(1) Các yếu tố ảnh hưởng đến xâm nhập mặn:
Ảnh hưởng mạnh mẽ của thủy triều đối với chế độ nước vùng cửa sông rạch là sự chảy 2 chiều: nước chảy vào trong sông rạch khi triều lên, nước rút ra biển khi triều xuống. Nước mặn chảy vào sông trong pha triều lên gọi là xâm nhập mặn và thủy triều là động lực chính gây xâm nhập mặn. Độ mặn nước sông được tính bằng gam muối (NaCl) trong một lít nước (tính bằng ‰). Độ mặn nước được ký hiệu bằng S‰.
Những diễn biến của mặn xảy ra theo nhịp độ thủy triều, tuy nhiên chuyển động của nước mặn là chuyển động của dịch thể nên độ mặn đạt giá trị lớn nhất Smax chậm hơn Hmax (1 – 2 giờ). Sự lệch pha này có thể tăng lên khi lưu lượng nguồn tăng. Sự chuyển động của dịch thể gắn liền với động năng sóng triều nên ưu thế trong truyền mặn thuộc về bán nhật triều.
Yếu tố thứ 2 có ảnh hưởng đến xâm nhập mặn là lưu lượng nước nguồn. Lưu lượng nước nguồn tạo nên sức cản đối với dòng triều lên và xâm nhập mặn. Trong mùa cạn, nước nguồn trong sông vào thời kỳ thấp nhất, triều truyền vào trong sông xa nhất, nên mặn cũng theo triều xâm nhập vào trong sông sâu nhất. Ngược lại, trong mùa lũ nước trong sông đẩy mạnh xâm nhập mặn về phía hạ lưu. Do đó, mặn cũng diễn biến theo mùa rõ rệt. Ở những sông có nguồn: (sông Tiền, sông Hậu) tháng IV lúc nước nguồn cạn nhất cũng là thời kỳ nước mặn lên cao nhất. Ở những sông không có nguồn xâm nhập mặn diễn ra hầu như quanh năm. Tuy vậy, trong mùa mưa nhờ có nước trời tại chỗ, gây dòng chảy cục bộ, nước mưa trong nội đồng cũng làm giảm nhẹ tình trạng xâm nhập mặn. Những năm khô hạn, ít mưa, nắng nóng kéo dài, bốc hơi lớn là những năm chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn nặng nề nhất.
Trên phạm vi đồng bằng, sau khi gió mùa Tây Nam kết thúc (từ tháng XI đến tháng III), gió mùa chuyển hướng sang Đông Nam, gió Đông. Hướng gió thổi thuận với dòng triều lên, nước mặn xâm nhập sâu vào trong sông, trong nội đồng người ta
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
gọi là mùa gió chướng. Những năm gió chướng thổi mạnh cũng là những năm mặn vào sâu nhất.
(2) Hình thức truyền mặn:
- Sự phân lớp của dòng chảy vùng cửa sông (dòng dị trọng):
Do tỷ trọng của nước biển lớn hơn nước ngọt trong sông, nên dòng triều di chuyển vào cửa sông có dạng hình nêm nằm sát đáy thường gọi là nêm mặn. Khi nêm mặn di chuyển vào sông sẽ xuất hiện hiện tượng dồn nước ngọt từ nguồn về; Khi nêm mặn di chuyển về phía biển (triều xuống) nước ngọt sẽ đẩy nêm mặn di chuyển nhanh hơn về phía biển. Tùy thuộc vào tương quan giữa dòng triều và dòng chảy ngọt mà nêm mặn sẽ có hình dạng khác nhau.
Khi năng lượng triều không lớn so với dòng chảy ngọt, nêm mặn sẽ không đủ năng lượng dồn ép hoàn toàn dòng chảy ngọt lên phía thượng lưu, hiện tượng phân lớp dòng chảy xuất hiện. Lúc này, nêm mặn có hình tam giác, đường phân chia nước mặn và ngọt xuất phát từ đáy sông nhưng không kéo dài đến mặt thoáng của nước. Ta gọi hiện tượng này là hiện tượng phân lớp của dòng chảy vùng cửa sông. Đặc điểm của loại triều phân lớp là tồn tại đồng thời dòng chảy 2 chiều. Hiện tượng dòng chảy theo 2 chiều có thể xuất hiện cả ở pha lên và pha xuống của thủy triều.
Trong trường hợp năng lượng triều lớn, đủ khả năng dồn ép hoàn toàn nước ngọt về phía đất liền sẽ không xuất hiện hiện tượng phân lớp chảy. Ta gọi là triều không phân lớp. Trong trường hợp này nêm mặn có dạng hình thang, đường phân chia giữa nêm mặn và ngọt kéo dài đến mặt thoáng của nước.
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Đối với vùng chịu tác động của triều biển Đông ở ĐBSCL, năng lượng triều lớn nên trường hợp triều không phân lớp là phổ biến, trường hợp triều phân lớp chỉ có diễn ra trong một số trường hợp ở các pha chuyển triều.
- Sự xáo trộn giữa dòng triều và dòng chảy thượng nguồn vùng cửa sông:
Mặn xâm nhập từ biển vào đất liền theo sông rạch. Nước mặn theo dòng triều ngược lên thượng lưu trong thời kỳ triều lên hòa lẫn với nước ngọt từ nguồn đổ xuống, hòa trộn thành nước lợ, sau đó rút đi trong thời kỳ triều rút. Do đó, độ mặn nước giảm dần từ biển vào sông. Tùy thuộc vào mối tương quan giữa lưu lượng dòng triều lên từ biển và lưu lượng nước sông từ trên xuống Pritchard (1967) đã phân các hình thức truyền mặn thành 3 trường hợp:
+ Trường hợp 1: Khi tỷ số giữa tổng lượng nước triều lên (WT) trên tổng lượng nước sông đổ về trong thời gian đó (Ws) nhỏ hơn hoặc bằng 1 ta có:
truyền mặn theo hình thức không có xáo trộn hoặc xáo trộn yếu. Trong trường hợp này sự xáo trộn rối và đối lưu rất nhỏ. Mặn truyền vào trong sông theo hình thức nêm với độ dốc lớp nước mặn rất bé.
+ Trường hợp 2: 1< WT/Ws < 10 truyền mặn sẽ xảy ra theo hình thức hỗn hợp vừa nước mặn và nước sông có sự xáo trộn, song giữa 2 khối nước vẫn có
Hình 1.1 Phân bố tốc độ chảy theo độ sâu
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
sự phân biệt, đường đồng mức về độ mặn tương đối rõ với độ dốc tương đối lớn. Quá trình xáo trộn phân tử, xáo trộn đối lưu xảy ra tương đối rõ.
+ Trường hợp 3: WT/Ws > 10 truyền mặn theo hình thức xáo trộn mạnh.
Trong trường hợp này giữa 2 khối nước không có sự phân biệt rõ ràng về tính chất. Mặn truyền vào trong sông không theo dạng đường đồng mức, hoặc nếu có thì với độ dốc lớn[1].
Do lượng nước triều đổ vào vùng cửa sông trong mùa cạn rất lớn nên xâm nhập mặn vào vùng các cửa sông Tiền, sông Hậu xảy ra theo trường hợp xáo trộn mạnh (trường hợp 3). Có thể thấy được điều đó qua so sánh độ mặn ở tầng mặt (SM) và ở tầng đáy (SĐ) theo tài liệu đo đạc ở các điểm khác nhau trên cửa sông Tiền (Bảng 1.1).
Bảng 1.1 Thống kê sự phân bố độ mặn theo chiều sâu.
Trạm Thời gian có Số lần có SĐ> Tỷ lệ % SĐmax SMmax
Bình Đại II – VI/79 254 91.4 29.4 22.5
Mỹ Tho II – V/84 82 28.2 2.0 1.9
Vàm Kênh IV – V/79 56 70.9 20.6 19.2
Hòa Bình IV – V/79 45 54.9 16.4 15.7
An Định II – VI/74 130 34.9 2.9 2.6
Nguồn: CT60B 60-02: Tài nguyên nước ĐBSCL – 1986
Kết quả so sánh trên đây cho thấy tỷ số các lần đo mặn đáy lớn hơn độ mặn mặt chiếm đa số các trường hợp. Ở vùng sông giáp biển tỷ số này lớn hơn và giảm dần về phía thượng nguồn. Tuy nhiên, chênh lệch giữa độ mặn mặt và đáy không đáng kể khoảng từ 0 đến vài ‰, cá biệt có thể lên đến 7‰ ở Bình Đại (giáp biển).
Khi lưu lượng nước sông tăng lên mức độ xáo trộn có thể giảm xuống, song theo kinh nghiệm hình thức truyền mặn ở cửa sông Cửu Long vẫn nằm trong trường hợp 2. Không có trường hợp truyền mặn theo hình thức nêm mặn (trường hợp 1).
(3) Các đặc trưng xâm nhập mặn
Sự tương tác giữa nước ngọt trên sông từ trên xuống và nước mặn từ biển lên tạo thành một khu nước lợ, ở đó độ mặn nước thay đổi từ Smin = 0 (nước sông) đến Smax (độ mặn nước biển). Quan hệ S – L đó khác nhau đối với từng cửa sông.
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Có thể dùng bậc thang mặn tổng quát sau đây:
- Nước rất mặn: S > 30‰;
- Nước mặn: S = 18 – 30‰;
- Nước lợ: S = 4 – 18 ‰;
- Nước hơi lợ: S = 0.5 – 4‰;
- Nước ngọt: S < 0.5‰.
Tại một số vị trí cố định trên sông trong một quá trình triều, độ mặn thay đổi và đạt tới các giá trị lớn nhất khi triều lên (Smax) và giá trị bé nhất (Smin) khi triều xuống. Chênh lệch giữa Smax – Smin = (S) phụ thuộc vào vị trí ta xét.
Trong một lòng sông ổn định về địa hình dạng đường quan hệ S – L (Smax, Smin, Sbq L) khá ổn định, phụ thuộc chính vào dạng triều biển.
Sự xâm nhập mặn vào trong sông và nội đồng trong trường hợp đơn giản (giảm dần đều đặn) thường được mô tả theo dạng:
Sx = So.e-x Trong đó: So – độ mặn của biển.
X – chiều dài dọc sông.
Tại cửa sông X = 0; Sx = So; Smin Smax So.
Càng đi lên thượng lưu Smax Smin 0.
Tại vị trí S = 0 ta có X = Ls (chiều dài xâm nhập mặn).
Đối với vùng cửa sông, đặc biệt là sông phân nhánh (đổ ra biển bằng nhiều nhánh) quan hệ này rất biến động, phụ thuộc vào địa hình biến đổi, từ đó lưu lượng đổ ra các cửa cũng thay đổi, làm cho dạng phân bố S – L trở nên không chuẩn như trên.
Điều đáng nói là qua sự phân tích quan hệ S – L trong nhiều năm ta cũng có thể phán đoán được sự thay đổi của phân chia lưu lượng ở các cửa sông và từ đó hiểu được xu thế diễn biến của lòng sông.
Chiều dài xâm nhập mặn là đặc trưng giới hạn của xâm nhập mặn trên sông ứng với các độ mặn khác nhau. Trong thực tế ngưới ta thường dùng:
- LS0.1‰: Ranh giới mặn phục vụ cấp nước;
- LS4‰: Ranh giới mặn phục vụ nông nghiệp.
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
Thường người ta biểu thị chiều dài xâm nhập mặn của một con sông thực tế như sau: Ls = Lumax + Lđiều tiết + Lkh.
Trong đó : Lumax là chiều dài chuyển động của chất điểm nước tính từ biển vào trong sông trong 1 pha triều cường (quyết định umax); umax phụ thuộc vào dạng triều và lưu lượng nước sông (là yếu tố tạo sức cản đối với sự truyền triều).
(Nguồn: Chế độ nước ĐBSCL và những biến động do BĐKH – NBD, 2011)
Thông thường ở các cửa sông lớn, ít cồn bãi chiều dài Lumax có thể đạt tới 18 – 20 km. Sự phát triển cồn bãi ở vùng cửa sông sẽ làm giảm nhỏ Lumax làm cho xâm nhập mặn giảm. Ta lưu ý rằng, cồn bãi vùng sông Tiền, sông Hậu phát triển rất không đồng đều. Đó là nhân tố làm cho xâm nhập mặn trên các cửa sông có khác nhau.
So sánh với Lumax thì chiều dài khuyếch tán Lkh thường không đáng kể, đặc biệt trong trường hợp xâm nhập mặn diễn ra theo hình thức xáo trộn mạnh.
Chiều dài xâm nhập mặn do điều tiết Lđiều tiết phụ thuộc vào biên độ triều và dạng quá trình triều trong tháng. Nếu phân tích chi tiết Lsmax trên sông chính với giá trị Lumax đã nói trên đây có thể thấy Lđiều tiết có vai trò quyết định đối với xâm nhập mặn vào vùng cửa sông Cửu Long. Điều đó giúp ta hiểu được sự khác nhau trong xâm nhập mặn vào các cửa sông thuộc biển Đông và biển Tây[1].
- Trên sông Vàm Cỏ Tây : Lsmax = 135 km;
- Trên sông Tiền : Lsmax = 100 km;
Hình 1.2 Dạng phân bố S – L (chuẩn) Dạng phân bố chuẩn S – L (chuẩn)
Luận văn thạc sỹ khóa Q11CS2 – Học viên Phạm Thị Bích Thục
- Trên sông Hậu : Lsmax = 90 km;
- Trên sông Giang Thành (biển Tây) : Lsmax = 55 km.