Xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông hồng sông thái bình

MỤC NỘI DUNG TrangVỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH 40 III.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CẤP NƯỚC CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÀ NHU CẦU CẦN BẢN TIN DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒN

KHOA HỌC VÀ CễNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI:

xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn

cho khu VựC đồng bằng sông hồng - Thái bình

Chủ nhiệm Đề tài: KS Đoàn Thanh Hằng

8447

HÀ NỘI, 7 - 2010

BỘ TÀI NGUYấN VÀ MễI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MễI TRƯỜNG

23/62 Nguyễn Chớ Thanh, Đống Đa, Hà Nội -******** -

BÁO CÁO TỔNG KẾT TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIấN CỨU KHOA HỌC VÀ CễNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI: xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn

cho khu VựC đồng bằng sông hồng - Thái bình

2 CN Hoàng Văn Đại

3 ThS Lờ Thị Mai Võn

4 TS Nguyễn Lan Chõu

5 ThS Nguyễn Xuõn Hiển

Hà Nội, ngày 20/5/2010 Hà Nội, ngày / / 2010 Hà Nội, ngày / / 2010

MỤC LỤC

1.2.1 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn ở nước ta 61.2.2 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng -

Thái Bình

8

II.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH 11

2.2.2 Chế độ bức xạ, số giờ nắng, lượng mây tổng quan 18

II.4 QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG ĐỒNG BẰNG

SÔNG HỒNG

27

2.5.2 Mạng lưới quan trắc độ mặn và tình hình số liệu 312.5.3 Tình hình thu thập dữ liệu, số liệu địa hình, KTTV và khảo sát, đo

đạc bổ sung số liệu mặn

34

MỤC NỘI DUNG Trang

VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

40

III.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CẤP NƯỚC CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY

LỢI VÀ NHU CẦU CẦN BẢN TIN DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

40

3.1.1 Đánh giá hiện trạng cấp nước của các công trình thủy lợi lưu vực

sông Hồng - Thái Bình

41

3.1.1.2 Hiện trạng cấp nước tưới của các công trình thủy lợi trên lưu vực

gây tác động nhiễm mặn làm ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế

- xã hội vùng ven biển

53

III.3 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG XÂM NHẬP TRIỀU MẶN VÙNG ĐỒNG BẰNG

LƯỢNG TẠI SƠN TÂY

KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

89

IV.1 SƠ ĐỒ KHỐI CHƯƠNG TRÌNH DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN VÙNG

ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

89

IV.3 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH MIKE 11 111

MỤC NỘI DUNG Trang

4.3.4.1 Hiệu chỉnh thông số cho mô đun thủy lực 1194.3.4.2 Hiệu chỉnh thông số cho mô đun khuếch tán – lan truyền mặn 126

IV.4 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH MIKE 21 144

4.4.3 Điều kiện ban đầu và điều kiện biên của mô hình 145

4.4.5 Kết luận chung bộ thông số mô hình MIKE 21 149IV.5 LẬP PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN CHO SÔNG HỒNG - THÁI

BÌNH

150

4.5.2 Chọn sơ đồ mạng sông cho bài toán dự báo mặn 150

4.6.1 Giới thiệu chương trình dự báo xâm nhập mặn 166

4.6.3 Áp dụng dự báo thử nghiệm cho mùa kiệt năm 2008, 2009 168

4.6.4 Hướng dẫn sử dụng chương trình dự báo xâm nhập mặn 175

DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN

178

5.1.4 Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu xâm nhập mặn cho lưu vực

sông Hồng – Thái Bình

182

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Lưu vực sông Hồng - Thái Bình – phần Việt Nam 11

Hình 2.2 Địa hình lưu vực sông Hồng-Thái Bình-phần Việt Nam 13

Hình 3.1 Quá trình mực nước và độ mặn năm 2007 tại trạm Ba Lạt 59

Hình 3.2 Phân bố chân, đỉnh 2 đợt đo nhanh đồng thời tại 9 cửa sông,

Hình 3.8 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Hồng 74

Hình 3.9 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Ninh Cơ 75

Hình 3.10 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Đáy 76

Hình 3.11 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Trà Lý 77

Hình 3.12 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Thái Bình 78

Hình 3.13 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn sông Văn Úc 79

Hình 3.14 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Cấm 79

Hình 3.15 Biểu đồ diễn biến xâm nhập mặn dọc sông Đá Bạch 80

Hình 4.1 Sơ đồ khối chương trình dự báo xâm nhập mặn vùng ĐBSH-TB 90

Hình 4.2a Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott 93

Hình 4.2b Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t 93

Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc các mô đun chính của mô hình MM5 99

Hình 4.5 Hệ thống tạo độ thẳng đứng và phân bố các biến trong MM5 103

Hình 4.6 Hệ tọa độ lưới ngang và phân bố các biến trong MM5 103

Hình 4.7a Vận tốc và hướng gió 10 m trên bề mặt biển tại 36h dự báo bằng mô

hình MM5 tương ứng với thời điểm 12UTC ngày 21/01/2008 107Hình 4.7b Vận tốc và hướng gió 10 m trên bề mặt biển tại 48h dự báo bằng mô

hình MM5 tương ứng với thời điểm 00UTC ngày 22/01/2008 108Hình 4.7c Vận tốc và hướng gió 10 m trên bề mặt biển tại 60h dự báo bằng mô

hình MM5 tương ứng với thời điểm 12UTC ngày 22/01/2008 108

Tên hình Trang

Hình 4.7d Vận tốc và hướng gió 10 m trên bề mặt biển tại 72h dự báo bằng mô

hình MM5 tương ứng với thời điểm 00UTC ngày 23/01/2008 109Hình 4.8a Biến trình mực nước sát Trung quốc từ ngày 20/01/2008 đến 22/01/08 109

Hình 4.8b Biến trình mực nước trạm Hòn Dáu từ ngày 20/01/2008 đến 22/01/08 110

Hình 4.8c Biến trình mực nước tại Diễn Châu từ ngày 20/01/2008 đến 22/01/08 110

Hình 4.9 Sơ đồ tính toán thuỷ lực và mô phỏng mặn mạng sông Hồng -Thái Bình 113

Hình 4.10 Sơ đồ mạng sông Hồng - Thái Bình trong giao diện MIKE 11 114

Hình 4.11a Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Sơn Tây tháng 1/2006 116

Hình 4.11b Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ tháng 1 năm 2006 116

Hình 4.11c Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Gia Bảy tháng 1/2006 116

Hình 4.11d Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Hưng Thi tháng 1/2006 117

Hình 4.11e Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Cầu Sơn tháng 1/2006 117

Hình 4.11f Đường quá trình mực nước triều của các trạm thuỷ văn cửa sông

thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình năm 2006 118Hình 4.11h Đường quá trình độ mặn tại các cửa sông thuộc hệ thống sông

Hình 4.12 Giao diện thiết lập các thông số thủy lực 119

Hình 4.13a Quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trên sông Hồng

Tên hình Trang

Hình 4.14a Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Ba Lạt tháng 1 năm 2006 127

Hình 4.14b Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Phú Lễ tháng 1/2006 127

Hình 4.14c Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Đông Xuyên tháng 1/2006 128

Hình 4.14d Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Định Cư tháng 1/2006 128

Hình 4.14e Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Như Tân tháng 1/2006 129

Hình 4.14f Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Cửa Cấm tháng 1/2006 129

Hình 4.15a Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Sơn Tây tháng 1/2007 130

Hình 4.15b Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Gia Bảy tháng 1/2007 131

Hình 4.15c Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Chũ tháng 1 năm 2007 131

Hình 4.15d Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Hưng Thi tháng 1/2007 131

Hình 4.15e Đường quá trình lưu lượng thực đo tại trạm Cầu Sơn tháng 1/2007 132

Hình 4.15f Quá trình mực nước tại các biên dưới theo số liệu thực đo tháng

1/2007

132

Hình 4.16 Quá trình độ mặn tại các biên dưới theo số liệu thực đo tháng 1/2007 133

Hình 4.17a Quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trên sông Hồng

Hình 4.18a Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Ba Lạt tháng 1 năm 2007 139

Hình 4.18b Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Phú Lễ tháng 1 năm

2007

140

Tên hình Trang

Hình 4.18c Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Đông Xuyên tháng

1/2007

140

Hình 4.18d Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Định Cư tháng 1/2007 141

Hình 4.18e Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Như Tân tháng 1/2007 141

Hình 4.18f Quá trình mặn tính toán và thực đo tại trạm Cửa Cấm tháng 1/2007 142

Hình 4.20 Mực nước ban đầu trong mô hình Mike 21 146

Hình 4.21 Trường độ mặn ban đầu trong mô hình Mike 21 146

Hình 4.22a Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho mực nước tại Hòn Dáu 147

Hình 4.22b Kết quả kiểm nghiệm mô hình cho độ mặn tại Hòn Dáu 147

Hình 4.23a Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho độ mặn tại Hòn Dáu 148

Hình 4.23b Kết quả kiểm nghiệm mô hình cho độ mặn tại Hòn Dáu 148

Hình 4.24 Sơ đồ diễn toán dòng chảy đến trạm Tạ Bú 152

Hình 4.25 Sơ đồ diễn toán dòng chảy đến trạm Yên Bái 154

Hình 4.26a Kết quả tính toán thực đo mực nước, trạm Hà Nội, Liên Mạc và Phủ

Hình 4.29a Kết quả dự báo mực nước tại Hà Nội từ tháng 1-5/ 2008 170

Hình 4.29b Kết quả dự báo mực nước tại Sơn Tây và Hà Nội từ tháng 12-3/ 2008 171

Hình 4.29c Quá trình dự báo mực nước tại trạm Phả Lại tháng 12 năm 2008 172

Hình 4.30 Đường quá trình mặn dự báo tại các cống 175

Hình 5.2 Giao diện cài đặt CSDL mặn lưu vực sông Hồng – Thái Bình 182

Hình 5.4 Giao diện trong quá trình cài đặt CSDL mặn

lưu vực sông Hồng – Thái Bình

183

Hình 5.7 Giao diện lớp thông tin bản đồ hành chính 185

Hình 5.9 Giao diện lớp thông tin ranh giới xâm nhập mặn các năm 186

Hình 5.10 Giao diện lớp công trình thủy lợi thuộc hạ lưu sông Hồng -Thái Bình 186

Tên hình Trang

Hình 5.12 Giao diện xuất nhập thông tin dữ liệu 188

Hình 5.13 Giao diện thống kê số liệu và đồ thị biểu diễn mưa ngày trạm Hà Nội

tháng 6/ 2006

188

Hình 5.15 Kết quả dự báo thử nghiệm độ mặn lớn nhất theo cấp lưu lượng 189

Hình 5.19 Cửa sổ giao diện giới thiệu chương trình 191

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các loại đất chính trên lưu vực sông Hồng –Thái Bình 15

Bảng 2.2 Diện tích lưu vực sông Hồng - Thái Bình 24

Bảng 2.3 Diện tích lưu vực phần trong nước phân theo các cấp sông 24

Bảng 2.4 Diện tích lưu vực theo các cấp sông trên

Bảng 2.5 Đặc trưng các phân lưu thuộc lưu vực sông Hồng - Thái Bình 25

Bảng 2.6 Dự báo mức tăng trưởng dân số trên lưu vực 27

Bảng 2.7 Dự báo mức tăng trưởng dân số trên các tiểu khu vực

Bảng 2.8 Dự báo dân số - lao động đến năm 2010

các tỉnh đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình 28Bảng 2.9 Phương án phát triển trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình 29

Bảng 2.10 Hiện trạng và dự kiến phát triển thủy sản đến năm 2020

Bảng 2.11: Số trạm còn đo mặn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình 31

Bảng 2.12 Danh sách trạm quan trắc độ mặn trên hệ thống sông Hồng-

Bảng 2.13: Kết quả đo nhanh độ mặn XII/2008 và III/2009 trên 9 cửa sông

Bảng 3.1: Tổng hợp hiện trạng công trình thủy lợi của 5 tỉnh

đồng bằng ven biển sông Hồng – Thái Bình 44

Bảng 3.2 Biến đổi độ mặn theo thời gian và không gian ở cửa sông 60

Bảng 3.3 Độ mặn lớn nhất và thời gian xuất hiện 63

Bảng 3.4 Khoảng cách xâm nhập mặn trên một số sông chính 65

Bảng 3.5 Triết giảm độ mặn trên các triền sông 66

Bảng 3.3b Độ mặn trung bình và lớn nhất các tháng mùa cạn thời kỳ trước

khi có hồ (1965-1985) và sau khi có hồ Hòa Bình (1992-2007)

85

Bảng 4.1 Tổng hợp một số mô hình toán thường được sử dụng ở Việt Nam 91

Bảng 4.2 Hệ số nhám của các sông trong hệ thống sông Hồng-Thái Bình 119

Bảng 4.3 Kết quả đánh giá sai số tính toán và thực đo tại một số trạm

kiểm tra

120

Bảng 4.4 Kết quả đánh giá sai số độ mặn tính toán và thực đo tại các vị trí kiểm

tra trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình cho tháng 1 năm 2006 126

Bảng 4.5 Kết quả đánh giá sai số tính toán và thực đo tại một số trạm 133

Bảng 4.7 Thông số diễn toán mưa dòng chảy đến trạm Tạ Bú 153

Bảng 4.8 Thông số mô hình NAM diễn toán mưa dòng chảy đến Yên Bái 154

Bảng 4.9 Thông số mô hình NAM diễn toán mưa dòng chảy đến Hàm

Yên, Tuyên Quang, Thác Bà

155

Bảng 4.12 Kết quả kiểm định tại trạm Sơn Tây 157

Bảng 4.14 Thông số mô hình NAM để diễn toán mưa dòng chảy đến các

biên trên hệ thống sông Thái Bình

158

Bảng 4.16 Kết quả kiểm định tại trạm Phả Lại 160

Bảng 4.17 Thông số mô hình NAM để diễn toán mưa dòng chảy

đến trạm Hưng Thi và Ba Thá trên hệ thống sông Đáy

160

Bảng 4.18 Phân tích hiệu quả và sai số của hiệu chỉnh mô hình 162

Bảng 4.19 Phân tích hiệu quả và sai số của kiểm định mô hình 164

Bảng 4.21 Kết quả đánh giá sai số dự báo tại trạm Sơn Tây 170

Bảng 4.22 Kết quả đánh giá sai số dự báo tại trạm Phả Lại 172

Bảng 4.23 Kết quả đánh giá sai số dự báo tại trạm Gián Khẩu 172

Bảng 4.24 So sánh kết quả dự báo và thực đo tại các vị trí trạm

MỞ ĐẦU

Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển Trong sự tương tác giữa sông và biển, hai dòng nước ngọt và mặn giao hội với nhau Trong thời kỳ triều lên, xáo trộn và nước mặn rút đi trong thời

kỳ triều xuống tạo thành sự mặn hoá đều đặn trong không gian, theo thời gian dưới tác động của hai yếu tố cơ bản: lưu lượng nước ngọt từ nguồn xuống và thủy triều thể hiện qua biên độ và cường suất Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập triều mặn có liên quan đến các hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính toán và nghiên cứu đã được đặt ra từ lâu Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông Diễn biến phức tạp của xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng – Thái Bình là vấn đề đã được dự báo vì diễn biến này gắn liền với nhu cầu sử dụng nước cho các mục tiêu kinh tế - xã hội ở đồng bằng sông Hồng – Thái Bình Xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng – Thái Bình những năm gần đây trở nên gay gắt hơn do ảnh hưởng bởi các nguyên nhân khác nhau và ngày càng ảnh hưởng đến quá trình phát triển kinh tế - xã hội đồng bằng sông Hồng – Thái Bình nói chung, đặc biệt là các tỉnh ven biển Khác với mùa lũ, dòng chảy sông Hồng - Thái Bình trong mùa kiệt chủ yếu được điều tiết qua hệ thống hồ chứa Hoà Bình (sông Đà), Thác Bà (sông Chảy), Tuyên Quang (sông Gâm) và các tuyến đập dâng, hồ chứa trên hệ thống sông Thái Bình Một trong những mục tiêu của hệ thống hồ chứa là điều tiết tăng lượng dòng chảy cạn phục

vụ cho sản xuất nông nghiệp, cấp nước sinh hoạt giao thông thuỷ và đẩy mặn Tuy nhiên, thực tế trong các năm từ 2003 trở lại đây (2007) cho thấy, dòng chảy cạn trên toàn hệ thống sông Hồng - Thái Bình giảm liên tục và đã giảm xuống tới mức thấp nhất lịch sử

Việc nghiên cứu tương tác giữa dòng chảy sông và triều ở vùng cửa sông luôn luôn đặt ra cho các nhà khoa học một sự thách thức vì đây là một khoa học tổng hợp

có liên quan đến nhiều lĩnh vực như: diễn biến bồi xói cửa sông, sinh thái vùng ngập mặn, nước dâng…, trong đó vấn đề xâm nhập triều, mặn có tính đặc thù cho mỗi cửa sông Do tác động ảnh hưởng đồng thời của nước sông từ thượng lưu, yếu tố địa hình

và chế độ thuỷ triều, ranh giới xâm nhập mặn biến đổi theo không gian và thời gian rất

dễ thấy theo thời đoạn (giờ, ngày)

Việc nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn cần thiết có sự trợ giúp của các công

cụ tính toán công nghệ cao để từng bước khám phá quy luật chung và đặc thù về xâm nhập mặn vùng cửa sông, trước mắt áp dụng cho vùng cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình Kết quả của nghiên cứu trên sẽ làm cơ sở cho việc khai thác sử

dụng tài nguyên nước vùng cửa sông về mặt lợi và hạn chế tác động có hại của quá trình xâm nhập mặn vào các vùng đồng bằng cửa sông nước ta

Do vậy rất cần các thông tin dự báo diễn biến độ mặn để các hộ sử dụng nước quyết định thời điểm lấy nước với nồng độ mặn cho phép phục vụ sản xuất nông nghiệp và thuỷ sản hàng năm

Độ mặn ảnh hưởng đến tính chất vật lý hoá học và sinh vật của nước như trọng lượng riêng, độ dẫn điện, độ truyền ẩm, áp suất thẩm thấu, độ hoà tan các chất khí, điều kiện tồn tại các sinh vật ở trong nước Độ mặn ảnh hưởng đến nước ngầm ven biển, đến độ chua của đất

Xâm nhập mặn là quá trình tự nhiên nên nếu nắm được quy luật trên có thể dự báo quá trình này phục vụ cho việc lấy nước tuới theo mùa vụ cây trồng và trong thời đoạn dài có thể bố trí thời vụ gieo trồng hợp lý để hạn chế tối đa tác động của xâm nhập mặn Đồng thời, mặn cũng là một điều kiện thuận lợi cho các khu nuôi trồng thuỷ sản, hệ sinh thái ngập nước ven sông Đây cũng là mục tiêu cơ bản của việc nghiên cứu xâm nhập triều mặn phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội vùng cửa sông đồng bằng sông Hồng - Thái Bình nói riêng và các vùng cửa sông nước ta nói chung

Từ những phân tích trên, tính cần thiết của công tác dự báo trước diễn biến độ mặn để giải đáp các vấn đề thực tế đang đặt ra dưới đây:

- Với hệ thống đê khống chế toàn bộ vùng cửa sông nên đối với khu vực cửa sông Hồng - Thái Bình, mặn không xâm nhập vào trong đồng nhưng làm ngưng trệ quá trình lấy nước từ sông, chủ yếu phục vụ cho nông nghiệp trên một phạm vi rộng lớn của châu thổ vào các tháng kiệt

- Do không dự báo trước tình hình xâm nhập mặn nên nhiều địa phương rất lúng túng khi quyết định thời điểm lấy nước cho nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản, đặc biệt trong vụ Đông Xuân (ĐX)

- Sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước, đặc biệt là vụ sản xuất ĐX Song ở tất cả các khu vực cửa sông của các tỉnh Quảng Ninh, TP Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình thường xuyên gặp khó khăn mỗi khi cần lấy nước vào đồng do vùng này được bao bọc và chia cắt bởi các con sông lớn đổ ra biển quanh năm bị nhiễm mặn do thuỷ triều vịnh Bắc Bộ truyền vào

Việc mở cống lấy nước từ các đập, cống ngăn triều cho nông nghiệp và thuỷ sản có độ mặn hoặc vượt quá (với cây trồng) hoặc thấp hơn (thuỷ sản) nồng độ cho phép đã gây thiệt hại không nhỏ đến năng suất cây trồng

Để giúp người dân trong các tỉnh Quảng Ninh, TP Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình chủ động trong sản xuất và sinh hoạt đời sống phù hợp với đặc thù

của từng vùng sinh thái, đồng thời đối phó với tình hình nước mặn xâm nhập sâu, trong những năm qua đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến xâm nhập mặn, tuy nhiên vấn đề dự báo mặn cho các vùng cửa sông cũng còn tồn tại rất nhiều khó khăn do tính phức tạp của vùng cửa sông và công cụ sử dụng

Do vậy, Đề tài “Xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng – Thái Bình” đã được hình thành với hai mục tiêu chính:

1 Xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn cho 9 vùng cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình trọng tâm là phục vụ công tác chỉ đạo lấy nước tưới cho sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản trong mùa cạn hàng năm

2 Chuyển giao công nghệ cho Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương để từng bước đưa mô hình vào dự báo nghiệp vụ

Trên cơ sở nội dung thực hiện báo cáo tổng kết của đề tài ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo được bố cục thành 5 chương:

Chương I: Tổng quan các công trình nghiên cứu xâm nhập mặn ở trong và ngoài nước Chương II: Đặc điểm điều kiện địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu

Chương III: Đánh giá thực trạng xâm nhập triều, mặn khu vực đồng bằng sông Hồng -

Chương IV: Xây dựng chương trình dự báo xậm nhập mặn cho khu vực đồng bằng

Chương V: Xây dựng cơ sở dữ liệu và chuyển giao công nghệ dự báo xâm nhập mặn

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Tuy nhiên, với những kết quả đã đạt được của Đề tài, tập thể tác giả hy vọng sẽ góp phần cho công tác dự báo và kiểm soát mặn tại các vùng cửa sông, phục vụ cho các địa phương trong vùng hạ lưu để lấy nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản Đồng thời góp phần vào thực tiễn nghiên cứu khoa học thủy động lực, chất lượng nước vùng cửa sông cũng như tác động của dòng chảy thượng lưu đối với quá trình xâm nhập mặn

Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn cơ quan quản lý đã tạo điều kiện cơ sở vật chất cũng như chỉ đạo kịp thời, đồng thời cảm ơn bạn đồng nghiệp, các cơ quan phối hợp cùng thực hiện để đề tài được hoàn thành đúng tiến độ và đảm bảo yêu cầu

về nội dung và chất lượng của nghiên cứu

I.1.CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

Hiện tượng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển Do tính chất quan trọng của hiện tượng xâm nhập triều mặn

có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia nên vấn đề tính toán và nghiên cứu đã được đặt ra từ lâu Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm được quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông như ở các nước như Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan Các phương pháp cơ bản được thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc) và mô phỏng quá trình bằng các mô hình toán

Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán được bắt đầu từ khi Saint - Venant (1871) công bố hệ phương trình mô phỏng quá trình thuỷ động lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên ông Chính nhờ sức mạnh của hệ phương trình Saint - Venant nên khi kỹ thuật tính sai phân và công cụ máy tính điện tử đáp ứng được thì việc mô phỏng dòng chảy sông ngòi là công cụ rất quan trọng để nghiên cứu, xây dựng quy hoạch khai thác tài nguyên nước, thiết kế các

công trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ thống thuỷ lợi Mọi dự án phát triển tài

nguyên nước trên thế giới hiện nay đều coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán không thể thiếu

Tiếp theo đó, việc mô phỏng dòng chảy bằng các phương trình thuỷ động lực đã tạo tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phương trình khuếch tán Cùng với phương trình bảo toàn và phương trình động lực của dòng chảy, còn có phương trình khuếch tán chất hoà tan trong dòng chảy cũng có thể cho phép - tuy ở mức độ kém tinh

tế - mô phỏng cả sự diễn biến của vật chất hoà tan và trôi theo dòng chảy như nước mặn xâm nhập vào vùng cửa sông, chất chua phèn lan truyền từ đất ra mạng lưới kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp xả vào dòng nước

Cụ thể hơn, vấn đề tính toán và nghiên cứu triều mặn bằng mô hình đã được nhiều nhà nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng 40-50 năm trở lại đây Với thành tựu của khoa học và công nghệ được phát triển cực nhanh trong thời gian gần đây, công nghệ tin học, thuỷ lực học và thuỷ văn học hiện đại đã gặp lại nhau ở nhiều mặt, mặc dù chưa phải là hoàn toàn đồng nhất

Các phương pháp tính toán xâm nhập mặn đầu tiên thường sử dụng bài toán

NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

chiều đã được xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1971) Giả thiết cơ bản của các mô hình này là các đặc trưng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp dụng mô hình lại có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng được nhiều mục đích nghiên cứu và tính toán mặn Ưu thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế

Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phương trình 3 chiều để diễn toán quá trình xâm nhập mặn nhưng nhiều thông số không xác định được Hơn nữa mô hình 3 chiều yêu cầu lượng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong khi kiểm nghiệm nó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tương ứng Vì vậy các nhà nghiên cứu buộc phải giải quyết bằng cách trung bình hoá theo 2 chiều hoặc 1 chiều Sanker và Fischer, Masch (1970) và Leendertee (1971) đã xây dựng các mô hình 2 chiều và 1 chiều trong

đó mô hình 1 chiều có nhiều ưu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực

tế tốt hơn

Các nhà khoa học cũng thống nhất nhận định rằng, các mô hình 1 chiều thường

hữu hiệu hơn các mô hình sông đơn và mô hình hai chiều Chúng có thể áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp gồm nhiều sông, kênh nối với nhau với cấu trúc bất kỳ

Dưới đây thống kê một số mô hình mặn thông dụng trên thế giới đã được giới thiệu trong nhiều tài liệu tham khảo:

1 Mô hình động lực cửa sông FWQA

Mô hình FWQA thường được đề cập đến trong các tài liệu là mô hình ORLOB

theo tên gọi của Tiến sỹ Geral T Orlob Mô hình đã được áp dụng trong nhiều vấn đề tính toán thực tế Mô hình giải hệ phương trình Saint - Venant kết hợp với phương trình khuếch tán và có xét đến ảnh hưởng của thuỷ triều thay vì bỏ qua như trong mô hình không có thuỷ triều Mô hình được áp dụng đầu tiên cho đồng bằng Sacramento - San Josquin, Califorlia

2 Mô hình thời gian thuỷ triều của Lee và Harleman và của Thatcher và Harleman

Lee và Harleman (1971) và sau được Thatcher và Harleman cải tiến đã đề ra

một cách tiếp cận khác, xây dựng lời giải sai phân hữu hạn đối phương trình bảo toàn mặn trong một sông đơn Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng để giải phương trình khuếch tán là sơ đồ ẩn 6 điểm Mô hình cho kết quả tốt trong việc dự báo trạng thái phân phối

mặn tức thời cả trên mô hình vật lý cũng như của sông thực tế

3 Mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Hà Lan)

Một trong những thành quả mới nhất trong mô hình hoá xâm nhập mặn là mô hình

SALFLOW của Delf Hydraulics (Viện Thuỷ lực Hà Lan) được xây dựng trong khuôn

khổ hợp tác với Ban Thư ký Uỷ ban sông Mê Công từ năm 1987

4 Mô hình MIKE 11 và POM

Là mô hình thương mại nổi tiếng thế giới do Viện Thuỷ lực Đan Mạch xây dựng Đây thuộc lớp mô hình thuỷ lực và chất lượng nước loại một chiều (trường hợp riêng

là xâm nhập mặn) và hai chiều có độ tin cậy rất cao, thích ứng với các bài toán thực tế khác nhau Mô hình này đã được áp dụng rất phổ biến trên thế giới để tính toán, dự báo lũ, chất lượng nước và xâm nhập mặn

5 Mô hình ISIS (Anh)

Mô hình do các nhà thuỷ lực Anh xây dựng, thuộc lớp mô hình thuỷ lực một chiều kết hợp giải bài toán chất lượng nước và có nhiều thuận lợi trong khai thác Mô hình cũng được nhiều nước sử dụng để tính toán xâm nhập mặn

6 Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code)

Mô hình được cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (US EPA) phát triển từ năm 1980

Là mô hình tổng hợp dùng để tính toán thuỷ lực kết hợp với tính toán lan truyền chất

1, 2,3 chiều Mô hình có khả năng dự báo các quá trình dòng chảy, quá trình sinh, địa hoá và lan truyền mặn

I.2.TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN TRONG NƯỚC

1.2.1 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn ở nước ta

Việc nghiên cứu, tính toán xâm nhập mặn ở nước ta đã được quan tâm từ những năm 60 khi bắt đầu tiến hành quan trắc độ mặn ở hai vùng đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long Tuy nhiên, đối với đồng bằng sông Cửu Long do đặc điểm địa hình (không có đê bao) và mức độ ảnh hưởng có tính quyết định đến sản xuất nông nghiệp

ở vựa lúa quan trọng nhất toàn quốc nên việc nghiên cứu xâm nhập mặn ở đây được chú ý nhiều hơn, đặc biệt là thời kỳ sau năm 1976 Khởi đầu là các công trình nghiên cứu, tính toán của Uỷ hội sông Mê Công (1973) về xác định ranh giới xâm nhập mặn theo phương pháp thống kê trong hệ thống kênh rạch thuộc 9 vùng cửa sông thuộc đồng bằng sông Cửu Long Các kết quả tính toán từ chuỗi số liệu thực đo đã lập nên bản đồ đẳng trị mặn với hai chỉ tiêu cơ bản 1 ‰ và 4 ‰ cho toàn khu vực đồng bằng trong các tháng từ tháng 12 đến tháng 4

Tiếp theo, nhiều báo cáo dưới các hình thức công bố khác nhau đã xây dựng các bản đồ xâm nhập mặn từ số liệu cập nhật và xem xét nhiều khía cạnh tác động ảnh hưởng các nhân tố địa hình, KTTV và tác động các hoạt động kinh tế đến xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Cửu Long

Việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu xâm nhập mặn ở nước ta được đánh dấu vào năm 1980 khi bắt đầu triển khai dự án nghiên cứu xâm nhập mặn đồng bằng sông Cửu Long dưới sự tài trợ của Ban Thư ký Uỷ ban sông Mê Công Trong khuôn khổ dự

án này, một số mô hình tính xâm nhập triều, mặn đã được xây dựng như của Ban Thư

ký Mê Công và một số cơ quan trong nước như Viện Quy hoạch và Quản lý nước, Viện Cơ học Các mô hình này đã được ứng dụng vào việc nghiên cứu quy hoạch phát triển châu thổ sông Cửu Long, tính toán hiệu quả các công trình chống xâm nhập mặn ven biển để tăng vụ và mở rộng diện tích nông nghiệp trong mùa khô, dự báo xâm nhập mặn dọc sông Cổ Chiên

Kỹ thuật chương trình của mô hình trên đã được phát triển thành một phần mềm hoàn chỉnh để cài đặt trong máy tính như một phần mềm chuyên dụng Mô hình đã đựợc áp dụng thử nghiệm tốt tại Hà Lan và đã được triển khai áp dụng cho đồng bằng sông Cửu Long nước ta

Thêm vào đó, một số nhà khoa học Việt Nam điển hình là Cố Giáo sư Nguyễn Như Khuê, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn [4,5], Trần Văn Phúc, Nguyễn Hữu Nhân đã xây dựng thành công các mô hình thuỷ lực mạng sông kết hợp tính toán xâm nhập triều mặn như VRSAP, MEKSAL, FWQ87, SAL, SALMOD, HYDROGIS Các báo cáo trên chủ yếu tập trung xây dựng thuật toán tính toán quá trình xâm nhập mặn thích hợp với điều kiện địa hình, KTTV ở đồng bằng sông Cửu Long Kết quả được nhìn nhận khả quan và bước đầu một số mô hình

đã thử nghiệm ứng dụng dự báo xâm nhập mặn

Trong khuôn khổ Chương trình Bảo vệ Môi trường và Phòng tránh thiên tai,

KC - 08, Lê Sâm đã có các nghiên cứu tương đối toàn diện về tác động ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến quy hoạch sử dụng đất cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long Tác giả đã sử dụng các mô hình: SAL (Nguyễn Tất Đắc), VRSAP (Nguyễn Như Khuê), KOD (Nguyễn Ân Niên) và HydroGis (Nguyễn Hữu Nhân) để dự báo xâm nhập mặn cho một số sông chính theo các thời đoạn dài hạn (6 tháng), ngắn hạn (nửa tháng) và cập nhật (ngày) Kết quả của đề tài góp phần quy hoạch sử dụng đất vùng ven biển thuộc đồng bằng sông Cửu Long và các lợi ích khác về kinh tế - xã hội

Nhìn chung, các công tình nghiên cứu trên đây của các nhà khoa học trong nước đã có đóng góp xứng đáng về mặt khoa học, đặt nền móng cho vấn đề nghiên cứu mặn bằng phương pháp mô hình toán ở nước ta

Do sự phát triển rất nhanh của công nghệ tính toán thuỷ văn, thuỷ lực, hiện trên thế giới xuất hiện nhiều mô hình đa chức năng trong đó các mô đun tính sự lan truyền chất ô nhiểm và xâm nhập mặn là thành phần không thể thiếu Trong số đó, nhiều mô hình được mua, chuyển giao dưới nhiều hình thức vào Việt Nam Có thể nêu một số

mô hình tiêu biểu: ISIS (Anh), MIKE 11 (Đan Mạch), HEC-RAS (Mỹ) đều có các modun tính toán sự lan truyền xâm nhập mặn nhưng chưa hoặc sử dụng ở mức thử nghiệm

Ngược lại, ở đồng bằng sông Hồng cho đến nay vẫn chưa có một mô hình nào chính thức được xây dựng trong khi yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội nói chung và phục vụ sản xuất nông nghiệp nói riêng đang đòi hỏi hết sức cấp thiết Do vậy việc nghiên cứu xây dựng một mô hình tính toán xâm nhập mặn cho khu vực này dù ở mức

độ nào cũng đáng được trân trọng và khuyến khích

Như đã biết, lý thuyết và thực tiễn ứng dụng mô hình hoá quá trình xâm nhập mặn đã được phát triển rất nhanh trong khoảng 30 năm trở lại đây cả ở trên thế giới và nước ta Về nguyên tắc với sự phát triển vượt bậc của công nghệ tin học cùng với sự xuất hiện các máy tính có tốc độ xử lý thông tin nhanh, bộ nhớ lớn

1.2.2 Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình

So với đồng bằng sông Cửu Long, việc nghiên cứu và sử dụng mô hình để tính toán xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình ít được chú ý hơn

Có thể tổng quan một số công trình nghiên cứu điển hình dưới đây:

- Trong giai đoạn từ 1977 - 1985, sau khi thành lập Viện Khí tượng Thuỷ văn thuộc Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn, việc nghiên cứu xâm nhập mặn bắt đầu được quan tâm và Phòng Thuỷ văn Đồng bằng thuộc Viện được giao thực hiện chính Nhiều báo cáo thống kê về tình hình xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng (Vi Văn Vị), Đoàn Cự Hải, Trần Thanh Xuân, đã được công bố Các báo cáo trên căn cứ vào số liệu thực đo từ 1960 đã lập bản đồ xâm nhập mặn tỷ lệ 1:500.000 với các chỉ tiêu 1 ‰

và 4 ‰ ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình Đồng thời bằng phương pháp kinh nghiệm, các báo cáo trên đã xác định ranh giới xâm nhâp mặn trung bình cho các tháng theo chiều dài sông với 2 chỉ tiêu nói trên Vấn đề dự báo xâm nhập mặn chưa đặt ra

- Trong công trình "Nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng Bắc Bộ Việt Nam "

cố tác giả Vi Văn Vị (Viện KTTV) đã cho thấy, trên hệ thống sông Hồng độ mặn lớn nhất thường xuất hiện vào tháng 1, trên hệ thống sông Thái Bình vào tháng 3 Riêng sông Ninh Cơ và sông Đáy thuộc hệ thống sông Hồng thì thời gian xuất hiện độ mặn lớn nhất lại tương tự như hệ thống sông Thái Bình Điều này phụ thuộc chặt chẽ vào nguyên nhân địa mạo, lượng nước thượng nguồn và tình hình sử dụng nước trong khu vực

- Năm 1994 - 1995 trong khuôn khổ đề tài NCKH cấp Tổng cục do Trần Văn Phúc chủ trì, đã xây dựng mô hình SIMRR tính toán thử nghiệm xâm nhập mặn ở một

số cửa sông ở đồng bằng Cửu Long và sông Hồng dưới tác động điều tiết dòng chảy

cạn của hồ chứa Hoà Bình Kết quả của đề tài đã chỉ ra mức độ xâm nhập mặn theo chiều dài sông phụ thuộc mức xả của hồ chứa Hoà Bình

- Cũng xét tác động điều tiết của Hồ Hoà Bình, Trịnh Đình Lư đã có nhận xét: Lưu lượng trung bình mùa cạn hạ lưu sông Hồng do tác động điều tiết của hồ Hoà Bình đã tăng 1,65 lần so với trước khi chưa có hồ nên độ mặn lớn nhất 4 ‰ bị đẩy lùi gần biển khoảng 7 - 9 km tính trung bình cho các sông

- Nhằm phục vụ cho công tác quy hoạch cấp nước cho vùng hạ du, trong các năm 90, Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và Viện Khoa học Thuỷ lợi (Bộ NN & PTNT) đã sử dụng mô hình VRSAP (Nguyễn Như Khuê) để tính toán xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng - Thái Bình Tuy không được công bố rộng rãi, nhưng các kết quả thu được đã phục vụ cho quy hoạch hệ thống cống, cửa lấy nước nhưng không mang tính dự báo Những tính toán như vậy cũng tạo tiền đề cho việc sử dụng mô hình toán cho mô phỏng xâm nhập mặn bằng chính công cụ do các nhà khoa học trong nước xây dựng nên

- Năm 2000 - 2001 với đề tài NCKH cấp tỉnh, Lã Thanh Hà và Đỗ Văn Tuy đã cải tiến mô hình SALMOD từ mô hình SIMRR với mục đích dự báo thử nghiệm xâm nhập mặn cho sông Văn Úc thuộc thành phố Hải Phòng Đề tài đã lập các phương án

dự báo xâm nhập mặn cho đoạn sông Văn Úc từ Trung Trang với sơ đồ mạng sông chỉ bao gồm hệ thống sông Thái Bình từ Phả Lại

- Năm 2006, trong khuôn khổ đề tài “Đánh giá đặc điểm tài nguyên nước mặt

các sông chính qua tỉnh Nam Định” do Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Nam Định

quản lý, Lã Thanh Hà, cũng đã tiến hành xây dựng phương án tính toán và dự báo xâm nhập mặn thử nghiệm cho các sông Hồng (từ Hà Nội), sông Đào, sông Ninh Cơ và sông Đáy (từ Ninh Bình) thuộc phạm vi tỉnh Nam Định Đề tài đã sử dụng mô hình MIKE 11 (Viện Thuỷ lực Đan Mạch - DHI) để lập các phương án dự báo với các biên trên là quá trình lưu lượng, mực nước và độ mặn và biên dưới là quá trình mực nước

và độ mặn tại các cửa sông Hiện kết quả của đề tài chưa được thẩm định rõ nhưng một số tồn tại có thể thấy là: việc tách hệ thống sông Thái Bình ra khỏi sơ đồ tính và vị trí các biên còn chịu ảnh hưởng triều nên chưa thật khách quan và sẽ ảnh hưởng đến mức độ tin cậy của kết quả tính, đặc biệt là trị số dự báo

Từ những phân tích trên có thể thấy rằng:

) Ưu điểm:

1 Các công trình nghiên cứu đã tạo cơ sở khoa học cho việc mô phỏng quy luật xâm nhập mặn và bước đầu phục vụ có hiệu quả trong quy hoạch hệ thống thuỷ lợi và cấp nước sinh hoạt trên một số vùng cửa sông nước ta, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu Long

2 Kết quả mở ra khả năng sử dụng mô hình toán để giải quyết một vấn đề thực

tế và tạo tiền đề cho bài toán dự báo xâm nhập mặn trên cơ sở các thử nghiệm đã có ) Tồn tại :

c Xét trên phạm vi đồng bằng sông Cửu Long (đã có nhiều nghiên cứu kể cả dự báo):

- Chưa kết hợp với các mô hình thuỷ văn, thuỷ lực khác để tổ chức dự báo quá trình biên lưu lượng, độ mặn (biên trên), mực nước, độ mặn (biên dưới) trong mùa kiệt

- Thiếu tài liệu đo đạc để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình xâm nhập mặn cho toàn mạng sông như: số liệu địa hình lòng dẫn (vừa thiếu vừa không cập nhật), số liệu

hệ thống thuỷ lợi, giao thông, nên giảm độ tin cậy của các mô hình toán

- Các phương án dự báo chủ yếu phục vụ công tác quy hoạch khai thác sử dụng

đất chưa phuc vụ chỉ đạo lấy nước (quá trình giờ) cho các ngành kinh tế vùng cửa sông Các bản tin dự báo ngày chưa thường xuyên, phạm vi dự báo mới tập trung ở các

cửa sông chính, độ tin cậy chưa được đánh giá

d Xét trên phạm vi đồng bằng sông Hồng - Thái Bình:

- Hệ thống mạng lưới đo mặn thưa, phân bố không đều chưa phản ánh thực trạng xâm nhập mặn ở khu vực 9 cửa sông

- Khác với khu vực đồng bằng sông Cửu Long, các công trình nghiên cứu xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình không liên tục, có thời kỳ bị xem nhẹ, lãng quên khi cho rằng đối với đồng bằng Bắc Bộ mặn không xâm nhập vào trong đồng vì các hệ thống sông đã có đê bao bọc

- Phương pháp thực hiện chủ yếu là phương pháp thống kê

- Các mô hình xâm nhập mặn mới được áp dụng mấy năm gần đây chủ yếu để

mô phỏng hiện trạng với quy mô cục bộ cho một số đoạn sông và chưa sẵn sàng cho bài toán dự báo xâm nhập mặn trên toàn mạng sông

Các nghiên cứu đã có tạo cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu xâm nhập mặn nhưng chưa thể đưa vào phục vụ sản xuất theo yêu cầu của thực tiễn đang đặt ra cho vùng hạ lưu đồng bằng sông Hồng - Thái Bình

Do vậy rất cần thiết phải có một công trình nghiên cứu toàn diện, quy mô về sử dụng mô hình toán công nghệ cao để lập phương án dự báo xâm nhập mặn làm tiền đề cho công tác dự báo nghiệp vụ xâm nhập mặn ở khu vực đồng bằng sông Hồng - Thái Bình

I.1.ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

2.1.1 Vị trí địa ý hành chính

Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình là một lưu vực sông liên quốc gia chảy qua 3 nước: Việt Nam, Trung Quốc, Lào với tổng diện tích tự nhiên là: 169.000 km2 Vùng đồng bằng châu thổ sông nằm hoàn toàn trong lãnh thổ Việt Nam có diện tích ước tính khoảng 17.000 km2 Chiều dài sông Hồng trong lãnh thổ Việt Nam khoảng

328 km Phần lưu vực nằm ở Trung quốc là: 81.200 km2 chiếm 48 % diện tích toàn lưu vực; phần lưu vực nằm ở Lào là: 1.100 km2 chiếm 0,7 % diện tích toàn lưu vực; và phần lưu vực nằm ở Việt Nam là: 86.680 km2 chiếm 51,3 % diện tích lưu vực (Hình 2.1)

Hình 2 1: Lưu vực sông Hồng - Thái Bình – phần Việt Nam

KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Sông Hồng là con sông lớn thứ hai (sau sông Mê Kông) chảy qua Việt Nam đổ

ra biển Đông Sông Hồng được hình thành từ 3 sông nhánh lớn là sông Đà, sông Lô và sông Thao Sông Thái Bình cũng được hình thành từ 3 nhánh sông lớn là sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam Hai hệ thống sông được nối thông với nhau bằng sông Đuống và sông Luộc tạo thành lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình

Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình được giới hạn từ 20o 23’ đến 25o 30’ vĩ độ Bắc và từ 102o 10’ đến 107o10’ kinh độ Đông

+ Phía Bắc giáp lưu vực sông Trường Giang và sông Châu Giang của Trung Quốc

+ Phía Tây giáp lưu vực sông Mê Kông

+ Phía Nam giáp lưu vực sông Mã

+ Phía Đông giáp vịnh Bắc Bộ

Lưu vực có tới trên 90 % diện tích là đồi núi mà dòng chảy chủ yếu được sinh

ra từ mưa Do vậy, mùa mưa nước tập trung nhanh sinh ra lũ, úng làm ngập lụt gây thiệt hại to lớn về tính mạng, tài sản của nhà nước và nhân dân trên quy mô rộng lớn hàng chục vạn ha Ngược lại, về mùa khô lượng mưa sinh thủy trên các sông suối rất hạn chế không đáp ứng được yêu cầu nước phục vụ cho sản xuất, đời sống và xã hội

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình liên quan tới 26 tỉnh, thành phố thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc và Đông Bắc có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115,75 nghìn km2 với khoảng 75,4 % diện tích thuộc lưu vực Trên lưu vực sông có vùng kinh

tế trọng điểm Bắc Bộ (gồm 8 tỉnh, thành phố: Vĩnh Phúc, Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Tây, Bắc Ninh, Hải Phòng, Quảng Ninh) có tầm quan trọng đặc biệt trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung Trên lưu vực có 2 thành phố trực thuộc Trung ương là Hà Nội, Hải Phòng và

24 tỉnh, trong đó có 7 thành phố trực thuộc các tỉnh, 26 thị xã, 14 quận, 208 huyện và

381 phường, 235 thị trấn, 4286 xã Dân số trên phần lưu vực thuộc Việt Nam khoảng 29,26 triệu người, với 20 % sống ở đô thị, 80 % ở nông thôn, trung bình ở vùng đồng bằng Bắc Bộ khoảng 1.000 người/km2, trên lưu vực là 277 người/km2

2.1.2 Địa hình lưu vực sông Hồng – Thái Bình

Địa hình lưu vực sông Hồng có hướng dốc chung từ tây bắc xuống đông nam, địa hình phần lớn là đồi núi, chia cắt mạnh, khoảng 70 % diện tích ở độ cao trên 500 m

và khoảng 47 % diện tích lưu vực ở độ cao trên 1000 m Độ cao bình quân lưu vực khoảng 1090 m (Hình 2.2)

Phía tây có các dãy núi ở biên giới Việt Lào, có nhiều đỉnh cao trên 1800 m như đỉnh Pu - Si - Lung (3076 m), Pu - Den - Dinh (1886 m), Pu - San - Sao (1877 m) Những đỉnh núi này là đường phân nước giữa hệ thống sông Hồng với hệ thống sông

Mê Kông Trong lưu vực có dãy Hoàng Liên Sơn phân chia sông Đà và sông Thao, có đỉnh Phan Xi Fan cao 3143 m, là đỉnh núi cao nhất ở nước ta Độ cao trung bình lưu vực của sông ngòi lớn, độ chia cắt sâu dẫn tới độ dốc bình quân lưu vực lớn, phổ biến

độ dốc bình quân lưu vực đạt từ 10 % đến 15 % Một số sông rất dốc như Ngòi Thia đạt tới 42 %, Suối Sập 46,6 %

Hình 2 2: Địa hình lưu vực sông Hồng - Thái Bình - phần Việt Nam

Địa hình lưu vực sông Thái Bình là địa hình dạng đồi, với độ cao phổ biến từ 50m đến 150 m, chiếm 60 % diện tích Rất ít đỉnh cao vượt quá 1000 m Chỉ có một số đỉnh như Tam đảo có độ cao 1591 m, Phia Đeng cao 1527 m Núi đồi trong hệ thống sông Thái Bình có hướng Tây bắc - Đông nam tồn tại song song với những vòng cung

mở rộng về phía Bắc Đồng bằng sông Hồng - Thái Bình được tính từ Việt Trì đến cửa sông chiếm hơn 70 % diện tích toàn lưu vực Địa hình thấp và tương đối bằng phẳng,

độ cao trung bình khoảng 25 m Dọc theo các sông ở đồng bằng đều có đê chia cắt đồng bằng thành những ô tương đối độc lập Vùng cửa sông giáp biển có nhiều cồn cát

và bãi phù sa

Vùng đồng bằng sông Hồng có cao trình mặt đất từ 0,4 ÷ 9 m Với 58,4 % diện tích đồng bằng sông Hồng ở mức thấp hơn 2 m Ở cao trình này hoàn toàn bị ảnh hưởng thuỷ triều nếu không có hệ thống đê biển và đê vùng cửa sông Hơn 72 % diện tích đồng bằng ở cao trình thấp hơn 3 m Ở cao trình này hoàn toàn bị ảnh hưởng nước

VỊNH BẮC BỘ

TRUNG QUỐC

biển nếu xảy ra lũ cấp 9 vào lúc xảy ra triều cường bốn tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Hà và Ninh Bình có trên 80 % diện tích đất đai có cao trình thấp hơn 2 m

Dọc theo các sông vùng đồng bằng sông Hồng đều có đê bảo vệ từ nhiều năm nay Vì vậy do tác dụng bồi lắng của phù sa sông Hồng, cao trình vùng mặt đất bãi sông ngoại đê thường cao hơn cao trình mặt đất trong dòng chính từ 3 ÷ 5 m

Khi mực nước dọc các triền sông mới ở mức báo động I, tức mực nước lũ gần như năm nào cũng xảy ra (85 ÷ 90 %) thì hầu như hoàn toàn vùng đồng bằng nằm dưới mực nước sông trừ các làng mạc đã được tôn tạo hoặc những vùng ngoại đê được phù

sa bồi đắp hàng năm Gặp những trận lũ lớn xảy ra tràn hoặc vỡ đê thì khó tránh khỏi tổn thất lớn về người và của

Địa thế chung của lưu vực sông Hồng rất hiểm trở, có đến 47 % diện tích có độ cao trên 1000 m, phần lớn nằm ở miền Tây của lưu vực thuộc hai nhánh lớn sông Đà

và sông Thao, còn một phần nằm trên cao nguyên phía Bắc thuộc sông Lô Phần đất bằng chỉ phân bố lẻ tẻ dọc thung lũng của các sông lớn, song phần chủ yếu tập trung ở tam giác châu sông Hồng - sông Thái Bình

2.1.3 Đặc điểm địa chất kiến tạo

Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình nằm trong 3 miền kiến tạo lớn là miền kiến tạo Đông Bắc, miền kiến tạo Tây Bắc bộ và miền kiến tạo Cực Tây Bắc bộ Ranh giới giữa các miền là đứt gãy Sông Chảy và đứt gãy Ðiện Biên - Lai Châu Trên phạm

vi lưu vực có các đới kiến tạo lớn là An Châu, sông Lô, sông Hồng, Fan Si Fan, Ninh Bình, Tú Lệ, sông Mã, sông Đà, Sơn La, sông Gâm, sông Hiến, An Châu, Mường Tè

và võng chồng Hà Nội

Trong mối quan hệ nhân quả, các đặc điểm và quá trình địa chất, trực tiếp hoặc gián tiếp đều có tác động đến quá trình phát triển của lòng sông Hầu hết khu vực sông nghiên cứu mới hình thành khoảng hơn 1000 năm trước cho tới nay Đây là khu vực

có quá trình phát triển địa chất lâu dài và mạnh mẽ thể hiện qua những mối tương tác tích cực giữa các nhân tố nội sinh và ngoại sinh, khí hậu và phi khí hậu, giữa lục địa và biển

2.1.4 Thổ nhưỡng

Theo tài liệu điều tra của Viện Nông hoá Thổ nhưỡng, trong lưu vực sông Hồng

- Thái Bình có 10 loại đất chính được giới thiệu trong bảng 2.1:

Bảng 2.1: Các loại đất chính trên lưu vực sông Hồng –Thái Bình

TT Tên các loại đất Diện tích (ha)

8 Đất Feralit đỏ nâu trên đá vôi 229.295

9 Đất Feralit đỏ vàng có mùn trên núi 2.080.342

10 Đất mòn alít trên núi cao 223.035

Có thể nhận xét các loại đất như sau:

- Đất phù sa sông Hồng nằm hầu hết ở các tỉnh đồng bằng và trung du đất có độ pH

từ 6,5 ÷ 7,5 thành phần cơ giới phổ biến là sét hoặc sét pha trung bình, đất có cấu

tượng tốt nhất là ở những vùng trồng màu hầu hết diện tích loại đất này đã được

gieo trồng từ 2 đến 3 vụ lúa mầu và cho năng suất khá cao,

- Đất chiêm trũng Glây loại đất này tập trung ở những vùng đất trũng thuộc các tỉnh

Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hà Tây, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hưng Yên, Hải

Dương, Vĩnh Phú, Thái Bình Loại đất này có nhiều sắt hàm lượng canxi - manhê

từ 5 ÷ 6 mg/100g đất Thường trồng từ 1 ÷ 2 vụ lúa trong năm, độ pH = 4 ÷ 4,5 bị

chua và nghèo lân, kali có năng suất thấp, cần được cải tạo bằng đưa nước phù sa

sông Hồng thau chua và tăng chất dinh dưỡng cho đất

- Đất chua mặn: loại đất này tập trung ở vùng trũng gần biển thuộc Hải Phòng, Thái

Bình, Nam Định, Ninh Bình đất bị glây hoá mạnh độ pH = 4,0 hiện nay loại đất

này đang được trồng 2 vụ ÷ 3 vụ lúa màu có năng suất cao, song để duy trì và cải

tạo tốt loại đất này phải thường xuyên được đưa nước ngọt vào và thau chua rửa

mặn thay nước đầu vụ đảm bảo tốt cho cây trồng phát triển (lượng nước dùng để

thau chua khoảng 1500 ÷ 1600 m3/ha)

- Đất mặn: là loại đất phân bố dọc theo đê biển và đê cửa sông thuộc các tỉnh Ninh

Bình, Nam Định, Thái Bình và thành phố Hải Phòng thành phần cơ giới thay đổi từ

sét đến cát mịn, pH từ 7,3 ÷ 8,0 là đất có độ muối tan chiếm 0,25 ÷ 1,0 % muốn

gieo trồng lúa hoa màu phải thường xuyên lấy nước ngọt, rửa mặn, hiện tại năng

suất cây ở đây thấp; có khả năng phát triển nuôi trồng thủy sản tuy nhiên còn phụ

thuộc vào độ mặn cũng như điều kiện địa hình Đây là loại đất phải tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên mà khai thác sử dụng cho thích hợp

- Đất bạc màu: Loại đất này phân bố ven rìa đồng bằng thuộc các vùng đồi có cao độ

từ 15 ÷ 25m thuộc các tỉnh Hoà Bình, Hà Tây, Ninh Bình, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương Đất này có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo mùn, kết vón dưới tầng đế dày, đôi khi gặp đá ong hoá, cây trồng cho năng suất thấp, để cải tạo tốt cần cấp nước phù sa, bón phân hữu cơ, đa dạng hóa cây trồng

- Đất đen: là loại đất phân bố ở các thung lũng đá vôi ở các cao nguyên Mộc Châu, Mai Sơn, Thuận Châu (Sơn La), Tủa Chùa, Tam Đường (Lai Châu) vv đất có độ mùn cao (4,0 ÷ 5,0 %) độ pH = 7,0 đất giàu canxi – manhê có cấu tượng viên tơi xốp đạm (0,35 ÷ 0,5 %) lân 0,7 ÷ 1 % Kali khoảng 2% loại đất này phù hợp với các loại cây công nghiệp cây ăn quả và hoa màu

- Đất Feralits đỏ vàng: loại đất này phân bố trên địa hình đồi núi thấp ở các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Hà Giang, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái, Sơn La, Lai Châu, Cao Bằng, Bắc Cạn, Lạng Sơn Đất có độ mùn cao (2 ÷ 4 %), đạm 2 %, lân 0,08%,

pH = 4 ÷ 4,1 là loại đất thích hợp với các cây lấy gỗ, cây công nghiệp và những cây trồng cạn như: trẩu, sở, quế, chè và các cây nguyên liệu như mỡ, bồ đề vv

- Đất Ferlits đỏ nâu trên đá vôi thường ở các tỉnh miền núi như Hà Giang, Tuyên Quang, Hoà Bình thành phần chính là CaCO3 và cặn sét đất có cấu tượng hạt chắc, nói chung là tốt nhưng phần dưới là đá vôi nên mất nước, thích hợp với cây trồng cạn như ngô đậu lạc và thích hợp với cây cần ít nước và chịu hạn

- Đất Feralit đỏ vàng có mùn trên núi

- Đất mòn alít trên núi cao phân bố tập trung ở các đỉnh núi cao có nhiều mùn thảm thực vật dày trên 1cm, sau đó là tầng mùn dày (6 ÷ 7)cm tiếp đến là đất màu đen nhạt dần sang thẫm, đất thích hợp cho việc trồng rừng và các cây lâm sản quý hiếm

kỹ thuật, đá quý và nửa quý, nước khoáng - nước nóng Khoáng sản triển vọng nhất là than đá, apatit, pyrit, sắt, đồng, thiếc, chì - kẽm, vàng, vật liệu xây dựng

2.1.6 Lớp phủ thực vật

Thảm phủ thực vật trong lưu vực sông Hồng – Thái Bình khá phong phú Do sự khác biệt về điều kiện khí hậu và thủy văn, rừng phân bố theo độ cao Theo các nhà nghiên cứu thì có 3 đới theo phương thẳng đứng, ứng với các độ cao dưới 600 ÷ 700m đến 1700m và trên 1700m

Ở khu Đông Bắc phần lớn là đồi núi cao dưới 600m, kiểu phổ biến là rừng kín thường xanh ẩm trong đó có pha tạp một số loài cây á nhiệt đới Kiểu rừng tự nhiên đã

bị phá huỷ mạnh và thay thế bằng rừng thứ sinh Ở cao trên 1700 m cây sống trong rừng mù, thường được mọc đầy rêu nên còn có tên là “rừng sương mù”, “rừng rêu”

Có tác dụng lớn để điều tiết dòng chảy (mặt và ngầm), có ý nghĩa lớn để bảo vệ nguồn nước và cấp nước

Do khai thác, đốt phá rừng bừa bãi nên tỷ lệ rừng che phủ trong lưu vực còn tương đối thấp, nhất là vào các thập kỷ 70 và 80 của thế kỷ 20 Theo kết quả điều tra của Viện Điều tra Quy hoạch rừng, tỷ lệ rừng che phủ vào đầu thập kỷ 80 trong lưu vực sông Hồng - Thái Bình phần thuộc lãnh thổ Việt Nam chỉ còn khoảng 17,4%

I 2.ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU LƯU VỰC SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

2.2.1 Khái quát chung

Ở thượng nguồn sông Hồng thuộc địa phận Trung Quốc, mùa mưa thường bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào tháng VIII, tháng IX, lượng mưa giảm nhỏ, nhưng sang tháng X thì lượng mưa lại tăng quá 100 mm, hình thành một đỉnh mưa phụ Lượng mưa năm nói chung rất nhỏ, thượng nguồn lưu vực sông Nguyên thường chỉ đạt từ 550 mm đến trên 700 mm Ở vùng tiếp giáp với Việt Nam, lượng mưa năm tăng lên nhưng cũng chỉ đạt từ 1000 mm đến 1300 mm Riêng khu vực thượng nguồn sông

Đà, lượng mưa năm khá hơn, từ 1300 mm đến 1500 mm Đặc biệt tại trạm Lý Tiên Độ, lượng mưa năm đạt trên 1800 mm, có năm đạt 2446 mm Lượng mưa ba tháng lớn nhất thường là các tháng VI, VII, VIII và tháng VI là lớn nhất đối với thượng nguồn sông Thao và tháng VII là lớn nhất đối với thượng nguồn sông Đà Lượng mưa một ngày lớn nhất từ 40 mm đến 60 mm, cá biệt có nơi vượt quá 80 mm Mùa khô rất ít mưa, có khi hai tháng liền không mưa Lượng mưa mùa khô chỉ chiếm không đầy 10% lượng trong năm

Đồng bằng châu thổ sông Hồng giáp biển chịu sự điều hoà của biển nên trong mùa hạ bớt nóng hơn và lượng ẩm tăng lên Ảnh hưởng của bão cũng trực tiếp trong thời kỳ từ tháng VI đến tháng X và nhất là trong các tháng VII và VI Tốc độ của gió ở ven bờ biển có thể vượt 50 m/s Mưa bão thường đạt 200 ÷ 300 mm/ngày Đặc biệt những đợt mưa trong bão, trong vòng ba ngày, cho lượng mưa từ 600 đến xấp xỉ

1000mm Các kết quả quan trắc được cho thấy lượng mưa bão chiếm 25 – 30 % tổng lượng mưa mùa mưa Mùa mưa ở đồng bằng thường từ tháng V đến tháng X tập chung tới 85 % lượng mưa năm - tháng VIII là tháng thường có lượng mưa lớn nhất đạt từ

300 đến trên 400 mm Lượng mưa tháng lớn nhất là 569 mm Trong mùa ít mưa, từ tháng XI đến tháng IV, lượng mưa chỉ chiếm xấp xỉ 15 % lượng trong năm, tháng ít mưa nhất thường là tháng III với lượng mưa từ 15 ÷ 20 mm

Toàn lưu vực sông Hồng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với mùa đông lạnh, khô, ít mưa và mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, chịu tác động của cơ chế gió mùa Đông Nam Á với hai mùa gió: Gió mùa Đông và gió mùa Hạ

Gió mùa Đông bị chi phối bởi không khí cực đới và không khí biển Đông và biến tính Gió mùa Hạ bị chi phối bởi ba không khí:

+ Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ (gió Tây Nam)

+ Không khí xích đạo (gió Nam)

+ Không khí biển Thái Bình Dương (gió Đông Nam)

2.2.2 Chế độ bức xạ, số giờ nắng, lượng mây tổng quan

™ Chế độ bức xạ

Do ở vùng khí hậu nhiệt đới, nên lưu vực sông Hồng - Thái Bình hàng năm nhận được nguồn năng lượng bức xạ 100 ÷ 200 Kcal/cm2/tháng, trung bình là 60 ÷ 80 Kcal/cm2/tháng Nhỏ nhất là tháng I và II có tổng lượng bức xạ là 5÷8 Kcal/cm2/tháng, lớn nhất là vào tháng VII, thời kỳ lên cao nhất trên Vĩ độ Bắc lượng bức xạ tổng cộng tới 12 ÷ 16 Kcal/cm2/tháng Các tháng mùa hạ cán cân bức xạ tăng tương đối đồng đều trên toàn lưu vực nên mức độ chênh lệch ít hơn các tháng mùa đông

Một điều cần quan tâm là cán cân bức xạ thay đổi theo cao độ địa hình (ở Hà Nội với cao độ 5 m là 72,5 Kcal/cm2/năm; nhưng ở Sa Pa cao độ 1570 m cán cân bức

xạ chỉ còn 44,7 Kcal/cm2/năm)

™ Số giờ nắng

Số giờ nắng trung bình năm biến đổi trong phạm vi từ dưới 1400 giờ ở vùng núi cao đến hơn 2000 giờ ở các thung lũng trong lưu vực sông Đà

™ Lượng mây tổng quan

Lượng mây tổng quan trung bình năm biến đổi trong phạm vi 6 ÷ 8,5 phần mười bầu trời, tương đối thấp ở lưu vực sông Đà, tương đối cao ở lưu vực sông Lô và sông Thái Bình

2.2.3 Chế độ nhiệt

Lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình nằm giữa ranh giới của vùng nhiệt đới nội chí tuyến (phần Việt Nam và một phần lưu vực thuộc Trung Quốc) và vùng cận chí tuyến (phần còn lại trên lãnh thổ Trung Quốc) Nó vừa chịu ảnh hưởng của gió mùa cực đới Châu Á đồng thời do nằm sát bên bờ Thái Bình Dương nên lại chịu ảnh hưởng thường xuyên mãnh liệt của khí hậu biển cả trong mùa hè và mùa đông, có khí hậu ôn hoà hơn về mùa hạ so với các vùng nhiệt đới trong lục địa, nhưng lại có mùa đông lạnh hơn Vì thế lưu vực sông Hồng có nền nhiệt thấp hơn các vùng nhiệt đới khác của hành tinh song độ ẩm lại phong phú So với toàn quốc lưu vực có nền nhiệt độ bình quân hàng năm thấp hơn

Do chịu ảnh hưởng nhiều của gió mùa Đông Bắc trong mùa đông và gió mùa Tây Nam trong mùa hạ nên thời gian ấm nóng trong phần lớn lưu vực kéo dài từ 8 ÷ 9 tháng (tháng III ÷ IX, có nhiệt độ trung bình tháng trên 20oC, tháng V ÷ IX có nhiệt độ cao hơn 25oC) Nhiệt độ thấp ở hầu khắp trong lưu vực vào tháng XII ÷ II (thấp nhất thường vào tháng I và đầu tháng II), trên vùng núi cao vào những ngày giá rét thường

có tuyết rơi và nước đóng băng trên bề mặt nhưng cũng chỉ xảy ra trong ngày

Nhiệt độ không khí thấp nhất tuyệt đối hạ thấp dưới 0oC xuất hiện ở vùng núi cao như: tại Sìn Hồ (3/1/1974) là - 4,5oC, tại Cò Nòi (2/1/1974) là - 4,7oC, tại Hoàng Liên Sơn (14/12/1975) là - 5,7oC và dưới 5oC ở trung du và đồng bằng

Một điều cần lưu ý là vào đầu mùa hè (tháng V ÷ VI) gió mùa Tây Nam phát triển mạnh, áp thấp Ấn - Miên di chuyển từ Tây sang Đông gây gió Tây mang thời tiết khô nóng ảnh hưởng nhiều nên trên bề mặt lưu vực lưu vực sông Đà và có khi còn tràn xuống cả trung du và đồng bằng sông Hồng (thời kỳ này nhiệt độ thường đạt tới trị số cao tuyệt đối, trị số đó thường từ 40o ÷ 43oC)

Nhiệt độ không khí cao nhất tuyệt đối có thể đạt trên 40oC xuất hiện: 42,5 oC tại Lai Châu (5/1928), 41,1oC tại Yên Châu (13/5/1966), 40,7 oC tại Phú Hộ (5/1931), 42,8 oC tại Láng (5/1926)

2.2.4 Độ ẩm không khí

Độ ẩm không khí trung bình năm trong lưu vực sông Hồng - Thái Bình ở phần Việt Nam là một vùng lãnh thổ có trị số cao nhất trong toàn quốc từ 80 - 90 % do có mùa mưa kéo dài, có một phần mưa dông, mưa phùn ẩm ướt Thời kỳ khô nhất khoảng

75 % và thời kỳ ẩm nhất nhiều nơi đạt đến hơn 90 % Phần lớn các vùng trong lưu vực đạt hai giá trị cực đại và hai giá trị cực tiểu

Cực đại thứ nhất thường xảy ra vào khoảng tháng II đến tháng III do có nhiều mưa phùn và và ẩm ướt nhất trong năm (Yên Bái 90 %, Hà Nội 87 %, Hải Phòng 91 %,

Nam Định 91 % ) Cực đại thứ hai xảy ra vào khoảng tháng VII đến tháng VIII tương ứng với thời gian nóng nhất và mưa nhiều trong năm (Tuyên Quang, Hà Nội 86 %, Hải Phòng 88 %)

Cực tiểu thứ nhất xảy ra vào tháng V÷ VI và cực tiểu thứ hai xảy ra vào khoảng tháng X ÷ XI tương ứng với thời kỳ vào đầu và cuối mùa mưa (Hoà Bình, Phú Thọ,

Hà Nội có độ ẩm khoảng 80 ÷ 83 %)

Độ ẩm không khí tương đối trung bình nhiều năm của lưu vực vào khoảng 84%

Độ ẩm tương đối lớn nhất xuất hiện vào các tháng mùa hè, mùa xuân, nhất là các ngày

có gió mùa Đông Bắc hoạt động mạnh gây mưa lớn Trong các tháng này độ ẩm tương đối thường cao hơn 86 % Độ ẩm thấp nhất xảy ra vào các tháng mùa đông, đặc biệt vào những ngày gió Tây Nam khô nóng hoạt động, trong thời kỳ này độ ẩm có thể nhỏ hơn 50 %

Sự chênh lệch về độ ẩm không khí giữa mùa khô và mùa mưa của khu vực này là thấp, tháng có độ ẩm tương đối nhỏ nhất là tháng XI, X

2.2.5 Bốc hơi

Lưu vực sông Hồng có lượng bốc hơi trung bình năm nhỏ (là vùng có lượng bốc hơi nhỏ nhất nước ta): ở Tây Bắc từ 660 ÷ 1150 mm/năm, Việt Bắc 500 ÷ 860 mm/năm, Thái Nguyên 730 ÷ 980 mm/năm, trung du 560 ÷ 1050 mm/năm, đồng bằng

700 ÷ 990 mm/năm

Nếu so sánh với các vùng khác ở miền Trung và miền Nam nước ta thì thấy nhiều vùng có lượng bốc hơi lớn hơn: Thanh Hoá - Nghệ An - Hà Tĩnh: 650 ÷ 1150 mm/năm, Quảng Bình - Quảng Trị - Thừa Thiên Huế: 900 ÷ 1500 mm/năm, Quảng Nam: 1122 mm/năm, Nha Trang: 1468 mm/năm, Buôn Mê Thuột: 1610 mm/năm, Tân Sơn Nhất: 1686 mm/năm, đồng bằng sông Cửu Long 1000 ÷ 1250 mm/năm Nguyên nhân là do nhiệt lượng trong năm thấp nhưng độ ẩm tương đối nhiều năm lại rất cao, nên lượng bốc hơi năm thấp

Các tháng lạnh ẩm có lượng bốc hơi thấp, các tháng khô nóng lượng bốc hơi cao hơn rõ rệt: Ở Tây Bắc vào tháng III, Việt Bắc vào tháng V, đồng bằng Bắc Bộ vào tháng V

Do khu vực nắng khá nhiều nên lượng bốc hơi khá cao Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm trên 1000 mm Bốc hơi mạnh nhất vào những ngày gió Tây Nam khô nóng hoạt động Các tháng mùa hè lên đến trên 80mm mỗi tháng, trái lại trong các

tháng mùa mưa lượng bốc hơi chỉ dưới 50mm

Tốc độ gió mạnh nhất thường do bão gây nên Ở không ít nơi đã quan trắc được tốc độ gió trên 40 m/s (51 m/s ngày 21/7/1977 tại Phù Liễn, 48 m/s ngày 13/8/1968 tại Nam Định và 9/9/1963 tại Phủ Lý )

Tuy nhiên, do ảnh hưởng của điều kiện địa hình mà hướng gió hoạt động trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình mang nặng tính địa phương

Hai hướng gió thịnh hành trong năm là hướng Nam và Đông Nam Trong mùa đông khi gió Đông Bắc tràn về, hướng gió Đông Bắc và Bắc cùng xuất hiện, song không đều trên lưu vực và tần suất xuất hiện nhỏ hơn nhiều so với hướng Đông Nam Hướng Đông Nam không những thịnh hành trong mùa hè mà còn thịnh hành trong cả một số tháng mùa đông, đồng thời là nguyên nhân tạo ra những đợt nóng ấm xen kẽ

trong mùa đông

2.2.7 Chế độ mưa

Nhìn chung, lưu vực sông Hồng – Thái Bình có khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng

ẩm Lượng mưa khá phong phú nhưng phân bố không đều theo không gian Lượng mưa năm khá lớn nhưng chủ yếu tập trung vào mùa mưa Lượng mưa năm biến động rất mạnh so với yếu tố khí tượng khác, giá trị cực đại, tiểu cực đại của lượng mưa có thể chênh nhau từ hai đến ba lần Nếu xét theo không gian trong lưu vực dao động trong khoảng 1200 ÷ 2000 mm, phần lớn trong khoảng 1800 mm/năm Lượng mưa năm biến đổi rất lớn từ 700 ÷ 4800 mm, trong đó địa phận Trung Quốc 700 ÷ 2100 mm/năm, phần Việt Nam 1200 mm ÷ 4800 mm (thuộc loại mưa lớn của thế giới) Tạo

ra tài nguyên khí hậu và tài nguyên nước rất phong phú trong lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình

Sự phân bố lượng mưa trên lưu vực phụ thuộc rất nhiều vào địa hình và sự sắp xếp các dãy núi: hướng đón gió và khuất gió Địa hình cao, phía hướng đón gió mưa nhiều và tạo thành các tâm mưa lớn là Bắc Quang, Mường Tè, Hoàng Liên Sơn có lượng mưa khá lớn Lượng mưa lớn nhất có nơi đạt đến 600 – 700 mm/tuần; 1200 mm/tháng đặc biệt là trung tâm mưa Bắc Quang có năm đạt đến 5499 mm/năm Những vùng khuất sau dãy núi chắn gió như thung lũng Yên Châu, Cao nguyên Sơn

La, lòng chảo Nghĩa Lộ, vùng thượng nguồn sông Gâm có lượng mưa nhỏ đạt từ 1200

mm đến khoảng 1600 mm/năm Vùng đồng bằng có lượng mưa trung bình từ 1400

mm đến hơn 2000 mm

Lượng mưa biến đổi qua nhiều năm không lớn, năm mưa nhiều gấp 2 - 3 lần lượng mưa năm mưa ít Do đặc tính khí hậu nhiệt đới gió mùa nên chế độ mưa trên lưu vực sông Hồng biểu hiện tính mùa khá rõ rệt

Mùa mưa ở hệ thống sông Hồng - Thái Bình thường từ tháng V đến tháng IX,

X lượng mưa mùa mưa chiếm khoảng 75 – 85 % lượng mưa năm Mùa khô (mùa mưa ít) kéo dài 6 - 7 tháng, nhưng lượng mưa mùa này chỉ chiếm 15 - 25 % lượng mưa năm

2.2.8 Bão

Do điều kiện địa hình có dãy Hoàng Liên Sơn khá cao nên hạn chế tác động của bão và hội tụ nhiệt đới trên lưu vực sông Đà, đặc biệt là vùng thượng lưu từ Lai Châu trở lên Theo kết quả thống kê 403 trận bão đổ bộ vào Việt Nam trong vòng 100 năm thì có 126 trận (tức 31%) đổ bộ vào vùng biển từ Quảng Ninh đến Ninh Bình Trong

đó xảy ra vào tháng IX có 37 trận, tháng VII có 35 trận và tháng VIII có 26 trận

Trong 101 trận bão thống kê được thì có tới 14 trận gây nước dâng thấp hơn 0,50 m; 32 trận gây nước dâng từ 0,50 ÷ 1,00 m; 25 trận gây nước dâng 1,0 ÷ 1,5 m;

19 trận gây nước dâng từ 1,5 ÷ 2,0 m; 8 trận gây nước dâng 2,0 ÷ 2,5 m; có 3 trận gây nước dâng cao hơn 2,5 m Thời gian nước dâng từ 12 ÷ 13 giờ, thời gian duy trì mực nước cao nhất khoảng 3 giờ Nước dâng gây ảnh hưởng lớn đến việc tiêu thoát nước vùng châu thổ sông Hồng và có khi gây tràn và vỡ đê biển làm hàng vạn hecta đất vùng ven biển bị ngập nước mặn

II.3 MẠNG LƯỚI SÔNG SUỐI VÀ ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN

2.3.1 Khái quát chung

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình lớn nhất miền Bắc và là một hệ thống sông quốc tế với tài nguyên nước chịu ảnh hưởng của việc khai thác, sử dụng nước ở phần lưu vực thuộc Trung Quốc

Phần lưu vực thuộc Trung Quốc có 5 sông lớn đều bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam, gồm các sông: Lý Tiên (thượng nguồn sông Đà), Đăng Điều (thượng nguồn nhánh Nậm Na - nhánh của sông Đà), Nguyên (thượng nguồn sông Thao), Bàn Long (thượng nguồn sông Lô), sông Nho Quế (thượng nguồn của sông Gâm – nhánh của sông Lô) Ngoài ra còn có một số sông suối nhỏ khác bắt nguồn từ Trung Quốc chảy vào nước ta

là các nhánh của các dòng chính Đà, Thao, Lô, Chảy, Gâm Ba nhánh sông chính Đà, Thao, Lô lại gặp nhau tại Việt Trì nơi bắt đầu vùng đồng bằng và dòng sông được gọi

là sông Hồng (hình 2.3)

hệ trực tiếp với sông Hồng nữa

Khác với sông Hồng, sông Thái Bình có lưu vực nằm toàn bộ trong nước ta Sông Thái Bình cũng có 3 nhánh sông lớn hợp thành, gồm: sông Cầu, Thương và sông Lục Nam Sông Cầu được coi là dòng chính của sông Thái Bình, còn sông Thương và sông Lục Nam được coi là hai nhánh sông lớn nhất của sông Thái Bình

Ba nhánh sông này gặp nhau tại Phả Lại, sau đó chảy ra biển theo các phân lưu Kinh Thầy, Văn Úc, Kinh Môn,

Sông Hồng và sông Thái Bình được nối với nhau qua sông Đuống và sông Luộc Hai sông này là nguồn cung cấp nước quan trọng cho hạ lưu sông Thái Bình và cũng chính vì vậy, nguồn nước lưu vực sông Hồng khi về đến đồng bằng được phân

phối lại một cách tự nhiên cho toàn đồng bằng Do đó, nguồn nước về các tỉnh cuối

nguồn phía hạ lưu sông Hồng, như Nam Định, Thái Bình chịu ảnh hưởng lớn của việc

phân chia tự nhiên nguồn nước từ sông Hồng sang sông Đuống, sông Luộc, nhất là vào

mùa kiệt, song được giảm lũ rất rõ rệt vào các trận lũ lớn Các phân lưu của sông Hồng

- Thái Bình ở đồng bằng đã tạo thành mạng sông khá phát triển làm cho tài nguyên

nước sông phân phối về các khu vực liên quan chặt chẽ với nhau

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình đổ ra biển bằng 9 cửa sông, gồm: cửa Đáy,

Lạch Giang, Ba Lạt, Trà Lý, Thái Bình, Văn Úc, Lạch Tray, Cấm và Nam Triệu, trong

số đó, cửa Trà Lý, Văn Úc và Ba Lạt là những cửa chuyển nước quan trọng nhất của

hệ thống

Diện tích lưu vực:

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình tính đến Sơn Tây và Phả Lại có tổng diện tích

156.380 km2, phần trong nước chiếm 74.080 km2 (47,4 %), trong đó, lưu vực sông

Hồng là 143.700 km2 với 61.400 km2 ở trong nước (chiếm 42,7 % so với diện tích lưu

vực sông Hồng); sông Thái Bình: 12.680 km2 Diện tích lưu vực phần trong nước được

phân theo các cấp sông như bảng 2.2 - 2.4

Bảng 2.2: Diện tích lưu vực sông Hồng - Thái Bình

Bảng 2.3: Diện tích lưu vực phần trong nước phân theo các cấp sông

TT Tên sông cấp 1 (%) Sông cấp 2 (%) cấp 3 (%) cấp 4 (%) cấp 5 (%) cấp 6 (%)

Bảng 2.4: Diện tích lưu vực theo các cấp sông trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình

TT Tên sông Sông cấp 1

(km 2 )

cấp 2 (km 2 )

cấp 3 (km 2 )

cấp 4 (km 2 )

cấp 5 (km 2 )

cấp 6 (km 2 )

1 Thái Bình 11.600 8.163 3.651 943 0 0

2 Hồng 61.400 51.712 26.544 7.379 1.688 79

Số lượng sông suối:

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình có tổng số 767 sông các cấp, chiếm 32,4 %

tổng số sông có chiều dài trên 10 km trên cả nước

Ngoài dòng chính sông Hồng - Thao và 8 phân lưu ở đồng bằng, lưu vực sông

Hồng có: 57 sông cấp 1; 195 sông cấp 2; 242 sông cấp 3; 90 sông cấp 4; 25 sông cấp 5

và 2 sông cấp 6 Tổng số sông các cấp là 620 sông có chiều dài từ 10 km trở lên

Chiều dài sông:

Tổng chiều dài sông suối các cấp thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình là 18.403 km, trong đó, thuộc sông Hồng là: 14.731 km, sông Thái Bình là 3.673 km,

chiếm khoảng 29,6 % tổng chiều dài sông suối toàn quốc Chiều dài dòng chính sông

Hồng là 1.126 km (phần thuộc nước ta là 556 km), sông Thái Bình 385 km Tổng

chiều dài 12 phân lưu ở đồng bằng là 842 km, trong đó, thuộc sông Hồng là 585 km,

sông Thái Bình 257km Sông Thái Bình chỉ có đến sông cấp 4 và sông Hồng là sông

duy nhất trên cả nước có sông cấp 6: 2 sông, đều thuộc Việt Nam và có diện tích lưu

vực dưới 100 km2 (41 và 38 km2) Các sông suối các cấp phân theo diện tích lưu vực

được thống kê trên bảng 2.5 Trên lưu vực có 4 sông cấp 1 là sông quốc tế

Bảng 2.5: Đặc trưng các phân lưu thuộc lưu vực sông Hồng - Thái Bình

STT Tên sông Đổ vào Chiều dài sông (km)

5 Sông Ninh Cơ Cửa Lạch Giang 51,8

2.3.2 Đặc điểm dòng chảy sông ngòi

2.3.2.1 Dòng chảy mùa lũ

Mùa lũ trên sông Hồng - Thái Bình thường xuất hiện từ tháng VI – X Nước lũ sông Hồng có nhiều ngọn, lên nhanh, xuống nhanh, biên độ lớn (biến đổi mực nước hàng năm từ 5 - 8 m ở trung du và đồng bằng, cường suất lũ lớn nhất có khi lên tới 6 - 7cm/h Dòng chảy lũ bị đê khống chế làm cho nước lũ tiêu chậm trong khi diện tích tập trung lại rất lớn đã gây ra nạn lũ lụt hàng năm uy hiếp nặng nề vùng đồng bằng Các trận lũ lớn thường xuất hiện vào trung tuần tháng VIII (theo thống kê số lần xuất hiện tại Sơn Tây tới 55%), tháng VII và X ít có khả năng xuất hiện lũ lớn

2.3.2.2 Dòng chảy mùa kiệt

Mùa kiệt trên lưu vực thường từ tháng XI đến tháng V năm sau Trong đó có tháng XII là tháng chuyển tiếp từ mùa mưa sang mùa ít mưa Từ tháng X đến tháng XI dòng chảy trong sông giảm nhanh và từ tháng XII đến tháng IV dòng chảy ít biến động, cuối tháng IV và tháng V do có mưa nên dòng chảy lại tăng nhanh, chính thức mùa kiệt là từ tháng XII đến tháng IV Tháng có lưu lượng nhỏ nhất trong năm hầu hết rơi vào tháng III Dòng chảy trong sông suối là do nước ngầm và nước điều tiết từ các hồ chứa cung cấp Trong những năm gần đây hạn hán thường xuyên xảy ra, gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp, giao thông thủy và phát điện Dòng chảy mùa kiệt hiện nay chịu tác động rất lớn do tác động của con người như xây dựng các công trình điều tiết, lấy nước, cải tạo dòng chảy…

2.3.3 Đặc trưng chế độ thuỷ văn vùng triều

Ở vịnh Bắc bộ có chế độ nhật triều, có độ lớn thuỷ triều trong một ngày thuộc loại lớn nhất nước ta Một ngày có một đỉnh triều và một chân triều (∆H max đạt tới 3,5 - 4,0 m) Thời gian triều lên khoảng 11 giờ và triều xuống khoảng 13 giờ Độ lớn thuỷ triều là chênh lệch mực nước đỉnh triều và chân triều Cứ khoảng 15 ngày có một kỳ nước cường (độ lớn thuỷ triều lớn) và một kỳ nước ròng (hay còn gọi là nước lửng, là khi độ lớn thuỷ triều bé) Vào kỳ triều cường, dòng chảy sông Hồng – Thái Bình ở vùng hạ lưu chịu ảnh hưởng của thuỷ triều vịnh Bắc Bộ, mùa kiệt ảnh hưởng nhiều hơn mùa lũ Sóng đỉnh triều mùa kiệt vào sâu trong nội địa 150 km, và trong mùa lũ ảnh hưởng vào 50 – 100 km

Mực nước triều trung bình ở Hòn Dấu thường cao nhất vào đầu mùa khô từ tháng IX đến tháng XII, nhất là tháng X là + 36 cm và thấp nhất vào cuối mùa khô tháng I đến tháng IV, nhất là tháng III là +7 cm

Độ lớn thuỷ triều kỳ triều xuống có chênh lệch lớn nhất vào tháng XII và nhỏ nhất vào tháng III, tháng IV Chênh lệch triều lớn nhất là 3,94 m xảy ra vào ngày 23/XI/1968

* Ảnh hưởng của thủy triều vào trong sông Hồng - sông Thái Bình

Ảnh hưởng của thuỷ triều giảm dần từ cửa sông vào nội địa ảnh hưởng thuỷ triều mạnh nhất vào các tháng mùa kiệt, giảm đi trong các tháng lũ lớn (7,8,9)

Đặc biệt là các tháng cuối mùa khô từ tháng I đến tháng III tuy mực nước biển bình quân thấp, kể cả lúc nước biển cao nhất của các tháng này cũng không cao bằng các tháng đầu mùa khô, nhưng cuối mùa khô lưu lượng trên sông Hồng và các phân lưu đều giảm xuống rất nhỏ, nên ảnh hưởng nước triều lên xuống vào rất sâu trong nội địa 150 km

về mùa kiệt, tới gần Hà Nội trên sông Hồng, tới cửa sông Công trên sông Cầu, tới Bến Thôn trên sông Thương, tới Chũ trên sông Lục Nam, và tới Ba Thá trên sông Đáy

I 4 QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Mục tiêu cơ bản của việc nghiên cứu xâm nhập triều mặn là để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội vùng cửa sông Hồng - Thái Bình nói riêng và vùng đồng bằng sông Hồng - Thái Bình nước ta nói chung Theo báo cáo Quy hoạch phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sông Hồng tính đến năm 2010 và năm 2020 đã đưa ra những dự báo phát triển một số ngành kinh tế xã hội của vùng

2.4.1 Về dân số

Dân số dự kiến đến năm 2020 trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình là 31.588.000 người, với số dân thành thị dự kiến đến năm 2020 là 10.573.000 người Mật độ dân cư trung bình tại thời điểm này là 351 người/km2 (bảng 2.6)

Bảng 2.6: Dự báo mức tăng trưởng dân số trên lưu vực

Năm Hạng mục

Sau đây là dự báo tăng trưởng dân số tại các tiểu khu vực trong hệ thống sông Hồng – Thái Bình (bảng 2.7)

Bảng 2.7: Dự báo mức tăng trưởng dân số trên các tiểu khu vực

thuộc lưu vực sông Hồng – Thái Bình

Năm Hạng mục

- Vùng sông Lô - Gâm 1860,780 2139,897 2418,083 2925,640

- Thượng du sông Thái Bình 1357,890 1221,410 1343,510 1612,210

- Trung du sông Thái Bình 3624,470 4094,680 4504,150 5404,980