Mô phỏng xâm nhập mặn trên sông trà lý theo các kịch bản biến đổi khí hậu
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN TRÊN SÔNG TRÀ LÝ
THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Hoàng Ngọc Quang - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
iện nay, hiện tượng mặn trên sông Trà Lý đang diễn biến phức tạp, tác động tiêu cực
tới môi trường, kinh tế và xã hội ở tỉnh Thái Bình, một vùng trọng điểm nông nghiệp
H
ở miền Bắc nước ta. Đó là một mối quan ngại lớn, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí
hậu (BĐKH).
Các nghiên cứu diễn biến mặn trong bối cảnh BĐKH thường được gắn với các kịch bản BĐKH.
Các kết quả tính toán theo các kịch bản BĐKH so với thời kỳ nền 2005 đã cho thấy: Độ mặn 10/00
sẽ xâm nhập vào sâu 21 km, 23 km và 24 km tương ứng với các thời kỳ 2020, 2030 và 2050. Độ mặn
40/00 sẽ xâm nhập vào sâu 16 km, 17 km và 18 km tương ứng với thời kỳ 2020, 2030 và 2050.
Kết quả nghiên cứu trên cũng đã cho thấy rằng xâm nhập mặn đang có dấu hiệu gia tăng và để
giảm thiểu tác hại do mặn gây ra rất cần có những biện pháp phòng tránh thích ứng hiệu quả và
kịp thời.
Từ khóa: Xâm nhâp mặn, Trà Lý.
1. Một vài thông tin về chế độ thủy, hải văn
Chế độ thủy triều vùng biển cửa sông Trà Lý
Sông Trà Lý dài 67 km là một trong các phân là nhật triều và có thể lên đến trạm thủy văn
lưu của sông Hồng, nằm trên địa phận tỉnh Thái Quyết Chiến. Theo các con nước triều, mặn đã
Bình, chảy theo hướng Tây - Đông và đổ ra biển xâm nhập sâu vào sông, gây hậu quả xấu đến
tại cửa Trà Lý.
trồng trọt, chăn nuôi và dân sinh kinh tế trong
Sông Trà Lý chịu sự ảnh hưởng mạnh của vùng.
thủy triều ở vịnh Bắc Bộ. Vào mùa cạn, nước
2. Tình hình xâm nhập mặn trên sông
sông thường dao động theo thủy triều và cùng Trà Lý
với thủy triều, hiện tại mặn xâm nhập rất sâu vào
Trong những năm gần đây, mặn trên sông Trà
nội địa, trung bình độ mặn 10/00 xâm nhập vào Lý diễn biến khá phức tạp, nhất là vào mùa cạn,
sâu 16 km và độ mặn 40/00 xâm nhập vào sâu 12 khi lượng nước sông giảm mạnh, mặn xâm nhập
km, tính từ cửa sông.
rất sâu vào nội địa. Mực nước và độ mặn biến
Dòng chảy trên sông Trà Lý được chia làm đổi theo từng giờ, từng ngày trong một con triều
hai mùa rõ rệt: mùa lũ thường từ tháng 6 - 10 còn và phụ thuộc vào các quá trình thủy văn, khí
mùa mùa cạn là các tháng còn lại.
tượng và hải văn.
- Dòng chảy mùa lũ trên sông với đặc điểm:
Vào những ngày triều trung và triều cường
cường suất lũ nhỏ, đỉnh bẹt, các con lũ xảy ra khi có gió mạnh từ biển, khoảng cách mặn xâm
liên tiếp, thời gian lũ kéo dài, mực nước lớn nhất nhập, tính từ cửa sông sẽ tăng lên. Trong thời
thường xảy ra trong các tháng 7 hoặc 8.
gian gần đây, mặn lại đang có xu thế xâm nhập
- Mực nước mùa cạn chịu ảnh hưởng rất ngày càng sâu hơn, có năm lấn tới giáp cống
mạnh của thuỷ triều và mức độ ảnh hưởng giảm Thuyền Quan. Theo trung bình nhiều năm, chiều
dần về thượng lưu. Mực nước trung bình mùa dài xâm nhập mặn xa nhất trên sông là 26 km so
kiệt lớn nhất tại trạm thủy văn Quyết Chiến là 59 với 20 km trên sông Hồng (Bảng 1) với mức độ
cm (năm 2008), nhỏ nhất là 19 cm (năm 1998) triết giảm khoảng 0,42 ‰ km so với 0,54 ‰ km
và trung bình là 42 cm, tính theo nhiều năm.
trên sông Thái Bình.
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
13
Số tháng 12 - 2016
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
Bảng 1. Khoảng cách xâm nhập mặn trên sông Hồng và sông Trà Lý
ChiӅu dài trung bình ChiӅu dài lӟn nhҩt
(km) (km)
STT Sông
1‰
14
4‰
10
1‰
20
4‰
16
1
2
Hӗng
Trà Lý
16
12
26
24
3. Mô phỏng mặn trên sông Trà Lý
3.1. Cấu trúc mô hình
m2/s, còn với sông thì D= 5 - 20 m2/s.
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số
Để mô phỏng mặn trên sông Trà Lý đã sử mô hình
dụng mô hình MIKE 11 với hai mô đun thủy lực
(HD) và chuyển tải - khuyếch tán (AD).
1. Modun HD
1. Thiết lập mạng thủy lực sông Trà Lý
Từ tài liệu mặt cắt ngang sông độ năm
1999 - 2000 do Cục đê điều và Phòng chống
Mô dun thủy động lực học HD là phần chủ lụt bão, Bộ NN&PTNT sơ đồ mạng lưới sông
yếu của MIKE 11, có khả năng giải các bài toán: Trà Lý được thiết lập trong mô hình MIKE11
thủy động lực học cho kênh hở; sóng khuếch tán, như hình 1.
sóng động học và Muskingum cho sông, kênh;
tự động điều chỉnh điều kiện cho dòng chảy êm,
2. Tài liệu về điều kiện biên
a) Tài liệu biên trên: Là quá trình lưu lượng,
xiết cũng như mô phỏng hầu hết các loại công mực nước tại trạm thuỷ văn Quyết Chiến với thời
trình trên sông.
đoạn t = 1 giờ với chuỗi tài liệu mực nước lấy
1/3/2001 - 28/03/2001 để hiệu chỉnh và chuỗi
2. Modun AD
Môdun AD được sử dụng để mô phỏng các 1/03/2005 - 29/03/2005 để kiểm định.
hiện tượng phân tán, khuyếch tán và đối lưu b) Tài liệu biên dưới mực nước giờ tại trạm
trong sông với mức độ phân tán D (Dispersion) thủy văn Định Cư với chuỗi tài liệu mặn
được coi như là hàm của vận tốc trung bình dòng 1/3/2001 - 28/03/2001 và chuỗi 1-29/03/2005
chảy (V) qua đoạn sông tính toán:
để hiệu chỉnh và kiểm định.
D = aVb,
c) Tài liệu ở biên mặn: Lấy bằng không tại
Với: a là hệ số phân tán; b là số mũ phân tán. biên trên còn biên dưới là độ mặn giờ thực đo tại
Kinh nghiệm đã cho thấy: với suối nhỏ D = 1- 5 trạm Định Cư.
Hình 1. Sơ đồ tính toán thủy lực sông Trà Lý
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 12 - 2016
14
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
3. Hiệu chỉnh bộ thông số mô hình MIKE 11 thực đo tại các trạm có số liệu đo đạc lưu lượng
cho sông Trà Lý
và mực nước. Việc so sánh này có thể được thực
hiện bằng việc so sánh hai đường quá trình tính
a. Hiệu chỉnh bộ thông số mô dun thủy lực
Trong tính toán xâm nhập mặn, chỉ cần hiệu toán và thực đo kết hợp chỉ tiêu Nash để kiểm
chỉnh bộ thông số độ nhám thay đổi theo lòng tra.
2
dẫn. Theo công thức kinh nghiệm và thực tế của
ꢀ
Xo,i ꢂ Xs,i
ꢁ
ꢁ
¦
Nash = 1 -
từng mặt cắt mà độ nhám lấy trong khoảng 0,02
- 0,05 để sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh kết
hợp tham khảo thông tin điều tra thực địa với các
bước làm:
Bước 1: Giả thiết bộ thông số và điều kiện
ban đầu.
2
ꢀ
Xo,i ꢂ Xo
¦
Với các giá trị: Xo,i - thực đo, Xs,i - tính toán
và - thực đo trung bình
Xo
Bước 4: Nếu kết quả so sánh tốt thì dừng
hiệu chỉnh và lưu bộ thông số. Ngược lại cần
Bước 2: Sau khi đã có bộ thông số giả thiết, phân tích đánh giá sai lệch, sau đó tiếp tục hiệu
tiến hành chạy mô hình.
chỉnh lại.
Bước 3: So sánh kết quả tính toán với số liệu
[meter]
Water Level
H Tinh toan
Duong qua trinh muc nuoc tai Thai Binh, Thang 3 - 2001
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
External TS 1
H Tinh toan
6-3-2001
11-3-2001
16-3-2001
21-3-2001
26-3-2001
Hình 2. Kết quả hiệu chỉnh thủy lực tại trạm Thái Bình
Kết quả hiệu chỉnh từ số liệu thực đo từ ngày lực và mô đun khuếch tán mặn
1 - 28/03/2001 tại trạm Thái Bình đã cho thấy:
Lấy bộ thông số đã được hiệu chình và bằng
đường mực nước tính toán phù hợp với đường các số liệu lưu lượng, mực nước và mặn thực đo
thực đo (Hình 2) và hệ số Nash tính được là 0,96. theo giờ từ 1/03/2005 - 29/03/2005 tại trạm thủy
Như vậy, bộ thông số đã hiệu chỉnh trên được văn Thái Bình và trạm đo mặn Ngũ Thôn, tiến
chấp nhận để kiểm định cho mùa cạn năm 2005 hành các bước kiểm định như các bước đã hiệu
ở bước tiếp theo.
chỉnh ta sẽ có các kết quả như:
b.Hiệu chỉnh bộ thông số cho mô đun khuếch
tán mặn
- Quá mực nước tính toán và quá trình thực
đo năm 2005 là khá phù hợp nhau (Hình 4) với
Từ số liệu mặn khoảng thời gian từ chỉ số NASH tính được là 0,94.
01/03/2001 - 28/03/2001 tại trạm kiểm tra Ngũ
- Đỉnh mặn tính toán khá phù hợp với đỉnh
Thôn và bằng cách làm tương tự ta có: sai số độ thực đo, chênh nhau không quá 1 giờ (Hình 5),
mặn tuyệt đối là 0,5%, sai số độ mặn tương đối sai số đỉnh tuyệt đối 3,0 % còn tương đối là 23,8
là 13,89%, quá trình mặn thực đo và mặn tính % và hệ số NASH = 0,9.
toán là phù hợp nhau (Hình 3) và chỉ số NASH
Như vậy, cả hai bộ thông số của mô hình thủy
tính được là 0,95. Bộ thông số đã được hiệu lực và mô hình khuếch tán mặn được chấp nhận
chỉnh trên sẽ được sử dụng để kiểm định mô hình và sẽ được sử dụng để tính toán mặn theo các
mặn cho mùa kiệt năm 2005 tiếp theo.
kịch bản .
4. Kiểm định bộ thông số cho mô hình thủy
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 12 - 2016
15
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
[PSU]
4.0
Salinity
Do man _Tinh toan
Do man tai Ngu Thon
External TS 1
Do man_ Thuc do
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
6-3-2001
11-3-2001
16-3-2001
21-3-2001
26-3-2001
Hình 3. Kết quả hiệu chỉnh hệ số khuếch tán tại trạm Ngũ Thôn
[meter]
Water Level
H Tinh toan
Duong qua trinh muc nuoc tai tram Thai Binh, Thang 3 - 2005
1.4
1.2
External TS 1
H Thuc do
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
6-3-2005
11-3-2005
16-3-2005
21-3-2005
26-3-2005
Hình 4. Quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Thái Bình kiểm định
[PSU]
Salinity
Do man_ Tinh toan
Do man tai Ngu Thon, Thang 3 - 2005
16.0
15.0
14.0
13.0
12.0
11.0
10.0
9.0
External TS 1
Do man_ Kiem tra
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
6-3-2005
11-3-2005
16-3-2005
21-3-2005
26-3-2005
Hình 5. Quá trình mặn thực đo và tính toán trạm Ngũ Thôn được kiểm định
4. Tính toán xâm nhập mặn theo kịch bản
biến biến đổi khí hậu
còn dòng chảy mùa cạn lại bị giảm nhỏ so với
thời kỳ nền 2005, như bảng 3.
4.1. Xây dựng kịch bản tính toán
Bảng 3. Sự thay đổi của mực nước biển và
dòng chảy mùa kiệt theo kịch bản B2
Việc tính toán xâm nhập mặn trên sông Trà
Lý được dựa trên cơ sở kịch bản nước biển dâng:
cao (A1, A2), trung bình (B2) và thấp (B1) như
trong báo cáo kế hoạch hành động ứng phó với
BĐKH tỉnh Thái Bình (Kịch bản BĐKH 2012
của Bộ Tài nguyên và Môi trường).
Ở Việt Nam, kịch bản được sử dụng trong
thời điểm hiện nay là kịch bản trung bình B2.
Kịch bản B2 là kịch bản: độ mặn ở ngoài cửa
sông không thay đổi, mực nước biển sẽ dâng lên
Thӡi ÿoҥn
Năm 2020
YӃu tӕ biӃn ÿәi
Dòng chҧy
Giá trӏ
-12,8%
+0,13
Mӵc nѭӟc biӇn (m)
Dòng chҧy
-23,9%
+0,24
Năm 2030
Năm 2050
Mӵc nѭӟc biӇn (m)
Dòng chҧy
-30,6%
+0,65
Mӵc nѭӟc biӇn (m)
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 12 - 2016
16
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
4.2. Kết quả tính toán
a. Đối với kịch bản nền
vùng trọng điểm nông nghiệp cũng như đời sống
dân sinh kinh tế trong vùng sẽ bị ảnh hưởng
nghiêm trọng nếu không có biện pháp phòng
tránh thích ứng.
Hiện tại mức độ nhiễm mặn trên sông đang
trong tình trạng báo động, mặn xâm nhập sâu
vào trong sông tới 16 km, có nghĩa là dân cư
thuộc các thôn Ái Quốc (xã Đông Trà), Lợi
Thành (Đông Quý), Lương Phú (Tây Lương) và
xã Vũ Lăng (huyện Tiền Hải), cùng các xã Lê
Lợi và xã Hồng Thái (huyện Kiến Xương) sẽ bị
tác động mạnh do nguồn nước sông bị nhiễm
mặn. Đây là một vấn đề lớn cần phải được xem
xét đối với một vùng kinh tế thuần nông.
Tình hình trên đã đặt ra rất nhiều vấn đề, đó là:
- Cả một đoạn sông 16 km ra tới biển sẽ bị
nhiễm mặn vượt ngưỡng 1 ‰ (ngưỡng sống của
lúa) sẽ không trồng được lúa và hậu quả là một
- Dọc theo đoạn sông dài 12 km ra tới biển sẽ
bị nhiễm mặn >= 4 ‰ (ngưỡng nuôi trồng thủy
sản nước lợ) sẽ làm cho đời sống dân sinh kinh
tế bị ảnh hưởng và hậu quả là rất nghiệm trọng,
nếu không có biện pháp phòng tránh thích ứng.
- Bên cạnh đó diễn biến khí hậu ngày càng
khắc nghiệt, nước biển dâng cao, trong khi
nguồn nước thượng nguồn ngày càng giảm, tình
trạng xâm nhập sẽ ngày càng trở nên trầm trọng
hơn và có xu hướng xâm nhập sâu hơn. Nếu
tình trạng đó xảy ra, hậu quả sẽ nghiêm trọng
hơn rất nhiều.
Hình 6. Diễn biến mặn dọc sông Trà Lý theo các kịch bản BĐKH
b. Kết quả mô phỏng theo các kịch bản
Ái Quốc (Đông Trà), Lợi Thành (Đông Quý) và
Theo kịch bản B2, từ bộ thông số được kiểm xã Vũ Lăng thuộc huyện Tiền Hải.
định, mức tăng của mực nước biển cũng như
+ Mặn 4‰ sẽ xâm nhập sâu tới 16 km so với
mức giảm của dòng chảy mùa cạn trong bảng 3 kịch bản nền năm 2005, tới các xã Lê Lợi và
tiến hành mô phỏng mặn, kết quả đó đã cho thấy Hồng Thái (huyện Kiến Xương).
rằng:
- Trong giai đoạn năm 2030 (KB2): nếu nước
- Trong giai đoạn năm 2020 (KB1): nếu nước biển dâng 13 cm và lưu lượng dòng chảy giảm
biển dâng 9 cm và lưu lượng dòng chảy giảm 23,9% thì ranh giới xâm nhập mặn sẽ vào sâu
12,8% thì xâm nhập mặn tương đối ổn định và thêm :
cũng có thể tăng nhưng tăng không đáng kể so
với kịch bản nền:
+ Hơn 23 km đối với mặn 1‰, tới xóm 1, Trà
Giang (Kiến Xương), các thôn Ái Quốc (Đông
+ Mặn 1‰ sẽ xâm nhập thêm 1,4 km, sâu tới Trà), Lợi Thành (Đông Quý), Lương Phú (Tây
21 km so với kịch bản nền năm 2005, tới thôn Lương), Vũ Lăng (huyện Tiền Hải).
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 12 - 2016
17
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
+ Hơn 17 km tương ứng với độ mặn trên 4‰, dân cư và các hoạt động kinh tế xã hội khu vực
tới các xã: Lê Lợi, Hồng Thái và Trà Giang của từ cửa sông tới các xã Quốc Tuấn, Vũ Tây của
huyện Kiến Xương.
huyện Kiến Xương.
- Trong giai đoạn 2050 (KB3): nếu nước biển
Ở kịch bản này, chiều dài sông bị nhiễm mặn
dâng 24 cm và lưu lượng dòng chảy giảm 30,6% sẽ là 24km đối với độ mặn 1‰ và 18 km đối với
thì mặn vẫn có xu hướng tiếp tục gia tăng và đi độ mặn trên 4‰ so với kịch bản nền.
vào sâu hơn nữa, sẽ gây thêm nhiều bất lợi cho
Bảng 5. Khu vực bị nhiễm mặn trong các thời kỳ tính toán
Khoҧng
Năm Ĉӝ mһn
cách tӟi
Khu vӵc bӏ ҧnh hѭӣng
biӇn (km)
- Các thôn Ái Quӕc (Ĉông Trà), Lӧi Thành (xã Ĉông Quý),
Lѭѫng Phú (Tây Lѭѫng) và xã VNJ Lăng, thuӝc huyӋn TiӅn Hҧi
1‰
21
16
2020
- Các xã Lê Lӧi và Hӗng Thái thuӝc huyӋn KiӃn Xѭѫng
4‰
- Các thôn Ái Quӕc (Ĉông Trà), Lӧi Thành (Ĉông Quý),
Lѭѫng Phú (Tây Lѭѫng), VNJ Lăng thuӝc huyӋn TiӅn Hҧi
1‰
23
17
2030
- Các xã: Lê Lӧi,Hӗng Thái và Trà Giang cӫa huyӋn KiӃn
Xѭѫng
4‰
- Các thôn Ái Quӕc (Ĉông Trà), Lӧi Thành (Ĉông Quý),
Lѭѫng Phú – (Tây Lѭѫng), VNJ Lăng thuӝc huyӋn TiӅn Hҧi
1‰
24
2050
- Các xã Lê Lӧi, Hӗng Thái thuӝc KiӃn Xѭѫng.thuӝc KiӃn
Xѭѫng
- Các xóm: 1 thôn Trà Giang (xã Quӕc Tuҩn), (An Bình),
Hӗng Hҧi (VNJ Tây) thuӝc huyӋn KiӃn Xѭѫng.
4‰
18
5. Kết luận
tới các công trình ven sông… Rõ ràng mức độ
Như vậy, các tính toán trên đã cho thấy bức xâm nhập mặn trên sông Trà Lý đang ngày càng
tranh về mức độ xâm nhập mặn trên theo sông nghiêm trọng. Để tránh những hậu quả có thể sẽ
Trà Lý trong tương lai theo các kịch bản. Dưới xảy ra đối vùng trọng điểm nông nghiệp Thái
tác động của và nước biển dâng, mặn sẽ xâm Bình. Vì vậy, kết quả nghiên cứu trên sẽ là cơ sở
nhập sâu vào nội địa. Mặn không chỉ tác động cho công tác quản lý xâm nhập mặn nói riêng và
trực tiếp đến nước sinh hoạt, đến cây trồng mà quản lý tài nguyên nước nói chúng trên sông
lâu dài còn giản tiếp tác động tới chất lượng đất, Trà Lý.
Tài liệu tham khảo
1. Cục Quản lý Đê điều và Phòng chống lụt bão, Bộ NN&PTNT, Các tài liệu mặt cắt ngang sông
Hồng năm 1999-2000.
2. Kịch bản Biến đổi Khí hậu năm 2012 của Bộ Tài nguyên Môi trường
3. Kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hâu tỉnh Thái Bình, 2014.
4. PGS.TS TS. Hoàng Ngọc Quang, 2013, Báo cáo kết quả nghiên cứu mặn tại một số sông ở Bắc
Bộ và Thanh Hóa tại hội thảo khoa học của Khoa Tài nguyên nước, Trường Đại học TN&MT Hà Nội.
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 12 - 2016
18
NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI
SIMULATING SALTWATER INTRUSION ON THE TRA LY
RIVERUNDER CLIMATE CHANGE SCENARIOS
Hoang Ngoc Quang - Hanoi University of Natural Resources and Environment
Abstract: Currently, the salinity intrusion in Tra Ly river is complicated, that cause negative ef-
fects to the enviroment, and social - economic development in Thai Binh province, an important
agricultural region in the North of Vietnam. It is biggest concern, especially in the context of the cli-
mate showing signs of changing. Consequently, the research on salinity in Traly river is need to be
carried out in the context of climate change.
Studies on salinity variation in context of climate change are associated with climate change sce-
narious. The calculated results with different climate change scenarios comparing to the base pe-
riod of 2005 show that: Salinity of 10/00 will intrude into the land of 22km, 23 km and 24 km in 2020,
2030, and 2050, respectively.Salinity of 40/00 will intrude into the land of 16km, 17 km, and 18 km
in 2020, 2030, and 2050, respectively.
The research results also showed that salinity is increasing and to mitigrate saltwater intrusion,
a timely and effective prevent method is needed.
Key word: saltwater intrusion, Tra Ly.
TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Số tháng 12 - 2016
19
7 trang
15/01/2024
3720
Bạn đang xem tài liệu "Mô phỏng xâm nhập mặn trên sông trà lý theo các kịch bản biến đổi khí hậu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- mo_phong_xam_nhap_man_tren_song_tra_ly_theo_cac_kich_ban_bie.pdf
