Bài viết Đánh giá ảnh hưởng tác động của đập dâng Vĩnh Điện đến xâm nhập mặn trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn đánh giá diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông VGTB khi có đập ngăn mặn trên sông Vĩnh Điện, và có xét đến sự vận hành của hồ chứa nhà máy thủy điện thượng nguồn làm cơ sở để Quảng Nam và Đà Nẵng có giải pháp hài hòa, nhằm giảm thiểu thiệt hại do nhiễm mặn gia tăng trong vùng.
Trang 166 Tô Thúy Nga
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG CỦA ĐẬP DÂNG VĨNH ĐIỆN ĐẾN XÂM NHẬP MẶN TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN
ASSESSING THE IMPACTS OF VINH DIEN DAM ON SALINITY INTRUSION
IN THE VU GIA - THU BON RIVER BASIN
Tô Thúy Nga
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; tothuyngadn@gmail.com
Tóm tắt - Trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của nhiều yếu
tố như biến đổi khí hậu (BĐKH) và các hồ chứa thủy điện phía
thượng nguồn vận hành … nên hiện tượng nhiễm mặn ở hạ lưu
sông Vu Gia - Thu Bồn (VGTB) trở nên gay gắt Cấp bách hơn
nữa, nhiễm mặn trên sông Vĩnh Điện gần đây lên mức cảnh báo,
khiến các trạm bơm không thể dùng phục vụ nước tưới cho hơn
2.150 ha nông nghiệp của các huyện Duy Xuyên, Điện Bàn và Hội
An Hiện nay, để có đủ nước ngọt cho sản xuất, tỉnh Quảng Nam
đã chấp thuận cho xây dựng tuyến đập tạm trên sông Vĩnh Điện ở
vị trí trạm bơm Tứ Câu Phía sông Hàn cũng giống sông Vĩnh Điện
đã nhiễm mặn, nay lại càng tăng vì bị giảm đi một nguồn nước đẩy
mặn từ sông Vĩnh Điện Nghiên cứu này sẽ đánh giá diễn biến xâm
nhập mặn vùng hạ lưu sông VGTB khi có đập ngăn mặn trên sông
Vĩnh Điện, và có xét đến sự vận hành của hồ chứa nhà máy thủy
điện thượng nguồn làm cơ sở để Quảng Nam và Đà Nẵng có giải
pháp hài hòa, nhằm giảm thiểu thiệt hại do nhiễm mặn gia tăng
trong vùng
Abstract - In recent years, because of many factors, particularly
climate change and the operation of hydroelectric reservoirs in the upstream, the salinity intrusion in Vu Gia-Thu Bon (VGTB) downstream has become terrible Critically, in Vinh Dien (VD) river,
it caused such a big problem that pump station could not provide water for more than 2,150 agricultural ha of Duy Xuyen, Dien Ban districts and Hoi An town At present, in order to have sufficient water for agriculture, Quang Nam (QN) province has approved of the construction of an embankment and bamboo pole dam on VD river at Tu Cau pumping station In Danang, the salinity intrusion in Han river is also higher because the water diminishes from VD river This research assesses the process of salinity intrusion in Vu Gia-Thu Bon rivers with the appearance of Vinh Dien dam in the context of hydroelectric reservoir operation and provides the needed information for Quang Nam province and Danang city to adopt an appropriate measure to decrease the negative effect from salinity intrusion
Từ khóa - xâm nhập mặn; sông Vu Gia –Thu Bồn; đập Vĩnh Điện,
mô hình, MIKE
Key words - salinity intrusion; Vu Gia – Thu Bon river; Vinh Dien
dam, model, MIKE
1 Đặt vấn đề
Sông Vĩnh Điện nối liền giữa hai sông chính Vu Gia và
Thu Bồn, vì vậy chịu tác động ảnh hưởng lan truyền mặn
từ Cửa Hàn và một phần tác động của Cửa Đại, hiện tượng
nhiễm mặn trên sông Vĩnh Điện gần đây lên mức cảnh báo,
nó làm ảnh hưởng đến các trạm bơm phục vụ nước tưới cho
hơn 2.150 ha cây nông nghiệp của các huyện Duy Xuyên,
thị xã Điện Bàn và thành phố Hội An Hiện tại, để có đủ
nước ngọt cho sản xuất nông nghiệp, bằng nguồn vốn sự
nghiệp hàng năm, UBND tỉnh Quảng Nam đã chấp thuận
cho xây dựng tuyến đập (tạm) bằng đất đắp và cọc tre trên
sông Vĩnh Điện tại vị trí trạm bơm Tứ Câu
Hình 1 Đập ngăn mặn Vĩnh Điện được đắp hàng năm
Tuyến đập hiện có đã phần nào phát huy được nhiệm
vụ trước mắt là ngăn mặn giữ ngọt để phục vụ sản xuất
cũng như đời sống của người dân mùa khô từng năm
Nghiên cứu sẽ đánh giá mức độ ảnh hưởng của đập
ngăn mặn này đến sự xâm nhập mặn trên hạ lưu của hệ
thống sông Vu Gia - Thu Bồn trước và sau khi có đập Vĩnh Điện, số liệu thủy văn được chọn là năm ứng với tần suất
mùa kiệt 95% qua tính toán tương ứng với năm 1998
2 Nội dung nghiên cứu
2.1 Thiết lập mô hình thủy văn
Sử dụng mô hình thủy văn MIKE NAM để mô phỏng tính toán dòng chảy đến cho các lưu vực không có số liệu thực đo Xây dựng bộ thông số mô hình từ số liệu dòng chảy đến của trạm thủy văn Nông Sơn, Thành Mỹ cùng với
số liệu thủy văn của hồ Sông Bung, A Vương
Dữ liệu đầu vào
* Số liệu mưa, bốc hơi của các trạm trên lưu vực Vu Gia Thu Bồn:
Sử dụng tài liệu mưa từ năm 1980 đến 2010 của các trạm Nông Sơn, Thành Mỹ, Khâm Đức, Trà My, Hiệp Đức
và Tiên Phước
* Số liệu dòng chảy: Trạm Nông Sơn và Thành Mỹ Lưu vực Thành Mỹ sử dụng 2 trạm đo mưa trên lưu vực
là Khâm Đức và Thành Mỹ, trọng số mưa sẽ được tính toán thử dần theo tỷ số của 2 trạm này sao cho hiệu chỉnh và kiểm định đáp ứng đủ độ tin cậy cần thiết
Lưu vực Nông Sơn với diện tích 3.150 km2, dùng số liệu mưa ở các trạm: Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức, Nông Sơn, Khâm Đức và Thành Mỹ
- Bộ thông số tìm được sau khi hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình từ năm 1980-1995 và 1996-2010 cho hệ số NASH
và hệ số tương quan như Bảng 1 So sánh với chỉ tiêu đánh giá kết quả này cho ta độ tin cậy đủ để sử dụng tính toán
Trang 2ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(114).2017-Quyển 1 67 khôi phục lưu lượng dòng chảy đến cho các tiểu lưu vực còn
lại trên lưu vực sông Vu Gia và Thu Bồn làm biên cho mô
hình thủy lực
Bảng 1 Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô hình NAM
Hình 2 Hiệu chỉnh mô hình trên lưu vực Nông Sơn
Hình 3 Hiệu chỉnh mô hình trên lưu vực Thành Mỹ
2.2 Thiết lập mô hình vận hành điều tiết liên hồ chứa
thủy điện trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn
a) Tính toán lưu lượng xả phát điện qua các hồ chứa
trên hệ thống lưu vực VGTB bằng mô hình HEC-RESSIM
Đối với hệ thống hồ chứa phát điện, do tồn tại các mối quan hệ thuỷ văn, thuỷ lợi và thuỷ lực phức tạp nên công suất đảm bảo của kho nước bất kỳ trong hệ thống, khi dung tích hiệu dụng Vh (hay độ sâu công tác hct) đã định phụ thuộc vào lưu lượng đến hồ, lưu lượng xả qua tuốc-bin, mực nước thượng lưu và mực nước hạ lưu của hồ:
NPJ = f( QX(j-1)(t), qtbj(t), Zj(t), Zhj(t)) (1) Trong đó :
QX(j-1)(t): quá trình lưu lượng xả từ hồ chứa thứ (j-1);
qtbj(t): quá trình lưu lượng xả qua tuốc-bin từ hồ chứa thứ j;
Zj(t) : quá trình thay đổi mực nước trong hồ chứa thứ j;
Zhj(t) : quá trình thay đổi mực nước hạ lưu của hồ chứa thứ j
- Mô hình được thiết lập điều hành hệ thống 5 hồ chứa lớn trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn là A Vương, Đăk
Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung 2 và Sông Bung 4
- Mạng lưới sông hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia
- Thu Bồn được lập bằng mô hình HEC-RESSIM như sau:
Hình 4 Thiết lập sơ đồ mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa
thủy điện bằng HEC-RESSIM
Hình 5 Thiết lập sơ đồ mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa
thủy điện bằng HEC-RESSIM
2.3 Thiết lập mô hình thủy lực, xâm nhập mặn
+ Sơ đồ thủy lực mạng lưới sông Vu Gia – Thu Bồn bao gồm:
Trên sông Vu Gia với chiều dài 77.465 m: 119 mặt cắt
0 500 1000 1500 2000 2500
Q (m 3 /s)
Lưu lượng đến và điều tiết qua thủy điện Sông Tranh và Đăk Mi 4
Qden ST Qdt ST Qden ĐM Qdt ĐM
S Bung 2
DakMi 4
S Tranh 2
Trang 368 Tô Thúy Nga Sông Thu Bồn với chiều dài 65.598 m: 92 mặt cắt
Sông Quảng Huế chiều dài 5.404 m: 27 mặt cắt
Sông Bà Rén với chiều dài 29.295 m: 25 mặt cắt
Sông Vĩnh Điện với chiều dài 24.130 m: 40 mặt cắt
Sông Túy Loan với chiều dài sông 13.000 m: 27 mặt
cắt
Sông Quá Giáng với chiều dài sông 14.960 m: 27 mặt cắt
Sông La Thọ với chiều dài 10.680 m: 18 mặt cắt
Sông Thanh Quýt với chiều dài 51.350 m: 7 mặt cắt
Hình 6 Sơ đồ duỗi thẳng mạng lưới sông VGTB [1]
Bộ số liệu biên tính toán bao gồm:
- Biên trên: Lưu lượng tại Nông Sơn và Thành Mỹ, lưu
vực Sông Bung thì thủy điện A Vương và Sông Bung 4,
sông Côn, Túy Loan
- Dữ liệu biên hạ lưu mực nước tại: Cửa Hàn, Cửa Đại
và Cửa Lở
Sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11 HD và AD, bộ
thông số mô hình được tìm qua 2 bước:
Bộ thông số mô hình được thiết lập dựa trên chuỗi dữ
liệu mùa kiệt năm 2005 và 2009, bộ thông số mô hình được
hiệu chỉnh và kiểm định theo 2 bước như sau:
Hình 7 Sơ đồ thủy lực mạng lưới sông Vu Gia - Thu Bồn
trong mô hình MIKE 11
- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực cho các
năm mùa kiệt 2005 và 2009
- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình xâm nhập mặn cho các năm 2005 và 2009
Các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho kết quả chỉ số NASH tại trạm Cẩm Lệ tương đối cao, các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định độ mặn tại cầu Nguyễn Văn Trỗi, cầu Cẩm Lệ và Tứ Câu tương đối phù hợp, từ đó có thể dùng bộ thông số này để mô phỏng độ mặn cho các trường hợp tính toán cụ thể
3 Mô phỏng xâm nhập mặn để đánh giá ảnh hưởng của đập ngăn mặn Vĩnh Điện ứng với tần suất thủy văn 95%
Trong nghiên cứu này, chọn năm mô phỏng tính toán ứng với tần suất mùa kiệt khoảng P=95% được tổ hợp tần suất tại Nông Sơn và Thành Mỹ, tương ứng với năm điển hình là năm 1998, nghiên cứu đã mô phỏng ứng với 3 kịch
bản, các kịch bản tính toán như bảng dưới đây
Kịch bản 1A: Các hồ chứa vận hành bình thường và chưa có đập Vĩnh Điện
Kịch bản 1B: Các hồ chứa vận hành bình thường và đã
có đập Vĩnh Điện
Kịch bản 1C: Các hồ chứa vận hành bình thường, hồ Đăk Mi có trả nước về sông Vu Gia (lấy theo mức xả trung
bình, theo QTVH 1537/QĐ-TTg), và đã có đập Vĩnh Điện
* Kết quả mô phỏng ứng với các kịch bản
Hình 8 Độ mặn Smax ( o /oo) ứng với tần suất kiệt P=95% theo các kịch bản (từ cửa sông Hàn - Cẩm Lệ - Yên)
Hình 9 Độ mặn Smax ứng với tần suất kiệt P=85% theo các
kịch bản (từ cửa sông Hàn - Vĩnh Điện)
0 5 10 15 20 25 30
0 5 10 15 20 25 30
Khoảng cách tính từ cửa sông (km)
Phân bố độ mặn dọc sông Hàn - Cẩm Lệ - Yên
S o %
Cửa Hàn
0 5 10 15 20 25 30
Khoảng cách từ sông Hàn đến Thu Bồn (km)
Phân bố độ mặn dọc sông Vĩnh Điện
Vị trí đập ngăn
Trang 4ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(114).2017-Quyển 1 69
Hình 10 Kết quả tính toán độ mặn Smax ứng với tần suất kiệt
P=85% theo các kịch bản (sông Thu Bồn)
Bảng 2 Kết quả độ mặn tại các vị trí theo các kịch bản
(Đơn vị: phần nghìn)
Vị trí KB1A KB1B KB1C
Cầu Nguyễn Văn Trỗi 28,74 29,44 29,43
Cổ Mân 21,67 26,47 26,40
Cầu Cẩm Lệ 18,29 21,25 21,08
Cầu Đỏ 13,37 16,11 15,84
Nhận xét:
- Kết quả tính toán cho thấy, quá trình diễn biến xâm
nhập mặn khi xây dựng đập dâng trên sông Vĩnh Điện sẽ
ảnh hưởng tương đối lớn đến diễn biến xâm nhập mặn vùng
hạ lưu, có thể thấy hạ lưu sông Vĩnh Điện ảnh hưởng độ
mặn gia tăng đột biến, vì khi xây dựng đập ngăn mặn trên
sông Vĩnh Điện, dòng chảy sẽ bị gián đoạn nên cắt mất
lượng nước chảy bổ sung về sông Hàn, làm giảm khả năng
đẩy mặn ở cửa Hàn
- Qua kết quả trích xuất ở Bảng 2, ta thấy độ mặn tại Cổ
Mân khi xây dựng đập dâng trên sông Vĩnh Điện sẽ làm cho
độ mặn gia tăng 4,80/00, độ mặn gia tăng tại Cẩm Lệ 2,960/00,
còn tại Cầu Đỏ 2,740/00, tại cầu Nguyễn Văn Trỗi tăng 0,70/00
Còn khi xét đến dòng chảy trả về Vu Gia của hồ Đăk Mi 4
theo quy trình liên hồ 1537/QĐ-TTg, thì kịch bản xả về hạ
lưu trong các thời đoạn ở mức trung bình, ta thấy mức độ cắt
giảm độ mặn tại Cổ Mân là 0,070/00, độ mặn tại Cẩm Lệ giảm
0,270/00, còn tại Cầu Đỏ 0,270/00, tại cầu Nguyễn Văn Trỗi
tăng 0,010/00 so với kịch bản chưa xả về
Riêng phía hạ lưu sông Thu Bồn, mức độ thay đổi độ
mặn không nhiều giữa các kịch bản, quy luật thay đổi cũng
khác so với hạ lưu nhánh sông Vĩnh Điện, Hàn vì khi lượng
nước trả về Vu Gia lớn thì sẽ giảm lượng nước về Thu Bồn
4 Kết luận và kiến nghị
- Kết quả nghiên cứu cho thấy sự thay đổi độ mặn trên các sông Vu Gia, Thu Bồn, Vĩnh Điện khi xây dựng đập Vĩnh Điện, đồng thời cũng đánh giá được sự thay đổi độ mặn khi vận hành theo quy trình vận hành liên hồ chứa của Chính phủ 1537/QĐ-TTg
- Việc xây dựng đập dâng trên sông Vĩnh Điện, sẽ ảnh hưởng đến xâm nhập mặn vùng hạ lưu tương đối lớn, cụ thể, phía thượng lưu đập giải quyết được tình trạng nhiễm mặn cao, giúp các trạm bơm lấy được nước phục vụ cho tưới tiêu nhưng lại làm gia tăng mặn vùng hạ du đập và phía sông Cầu Đỏ, Cẩm Lệ, do đó cần phải có những đánh giá ảnh hưởng đến việc lấy nước phía hạ lưu sông Hàn
- Các kịch bản đã tính toán tới vận hành các hồ chứa theo quy trình liên hồ, so sánh giữa kịch bản 1B và 1C ta thấy, khi đập Đăk Mi 4 trả nước trở về sông Vu Gia với lưu lượng trung bình theo quy trình liên hồ, thì độ mặn bên nhánh Vu Gia có giảm đi, tuy nhiên, sự biến đổi không nhiều, từ đó cho thấy cách điều tiết xả nước và vận hành lien hồ chứa chỉ là biện pháp kết hợp hỗ trợ chứ không giải quyết dứt điểm được nhiệm vụ ngăn mặn
- Từ kết quả nghiên cứu trên, nhận thấy cần thiết phải xây dựng công trình điều tiết ngăn mặn kiên cố trên sông Vĩnh Điện để lợi dụng chế độ thủy triều điều tiết nguồn nước lưu thông giảm bớt độ mặn phía hạ lưu một cách hợp lý, bởi khi
mở cửa điều tiết thì độ mặn về phía hạ lưu đập sẽ không bị tăng nhiều như trường hợp đắp đập tạm Để có thể lấy nước phục vụ cho các nhu cầu của đời sống phía thành phố Đà Nẵng, cần phải kết hợp các biện pháp giảm mặn phía sông Hàn bằng giải pháp công trình khác mới giảm mặn được triệt
để
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] H Stolpe (2015), “Strategic Water and land management dry
season”, Proceeding in Conferece LUCCI 2015, Quảng Nam [2] Lê Hùng (2015), Nghiên cứu, ứng dụng mô kình MIKE 11 tính toán
xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng đến năm 2100 cho hạ lưu sông Vu Gia Thu Bồn, Báo cáo tổng kết
đề tài, Đà Nẵng
[3] Đặng Thị Kim Nhung et al, 2015, “Đánh giá và dự báo hình thái xâm
nhập mặn vùng hạ lưu sông Trà Khúc - sông Vệ”, Khoa học Kỹ thuật
Thủy lợi và Môi trường, 50, (Sep 2015)
[4] Nguyễn Anh Đức, “Salt instrusion, tides and mixing in multi-channel estuaries”,CRC Press, 2008
[5] Nguyễn Thế Hùng and Nguyễn Hữu Thiêm 2013, “Ứng dụng mô hình Mike 11 dự báo thử nghiệm xâm nhập mặn hạ lưu sông Vu
Gia”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, 3, 64
(2013)
(BBT nhận bài: 04/05/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 23/05/2017)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Khoảng cách tính từ cửa sông (km)
Phân bố độ mặn dọc sông Thu Bồn
KB1A
KB1B
KB1C
S o %