CHUYÊN ĐỀ Giám sát mặn hạ du hệ thống sông Hồng

Việc dự báo mặn đã chỉ ra được trong các giờ, ngày và các tháng tiếp theo tại mỗi vị trí dọc trên chiều dài các sông độ mặn thay đổi thế nào vì thế có thể giúp Bộ và các địa phương lên đ

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN NƯỚC, TƯỚI TIÊU VÀ MÔI TRƯỜNG

CHUYÊN ĐỀ Giám sát mặn hạ du hệ thống sông Hồng

Chủ nhiệm Dự Án: PGS TS Đoàn Doãn Tuấn

Người thực hiện: ThS Nguyễn Xuân Lâm

II Một số các kết quả thực hiện đến 03/04/2015

2.1 Lựa chọn các điểm đo

2.2 Bản tin giám sát và dự báo

2.3 Nhận định diễn biến mặn vụ thời kỳ hồ xả 16/1 đến 23/02 vụ Đông Xuân

2014-2015

III Kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I MỤC TIÊU, PHẠM VI VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

1 Mở đầu

1.1 Tính cấp thiết

Hình 1.1 Lưu vực sông Hồng và đông bằng sông Hồng

Khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng bao gồm các huyện ven biển thuộc các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định và Ninh Bình Với chiều dài gần 300km bờ biển, đất phần lớn là đất phù sa châu thổ sông Hồng rất màu mỡ nên thuận lợi cho phát triển sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản Nguồn nước chính cung cấp cho nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản của các huyện ven biển này chính là các con sông thuộc hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, nước thủy triều dâng cao và sự thay đổi dòng chảy phía thượng nguồn, nước mặn đã theo cửa sông lấn sâu vào bên trong và có diễn biến rất phức tạp ảnh hưởng rất lớn đến việc lấy nước phục vụ sản xuất vụ Đông Xuân Kết quả đo đạc năm 2014 cho thấy độ mặn 1‰ xâm nhập sâu vào các sông với chiều dài so với cửa sông từ 28 đến 33 km Tại sông Đáy độ mặn 1‰ vào sâu đến km

31, sông Ninh Cơ là km 32, sông Hồng km 31, sông Trà Lý km 28

Nhận thấy tầm quan trọng của việc nắm bắt diễn biến xâm nhập mặn vùng ven biển bắc bộ đối với sản xuất nên Bộ đã giao cho Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường nhiệm vụ điều tra cơ bản giám sát mặn đồng bằng sông Hồng từ năm 2004 đến năm

2013 Do kinh phí có hạn nên việc giám sát, điều tra mặn từ nằm 204 đến năm 2013

mới chỉ dừng lại ở mức độ cung cấp tài liệu thực đo chứ chưa thực hiện được công tác

dự báo diễn biến xâm nhập mặn để giúp Bộ và các địa phương xây dựng được các kế hoạch dài hạn và chủ động hơn

Năm 2014 Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường đã được Bộ giao cho nhiệm

vụ “Dự báo tình trạng xâm nhập mặn hạ du hệ thống sông Hồng, phục vụ chỉ đạo, điều hành cấp nước sản xuất nông nghiệp” Việc dự báo mặn đã chỉ ra được trong các giờ, ngày và các tháng tiếp theo tại mỗi vị trí dọc trên chiều dài các sông độ mặn thay đổi thế nào vì thế có thể giúp Bộ và các địa phương lên được kế hoạch và chủ động trong việc chỉ đạo lấy nước cho vụ Đông Xuân vào các thời điểm độ mặn cho phép Ngoài ra việc giám sát mặn thường xuyên sẽ giúp xây dựng bộ cơ sở dữ liệu, hiệu chỉnh mô hình dự báo mặn cho vùng đồng bằng sông Hồng ngày càng hoàn thiện, giúp cho nâng cao mức độ tin cây trong dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biên dâng

Để giúp Bộ và các địa phương có thể xây dựng được các kế hoạch dài hạn và chủ động trong việc chỉ đạo lấy nước phục vụ sản xuất các năm tiếp theo thì việc thực hiện

dự án “Đo đạc, dự báo xâm nhập mặn hạ du hệ thống sông Hồng” cần phải được duy

trì thường xuyên hàng năm

1.2 Mục tiêu thực hiện dự án:

Mục tiêu chung :

Đánh giá, dự báo xâm nhập mặn đến dòng chảy hệ thống sông Hồng để hỗ trợ ra quyết định, phục vụ công tác chỉ đạo, điều hành cấp nước sản xuất nông nghiệp vụ Đông Xuân 2014-2015 khu vực Trung du và Đồng bằng Bắc Bộ ; cập nhật, bổ sung cơ sở dữ liệu về xâm nhập mặn đến hệ thống sông Hồng – Thái Bình phục vụ công tác quy hoạch thủy lợi, nghiên cứu khoa học

Đo đạc mặn tại các sông Đáy, Ninh Cơ, Hồng, Trà Lý, mỗi sông đặt 03 trạm đo

cố đinh: trạm 3 đặt tại vị trí cửa sông, trạm 2 đặt tại ví trí cách cửa sông 22 km và trạm

1 đặt cách cửa sông 32 km

Tại vị trí các trạm ở cửa sông (trạm 3) đo 12 lần/ngày (2 giờ đo 1 lần) Các trạm còn lại (trạm 1 và 2) đo 4 lần/ngày, mỗi lần cách nhau 6 giờ

2 Phương pháp thực hiện

Dự kiến sử dụng một số các phương pháp sau đây

 Phương pháp tổng hợp phân tích chọn lọc và kế thừa tài liệu:

+ Từ các tài liệu về khu vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu của các đề tài,

dự án, các báo cáo, hội thảo liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu, tiến hành tổng hợp phân tích để đưa ra được các giải pháp, các lựa chọn phù hợp

+ Kế thừa tài liệu của các công ty quản lý khai thác công trình thủy lợi, các số liệu đo mưa, mực nước, lưu lượng, độ mặn của các trạm khí tượng thủy văn

 Phương pháp điều tra, thu thập và khảo sát thực địa:

+ Điều tra, thu thập số liệu về địa hình mạng sông, tài liệu khí tượng thủy văn ( lượng mưa, mực nước, lưu lượng, độ mặn), hiện trạng các công trình đầu mối trên

sông, quy trình vận hành hệ thống, diện tích và mùa vụ các công trình phụ trách

+ Tiến hành khảo sát và lấy mẫu nước tại thực địa

- Phương pháp đo đạc tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm:

Mẫu nước được tiến hành đo đạc xác định độ mặn bằng máy đo tại hiện trường ( máy

đo đã được kiểm định), sau khi đo bằng máy cầm tay mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm phân tích kiểm tra lại bằng phương pháp hóa nghiệm ( mỗi vị trí đo kiểm tra lại độ mặn bằng phương pháp hóa nghiệm từ 3 – 6 mẫu)

 Phương pháp tư vấn chuyên gia:

+ Thông qua các cuộc họp, các buổi tiếp xúc lấy ý kiến chuyên gia về việc lựa chọn các vị trí lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, cách thực hiện và góp ý trong việc đề xuất các giải pháp lấy nước

- Phương pháp mô hình toán:

+ Sử dụng mô hình Mike 11 HD + AD để tính toán, dự báo trước diễn biến mặn theo ngày, tuần, tháng trên các sông

- Thu thập các tài liệu về lượng mưa, mực nước, lưu lượng, độ mặn tại các trạm

đo khí tượng thủy văn tại khu vực

3.2 Đo độ mặn

3.2.1 Vị trí đặt trạm đo trên các sông

Đo mặn tại các sông Đáy, Ninh Cơ, Hồng, Trà Lý, mỗi sông đặt 03 trạm đo cố đinh: trạm 3 đặt tại vị trí cửa sông, trạm 2 đặt tại ví trí cách cửa sông 22 km và trạm 1 đặt cách cửa sông 32 km Tại vị trí các trạm ở cửa sông (trạm 3) đo 12 lần/ngày (2 giờ

đo 1 lần) Các trạm còn lại (trạm 1 và 2) đo 4 lần/ngày, mỗi lần cách nhau 6 giờ ( theo điều khoản tham chiếu)

3.2.2 Thời gian đo mặn

Để đảm bảo liệt tài liệu quan trắc có tính ổn định, thống nhất cho công tác nghiên cứu và phục vụ công tác dự báo mặn trong các đợt lấy nước vụ Đông Xuân

2015, thời gian đo mặn năm 2015 sẽ trùng hoặc bao chùm khoảng thời gian cùng thời điểm đo năm 2014 và các đợt xả nước năm 2015

Năm 2014 nhiệm vụ “Dự báo tình trạng xâm nhập mặn hạ du hệ thống sông

Hồng, phục vụ chỉ đạo, điều hành cấp nước sản xuất nông nghiệp” đã được Viện Nước

thực hiện từ ngày 11/1 đến 16/2 và từ 25/3 – 3/4

Theo lịch lấy nước phục vụ vụ Đông Xuân 2014 – 2015 khu vực Đồng bằng sông Hồng thì thời gian lấy nước vào 3 đợt: Đợt 1 từ 19/1 – 23/1, đợt 2 từ 30/1 – 7/2, đợt 3 từ 13/2 – 17/2

Dựa vào thời gian thực hiện nhiệm vụ “Dự báo tình trạng xâm nhập mặn hạ du

hệ thống sông Hồng, phục vụ chỉ đạo, điều hành cấp nước sản xuất nông nghiệp”năm

2014, kế hoạch lấy nước phục vụ vụ Đông Xuân 2014- 2015, lịch thủy triều và điều kiện tài chính của dự án Thời gian thực hiện đo mặn được lựa chọn như sau:

- Vào thời kỳ nước sông thấp, độ mặn lớn: phải đo thêm 1 điểm ở độ sâu 0,2.H

Do điều kiện kinh phí và để đảm bảo thống nhất với độ sâu đo năm 2014 năm

2015 chọn độ sâu đo mặn tại 2 độ sâu 0,2H và 0,6H

3.2.4 Phương pháp đo mặn

a) các yêu cầu chung

- Kết quả đo: Đảm bảo độ chính xác cao

- Thời gian: Đảm bảo cung cấp ngay kết quả đo mặn để phục vụ công tác dự báo b) Các phương pháp đo mặn trên thế giới và Việt Nam

Độ mặn trong nước là đại lượng đặc trưng định lượng cho lượng các chất khoáng rắn hoà tan (các muối) trong nước

Để xác định độ mặn trong nước hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam sử dụng hai phương pháp : Phương pháp vật lý ( dùng máy móc, thiết bị đo để xác định) và phương pháp hóa học

1 Các phương pháp sử dụng máy hoặc các thiết bị đo độ mặn được gọi chung

đo nhiều yếu tố môi trường tại vị trí khảo sát

- Nhược điểm chung của một số máy và thiết bị xác định độ mặn nước là độ chính xác của phép đo không cao, thường chỉ đạt ±0,1%o (trừ một số máy hoặc thiết bị hiện đại, tinh vi) và phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của phép đo nhiệt độ nước biển để tính toán các số hiệu chỉnh Điều này thường gặp thấy ở các máy hoặc thiết bị

đo độ mặn dựa trên nguyên lý đo tỷ trọng nước biển hoặc đo tốc độ truyền âm, hoặc gặp thấy ở các thiết bị đo độ dẫn điện được sản xuất từ những năm 70, 80 và trước nữa Một đặc điểm khác dẫn đến tình trạng chưa phổ dụng ở Việt Nam các máy và thiết bị đo độ mặn có độ chính xác cao chúng có giá thành quá cao so với kinh tế hiện tại của đất nước, trong đại đa số các trường hợp đều không phù hợp với nguồn tài chính của các dự án, đề tài hoặc các cơ sở nghiên cứu Nhiều loại máy đo mới, hiện đại

và chính xác (ví dụ CTD-Rosette của hãng Seabird Electronics Inc, hoặc Aquashuttle hay Nvshuttle của hãng Chelsea Instruments ) không những có giá thành cao mà còn đòi hỏi những tiêu chuẩn kỹ thuật đi kèm và các điều kiện làm việc phải chuẩn - những yêu cầu này chưa thể đáp ứng và thoả mãn trọn vẹn

- Ứng dụng ở Việt Nam :

+ Cty KTCTTL Xuân Thủy đã lắp đặt hệ thống đo độ mặn tự động cho 8 cửa cống, gồm: Ngô Đồng, cống Chúa, Cồn Nhất, Liêu Đông, cống Tài, Cát Xuyên, Hạ Miêu 1 và Hạ Miêu 2 Hệ thống giám sát nồng độ mặn tự động bao gồm các thiết bị quan trắc độ mặn tại cửa cống hoạt động trên nguyên tắc cảm ứng với độ mặn của

nước, phân tích và truyền số liệu qua mạng in-tơ-nét về máy chủ và điện thoại của người phụ trách Trên cơ sở số liệu báo về tại thực địa, người quản lý có thể quyết định thời điểm đóng, mở cửa cống để lấy nước phục vụ sản xuất Hệ thống đo thời gian đầu

đi vào sử dụng kết quả đo

+ Các công ty khai thác công trình thủy lợi các tỉnh ven biển tại một số cống lấy nước đầu mối hiện nay cũng đã sử dụng các máy đo cầm tay để theo dõi độ mặn

2 Xác định bằng phương pháp hoá học

Đây là phương pháp chuẩn độ mẫu nước bằng dung dịch Bạc Nitrat (AgNO3), hay phương pháp xác định độ mặn theo độ Clo Phương pháp này do M Knudsen đề xuất nên còn được gọi là phương pháp Knudsen, được Uỷ ban Quốc tế về Nghiên cứu biển công nhận từ năm 1902 Cho đến nay, đây là phương pháp hoá học duy nhất của Hải dương học dùng để xác định độ Clo và độ muối nước biển

- Ưu điểm của phương pháp : Đơn giản, độ chính xác cao (±0,02%o), chi phí ít

- Nhược điểm : Phương pháp cồng kềnh, phải chuẩn bị hóa chất và các dụng cụ lấy mẫu, thời gian xác định lâu

- Ở Việt Nam và thế giới phương pháp này vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến

3.2.5 Lựa chọn phương pháp đo

Để có thể có số liệu đo mặn cung cấp ngay phục vụ cho công tác dự báo thì phương pháp sử dụng máy đo hoặc các thiết bị đo sẽ đáp ứng được

Do điều kiện kinh phí của dự án không đủ để đầu tư hệ thống đo mặn tự động nên phương pháp được chọn là sử dụng máy đo cầm tay của Mỹ đã được kiểm định và hiệu chỉnh Đó là máy đo của hãng YSI Model 30/10 FT SN : 97G0736 ( Các máy đo

sử dụng đo cho năm 2014)

3.3 Dự báo xâm nhập mặn

Qua nghiên cứu và đánh giá sơ bộ chúng tôi đè xuất mô hình dự báo khá gần với thời gian thực như sau:

- Phương pháp thực hiện: Cập nhật → mô phỏng → cập nhật → mô phỏng….các

số liệu dòng chảy lưu lượng mực nước, xâm nhập mặn từ quá trình khảo sát kết hợp với

dữ liệu dự báo sẽ liên tục được cập nhật vào đầu vào của mô hình, làm cơ sở cho mô phỏng dự báo ở bước thời gian tiếp theo

- Mô hình Dự báo: Mike 11 HD + AD đã được hiệu chỉnh và kiểm định Tuy nhiên, để đảm bảo mô hình phản ánh được diễn biến thay đổi của dòng chảy, xâm nhập mặn trong tình hình mới, đặc biệt là diễn biến của lòng dẫn và phân lưu đang xảy ra rất mạnh trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình Mô hình cần thiết phải liên tục cập nhật địa hình số liệu đo đạc thủy văn, xâm nhập phục vụ cho hiệu chỉnh và kiểm định Một số nét

cơ bản của mô hình như dưới đây:

Hình 1.2: Sơ đồ tính toán thuỷ lực và mô phỏng diễn biến thủy lực, mặn trên

+ q lấy + Các CT lấy nước chính:

+ Biên Mực nước 9 cửa: Dự báo triều Hòn Dấu, mô hình triều về các cửa

+ Biên mặn: Thử nghiệm tạo ra từ Mike 21 FM HD + AD

Hình 1.3 Giao diện kết nối Mike 11 (ĐBSH) + Mike 21 (Vịnh Bắc Bộ)

-Đầu ra:

+ Mực nước và lưu lượng : Trên sông chính, các công trình lấy nước chính trên dòng chính (Sơn Tây, Hà Nội, Liên Mạc, Xuân Quan, Tắc Giang, TB Hữu Bị, Ngô Đồng, CồnTư…)

+ Xâm nhập mặn: Diễn biến mặn trên sông chính, các công trình lấy nước ven biển, xâm nhập mặn tối đa, tối thiểu…

- Căn cứ sơ đồ đã lập và công tác chuẩn bị các điều kiện tính toán, đã có thể tổ chức thực hiện dự báo xâm nhập mặn theo sơ đồ trên Hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức thực hiện bài toán dự báo xâm nhập mặn

- Các nhiệm vụ cần thực hiện trong công tác dự báo mặn :

1 Thu thập số liệu, tổng hợp phân tích xử lý tài liệu: Các số liệu biên đầu vào như trên gồm :

+ Biên Q xả dự kiến 3 hồ ;

+ Biên Q tự nhiên + khu giữa

+ q lấy + Các CT lấy nước chính

+ Biên Mực nước 9 cửa và biên mặn thử nghiệm tạo ra từ Mike 21 FM HD +

AD

+ Kết quả đo mặn tại các trạm đo, tại các cống lấy nước đầu mối của CTy KTCTTL, Các trạm đo Quốc gia…

2 Nhập dữ liệu vào mô hình và chỉnh lý mô hình

Mô hình trước thời gian dự báo sẽ được cập nhật dữ liệu, hiệu chỉnh một lần nữa theo các số liệu mới nhất được cập nhật về địa hình, dòng chảy nền…Sau đó mô hình sẽ được kiểm nghiệm để đảm bảo mô hình đã sẵn sàng cho mô phỏng dự báo vụ Đông Xuân 2014 – 2015

Trong thời gian dự báo, để đảm bảo độ chính xác cao, phương pháp mô phỏng thời gian thực được sử dụng Bước thời gian dự báo là 2 ngày, có nghĩa là cứ 2 ngày 1 lần mô hình sẽ được hiệu chỉnh để bám sát kết quả đo đến thời điểm hiện tại và cung cấp

số liệu dự báo cho 2 ngày tiếp theo

3 Tính toán dự báo và ra bản tin:

Sau khi thiết lập được toàn bộ điều kiện biên, hiệu chỉnh lại theo giá trị đo mới cập nhật, sẽ tiến hành tính toán dự báo xâm nhập mặn Kết quả đầu ra là toàn bộ quá

trình mô mô phỏng thủy lực và mặn trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình Từ kết quả này tiến hành:

- Trích xuất kết quả tại các vị trí cần dự báo;

- Biên tập bản tin để chuẩn bị xuất bản;

- Sử dụng phương pháp chuyên gia để phân tích sự phù hợp của bản tin;

- Xuất bản tin lên phương tiện truyền thông và website www.httl.com

4 Xây dựng phân hệ cập nhật thông tin đo đạc và dự báo giám sát mặn lên trang web: www.httl.com.vn

Qua nghiên cứu, chúng tôi đề xuất Phân hệ cập nhật thông tin đo đạc và dự báo giám sát mặn trên nền Webbase như sau:

 Phần mềm hệ thống: Sử dụng hệ điều hành máy chủ là Windows Server 2012

Hệ điều hành máy trạm là các phiên bản Windows2000, WindowsXP, Windows Vista, Windows7, Windows8,

 Hệ quản trị CSDL sử dụng MS SQL Server 2012,

 Hệ quản trị Web là IIS 7.0 Framework 4.0,

 Ngôn ngữ và công nghệ xây dựng Web dùng ASP.Net 4.0

Đây là những lựa chọn hợp lý và khả thi, nhưng không cứng nhắc Trong quá trình thực hiện dự án không loại trừ các yếu tố phát sinh ảnh hưởng đến các lựa chọn trên và các giải pháp đã được chọn sẽ được thay thế bằng giải pháp tương đương

5 Sản phẩm giao nộp

+ Số liệu đo đạc được viết thành bản tin hàng ngày, cung cấp cho các đơn vị quản lý nhà nước, đơn vị quản lý khai thác công trình thủy lợi ở Trung ương và địa phương có liên quan, thời gian cung cấp trước 15h hàng ngày bằng email, FAX và cập nhập lên trang web thu thập thông tin điều hành hệ thống thủy lợi của Tổng cục Thủy lợi (www.httl.com.vn);

+ Báo cáo tuần, tháng và tổng kết tổng hợp số liệu đo đạc, dự báo, phân tích xu thế, diễn biến xâm nhập mặn v.v

II MỘT SỐ CÁC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐẾN 03/04/2015

2.1 Lựa chọn các điểm đo

Trên cơ sở đề xuất kỹ thuật và để xuất tài chính đã thực hiện nhóm nghiên cứu

đã thiết lập các điểm đo mặn trên sông Hồng đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật đề ra, cụ thể các điểm trên sơ đồ dưới đây:

Hình 2.1 Sơ đồ các điểm đo mặn trên hệ thống năm 2015

Ngoài ra, trong dự án này nhằm tiếp cận đánh giá mức độ mặn phân tầng, cũng như bổ sung dữ liệu cho hiệu chỉnh kiểm định mô hình mặn, chúng tôi đã thí điểm sử dụng máy đo mặn theo độ sâu Rinko – Profiler tại cửa sông Đáy Mỗi lần thả máy sẽ

tự động đo 10 chỉ tiêu chất lượng nước, ở các độ sâu do ta thiết lập cho máy Kết quả đánh giá là hết sức hiệu quả, tiện lợi, nhanh chóng và cung cấp một bộ dữ liệu quý giá

về chất lượng nước phân tầng tại cửa sông Đáy trong thời kỳ hồ xả