CHƯƠNG II ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XUẤT HIỆN NGỌT VÙNG CỬA SÔNG CỬU LONG
2.4 Ứng dụng mô hình Mike 11 trong nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng
2.4.1 Mô hình MIKE 11:
MIKE11 là phần mềm thương mại nổi tiếng thế giới của Viện Thủy lợi Đan Mạch (Danish Hydraulic Institute – DHI). Đây là phần mềm có khả năng giải quyết các bài toán dòng chảy, truyền chất đa dụng, với độ phức tạp của sơ đồ tính không hạn chế và khả năng mô phỏng công trình rất mạnh. Trong đó, nhiều loại công trình được mô phỏng, không chỉ ở cấu trúc hình học mà còn đa dạng về vận hành công trình, cho phép mô phỏng sát với thực tế hay yêu cầu tối ưu hóa. Ở Việt Nam, MIKE bắt đầu được sử dụng trong thập kỉ 90, đặc biệt từ sau năm 2000 trở lại đây. Năm 2008, Viện Địa lý Tài nguyên Tp Hồ Chí Minh (đơn vị công tác của học viên) đã chính thức mua phần mềm này phục vụ các mục đích nghiên cứu.
Sơ đồ khối tính toán mô phỏng của Mike 11 như hình 2.8.
Hình 2.8 Sơ đồ khối ứng dụng Mike 11 mô phỏng mặn.
MÔ HÌNH THỦY LỰC VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
MIKE11
- Chỉ tiêu đánh giá - Công cụ
phân tích
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Bản đồ GIS TL&CLN: -
Nồng độ
CƠ SỞ GIS ĐÃ CÓ:
- Bản đồ đất - Bản đồ NN - Bản đồ kênh rạch - Bản đồ hành chính ĐIỀU KIỆN BIÊN: Khí tượng,
thủy văn
ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH
Công cụ hỗ trợ liên kết Mike11 - GIS:- MikeToGIS
Map
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
MIKE có thể áp dụng cho các hệ sông kênh lớn, không hạn chế về độ phức tạp.
Đi kèm với MIKE bao gồm các mô hình phụ trợ để mô phỏng bài toán về nguồn nước một các toàn diện, bao gồm NAM (mô hình dự báo dòng chảy từ mưa), MIKE BASIN (Mô hình thủy văn lưu vực) và MIKE 11, MIKE 21 là mô hình thủy động lực. Mặc dù được ứng dụng sau so với các mô hình khác vào ĐBSCL, tuy nhiên với những tính vượt trội của MIKE, với kết quả đáng tin cậy, cho phép thay đổi kịch bản mềm dẻo, quản lỹ dữ liệu một cách khoa học và có hệ thống, chính vì thế MIKE 11 dần thay thế các mô hình khác trong các nghiên cứu áp dụng gần đây ở ĐBSCL nói riêng và Việt Nam nói chung.
2.4.2 Sơ đồ thủy lực cho toàn vùng ĐBSCL:
(1) Cơ sở số liệu đầu vào
Dữ liệu biên rắn
Địa hình đáy sông rạch, kênh mương trên lãnh thổ Việt Nam được số hóa theo số liệu thủy đạc (công bố năm 1999) và số liệu quy hoạch từ năm 1980 đến 2005. Địa hình đáy sông rạch và Biển Hồ trên lãnh thổ CamPuChia được số hóa theo các tập bản đồ tỷ lệ 1/100.000 và tài liệu thủy đạc lưu trữ tại ủy hội sông Mekong (PhnomPenh).
Các thông số liên quan đến cao trình đều được quy về hệ cao độ Nhà nước. Vị trí mặt cắt sông kênh, nút phân lưu, nhập lưu được biểu diễn trong tọa độ UTM.
Hệ thống công trình được cập nhật theo hiện trạng công trình giao thông, thủy lợi tới năm 2009. Có cập nhật thêm một số công trình mới xây dựng mới hoàn thành.
Đính các biên thủy văn cửa sông và thượng du vào mạng lưới thủy lực. Có tất cả 68 biên cửa sông, bắt đầu từ Đầm Trích (Hà Tiên, Kiên Giang) đến cửa Ngã Bảy (sông Lòng Tàu - Cần Giờ thành phố Hồ Chí Minh). Kèm theo 68 biên cửa sông là biên tưới. Có 7 biên lưu lượng, trong đó biên Kratie là biên thủy văn chính.
Đính 24 trạm KTTV lên mạng tính để tham số hóa biên khí tượng trên vùng đất liền theo vị trí địa lý của mỗi đối tượng nghiên cứu.
Tất cả các tài liệu trên được chuyển đổi từ cơ sở dữ liệu của các mô hình khác đã được sử dụng ổn định.
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Cơ sở biên khí tượng thủy văn:
Số liệu nhập về biên KTTV là số liệu thực đo trong năm các 1996, 2000, 2001, 2002, 2005, 2009, 2012 trong đó:
Dữ liệu mưa tại chỗ là số liệu lượng mưa ngày thực đo tại 24 trạm có trên vùng hạ du sông Mekong: Kratie, PhnomPenh, Biển Hồ (nội suy từ số liệu trạm PhnomPenh, Hà Tiên và trạm Kratie), Tân Châu, Châu Đốc, Long Xuyên, Hà Tiên, Rạch Giá, Cà Mau, Gành Hào, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Cần Thơ, Trà Vinh, Mỹ Tho, Vĩnh Long, Cao Lãnh, Sa Đéc, Mỹ Thuận, Bến Tre, Tân An, Mộc Hóa và Tân Sơn Nhất.
Dữ liệu bốc hơi, gió và thấm được ước tính theo tài liệu khí hậu tại các trạm KTTV có trên vùng hạ du (24 trạm như đã nêu trên).
Số liệu lưu lượng biên tại Kratie Trị An, Dầu Tiếng là tài liệu thực đo. Lưu lượng các điểm biên khác là không đáng kể đối với sông Mekong.
Mực nước tại các điểm biên cửa sông là mực nước giờ thực đo. Số trạm có số liệu thực đo là 10 trạm đặt trên các cửa sông chính là: Vũng Tàu (Ghềnh Rái), Vàm Kênh (cửa Tiểu), Bình Đại (cửa Đại), An Thuận (cửa Hàm Luông), Bến Trại (cửa Cổ Chiên + Công Hầu), Mỹ Thanh (cửa Mỹ Thanh + Định An + Trần Đề), Gành Hào (cửa Gành Hào và sông rạch lân cận), Ông Đốc (các sông tỉnh Cà Mau chảy ra biển Tây), Xẻo Rô (cửa Cái Lớn, Cái Bé), Rạch Giá (các sông tỉnh Kiên Giang chảy ra biển Tây).
Số liệu biên mực nước nội suy có chứa sai số nhất định.
(2) Hiệu chỉnh mô hình:
Sơ đồ tính toán được kế thừa và phát triển từ năm 1997 cho tới nay. Đầu tiên sơ đồ được sử dụng cho mô hình SAL1193 để thực hiện tính toán cho đề tài cấp Nhà nước: “THOÁT LŨ RA BIỂN TÂY”. Tiếp đó, sơ đồ được chỉnh lý, cập nhật và phát triển theo mô hình HYDROGIS. Từ năm 2008, sơ đồ được chuyển sang sử dụng cho mô hình MIKE.
Trên sơ đồ tổng thể, đã thực hiện các thực nghiệm số trị với dữ liệu địa hình và KTTV vào đúng thời kỳ có số liệu đo đạc tại vùng ĐBSCL. Sau đó, so sánh các số liệu thực đo và tính toán để rút ra kết luận về mực nước và lưu lượng tại các vị trí có số liệu thực đo (các trạm Quốc gia).
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Thời gian hiệu chỉnh mô hình:
Tính toán hiệu chỉnh cho năm kiệt 2005: Năm 1998 và 2005 được xem là những năm hạn và có xâm nhập mặn cao ở ĐBSCL. Do điều kiện địa hình có nhiều thay đổi những năm qua, vì vậy nghiên cứu lựa chọn 2005 làm cơ sở để cân chỉnh mô hình ứng với xâm nhập mặn. Các cân chỉnh mô hình tập trung vào việc xác định sự tham gia của các bãi tràn, các ô ruộng,... vào chế độ thủy lực. Kết quả hiệu chỉnh cho bộ thông số tính toán chế độ thủy lực, xâm nhập mặn mùa kiệt.
Kết quả hiệu chỉnh:
Số liệu mực nước, lưu lượng tính toán và thực đo tại các trạm Tân Châu, Châu Đốc, và Vàm Nao phù hợp khá tốt với nhau, nhất là mực nước. Sự chênh lệch lớn giữa lưu lượng thực đo và tính toán cũng nhỏ hơn 15%.
Các trạm trạm nội đồng: Mộc Hóa, Hưng Thạnh, Kiến Bình, Tri Tôn và Tân Hiệp. Số liệu mực nước tính toán và thực đo trong nội đồng cũng phù hợp khá tốt với nhau. Tuy nhiên, có sự chênh lệch nhất định giữa chất lượng mô phỏng trong nội đồng với trên sông chính.
Số liệu mực nước tính toán và thực đo tại các vị trí chịu tác động mạnh của thủy triều: trạm Cần Thơ, Mỹ Thuận, Trà Vinh, Đại Ngãi và Tân An có sự phù hợp khá tốt với nhau cả về pha và trị số.
Trên hình PL2.2 – PL2.5 (Phụ lục) trình bày các sơ đồ tính thủy lực vùng ĐBSCL.
Kết quả kiểm chứng mô hình trình bày trên các hình PL(2.6 – 2.28). (Phụ lục).
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
2.5 Kịch bản tính toán
2.5.1 Kịch bản nước biển dâng do biến đối khí hậu.
Theo: “Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam” do Bộ Tài nguyên & Môi trường công bố năm 2012 thì các mốc thời gian cho các mức nước biển dâng được trình bày trong các bảng 2.10 – 2.12.
Bảng 2.10: Nước biển dâng theo các kịch bản phát thải thấp (cm).
Bảng 2.11: Nước biển dâng theo các kịch bản phát thải trung bình
Bảng 2.12: Nước biển dâng theo các kịch bản phát thải cao (cm).
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Nhìn chung, theo các kịch bản tới giữa thế kỷ 21, mức nước biển khu vực nghiên cứu sẽ tăng khoảng 20 – 30 cm. Tới cuối thế kỷ mức tăng sẽ là 51 – 66 cm ở kịch bản thấp và 59 – 99 cm cho kịch bản trung bình và cao. Trên cơ sở đó, chúng tôi lựa chọn kịch bản nước biển dâng 50 cm để đánh giá những ảnh hưởng có thể của nó đến diễn biến xâm nhập mặn. Các khả năng này được xem là không gắn với biến thời gian, vì không biết tương lai sẽ xảy ra theo kịch bản nào.
2.5.2 Những thay đổi phía thượng lưu trong tương lai:
(1) Bối cảnh phát triển:
- Gia tăng dân số: Dự báo dân số trên hạ lưu vực sông Mekong sẽ gia tăng đạt 74 triệu dân vào 2020 với tốc độ gia tăng bình quân lưu vực khoảng 1,5% trong đó cao nhất ở Lào 2,6%, Campuchia 2,3%, Việt Nam 1,4 và Thái Lan khoảng 1%.
- Phát triển nông nghiệp: Căn cứ vào kế hoạch phát triển nông nghiệp ở các quốc gia trong lưu vực cho thấy kế hoạch đến 2020 diện tích nông nghiệp ở Lào dự kiến tăng gấp 2 vào mùa mưa (450.000 ha) và tăng gấp 1,5 lần vào mùa khô (180.000 ha). Phát triển nông nghiệp lúa có tưới ở vùng Đông Bắc Thái Lan vào khoảng 1,2 – 1,4 triệu ha, chủ yếu tập trung vào mùa mưa, mùa khô chỉ đạt hơn 100.000 ha, các nỗ lực phát triển tưới dự kiến đưa diện tích được phục vụ tưới lên khoảng 1,6 triệu ha đến 3,1 triệu ha. Tiềm năng phát triển nông nghiệp ở Campuchia là rất cao, diện tích canh tác lúa dự kiến đến 2020 lên tới 2,5 triệu ha, trong đó chủ yếu canh tác mùa mưa.
- Phát triển thủy điện: Lưu vực sông Mekong có tiềm năng phát triển thủy điện tương đối cao, với tổng công suất ước tính lên tới 53.000 MW, trong đó phần Trung quốc là 23.000 MW, tiềm năng thủy điện dòng chính khoảng 13.000 MW, còn lại là tiềm năng thủy điện dòng nhánh (Lào 13.000 MW, Campuchia là 2.000 MW, Việt Nam là 2.000 MW). Với tổng dung tích các hồ chứa lên tới hàng trăm tỷ m3, bao gồm cả công trình dòng chính và dòng nhánh. Phần lưu vực thuộc Thái Lan được xem như đã khai thác hết tiềm năng thủy điện tự nhiên, hiện phía Thái Lan đã có đầu tư thủy điện Lam Ta
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Kong với hồ chứa nhân tạo, tích nước bằng bơm tích nước về đêm và xả nước phát điện ban ngày. Tổng dung tích hữu ích các hồ chứa trong lưu vực đã đang và sắp được xây dựng lên tới xấp xỉ 50 tỷ m3.
(2) Tổng hợp các kịch bản phát triển:
Theo Ủy ban sông Mekong, cho tới năm 2020 trên lưu vực chủ yếu là gia tăng phát triển nông nghiệp và gia tăng phát triển thủy điện. Tới 2020, kế hoạch phát triển các quốc gia ở phương án cao gồm: diện tích tưới ở Thái Lan là 3,1 triệu ha, Lào 0,8 triệu ha, Campuchia là 2,5 triệu ha và Tây Nguyên của Việt Nam ước đạt 240 ngàn ha. Trong phương án thấp ở Thái Lan ước 1,8 triệu ha, Lào 0,5 triệu ha, Campuchia 1,8 triệu ha và Tây Nguyên khoảng 0,22 triệu ha. Như vậy, có thể thấy rằng kế hoạch phát triển nông nghiệp trong vùng đều tăng khoảng 1,5 đến 2 lần so với hiện trạng canh tác năm 2000.
Tổng dung tích hữu ích các hồ thủy điện tại Trung Quốc trong kế hoạch lên tới 22,7 tỷ m3, bao gồm các hồ Xiaowan (9,8 tỷ m3, kế hoạch đến 2013), Manwan (0,29 tỷ m3), Dachaoshan (0,24 tỷ m3) và Nuozhadu (12,4 tỷ m3, kế hoạch đến 2017). Phía hạ lưu sẽ có việc gia tăng các hồ chứa ở Lào 10,25 tỷ m3, Việt Nam 2,3 tỷ m3. Như vậy, tổng dung tích hữu ích các hồ chứa thủy điện đã và đang xây dựng trên lưu vực chiếm đến hơn 11% tổng lượng dòng chảy sông Mekong.
Bối cảnh phát triển lưu vực được trình bày trong bảng 2.13.
Bảng 2.13 Các bối cảnh phát triển của lưu vực theo điều kiện năm 2000 và tương lai
Thứ
tự Bối cảnh Diện tích tưới
(1000 ha)
Dung tích hữu ích các hồ chứa (106 m3) Hạ lưu vực Trung
Quốc 1 Hiện trạng phát triển năm 2000 – BL00 3.400 13.680 -
2 Thủy điện Trung Quốc 3.400 13.680 22.700
3 Thủy điện trong tương lai gần 3.400 26.230 22.700 4 Nông nghiệp phát triển thấp 4.200
5 Nông nghiệp phát triển cao 6.620
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Từ kết quả tính toán nhu cầu dùng nước ứng với các kịch bản phát triển nông nghiệp ở thượng lưu và mô phỏng tác động của các công trình thủy điện theo kế hoạch phát triển thủy điện ở Trung Quốc và phía hạ lưu, Ủy hội quốc tế sông Mekong đã đưa ra nhận xét dưới đây:
- Nhu cầu nước ở thượng lưu ứng với điều kiện phát triển nông nghiệp năm 2000 vào khoảng 670 m3/s, trong đó vùng Đông Bắc Thái Lan: 340 m3/s, Campuchia: 200 m3/s, Lào: 97 m3/s và Việt Nam: 33 m3/s, tuy nhiên nhu cầu nước ở Thái Lan chủ yếu vào mùa mưa trong khi nhu cầu nước ở Campuchia thì tập trung chủ yếu trong mùa khô.
- Nhu cầu nước ở thượng lưu ứng với kịch bản phát triển nông nghiệp ở mức độ thấp (2015) vào khoảng 952 m3/s, trong đó vùng Đông Bắc Thái Lan: 400 m3/s, Campuchia: 350 m3/s, Lào: 140 m3/s và Việt Nam: 52 m3/s, tuy nhiên nhu cầu nước ở Campuchia về mùa khô cao gấp 2 so với Thái Lan.
- Nhu cầu nước ở thượng lưu ứng với kịch bản phát triển nông nghiệp ở mức độ cao (2020 hay lâu hơn nữa) vào khoảng 1.411 m3/s, trong đó vùng Đông Bắc Thái Lan: 585 m3/s, Campuchia: 576 m3/s, Lào: 191 m3/s và Việt Nam:
59 m3/s, trong đó nhu cầu nước bình quân mùa khô của Campuchia đạt tới 750 m3/s, như vậy có thể thấy rằng phát triển nông nghiệp ở phía Campuchia là đáng lo ngại hơn so với các quốc gia khác phía thượng lưu nếu không xét đến việc chuyển nước lưu vực.
- Tác động của các kịch bản phát triển ở phía thượng lưu nói chung và đặc biệt phát triển nông nghiệp và chuyển nước lưu vực nói riêng quả là đáng quan tâm, khi mà không có thủy điện điều tiết ở thượng lưu, gia tăng phát triển nông nghiệp phía thượng lưu ở mức cao có thể làm giảm lưu lượng bình quân về thượng lưu đồng bằng vào khoảng 600 m3/s, tức là xấp xỉ với nhu cầu nước bình quân năm ở đồng bằng, như vậy sẽ có tác động đáng kể đến hiện trạng canh tác nông nghiệp ở ĐBSCL và diễn biến xâm nhập mặn.
- Tác động điều tiết của các công trình thủy điện tại Trung Quốc ở điều kiện hoạt động bình thường và nhu cầu nước như ở điều kiện sử dụng nước năm 2000 thì có thể làm gia tăng lưu lượng về mùa khô vào khoảng hơn 600 m3/s
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
và triết giảm lưu lượng bình quân tháng đỉnh lũ khoảng hơn 1.000 m3/s.
Trong điều kiện tương tự có phát triển nông nghiệp ở mức thấp, lưu lượng về mùa khô vẫn có thể gia tăng khoảng 500 m3/s.
- Tác động điều tiết của các công trình thủy điện Trung Quốc và các công trình thủy điện đã và đang triển khai ở hạ lưu (tương lai gần 2020) ở điều kiện hoạt động bình thường và nhu cầu nước như ở điều kiện sử dụng nước năm 2000 thì có thể làm gia tăng lưu lượng về mùa khô vào khoảng hơn 800 m3/s và triết giảm lưu lượng bình quân tháng đỉnh lũ xấp xỉ 2.000 m3/s. Trong điều kiện tương tự có phát triển nông nghiệp ở mức cao, lưu lượng về mùa khô vẫn có thể gia tăng khoảng 500 m3/s.
- Mặc dù tác động điều tiết của các công trình thủy điện phía thượng lưu ở điều kiện hoạt động bình thường làm gia tăng đáng kể lưu lượng về thượng lưu ĐBSCL trong các kịch bản có cả phát triển nông nghiệp, tuy nhiên nếu nông nghiệp phát triển ở mức cao hay cao hơn mức giả thiết trong nghiên cứu này thì khai thác nước ở thượng lưu sẽ vượt quá 30% tiềm năng nước các tháng mùa khô, như vậy có thể có các ảnh hưởng về chất lượng nước dòng chính về thượng lưu đồng bằng và những tác động do biến đổi sinh thái khác trên lưu vực.
Nhìn chung, kết luận trong nghiên cứu này đã chỉ ra rằng trong tương lai chế độ dòng chảy sẽ được cải thiện. Mùa kiệt dòng chảy sẽ được bổ sung thêm, mùa lũ đỉnh lũ sẽ được cắt giảm. Tuy nhiên, cần lưu ý các hạn chế của nghiên cứu này:
- Do các công trình thủy điện đều chưa có qui trình vận hành, nên trong nghiên cứu này chưa xét đến nhiệm vụ điều tiết lũ.
- Nghiên cứu này mới xét đến sự làm việc bình thường của các hồ chứa mà chưa xét đến các tổ hợp bất lợi, chẳng hạn hồ tích nước trong quá trình thi công, hồ ngừng phát điện trong một khoảng thời gian để sửa chữa, sự cố…
thì tác động cuả nó có thể là rất nguy hại, đặc biệt đối với các hồ chứa lớn như Xiaowan và Nuozhadu. Tương tự, việc vận hành các công trình thủy điện phủ đỉnh ngày-đêm cũng như vận hành quá mức làm mực nước giảm