- ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THỦY LỰC MỘT CHIỀU ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG CHÍNH. - Động thái xâm nhập mặn, mực nước biển dâng, suy giảm lưu lượng thượng nguồn, mô hình toán thủy lực. - Xâm nhập mặn là một trong những vấn đề lớn mà người dân ở đồng bằng sông Cửu Long đang phải đối mặt. - Ở Trà Vinh, với việc tự phát mở rộng nuôi trồng thủy sản (NTTS), hệ thống các công trình thủy lợi (CTTL) (được thiết kế ban đầu nhằm hạn chế XNM) đã được vận hành theo hướng lấy nước mặn để NTTS làm cho mặn xâm nhập sâu vào nội đồng. - Trong nghiên cứu này, mô hình thủy động lực học một chiều (MIKE-11) được áp dụng để đánh giá tình hình XNM trên hệ thống sông chính thuộc tỉnh Trà Vinh và dự báo sự XNM do nước biển dâng (NBD) và suy giảm lưu lượng nước thượng nguồn trong tương lai. - Mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở dữ liệu năm 2005. - đây là kịch bản gốc để đánh giá tính chính xác của mô hình được áp dụng và so sánh với các kịch bản dự báo XNM vào các năm 2020 và 2030.. - Kết quả mô phỏng cho thấy trong điều kiện NBD, mặn sẽ xâm nhập sâu vào trong các hệ thống sông / kênh. - Bên cạnh đó, Trà Vinh có hệ thống sông / kênh chằng chịt - đây cũng là một trong những lý do làm gia tăng quá trình xâm nhập mặn vào sâu trong nội đồng. - Những năm gần đây, với kế hoạch tăng cường sử dụng nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp cũng như cho các hoạt động liên quan đến thủy điện và các hoạt động kinh tế khác ở các nước thượng nguồn sông Mekong (Chu Thai Hoanh et al., 2003), làm cho tình hình xâm nhập mặn ở các tỉnh ven biển ĐBSCL nói chung và ở Trà Vinh nói riêng ngày càng. - Do vậy, trong nghiên cứu này, mô hình toán thủy lực một chiều (MIKE-11) được sử dụng để mô phỏng sự xâm nhập mặn ở tỉnh Trà Vinh và dự báo sự xâm nhập mặn cho tương lai theo các kịch bản (KB) nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn giảm.. - 2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 MIKE-11 là phần mềm được phát triển bởi Viện Nghiên cứu Thủy lực Đan Mạch (DHI), cung cấp các công cụ động lực học một chiều nhằm phân tích động thái dòng chảy trên một hệ thống sông và kênh rạch từ đơn giản đến phức tạp. - (ii) mô-đun truyền tải khuếch tán. - Ngoài ra, khi tính toán truyền tải khuếch tán và lan truyền chất, phương trình khuếch tán (công thức 3) cũng được sử dụng.. - Phương trình khuếch tán: AKC C q. - Trong đó: Q: lưu lượng (m 3 /s). - R: bán kính thủy lực (m). - h: mực nước so với độ cao chuẩn (m). - K: hệ số tự phân hủy tuyến tính. - D: hệ số khuếch tán (m 2 /s). - thông qua phương pháp 6 điểm của Abbott-Ionescu, mực nước và lưu lượng được tính toán trên mạng lưới xen kẻ nhau (Hình 2).. - 2.2 Thành lập mô hình. - Trong nghiên cứu này, mô-đun thủy lực (HD) và truyền tải khuếch tán được dùng để mô phỏng xâm nhập mặn cho hệ thống sông chính trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. - Các số liệu đầu vào để tính toán mô hình thủy lực (HD):. - Số liệu theo thời gian: Chuỗi giá trị mực nước và lưu lượng theo thời gian (từ ngày đến ngày . - Điều kiện ban đầu và điều kiện biên của mô hình:. - Giá trị ban đầu (tham khảo dựa vào các mô hình toàn đồng bằng đã có sẵn như ISIS và Mike) của chuỗi số liệu mực nước và lưu lượng.. - Điều kiện biên trong mô hình bao gồm 2 biên lưu lượng và 6 biên mực nước ở biển Đông (Hình 1).. - Mô hình bao gồm hệ thống công trình. - Bước thời gian tính toán trong mô hình là 1 giờ.. - 2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. - Mô hình được hiệu chỉnh qua 2 bước (với bộ số liệu bao gồm: bộ số liệu thủy lực và mặn từ ngày đến ngày tại 3 trạm Trà Vinh, Hưng Mỹ và Trà Kha (Hình 1) bằng cách thử dần các thông số trong mô hình (hệ số nhám Manning’s n trong mô-đun thủy lực và hệ số khuếch tán trong mô-đun truyền tải khuếch tán) cho đến khi kết quả mô hình phù hợp với kết quả thực đo. - Việc thử dần các thông số trong mô hình dựa vào bộ thông số đã được hiệu chỉnh cho ĐBSCL: hệ số nhám nằm trong khoảng . - hệ số khuếch tán nằm trong khoảng m 2 /s đối với sông chính và 10 – 100 m 2 /s đối với các nhánh sông khác. - Sau đó, mô hình được kiểm định bằng bộ số liệu năm 2011.. - 2.4 Xây dựng các kịch bản dự báo xâm nhập mặn. - Việc xây dựng các KB cho mô hình dựa trên KB BĐKH và mực nước biển dâng. - (2003), ứng với KB B2 lưu lượng mùa kiệt trên sông Mekong có thể giảm từ 15. - Trong nghiên cứu này, xâm nhập mặn năm 2005 được chọn làm KB gốc, mô phỏng xâm nhập mặn để so sánh với các KB đã xây dựng dựa trên điều kiện nước biển dâng và lưu lượng nước thượng nguồn giảm. - Vì năm 2005 là năm có số liệu đầy đủ, các cống chính trong khu vực nghiên cứu đã được hoàn chỉnh và hoạt động theo nhu cầu sản xuất cho khu vực. - Các KB (dựa trên sự suy giảm lưu lượng thượng nguồn và mực nước biển dâng) (Bảng 1) được xây dựng nhằm dự đoán tình hình xâm nhập mặn trong tương lai ở khu vực nghiên cứu.. - Bảng 1: Các kịch bản mô phỏng. - Kịch bản Mực nước biển dâng (cm) Tỉ lệ lưu lượng giảm so với kịch bản gốc (m 3 /s). - Kịch bản gốc H 2005 Q 2005. - thay đổi cách vận hành cống. - 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả tính toán thủy lực. - Hiệu chỉnh mô hình thủy lực thông qua việc thay đổi hệ số nhám Manning’s n. - (2006), hệ số nhám thủy lực cho sông / kênh tự nhiên, trên nền phù sa ở đồng bằng nằm trong khoảng . - những đoạn kênh ngắn và thẳng sẽ có hệ số nhám thấp. - Qua quá trình hiệu chỉnh, hệ số nhám Manning’s n nằm trong khoảng . - Bên cạnh đó, kết quả mô hình phù hợp với thực đo về giá trị và cùng pha dao động. - Kết quả hiệu chỉnh tại 2 trạm đo (Trà Vinh và Trà Kha) được thể hiện qua Hình 3a và 3b.. - Hình 3: Mực nước mô phỏng hiệu chỉnh so với thực đo tại các trạm Trà Vinh (a) và Trà Kha (b) (từ ngày đến ngày . - Mực nước (m) R. - 2 =0,95 (3a) Thực đo Mô phỏng. - Mực nước (m). - R b ) Mô phỏng Thực đo. - Kiểm định bộ thông số thủy lực đã được hiệu chỉnh ở trên bằng bộ số liệu năm 2011. - quả kiểm định mô hình tại trạm Trà Vinh và Trà Kha được thể hiện qua Hình 4a và 4b.. - Hình 4: Mực nước mô phỏng và thực đo tại trạm Trà Vinh (a) và trạm Trà Kha (b) (từ ngày đến ngày . - Qua kết quả hiệu chỉnh (Hình 3) và kiểm định (Hình 4) cho thấy, kết quả mực nước mô phỏng gần với giá trị thực đo cả về giá trị tuyệt đối và pha dao động (với R 2 >. - Như vậy, mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định có thể được sử dụng để tiếp tục mô phỏng xâm nhập mặn cho hệ thống sông khu vực nghiên cứu trong điều kiện giả định về sự thay đổi của điều kiện biên trong tương lai.. - 3.2 Kết quả tính toán xâm nhập mặn. - Mô hình xâm nhập mặn được hiệu chỉnh thông qua việc thay đổi hệ số khuếch tán (D).. - Quá trình hiệu chỉnh mô hình xâm nhập mặn phức tạp hơn so với mô hình thủy lực do mặn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như gió mùa, nhu cầu sử dụng nước trong khu vực, cách vận hành các công trình cống ngăn mặn,… Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ xét đến yếu tố thủy triều, lưu lượng nước thượng nguồn và cách vận hành các công trình cống ngăn mặn tại vùng nghiên cứu. - Kết quả hiệu chỉnh cho thấy, hệ số khuếch. - Hình 5 thể hiện kết quả hiệu chỉnh mặn giữa giá trị mô phỏng và thực đo vào năm 2005 tại trạm Trà Vinh (Hình 5a) và Trà Kha (Hình 5b). - Do hạn chế về mặt số liệu, nghiên cứu này không thể thực hiện việc kiểm định mô hình xâm nhập mặn. - Tuy nhiên, với hệ số khuếch tán đã hiệu chỉnh trong mô hình đã cho kết quả mặn phù hợp với thực đo.. - Theo Schnoor (1996), hệ số khuếch tán theo chiều dọc của dòng chảy từ cửa sông nằm trong khoảng 100 m 2 /s – 1000 m 2 /s, hệ số khuếch tán dọc theo chiều dọc dòng sông nằm trong khoảng từ 10 m 2 /s – 100 m 2 /s. - Như vậy, khoảng hệ số khuếch tán sử dụng hiệu chỉnh cho mô hình mặn năm 2005 nằm trong khoảng phù hợp với các nghiên cứu trước đây. - Từ đó, có thể sử dụng mô hình tính toán mặn năm 2005 để dự báo mặn cho tương lai theo các KB xây dựng.. - Thực đo Mô phỏng. - E=0,97 (4b) Thực đo Mô phỏng. - Hình 5: Độ mặn mô phỏng và thực đo tại trạm Trà Vinh (5a) và Trà Kha (5b) (từ ngày đến ngày . - 4 KẾT QUẢ DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN CHO TƯƠNG LAI THEO CÁC KỊCH BẢN ĐÃ XÂY DỰNG. - Dựa trên các KB đã xây dựng, đánh giá kết quả dự báo theo các KB. - So sánh kết quả dự báo từ KB 1, 2, 3 và 4 với KB gốc để đánh giá tình trạng xâm nhập mặn và các yếu tố ảnh hưởng, làm gia tăng tình trạng xâm nhập mặn trong khu vực nghiên cứu. - Tất cả các cống trong mô hình (Hình 1) đều có cửa chốt phía ngoài sông và phía nội đồng. - Trong KB 2 và 4, ngoài yếu tố mực nước biển dâng và lưu lượng nước thượng nguồn giảm còn kết hợp cách vận hành các. - Bảng 2: Mô hình vận hành cống trong Dự án Nam Mang Thít. - Hầu hết thời gian trong mùa, hạn chế xâm nhập mặn. - Kết quả xâm nhập mặn ở KB gốc vào năm 2005 được thể hiện ở Hình 6a. - Kết quả dự báo xâm nhập mặn cho tương lai theo các KB được thể hiện qua Hình 6b – đường đẳng mặn 4 g/l theo các KB.. - Hình 6: Phân bố xâm nhập mặn kịch bản gốc (a) và đường đẳng trị mặn (4g/l) các kịch bản (b). - E = 0,93 (5a) Thực đo Mô phỏng. - Mặc dù, vào năm 2005, trong khu vực nghiên cứu, dự án Nam Măng Thít ngăn mặn xâm nhập từ biển Đông và tiêu nước cho khoảng 176.662 ha đất trong khu vực tỉnh Trà Vinh đã được triển khai (Bộ Nông nghiệp và PTNN, 2004), xâm nhập mặn vẫn xâm nhập sâu vào trong nội đồng. - Đối với 2 huyện Trà Cú, Cầu Ngang mặn đã xâm nhập toàn bộ hệ thống sông, 293 km 2 diện tích đất huyện Châu Thành và 67 km 2 huyện Tiểu Cần với độ mặn 4 g/l. - Mặn xâm nhập sâu vào trong nội đồng là do một số cống đầu mối trong khu vực như Thâu Râu, Vinh Kim, Chà Và vận hành cho nước ra vào thường xuyên,. - Ngoài ra, kết quả tính toán về chiều dài xâm nhập mặn trên sông Hậu và Cổ Chiên (Hình 7) cho thấy, với việc thực hiện vận hành cống theo đúng thiết kế đã hạn chế xâm nhập mặn vào nội đồng nhưng trong tương lai với mực nước biển dâng 17 cm và lưu lượng thượng nguồn vào mùa kiệt giảm 30%, xâm nhập mặn trên sông chính sẽ vào sâu hơn 17 km so với KB gốc.. - Hình 7: Chiều dài xâm nhập mặn trên sông Hậu và Cổ Chiên theo các kịch bản. - Qua nghiên cứu này cho thấy, mô hình mô phỏng xâm nhập mặn năm 2005 trên hệ thống sông chính trên địa bàn tỉnh Trà Vinh đã được xây dựng và mô hình này cũng đã được áp dụng để dự báo cho tương lai theo các kịch bản nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn giảm. - Kết quả theo các kịch bản đã xây dựng cho thấy, mặn vào mùa khô sẽ xâm nhập vào nội đồng.. - Đặc biệt ở kịch bản 2 và 4, mặc dù đã thực hiện cách vận hành cống theo thiết kế ban đầu, hạn chế mặn xâm nhập vào nội đồng nhưng trên sông chính mặn vẫn vào sâu trên sông chính 17 km so với kịch bản gốc. - Trong nghiên cứu này, do hạn chế về nguồn số liệu, mô phỏng xâm nhập mặn vẫn chưa bao gồm hết các yếu tố ảnh hưởng bao gồm gió mùa, nhu cầu sử dụng nước. - Vì thế, mô hình cần được hiệu chỉnh với đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến xâm nhập mặn để có cái nhìn toàn diện hơn về động thái xâm nhập mặn trong hiện tại và tương lai. - Kết quả đạt được trong nghiên cứu góp phần quan trọng trong việc quy hoạch tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh Trà Vinh trong điều kiện có sự thay đổi của điều kiện thủy văn trong tương lai (ví. - dụ, nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn biến động).. - Kết quả nghiên cứu xâm nhập mặn phục vụ kinh tế xã hội ĐBSCL. - Hội thảo ảnh hưởng của sự xâm nhập mặn đến khả năng sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản ở Trà Vinh.