0 1 18 35 52 69 86 103 120 137 154 171 818 205 222 239 256 273 290 730 324 341 358 375 392 409 426 443 460 477 494 511 528 -2 Thời gian
Hình 3-5: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định đường quá trình độ mặn tại trạm Bến Thủy năm 2014-2015 và 2016-2017
Kết quả hiệu chỉnh đánh giá tương quan giữa mực nước tính toán và thực đo tại trạm Bến Thủy được thể hiện trong Bảng 3-4.
Bảng 3-4: Đánh giá chất lượng hiệu chỉnh mô hình truyền tải khuếch tán
Quá trình Năm Ch tiêu Bến Thủy Đánh giá
NSE 0.81 Rất tốt RSR 0.32 Rất tốt 2014 PBIAS -4.56 Rất tốt 2 0.84 Rất tốt Hiệu ch nh R NSE 0.78 Rất tốt RSR 0.34 Rất tốt 2015 PBIAS -4.02 Rất tốt R2 0.83 Rất tốt
Sau khi hiệu chỉnh, sử dụng bộ thông số vừa tìm được mô phỏng quá trình xâm nhập mặn với số liệu năm 2016-2017 để kiểm định bộ thông số vừa tìm, được kết quả như sau:
Kết quả kiểm định đánh giá tương quan giữa mực nước tính toán và thực đo tại trạm Bến Thủy được thể hiện trong Bảng 3-5.
Bảng 3-5: Đánh giá chất lượng kiểm định mô hình
Quá trình Năm Ch tiêu Bến Thủy Đánh giá
NSE 0.76 Rất tốt RSR 0.31 Rất tốt 2016 PBIAS -2.90 Rất tốt R2 0.82 Rất tốt Kiểm định NSE 0.79 Rất tốt RSR 0.36 Rất tốt 2017 PBIAS -2.67 Rất tốt R2 0.85 Rất tốt
Kết quả NSE hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực và mô hình lan truyền chất khá cao, như vậy đã tìm ra bộ thông số mô hình MIKE 11 tương đối ổn định với lưu vực sông Cả. Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô đun thủy lực HD và mô đun truyền tải khuếch tán AD, nghiên cứu sử dụng bộ thông số này để mô phỏng kịch bản biến đổi khí hậu cho hạ lưu sông Cả.
3.4 Tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu nƣớc biển dâng và đề xuất biện pháp giảm thiểu
3.4.1 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Mike-Nam
Sử dụng số liệu từ 01/01-31/12/1978 của trạm thủy văn Dừa, Hòa Duyệt, Sơn Diệm để hiệu chỉnh mô hình ta được kết quả thể hiện trong các bảng và hình sau:
Hình 3-6: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm Dừa thời gian từ 01/I đến 31/XII/1978
Hình 3-7: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm Sơn Diệm thời gian từ 01/I đến 31/XII/1978 Bảng 3-6: Bộ thông số dùng cho
Kết quả tính toán mô phỏng thu văn cho lưu vực sông Cả trong năm 1978 cho thấy giữa đường tính toán và đường thực đo tương đối bám sát nhau cả về pha dao động và giá trị đỉnh. Chênh lệch giữa lưu lượng lớn nhất giữa tính toán và giá trị thực đo không đáng kể. Với chỉ số NASH trong quá trình hiệu chỉnh đều lớn hơn 0,7. Như vậy bộ thông số của mô hình Nam và được chấp nhận trong qua trình kiểm định.
Dùng bộ thông số vừa tìm được tiến hành kiểm định lại mô hình với bộ số liệu lưu lượng thực đo từ 01/01 - 31/12/1980 tại các trạm thủy văn trên, kết quả được thể hiện trong hình v dưới đây:
Hình 3-8: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm Dừa thời gian từ 01/I đến 31/XII/1980
Hình 3-9: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm Sơn Diệm thời gian từ 01/I đến 31/XII/1980
Kết quả tính toán mô phỏng thu văn cho lưu vực sông cả năm 1978 cho thấy giữa đường tính toán và đường thực đo tương đối bám sát nhau cả về pha dao động và giá trị đỉnh, chênh lệch giữa lưu lượng lớn nhất giữa tính toán và giá trị thực đo không đáng kể, kết quả tính toán hệ số NASH tương đối tốt, nằm trong khoảng từ 0,7 đến 0,75.
Với kết quả tính toán như trên, bộ thông số lưu vực hoàn toàn có thể áp dụng vào các bước mô phỏng quá trình lưu lượng trong tương lai theo các kịch bản mưa trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
3.4.2 Kết quả mô phỏng quá trình xâm nhập mặn tính đến năm 2030
Sau khi có các kết quả tính toán mô phỏng quá trình xâm nhập mặn s đánh giá được khu vực bị ảnh hưởng nặng nhất từ đó đề xuất ra các giải pháp thích ứng, hạn chế tác động của biến đổi khí hậu đến quá trình xâm nhập mặn ở khu vực nghiên cứu hạ lưu sông Cả.
Ranh giới xâm nhập mặn năm 2030 theo kịch bản RCP4.5 cho thấy ranh giới xâm nhập mặn 10/00 đã vào quá ngã ba Chợ Tràng tới các xã Hưng Lam, Hưng Xuân, Đức Yên, Đức Thọ; Ranh giới xâm nhập mặn 40/00 đi sâu vào xã Hưng Lam, Đức Quang, đây là ngưỡng mặn tối đa mà cây lúa có thể chịu đựng được.
Theo kịch bản RCP8.5 thì ranh giới xâm nhập mặn bắt đầu chịu ảnh hưởng xâm nhập mặn 10/00 đã vào quá ngã ba Chợ Tràng tới các xã Hưng Xá, Đức Thọ, độ mặn này tuy không ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp nhưng là ngưỡng ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt. Ranh giới xâm nhập mặn 40/00 đi sâu vào xã Hưng Lam, Đức La, đây là ngưỡng mặn tối đa mà cây lúa có thể chịu đựng được. Do đó những người dân từ các xã này trở ra biển phải có biện pháp xử lý nước trước khi đưa vào sử dụng cho cuộc sống.
Hình 3-10: Ranh giới xâm nhập mặn năm 2030 theo kịch bản RCP4.5
Hình 3-11: Ranh giới xâm nhập mặn năm 2030 theo kịch bản RCP8.5
Với kết quả mô phỏng này, chính quyền các xã từ Đức Thọ trở ra biển phải có biện pháp ứng phó với xâm nhập mặn, giảm tác động của mặn đến sản xuất nông nghiệp để cư dân khu vực này có thể phát triển sản xuất. Luận văn tập
trung phân tích kết quả xâm nhập mặn tương ứng giá trị 10/00 và 40/00 vì đây là hai ngưỡng ảnh hưởng đến đời sống và kinh tế người dân khu vực nghiên cứu. Những ranh giới mặn khác s cung cấp thêm thông tin cho những người quản lý có thể hoạch định chính sách phát triển kinh tế khu vực mình quản lý để thích ứng với tình hình mặn đang diễn ra: khu vực nước lợ (độ mặn 8 - 200/00) s khuyến khích người dân chuyển đổi cơ cấu kinh tế, từ trồng lúa sang phát triển ngành thủy sản: nuôi tôm, cá nước lợ…
3.4.3 Kết quả mô phỏng quá trình ngập mặn tính đến năm 2050
Tương tự, kết quả tính toán mô phỏng quá trình xâm nhập mặn hạ lưu sông Cả tính đến năm 2050 ứng với kịch bản phát thải trung bình và phát thải cao đã đưa ra bức tranh xâm nhập mặn trong vòng 35 năm nữa dưới tác động của BĐKH và NBD. Đối với kịch bản RCP4.5 độ mặn được thể hiện trong hình dưới đây:
Hình 3-12: Ranh giới xâm nhập mặn năm 2050 theo kịch bản RCP4.5
Có thể nhận thấy ranh giới xâm nhập mặn 10/00 đã tiến vào sâu thêm 3km so với năm 2030, tức là quá ngã ba Chợ Tràng 6km. Mặn 10/00 đã đi vào đến xã
Hưng Xá, Nam Trung, Đức Thọ, Linh Cảm, trong khi mặn 40/00 cũng tiến sâu vào hơn 4km so với kịch bản 2030.
Hình 3-13: Ranh giới xâm nhập mặn năm 2050 theo kịch bản RCP8.5
Những kết quả mô phỏng này s giúp cho các cấp chỉnh quyền tỉnh Nghệ An chủ động trong việc ứng phó hiện trạng xâm nhập mặn. So sánh kết quả mô phỏng kịch bản năm 2030 và 2050, có thể nhận thấy ranh giới xâm nhập mặn của 2 kịch bản này không có sự khác biệt nhiều. Tuy nhiên, nhìn một cách tổng thể thì trong điều kiện cực đoan, khu vực hạ lưu ven biển sông Cả tỉnh Nghệ An chịu ảnh hưởng mạnh của hiện tượng xâm nhập mặn.
3.4.4 Kết quả mô phỏng quá trình ngập mặn tính đến năm 2100
Kết quả tính toán mô phỏng xâm nhập mặn với kịch bản năm 2100 thể hiện trong Hình 3-11; Hình 3-12 cụ thể như sau:
Hình 3-14: Ranh giới xâm nhập mặn năm 2100 theo kịch bản RCP4.5
Kết quả này có sự khác biệt rõ rệt về ranh giới xâm nhập của các cấp độ mặn khác nhau trên sông. Ngưỡng mặn 10/00 đã đi sâu vào đến 60km so với cửa biển, vào đến các xã: Nam Trung, Xuân Lâm, Khánh Sơn, Trường Sơn, Tùng Ảnh. Ranh giới 40/00 đã lấn vào Nam Cường, Đức Thọ. Có thể nhận thấy dưới tác động BDKH và nước biển dâng, trong vòng tám mươi năm nữa, ranh giới xâm nhập mặn s tiến vào sâu trong đất liền, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống của người dân hai bên sông. Mặn không chỉ tác động trực tiếp đến nước sinh hoạt cho người dân, năng suất lúa của ngành nông nghiệp mà còn những tác động gián tiếp lâu dài: ảnh hưởng chất lượng đất, chất lượng các công trình ven sông, gây ăn mòn giảm tuổi thọ các vật liệu…
Kết luận
Từ kết quả mô phỏng dòng chảy và xâm nhập mặn cho thấy diễn biến mặn trên các nhánh sông trong tương lai ngày càng sâu hơn so với thời kỳ nền. Cụ thể như sau:
Bảng 3-7: Thống kê khả năng xâm nhập mặn theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5
Khoảng Kịch bản RCP 4.5 cho các giai đoạn Kịch bản RCP 8.5 cho các giai đoạn cách từ cửa 2010 2030 2050 2100 2010 2030 2050 2100 sông 5 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 10 23.4 23.6 23.8 23.8 23.7 23.9 23.9 23.9 15 23.2 23.5 23.6 23.8 23.7 23.9 23.9 23.9 20 22.9 23.1 23.5 23.8 22.9 23.2 23.5 23.8 25 22.5 22.8 23.1 23.5 22.5 23.1 23.2 23.6 30 19.8 20.3 22.5 22.9 21.1 21.2 22.9 22.8 35 17.8 18.3 19.4 20.2 19.5 19.8 20.4 20.8 40 16.5 16.8 17.7 18.3 17.64 17.6 18.3 19.8 45 15.1 15.8 16.3 16.8 15.1 15.4 15.8 18.3 50 11.8 12.2 13.7 15.3 14.8 15.2 15.4 16.7 55 9.5 11.4 12.2 14.7 14.1 14.4 14.8 15 60 3.2 4.2 5.1 5.3 7.9 8 8.1 8.2
Như vậy, chế độ thủy lực mùa kiệt trên sông Cả dưới tác động BĐKH NBD có ảnh hưởng không nhỏ đến diễn biến xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu.
Hình 3-16: Biểu đồ thể hiện độ mặn xâm nhập từ cửa sông vào trong sông theo kịch bản RCP4.5
Hình 3-17: Biểu đồ thể hiện độ mặn xâm nhập từ cửa sông vào trong sông theo kịch bản RCP8.5
Trong đó độ mặn lớn nhất vùng ảnh hưởng triều tính cho các thời kỳ tương lai có thể lên tới hơn 300/00 . Nhìn chung trong khu vực nghiên cứu, dưới ảnh hưởng của BĐKH có 9 huyện có khả năng bị tác động mạnh m bởi xâm nhập mặn theo các thời kỳ trong tương lai chủ yếu là các huyện ven biển như thành phố Vinh với 78.34%, thị xã Cửa Lò với 100% diện tích đất có nguy cơ bị
25.1%, Nghi Lộc là 23.2%, (thời kỳ 2100). Trong đó huyện Hưng Nguyên mặc dù không phải là một trong những huyện ven biển song vẫn có khả năng bị xâm nhập mặn khá nghiêm trọng với 39.73% diện tích tính đến thời kỳ 2100.
3.5 Đề xuất các giải pháp nhằm hạn chế tác động tiêu cực của BĐKH đếnquá trình xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn khu vực nghiên cứu
1. Biện pháp ứng phó
Việc nghiên cứu hiện trạng và dự báo diễn biến tình hình xâm nhập mặn trong tương lai đã chỉ ra xu hướng xâm lấn ngày càng sâu vào đất liền của nước biển. Điều đó cũng có những ảnh hưởng cả theo hướng tích cực và tiêu cực đối với đời sống dân sinh và kinh tế xã hội của nhân dân trong vùng. Trong khuôn khổ luận văn, tác giả đánh giá các giải pháp theo hai nhóm giải pháp công trình và phi công trình trên quan điểm nêu trên đề xuất một số giải pháp cho lưu vực nghiên cứu.
a. Giải pháp công trình:
Lưu lượng nước đến từ thượng lưu có vai trò rất lớn làm thay đổi mực nước và độ mặn ở hạ lưu sông Cả. Chính vì vậy việc cải thiện hệ thống cống lấy nước, xây dựng các đập ngăn mặn tại các cửa sông với mục đích giữ ngọt và ngăn mặn. Đây là giải pháp triệt để cải thiện tình hình nguồn nước của lưu vực hạ lưu sông Cả chịu ảnh hưởng thủy triều.
Đập ngăn mặn có vai trò rất lớn trong việc giảm thiểu nồng độ mặn trong sông. Khi tăng dòng chảy đầu nguồn thì nồng độ muối có giảm nhưng vẫn chưa đạt được yêu cầu đặt ra. Đập ngăn mặn có thể vận hành đóng mở tùy theo từng thời kì và theo mục đích sử dụng.
b. Giải pháp phi công trình:
Thay đổi cơ cấu cây trồng theo hướng trồng cây yêu cầu ít nước, chịu mặn tốt nhưng có yêu cầu kinh tế cao.
Trồng rừng đầu nguồn là biện pháp phi công trình có tác dụng điều tiết dòng chảy tự nhiên. Khi có rừng thì lượng dòng chảy ngầm trong mùa kiệt tăng lên. Đây là biện pháp tiết kiệm chi phí thực hiện và có lợi ích nhiều mặt.
Xây dựng hồ chứa: Các hồ chứa được xây dựng với mục đích lợi dụng tổng hợp. Dung tích hồ chứa rất tốn kém nhưng có lợi ích lâu dài.
Nhìn chung, các giải pháp công trình tuy tốn kém, phức tạp nhưng có tác dụng trực tiếp và tức thời. Tuy nhiên, giải pháp công trình ít nhiều cũng tác động đến môi trường. Các giải pháp phi công trình có thể có tác động gián tiếp nhưng mang tính lâu dài và hướng đến tính bền vững và đặc biệt môi trường khu vực không bị tác động khi lựa chọn giải pháp này. Do vậy, tùy theo từng điều kiện thực tế để lựa chọn thực hiện một trong hai giải pháp trên hoặc lựa chọn kết hợp công trình và phi công trình.
Tuy nhiên, để thực hiện các giải pháp này, Ủy ban nhân dân Tỉnh phải đầu tư cho các nghiên cứu sâu rộng và chi tiết cho từng khu vực và đối tượng cụ thể. Mỗi một đối tượng cần phải có những tính toán, phân tích khả năng giảm thiểu cho từng hạng mục giải pháp. Trên cơ sở hiện trạng xâm nhập mặn cũng như các kịch bản xâm nhập mặn tại khu vực nghiên cứu trong tương lai, bước đầu các giải pháp ứng phó và thích ứng với quá trình xâm nhập mặn được đề xuất dưới đây:
Ảnh hưởng tiêu cực của hiện tượng xâm nhập mặn đã được nghiên cứu rất nhiều trong thời gian vừa qua, tiêu biểu là ảnh hưởng đến các hoạt động canh tác