Ứng dụng mô hình mike 11 và đánh giá ảnh hưởng về kinh tế do xâm nhập mặn tại sông đồng nai cho nhà máy nước thủ đức

Từ trước đến nay, đã có những nghiên cứu về vấn đề xâm nhập mặn tại các khu vực khác nhau tại Việt Nam nhưng vẫn chưa có tài liệu nghiên cứu về đánh giá ảnh hưởng kinh tế của xâm nhập mặ

Trang 1

-

TRẦN THỊ THU THẢO

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG VỀ KINH TẾ DO XÂM NHẬP MẶN TẠI SÔNG ĐỒNG NAI CHO NHÀ MÁY NƯỚC THỦ ĐỨC

Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Mã số : 60.85.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018

Trang 2

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TSKH Bùi Tá Long

5 TS Võ Nguyễn Xuân Quế - Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trần Thị Thu Thảo MSHV: 1570920 Ngày, tháng, năm sinh: 09/01/1990 Nơi sinh: TP.Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số : 60850101

I TÊN ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG VỀ KINH

TẾ DO XÂM NHẬP MẶN TẠI SÔNG ĐỒNG NAI CHO NHÀ MÁY NƯỚC THỦ ĐỨC

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ:

- Ứng dụng mô hình MIKE 11 vào việc đánh giá và dự đoán ảnh hưởng của

xâm nhập mặn đến chất lượng nước đầu vào của Nhà máy nước Thủ Đức

- Tính toán ảnh hưởng về kinh tế do xâm nhập mặn tại sông Đồng Nai cho Nhà máy nước Thủ Đức ứng với từng kịch bản xâm nhập mặn

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/9/2017

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2018

Trang 4

GVHD: PGS.TSKH Bùi Tá Long HVTH: Trần Thị Thu Thảo

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TSKH Bùi Tá Long

Tp HCM, ngày 15 tháng 01 n ăm 218

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA

Trang 5

- PGS – TSKH Bùi Tá Long, cán bộ hướng dẫn khoa học cho luận văn cùng nhóm ENVIM, những kết quả đạt được trong luận văn này là những kiến thức vô cùng quý giá mà Thầy đã tận tình hướng dẫn và sự giúp đỡ của nhóm ENVIM trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

- Quý Thầy Cô tại Khoa Môi trường và Tài nguyên thuộc Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, đặc biệt là TS Lê Song Giang,

TS Đặng Minh Phương và TS Lâm Văn Giang đã tận tình hỗ trợ những phần kiến thức và số liệu về những lĩnh vực không thuộc chuyên môn của mình, để tôi

có thể hoàn thành Luận văn tốt nghiệp một cách tốt nhất

- Ông Phạm Huỳnh Quang Hiếu – Phó giám đốc Trung tâm công nghệ thông tin thuộc Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Đồng Nai, Ông Nguyễn Minh Giám – Phó giám đốc Đài khí tượng thủy văn khu vực Nam Bộ đã nhiệt tình hỗ trợ về mặt số liệu trong suốt quá trình thực hiện luận văn

- Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đã hết lòng giúp đỡ, cảm thông và ủng hộ để tôi có thể yên tâm phấn đấu học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Với vốn kiến thức và thời gian thực hiện đồ án có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được những ý kiến đóng góp, phê bình của Quý Thầy Cô Đó sẽ là hành trang quý giá giúp tôi hoàn thiện kiến thức của mình

HỌC VIÊN

Trang 6

dụng có nguồn gốc rõ ràng và kết quả nghiên cứu trung thực, không gian lận

HỌC VIÊN

Trần Thị Thu Thảo

Trang 7

ngọt, làm suy giảm nguồn nước ngọt ở các tầng chứa nước ven biển do cả hai quá trình tự nhiên và con người gây ra Xâm nhập mặn là một hiện tượng đang ngày càng hiện hữu rõ rệt và gây ra những ảnh hưởng đáng kể tại hạ lưu sông Sài Gòn - Ðồng Nai

Sông Đồng Nai với đặc điểm lòng dẫn sâu, độ dốc đáy sông nhỏ, biên độ triều lớn, do đó nuớc mặn theo dòng triều xâm nhập rất cao lên thượng lưu vào giữa

và cuối mùa khô (nhất là vào tháng 3-4 hàng năm) Nuớc biển dâng kéo theo sự thay đổi biên độ và pha thủy triều trong các vịnh và vùng biển ven bờ kéo theo quá trình lan truyền chất trong sông thay đổi theo, đặc biệt là xâm nhập mặn

Đề tài đã ứng dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng hiện trạng và dự báo xâm nhập mặn cho Nhà máy nước Thủ Đức tại hai vị trí là Trạm bơm Hóa An và Nhà máy nước Bình An Bên cạnh đánh giá ảnh hưởng về kinh tế do quá trình xâm nhập mặn tại hai vị trí nghiên cứu ứng với kịch bản phát thải RCP4.5 và RCP8.5 Kết quả cho thấy tổng chi phí tăng thêm cho quá trình khử mặn bằng công nghệ điện thẩm tích (ED) cho Nhà máy nước Bình An và Trạm bơm Hóa An là 14.83% đến 3.86% và từ 14.83% đến 8.76% lần lượt cho kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5 tương ứng thời gian từ 2025 đến 2100

Từ khóa: xâm nhập mặn; điện thẩm tích; nhà máy nước Thủ Đức; nước sinh hoạt; ảnh hưởng kinh tế do xâm nhập mặn

Trang 8

aquifers, causing the reduction of freshwater in coastal aquifers by both natural and artificial processes Salinity intrusion is a phenomenon that has become more and more visible and caused significant impacts in the downstream of Saigon - Dong Nai river system

Dong Nai River is characterized by small slopes of river bed and high tidal amplitudes Therefore, the saline water intrudes significantly into upstream of the river from the middle to the end of dry seasons (especially in March and April) Sea level rise leads to changes in amplitudes and tide phases in the gulf and coastal area

as well as the changes in substance spreading of the river, especially in salinity intrusion

The thesis has applied model MIKE 11 to simulate the current situation and forecast future salinity intrusion affected on Thu Duc Water Plant at two locations which are Hoa An Pump Station and Binh An Water Corporation Calculation analysis in terms of economic impact of salinity intrusion with climate change scenarios RCP 4.5 and RCP 8.5 shows that the total cost of Electrodialysis method (ED) for Binh An Water Corporation and and Hoa An Pump Station is from 14.83%

to 3.86% corresponding to RCP 4.5 and from 14.83% to 8.76% corresponding to RCP 8.5 in the period of 2025 and 2100

Key words: salinity intrusion; electrodialysis; Thu Duc water plant; domestic water; economic impact by salinity intrusion

Trang 9

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 7

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn 7

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 7

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

1.2 Điều kiện tự nhiên tại khu vực nghiên cứu 19

1.2.1 Tổng quan về tỉnh Đồng Nai 19

1.2.2 Tổng quan về thành phố Biên Hòa 19

1.2.3 Tổng quan về sông Đồng Nai 20

1.3 Tổng quan về nhà máy nước Thủ Đức, trạm cấp nước thô Hóa An và Nhà máy nước BOT Bình An 20

1.4 Hiện trạng xâm nhập mặn trên sông Đồng Nai 23

CHƯƠNG 2: MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Phương pháp nghiên cứu 30

2.1.1 Phương pháp luận 30

2.1.2 Phương pháp tổng quan tài liệu 30

2.1.3 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 30

2.1.4 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia 31

2.1.5 Giới thiệu về mô hình MIKE 11 31

2.1.6 Hiệu chỉnh mô hình thủy lực 33

Trang 10

2.2 Các kịch bản nước biển dâng được sử dụng trong nghiên cứu 33

2.2.1 Kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu 37

2.2.2 Các thành phần đóng góp vào mực nước biển dâng 38

2.2.3 Kết quả kịch bản 38

2.3 Phương pháp tính toán ảnh hưởng kinh tế do mặn gây ra 40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 THIẾT LẬP MÔ HÌNH MIKE 11 CHO VÙNG NGHIÊN CỨU 43

3.1.1 Phạm vi vùng nghiên cứu 43

3.1.2 Thiết lập mô hình Mike 11 44

3.1.3 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình 48

3.1.4 Hiệu chỉnh nồng độ mặn 49

3.2 Tính toán thiệt hại kinh tế cho từng kịch bản 55

3.2.1 Chi phí đầu tư ban đầu cho công nghệ điện thẩm tích (ED) 56

3.2.2 Chi phí vận hành cho hệ thống điện thẩm tích ED 57

3.2.3 Chi phí điện thặng dư 57

3.2.4 Chi phí tiền lương tăng thêm 59

3.2.5 Chi phí sửa chữa thường xuyên 60

3.3 KẾT LUẬN 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 1 DỮ LIỆU ĐO MẶN 77

PHỤ LỤC 2 DỮ LIỆU THỦY LỰC 83

PHỤ LỤC 3 DỮ LIỆU CÁC BIÊN LƯU LƯỢNG 109

PHỤ LỤC 4 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ MẶN 122

Trang 11

CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH – Biến đổi khí hậu

DHI – Học viện nước và môi trường Đan Mạch

ED – Công nghệ Điện thẩm tích

KB – Kịch bản

MNBĐ - Mực nước biển dâng

NBD – Nước biển dâng

Trang 12

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn cho sông Vu Gia Thu Bồn 18

Bảng 2.1: Bảng so sánh giữa các kịch bản 2016 và các kịch bản SRES tương đương 37

Bảng 2.2: Kịch bản nước biển dâng theo các kịch bản RCP cho dải ven biển Việt Nam (đơn vị cm) 39

Bảng 2.3 Giá nước sinh hoạt TP.HCM lộ trình 2016 - 2020 42

Bảng 3.1: Bảng thông số đầu vào mô hình thủy lực 48

Bảng 3.2: Mực nước biển dâng ven biển TP.HCM 49

Bảng 3.3 Vùng an toàn của ranh mặn 0.5‰ và 1‰ tại khu vực sông Đồng Nai 56

Bảng 3.4: Bảng giá điện dự đoán trong tương lai 58

Bảng 3.5: Chi phí năng lượng điện cho quá trình khử mặn 58

Bảng 3.6: Lương nhân công tăng thêm cho việc vận hành hệ thống khử mặn 60

Bảng 3.7: Chi phí tăng thêm cho quá trình khử mặn ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu 61

Bảng 3.8: Giá nước trung bình theo năm (dự đoán cho năm 2050 và 2100) 61

Bảng 3.9: Chi phí xử lý nước theo công nghệ hiện tại của NMN Thủ Đức 63

Bảng 3.10 Kết quả tỷ lệ gia tăng chi phí cho quá trình khử mạnh so với chi phí cho công nghệ xử lý hiện tại 63

Bảng phụ lục 1 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp ED 124

Bảng phụ lục 2 Các loại màng lọc trong công nghệ xử lý nước 125

Trang 13

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0.1: Phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

Hình 0.2: Quy trình thực hiện đề tài 6

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí đo mặn trên sông Đồng Nai 24

Hình 1.2: Biểu đồ giá trị đo mặn năm 2013 25

Hình 1.3: Biểu đồ giá trị đo mặn năm 2014 26

Hình 1.4 Biểu đồ giá trị đo mặn năm 2015 27

Hình 1.5 Biểu đồ giá trị đo mặn năm 2016 28

Hình 2.1: Cách tiếp cận của hai loại kịch bản SRES và RCPs 35

Hình 2.2: Sơ đồ tính toán thiệt hại kinh tế do xâm nhập mặn tại NMN Thủ Đức 40

Hình 3.1: Sơ đồ phạm vi nghiên cứu 43

Hình 3.2: Sơ đồ mạng sông khu vực nghiên cứu 44

Hình 3.3: Cửa sổ biên tập mặt cắt sông 45

Hình 3.4: Lưu lượng nước sông Đồng Nai tại mặt cắt thượng nguồn tháng 4 năm 2011 46

Hình 3.5: Lưu lượng nước sông Đồng Nai tại mặt cắt thượng nguồn tháng 10 năm 2011 46

Hình 3.6: Mực nước tại trạm tháng 04 năm 2011 47

Hình 3.7: Hiệu chỉnh mô hình tháng 04/2011 48

Hình 3.8: Kiểm định mô hình tháng 10/2011 49

Hình 3.9: Vị trí trạm lấy nước và trạm đo mặn 50

Hình 3.10: Sơ đồ hiện trạng xâm nhập khu vực nghiên cứu trong giai đoạn 2013 – 2016 51

Hình 3.11: Đường quá trình nồng độ mặn hiện tại trạm SW-DN19 51

Trang 14

Hình 3.12: Đường quá trình nồng độ mặn hiện trạng tại trạm SW-DN16 52

Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng xâm nhặp mặn lớn nhất trên khu vực năm 2025 52

Hình 3.14: Đường quá trình nồng độ mặn hiện trạng và năm 2025 tại SW-DN19 53 Hình 3.15: Sơ đồ mô phỏng xâm nhập mặn lớn nhất trên khu vực năm 2030 53

Hình 3.16: Đường quá trình nồng độ mặn hiện trạng và năm 2030 tại SW-DN19 54 Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng xâm nhập mặn lớn nhất ảnh hưởng đến trạm Bình An 54 Hình 3.18: Sơ đồ mô phỏng xâm nhập mặn lớn nhất ảnh hưởng đến trạm Hóa An 55 Hình 3.19: Biểu đồ giá điện theo thời gian 57

Hình 3.20: Biểu đồ mức lương cơ sở qua các năm 59

Hình phụ lục 1 Màng lọc điện thẩm tích ED 123

Hình phụ lục 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống ED 123

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xâm nhập mặn là quá trình dịch chuyển của khối nước mặn vào tầng nước ngọt, làm suy giảm nguồn nước ngọt ở các tầng chứa nước ven biển do cả hai quá trình tự nhiên và con người gây ra Xâm nhập mặn là một hiện tượng đang ngày càng hiện hữu rõ rệt và gây ra những ảnh hưởng đáng kể tại hạ lưu sông Sài Gòn - Ðồng Nai (Lê Xuân Định et al., 2016) Xâm nhập mặn là một hiện tượng đang ngày càng hiện hữu rõ rệt và gây ra những ảnh hưởng đáng kể tại hạ lưu sông Sài Gòn - Ðồng Nai Bên cạnh sự phát triển tự nhiên của đất, xâm nhập mặn gia tăng đáng kể thông qua các hoạt động của con người trong các quá trình thủy lợi

Sông Đồng Nai với đặc điểm lòng dẫn sâu, độ dốc đáy sông nhỏ, biên độ triều lớn, do đó nuớc mặn theo dòng triều xâm nhập rất cao lên thượng lưu vào giữa

và cuối mùa khô (nhất là vào tháng 3-4 hàng năm) Cùng với tác động của biến đổi khí hậu và nuớc biển dâng, sự biến đổi ranh giới xâm nhập mặn trở nên phức tạp trong vài năm trở lại đây Nuớc biển dâng kéo theo sự thay đổi biên độ và pha thủy triều trong các vịnh và vùng biển ven bờ Sự thay đổi này kéo theo quá trình lan

truyền chất trong sông thay đổi theo, đặc biệt là xâm nhập mặn (Hồ Chí Thông et al., 2016).

Hiện nay có ba nhà máy nước lấy nước tại sông Đồng Nai như nguồn nước thô để xử lý thành nước cấp sinh hoạt, bao gồm nhà máy nước Biên Hòa, nhà máy nước Long Bình và nhà máy nước Thủ Đức Trong đó nhà máy nước Thủ Đức là nhà máy khai thác với công suất lớn nhất Tuy nhiên, hiện tại Nhà máy nước Thủ Đức chưa có quy trình khử mặn cho nguồn nước cấp do độ mặn vẫn chưa ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu vào của Nhà máy Theo ghi nhận thực tế, nếu độ mặn vượt quá 1% thì không thể sử dụng được cho sinh hoạt, nếu vượt quá 4% thì cây không sinh trưởng được và chết Theo số liệu đo đạc của Trạm Bảo vệ thực vật liên huyện Long Thành - Nhơn Trạch ngày 26/01/2016, tại khu vực Vàm Ô xã Đại Phước là 6%, khu vực sông Vàm Môn xã Long Tân là 5%, khu vực Gò Đá xã Phước Thiền độ mặn là 3% Theo số liệu của Trung tâm quan trắc chất lượng nước

Trang 16

tỉnh Đồng Nai vào ngày 28/7/2017, biên mặn ghi nhận tại trạm bơm Hóa An là 0.04‰ và tại Hồ Trị An là 4‰

Với việc xâm nhập mặn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ngày càng tăng tại sông Đồng Nai đang sẽ gây ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế, xã hội tại TP.Hồ Chí Minh – trung tâm kinh tế của đất nước Từ trước đến nay, đã có những nghiên cứu về vấn đề xâm nhập mặn tại các khu vực khác nhau tại Việt Nam nhưng vẫn chưa có tài liệu nghiên cứu về đánh giá ảnh hưởng kinh tế của xâm nhập mặn đến sông Đồng Nai ứng với các kịch bản BĐKH - Nước biển dâng đến khu vực TP.Hồ Chí Minh

Trước diễn biến của mực nước biển dâng ngày càng tăng theo các kịch bản nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2016 thì đến năm 2100 xâm nhập mặn chắc chắn sẽ gây ảnh hưởng đến nguồn nước cấp của TP.HCM Vì vậy việc dự đoán tình hình xâm nhập mặn và tính toán ảnh hưởng kinh tế của việc xâm nhập mặn đến việc cấp nước cho TP.HCM là rất cần thiết cho việc bảo đảm sự phát triển kinh tế xã hội bền vững của Thành phố

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá và dự báo ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến hoạt động cấp nước của Nhà máy nước Thủ Đức

- Tính toán chi phí gia tăng cho việc xử lý mặn cho nguồn nước đầu vào của Nhà máy nước Thủ Đức ứng với từng kịch bản xâm nhập mặn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

b Đối tượng nghiên cứu

Quá trình xâm nhập mặn trên sông Đồng Nai và những tác động của xâm nhập mặn, đặc biệt về kinh tế đến chất lượng nước đầu vào của Nhà máy nước Thủ Đức được lấy từ trạm bơm Hóa An thuộc thành phố Biên Hòa tỉnh Đồng Nai

c Phạm vi nghiên cứu

Trang 17

Giới hạn phạm vi vùng nghiên cứu là đoạn sông Đồng Nai chảy qua tỉnh Đồng Nai thuộc thượng lưu lưu vực sông Đồng nai, giới hạn dưới là cửa ra của sông Sòai Rạp thuộc địa phận Thành phố Hồ Chí Minh

Hình 0.1: Phạm vi nghiên cứu của đề tài

4 Ý nghĩa của đề tài

Đối với lĩnh vực khoa học

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến nguồn nước đầu vào của Nhà máy nước Thủ Đức cũng như đánh giá mức độ ảnh hưởng kinh tế cho việc xử lý mặn ứng với từng kịch bản biến đổi khí hậu cụ thể

Đề tài sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới cho những đề tài và dự án tiếp theo mang tính quy mô, toàn diện và chi tiết hơn về xâm nhập mặn đối với nguồn nước cấp sinh hoạt cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

Đối với lĩnh vực kinh tế - xã hội

Trang 18

Đề tài sẽ cung cấp các thông tin hữu ích về sự ảnh hưởng trực tiếp của xâm nhập mặn đến nguồn nước cấp cho Nhà máy nước Thủ Đức, cũng như tính toán cụ thể chi phí gia tăng cho việc xử lý mặn Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa trong công tác kiểm soát xâm nhập mặn một cách chủ động, cũng như trong việc xem xét bổ sung công nghệ xử lý nhằm đảm bảo chất lượng nước cấp cho mục đích sinh hoạt tại Thành phố Hồ Chí Minh, góp phần vào sự phát triển kinh tế ổn định của Thành phố

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến nguồn nước ngọt

Nội dung 2: Khảo sát và đánh giá hiện trạng xâm nhập mặn tại khu vực nghiên cứu thuộc sông Đồng Nai

Nội dung 3: Thu thập dữ liệu cho việc chạy mô hình MIKE 11

- Xác định và thu thập các thông số, số liệu cần thiết như số liệu về lưu lượng, mực nước, độ mặn, thông tin về các kịch bản nước biển dâng tại khu vực nghiên cứu

- Phân tích, tổng hợp và đánh giá dữ liệu thu thập

Nội dung 4: Dự báo ảnh hưởng của xâm nhập mặn ứng với các kịch bản nước

biển dâng tại khu vực nghiên cứu đến năm 2100

- Xác định vùng tính, thiết lập lưới tính cho khu vực nghiên cứu

- Xây dựng các dữ liệu về địa hình đáy, thủy văn, thủy lực khu vực nghiên cứu

- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực

- Thiết lập mô hình tính toán biên mặn

- Dự báo ảnh hưởng của hiện tượng nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến môi trường nước mặt tại khu vực nghiên cứu trên cơ sở các số liệu có sẵn

Trang 19

Nội dung 5: Tính toán chi phí cho Nhà máy nước Thủ Đức do nước đầu vào

bị nhiễm mặn

Khi nguồn nước đầu vào của Nhà máy nước Thủ Đức bị nhiễm mặn thì quy trình xử lý nước hiện tại của nhà máy sẽ không đủ khả năng xử lý đạt yêu cầu về tiêu chuẩn cấp nước Do đó nhà máy sẽ phải trang bị thêm các công trình hoặc bổ sung các công nghệ xử lý mới để đạt yêu cầu chất lượng nước đầu ra Việc này sẽ làm phát sinh thêm các chi phí cho việc xử lý nước cho nhà máy so với hiện tại

Chi phí tăng thêm cho nhà máy bao gồm chi phí cho việc đầu tư hệ thống xử

lý nước cấp, bao gồm:

- Các chi phí đầu tư ban đầu

- Chi phí vận hành hệ thống khử mặn bao gồm: chi phí vận hành công nghệ, chi phí điện năng tăng thêm, chi phí nhân công tăng thêm, chi phí sửa chữa thường xuyên

Trang 20

Hình 0.2: Quy trình thực hiện đề tài

THU THẬP DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU

- Dữ liệu về lưu lượng, mực nước, độ mặn tại khu vực

nghiên cứu

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ảnh

hưởng của xâm nhập mặn đến các nguồn nước

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ DỮ LIỆU

DỰ BÁO ẢNH HƯỞNG CỦA

tính cho khu vực nghiên cứu

- Xây dựng các dữ liệu về địa hình

đáy, thủy văn, thủy lực khu vực

- Dự báo ảnh hưởng của xâm nhập

mặn đến nguồn nước đầu vào của

- Các chi phí đầu tư ban đầu

- Chi phí vận hành hệ thống khử mặn bao gồm: chi phí vận hành công nghệ, chi phí điện năng tăng thêm, chi phí nhân công tăng thêm, chi phí sửa chữa thường xuyên

Trang 21

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hiện tượng xâm nhập mặn ảnh huởng của thủy triều là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển ( Hồ Chí Thông et al., 2016) 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 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 ( Nguyễn Tất Đắc, 2005) Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán dược bắt dầu 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 (Lê Hùng, 2016) Chính nhờ tính đa năng 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 nuớc, thiết

kế các công trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ thống thuỷ lợi (Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Hữu Thiêm, 2013) Mọi dự án phát triển tài nguyên nuớc trên thế giới hiện nay đều coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán không thể thiếu (Lê Hùng, 2016)

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 (Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Hữu Thiêm, 2013) 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 cung có thể cho phép 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

Trang 22

phèn lan truyền từ đất ra mạng lưới kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp xả vào dòng nuớc (LUCCI, 2014) Vấn đề tính toán và nghiên cứu triều mặn bằng mô hình đã được nhiều nhà nghiên cứu ở các nuớc phát triển nhu

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 kết hợp với nhau ở nhiều mặt, mặc dù chưa phải là hoàn toàn đồng nhất Các phương pháp tính toán xâm nhập mặn đầu tiên thuờng sử dụng bài toán một chiều khi kết hợp với hệ phương trình Saint - Venant Những mô hình mặn một chiều đã được xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1971) (Lê Hùng, 2016) 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 dặc 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 cung 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 (Lê Hùng, 2016)

Việc ứng dụng mô hình MIKE đã được thực hiện từ rất sớm thông qua đề tài

“MIKE 21: a modelling system for estuaries, coastal water and seas” (MIKE 21:một

hệ thống mô hình cho cửa sông, vùng đới bờ và vùng biển) vào năm 1992 Ứng dụng phần mềm MIKE 21 trong việc mô phỏng ví dụ điển hình tại Venice Lagoon

và Littoral Zone, Ý sau một trận bão lịch sử vào năm 1966 (Warren, I R., & Bach, H., 1992)

Trang 23

Năm 1984, đề tài “Controlling Salinity in the Colorado River Basin, The Arid

West” (Kiểm soát mặn tại lưu vực sông Colorado, vùng khô cằn phía tây) được

thực hiện nhằm sử dụng các phương pháp tính toán lan truyền chất nghiên cứu sự

thiệt hại về kinh tế do ảnh hưởng của các loại muối khoáng từ dãy núi Rocky Moutains lên mùa màng, hệ thống dẫn nước tại thành phố Denver, bang Colorado,

Mỹ Kết quả cho thấy hàng năm có khoảng 907.000 megagram (tương đương 1 tấn) muối chảy tràn từ dãy Rocky Moutains Dự báo nếu không có bất cứ sự kiểm soát nào, bang Colorado sẽ thiệt hại hơn 238 triệu đô la tính đến khoảng năm 2010 (Jonez, A R., 1984)

Năm 2012, đề tài “Assessing impacts of sea level rise on river salinity in the

Gorai river network, Bangladesh” (Đánh giá những tác động của nước biển dâng lên độ mặn của hệ thống sông Gorai, Bangladesh) được thực hiện bằng việc mô

hình mặn mới được tích hợp với mô hình thuỷ động lực để mô phỏng độ mặn trong các tuyến đường thủy phức tạp trong vùng ven biển lưu vực sông Gorai Kết quả nghiên cứu cho thấy khi mực nước biển dâng 59 cm sẽ kéo theo sự thay đổi biên mặn tới 0,9 ppt ở khoảng cách 80 km về phía thượng lưu sông, tương ứng với sự thay đổi biên mặn theo ảnh hưởng của mực nước biển dâng là 1.5 ppt/m (Bhuiyan,

M J A N., & Dutta, D., 2012)

Năm 2012, nghiên cứu về quá trình xâm nhập mặn, các mối đe dọa và thay đổi lâu dài trong mực nước ngầm ven biển do tính chất phức tạp của dòng chảy ven biển và dòng nước ngầm, tương tác với các hệ thống nước mặt, bờ biển địa mạo, vi sinh và các hoạt động thực vật, phản ứng địa hóa Phân tích các tính chất và tiếp cận từng quá trình tác động của quá trình xâm nhập mặn và thông qua các hiện tượng phân tán, hiệu ứng thủy triều, hiệu ứng mật độ bao gồm cả không ổn định đối lưu,

bề mặt thủy văn có ảnh hưởng đến mực nước ngầm Các kết quả của các dự đoán tác động sinh thái do mực nước biển dâng chỉ ra rằng SI sẽ góp phần đáng kể vào sự suy thoái các rừng ven biển Phân tích của họ bỏ quên vai trò của thủy triều trong nhiễm mặn do đó có thể đã đánh giá thấp sự suy thoái sinh thái phát sinh từ SI kiểm

Trang 24

tra mối quan hệ giữa các lượng mưa, SI và hệ sinh thái cồn cát ven biển ở các đảo đại dương của Bahamas (Adrian D Werner et al., 2012)

Năm 2013, các nhà nghiên cứu thuộc trường đại học Flinders – Úc đã tiến hành việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của xâm nhập mặn đối với đảo và hải đảo bằng cách phân tích tác động của các yếu tố môi trường, từ đó đưa ra các công thức tính toán tác động lên hệ thống ngầm và kiểm soát các thông số đầu vào tác động đến nguồn nước ngầm Các kết quả của nghiên cứu này có ý nghĩa đối với việc quản lý của các tầng chứa nước ven biển chịu nước biển dâng Kết quả là sự xâm nhập của nước biển có thể được phần nào giảm nhẹ nếu các nhà quản lý nguồn nước có thể cho phép mức nước ngầm tăng lên tương xứng với mực nước biển dâng Trong trường hợp điều kiện luôn luôn biến đổi, giới hạn trên cho xâm nhập của nước biển

do nước biển dâng cao (lên đến 1500 mm) không lớn hơn 50 m cho các giá trị tiêu biểu của tích lũy nước ngọt (mưa), hệ số thấm, và độ sâu tầng nước ngầm Đây là tương phản với các trường hợp đầu liên tục, trong đó độ lớn của di chuyển nước muối ở chân đảo là hàng trăm mét để vượt quá một cây số cho cùng một biển dâng (Leanne K Morgan, Adrian D Werner, 2013)

Cũng trong năm 2013, một nghiên cứu đã được tiến hành tại khu vực cửa sông Brisbane, Úc về sự phân bố của độ mặn và độ đục trong quá trình khảo sát ngắn hạn và dài hạn Kết quả cho thấy độ mặn phân bố theo chiều dọc giao động khoảng 0.45 vào mùa triều giảm và 0.61 psu/h vào triều mùa xuân Kết quả của quá trình khảo sát thứ 2 được tiến hành trong thời gian 10 năm cho thấy rằng độ mặn biến thiên trong 10 năm do ảnh hưởng của khoảng cách thượng nguồn của hệ thống cửa sông Bribane vào mùa khô và mùa mưa Các kết quả thu được từ nghiên cứu này rất có giá trị cho các nghiên cứu thuỷ văn tiếp theo về sông Bribane và đặc biệt

để đánh giá các tác động của lũ do thủy triều (Yingying Yu, 2013)

Vào năm 2014, các nhà nghiên cứu thuộc khoa kỹ thuật Xây dựng và môi trường - Trường đại học American university of Beirut, Lebanon đã nghiên cứu phát triển thành công chỉ số chất lượng nước ngầm cho sự xâm nhập mặn trong các tầng nước ngầm ven biển Dựa trên việc kết hợp giữa fsea (tỷ số phần nước biển, đo

Trang 25

bằng nồng độ Cl ) và GQIPiper(mix) (chỉ số xâm nhập mặn theo biểu đồ Piper) được nghiên cứu bởi Appelo và Postma năm 2005, nghiên cứu đã phát triển chỉ số đại diện hơn cho nước biển hòa trộn là GQISWI Các GQISWI có thể nằm trong khoảng từ

0 đến 100, trong đó 0 là dấu hiệu của nước biển và 100 đại diện cho nước ngọt giá trị chỉ số là trên 75 cho nước ngọt và dưới 50 đối với nước ngầm mặn Nước ngầm hỗn hợp có GQISWI giữa 50 và 75 Sau khi xác thực nó, GQISWI đã được đề xuất sử dụng để đánh giá sự xâm nhập nước biển trong một khu vực nghiên cứu thí điểm bao gồm một tầng nước ngầm đá vôi ven biển nằm bên dưới thành phố Tripoli, Lebanon nằm dọc theo bờ biển phía đông Địa Trung Hải (M Tomaszkiewicz et al., 2014)

Cùng vào năm 2014, một công trình nghiên cứu mặn được tiến hành cho khi vực đới bờ Bangladesh với tên gọi “River Salinity and Climate Change:

Evidence from Coastal Bangladesh” (Độ mặn nước sông và biến đổi khí hậu: Bằng

ch ứng từ vùng ven biển Bangladesh) Nghiên cứu định lượng mối quan hệ giữa thay

đổi về mực nước biển, nhiệt độ, lượng mưa và dòng chảy từ Dãy Himalaya, sự lây lan và cường độ nhiễm mặn trên sông tại vùng đới bờ phía Tây Nam Bangladesh đến năm 2050 Kết quả nghiên cứu cho thấy: vùng sông bị nhiễm mặn nhẹ sẽ có diện tích giảm từ 22% xuống 13% - 16% tương ứng với kịch bản tốt nhất và kịch bản xấu nhất; Vùng sông bị nhiễm mặn từ nhẹ đến trung bình sẽ có diện tích giảm

từ 35% xuống 21% - 30% tương ứng với kịch bản tốt nhất và xấu nhất; Vùng sông

bị nhiễm mặn trung bình đến cao sẽ có diện tích tăng từ 8% tới 17% - 27% theo kịch bản tốt nhất và xấu nhất; Vùng sông bị nhiễm mặn cao sẽ có diện tích dự kiến

sẽ tăng từ 35% lên 38% - 40% trong kịch bản tốt nhất và kịch bản xấu nhất (Dasgupta et al., 2014)

Nghiên cứu về ảnh hưởng của nước biển dâng dẫn đến sự xâm nhập mặn vào nguồn nước ngọt tại các khu vực đới bờ đã được thực hiện tại vùng Dalian Trung Quốc bởi các nhà khoa học tại Học viện Khoa học Bắc Kinh và trường Đại học Flinders, Úc Các nghiên cứu trước đây cho rằng độ mặn gây ra chủ yếu là do sự ảnh hưởng của đá vôi và dolomite (Magaritz et al., 1984; Fidelibus et al.,1993).Nhưng kết quả cho thấy sự thay đổi về độ mặn cũng như các giá trị của Hydro và

Trang 26

Oxigen trong nước ngầm vào mùa khô và mùa mưa Có một sự tương quan giữa giá trị Oxygen và nồng độ TDS trong nước ngầm cũng như nồng độ NO3- cao (>39mg/L) cho thấy nguồn nước tưới tiêu là một yếu tố quan trọng đóng góp vào việc xâm nhập mặn Từ đó chứng tỏ rằng nguyên nhân gây ra độ mặn trong nguồn nước là do hoạt động nông nghiệp nhiều hơn là do nước biển dâng Quá trình trao đỏi cation, hòa tan carbonate và sử dụng phân bón là các quá trình chính làm thay đổi thành phần của nước ngầm và việc này được chứng minh bằng việc sử dụng mô hình thủy văn hóa học trong nghiên cứu (Dongmei Han et al., 2015) Một nghiên cứu tương tự về tương quan giữa nồng độ Oxygen và xâm nhập mặn cũng được thực hiện tại vùng đầm lầy Puerto Rico vào năm 2013 bởi các nhà khoa học thuộc

hệ thống trường Đại học Puerto Rico và trường Đại học Texas A&M, Mỹ

Năm 2016, một nghiên cứu về nước ngầm đối với sự phát triển bền vững được thực hiện tại vùng Đồng bằng Pisa, Ý Nghiên cứu sử dụng số liệu của các nghiên cứu trước kết hợp thực nghiệm xác định được tình hình xâm nhập mặn, hai nguyên nhân khiến nước mặn xâm nhập vào tầng nước ngầm ở đồng bằng Pisan để xác định biện pháp khắc phục phù hợp giúp ích cho công tác quản lý của chính quyền địa phương trong tương lai Các phương pháp được sử dụng bao gồm việc xây dựng bản đồ thủy văn, thu thập số liệu EC và Chloride, phân tích mạng lưới thủy văn,phân tích đặc trưng dãy cồn cát ven biển, đo các thông số CDRs và GA và đánh giá sự phân bố độ mặn (F Franceschini, 2016) Kết quả nghiên cứu đã xác định được hai nguyên nhân nước mặn xâm nhập vào nguồn nước ngầm là do việc nước biển thấm qua bề mặt và thấm vào nguồn nước ngầm ven biển Từ đó đề xuất các biện pháp xử lý tình trạng xâm nhập mặn bao gồm việc xây dựng các nhà máy lọc mặn (sử dụng công nghệ lọc RO), sử dụng các nguồn nước khác và cung cấp nước cho tầng nước ngầm kết hợp việc xây các hồ trữ nước (F Franceschini, R Signorini, 2016)

Năm 2016, nhóm nghiên cứu thuộc các trường đại học tại Iran và Úc đã thực hiện nghiên cứu tổng hợp các tác động của mực nước biển dâng lên sự xâm nhập nước biển trong các tầng chứa nước ven biển thuộc các khu vực khác nhau như Đảo Kirsh – Iran, Dải Gaza – Palestine, Marocco, Úc,… Trọng tâm của nghiên cứu này

Trang 27

là các tác động của mực nước biển dâng lên sự xâm nhập nước biển và đặc biệt là vị trí đáy biển Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích và phương pháp số hóa Kết quả cho thấy tác động của ngập bề mặt là một trong những điểm nhấn quan trọng nhất của mực nước biển dâng trên các tầng chứa nước phẳng Tác động tương đối ngập bề mặt trong các trường hợp FC (hệ thống điều khiển thông lượng tức nước ngầm khu vực thoát ra biển là không đổi và kiểm soát trạng thái của sự xâm nhập nước biển) lớn hơn khoảng 10 lần so với trường hợp HC (điều kiện kiểm soát cột áp tức vị trí mực nước biển ở ranh giới đất liền là không đổi mặc dù mực nước biển dâng) Sự xâm nhập nước biển gây ra ngập bề mặt có thể thấp hơn đáng kể (khoảng 10 lần) bằng mô hình số hóa khuếch tán so với dự đoán của các giải pháp phân tích mặt phân cách trong các tầng chứa nước ven biển với các thông số thực tế Việc so sánh các biến đổi vị trí đáy biển dưới hai điều kiện biên đất liền khác nhau cho thấy các hệ thống HC gây thêm sự xâm nhập nước biển vào đất liền để đáp ứng mực nước biển dâng so với các hệ thống FC (Hamed Ketabchi et al., 2016)

Nhận thấy sự ô nhiễm gây ra tác động mạnh mẽ đến thượng nguồn sông San Francisco trong hai thập niên qua, đặc biệt là thủy văn và thủy động lực của dòng chảy do sự thay đổi về tính chất sử dụng đất, sự xây dựng hồ chứa thượng nguồn Vào năm 2016, các nhà nghiên cứu thuộc trường đại học California Davis đã công

bố nghiên cứu về những tác động đến những tính chất vật lý của nguồn nước tại cửa sông bằng cách xây dựng các mô hình thủy động lực 3-D dựa trên các nguồn ô nhiễm và điều kiện môi trường hiện tại tại khu vực nghiên cứu Kết quả cho thấy sự thay đổi về dòng chảy ở cửa sông có liên quan đến sự xâm nhập mặn do ảnh hưởng của thủy triều và những quá trình không ổn định khác Những quá trình ổn định như

sự tuần hoàn nước tại cửa sông diễn ra mạnh mẽ nhất trong những tuần triều xuống, các quá trình xâm nhập mặn diễn ra mạnh mẽ nhất vào đợt thủy triều mùa xuân (S.W.Andrews, 2016)

Một nghiên cứu về xâm nhập mặn do ảnh hưởng của nước biển dâng cũng được tiến hành trên sông Trường Giang - Trung Quốc vào năm 2015 Trong nghiên cứu này, một chiều thứ ba thủy động lực học và độ mặn mô hình vận tải, với lưới có

độ phân giải cao không có cấu trúc và không gian thay đổi độ gồ ghề đáy, được áp

Trang 28

dụng để xác định số lượng ảnh hưởng của SLR đối với xâm nhập mặn tại các cửa nhánh của hệ thống sông Trường Giang Kết quả chạy mô hình cho bốn kịch bản nước biển dâng hiện tại (theo IPCC) cũng như kịch bản nước biển dâng 0.5 và 1m cho thấy độ mặn tại thượng nguồn sông Trường Giang có quan hệ phi tuyến tính với kịch bản nước biển dâng, sự xâm nhập mặn từ nhánh phía Bắc và phía Nam được tăng cao nhờ mực nước biển dâng, việc suy giảm nguồn nước ngọt tăng lên tại bốn

hồ chứa lớn do ảnh hưởng của việc mực nước biển dâng (Wei Chen et al., 2015) Cũng tại Trung Quốc vào năm 2016 đã công bố một nghiên cứu của các nhà khoa học từ Hà Lan, Áo, Trung Quốc (Mingtian Yao et al., 2016) về ảnh hưởng của

đô thị hóa đến việc xâm nhập mặn và thiếu hụt nguồn nước ngọt Nghiên cứu được tiến hành trên Đồng bằng sông Châu Giang – Trung Quốc đã chỉ ra vào mùa khô, nhu cầu sử dụng nước ngầm có thể tăng lên hơn 25% và vì thế làm quá trình xâm nhập mặn nghiêm trọng hơn Đánh giá các chiến lược đối phó cho thấy rằng việc thay đổi thói quen sử dụng nước có thể làm giảm bớt sự xâm nhập mặn lên đến 1 cấp độ cảnh báo, do đó ngăn ngừa là biện pháp rất hiệu quả trong việc giảm bớt quá trình xâm nhập mặn tại Trung Quốc

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

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 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

Trang 29

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 được

áp dụng thử nghiệm tốt tại Hà Lan và đã được triển khai áp dụng cho đồng bằng sông Cửu Long nước ta (Lê Hùng, 2016)

Thêm vào đó, một số nhà khoa học Việt Nam điển hình là Cố Giáo sư Nguyễn Như Khuê, GS Nguyễn Ân Niên, GS Nguyễn Tất Ðắc, GS Nguyễn Văn Ðiệp, PGS Nguyễn Hữu Nhân, PGS Lê Song Giang 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, GS

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 Ðắc), 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

Trang 30

truyền chất ô nhiễm 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 (Ðan Mạch), HEC-RAS (Mỹ) đều có các mođun tính toán sự lan truyền xâm nhập mặn nhưng chưa hoặc

sử dụng ở mức thử nghiệm Ðồng bằng sông Hồng hiện nay đã được các nhà khoa học đầu tư nghiên cứu xây dựng mô hình xâm nhập mặn, nâng cao dòng chảy mùa kiệt, để phục vụ sản xuất nông nghiệp nói riêng và theo yêu cầu phát triển kinh tế xã hội nói chung, một số đề tài kết quả nghiên cứu có thể kể đến như Ðoàn Thanh Hằng, xây dựng chương trình dự báo mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

Trong một thập niên trở lại đây, việc nghiên cứu đánh giá tác động của xâm nhập mặn ngày càng được quan tâm nhiều hơn Cụ thể có các công trình nghiên cứu sau:

Năm 2016, đề tài “Đánh giá và dự báo hình thái xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Trà Khúc – sông Vệ được thực hiện dựa trên cơ sở dữ liệu GIS và hệ thống địa hình, mô hình truyền tải khuếch tán (MIKE 11) với 132 nút tính toán của 32 mặt cắt thực đo tại một số điểm ở hạ lưu sông Trà Khúc, sông Vệ để kiểm định mô hình tính toán dự báo tình hình xâm nhập mặn tại vùng hạ lưu sông Trà Khúc – sông Vệ thuộc tỉnh Quảng Ngãi Kết quả nghiên cứu cho thấy trong truờng hợp đập Thạch Nham không lấy nuớc, độ mặn phía hạ lưu sông Trà Khúc giảm rất lớn, có vị trí giảm tới 13,9%o đến 14,7%o; Mức độ xâm nhập mặn tương ứng với độ mặn trung bình lớn nhất 1%o đạt tới 9,1 km vào năm 2030; Trị số độ mặn trung bình lớn nhất tăng 2,3÷2,4%o

Đề tài nghiên cứu việc mô phỏng xâm nhập mặn Đồng bằng Sông Cửu Long dưới tác dụng mực nước biển dâng và sự suy giảm lưu lượng từ thượng nguồn được thực hiện năm 2012 Module thủy lực và Module tải khuếch tán trong MIKE11 được ứng dụng cho việc mô phỏng xâm nhập mặn trong mô hình này Bốn kịch bản này được xây dựng dựa trên kịch bản CRES B2, kịch bản tăng diện tích nông nghiệp và kịch bản diện tích nông nghiệp không đổi Kết quả mô phỏng xâm nhập

Trang 31

mặn năm 1998 được chọn kịch gốc so sánh với bốn kịch bản xâm nhập mặn vào các năm 2020 và 2030 Ứng với kịch bản biến đổi khí hậu B2, lưu lượng mùa kiệt trên sông Mekong có thể giảm từ 15%-33% trong giai đoạn 2010-2039 so với giai đoạn 1961-1990 tùy mức độ thay đổi nhu cầu dùng nuớc cho các hoạt động của con nguời trên lưu vực sông Mekong Kết quả mô phỏng cho thấy độ mặn 2.5g/l xâm nhập 14km sâu hơn kịch bản gốc năm 1998 Ngoài ra xâm nhập mặn cũng tác động

hầu hết các dự án ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long

Bảng 1.1 Kết quả tổng hợp các kịch bản xâm nhập mặn cho Đồng bằng

Sông Cửu Long

Kịch bản Mực nước biển dâng Tỷ lệ lưu lượng thượng

nguồn giảm so với kịch

(Ngu ồn: Trần Quốc Đạt et al., 2012)

Năm 2013, đề tài “Ứng dụng mô hình toán thủy lực một chiều đánh giá và dự báo tình hình xâm nhập mặn trên hệ thống sông chính trên địa bàn tỉnh Trà Vinh” được thực hiện với những kết quả có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn Trong

đó, đề tài ứng dụng mô hình toán thủy lực một chiều (MIKE-11) để mô phỏng sự xâm nhập mặn ở tỉnh Trà Vinh và dự báo sự xâm nhập mặn cho tương lai theo các kịch bản nuớc biển dâng và lưu lượng thượng nguồn giảm ứng với các kịch bản B2,

sử dụng năm 2005 được chọn làm KB gốc Trong điều kiện nước biển dâng, mặn sẽ xâm nhập sâu vào trong các hệ thống sông/kênh Ðặc biệt ở kịch bản 2 và 4, mặc dù

đã thực hiện cách vận hành cống theo thiết kế ban đầu, hạn chế mặn xâm nhập vào nội đồng nhưng trên sông chính mặn vẫn vào sâu trên sông chính 17km so với kịch

bản gốc

Trang 32

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng đến 2100 cho hạ lưu sông Vu Gia Thu Bồn” được thực hiện năm 2016 sử dụng mô hình AM (loại mô hình bể chứa được sử dụng tính dòng chảy từ mua đã được mô phỏng trong mô hình MIKE 11)

mô phỏng và dự báo mặn cho toàn bộ hệ thống sông Vu Gia Thu Bồn Kết quả cho thấy mức độ ảnh huởng các kịch bản biến đổi khí hậu và mực nuớc biển dâng cho đến quá trình xâm nhập mặn tương đối lớn, độ mặn gia tăng tại Cầu Ðỏ lớn hơn 3% đối với BÐKH 2050 và MNBD 2100

Bảng 1.1 Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn cho sông Vu Gia Thu Bồn

Cầu Nguyễn Văn Trỗi 28.72 28.85 28.87 28.7 28.86 29.09 29.65 Trạm Cẩm Lệ 11.44 11.01 11.03 11.73 10.89 11.12 14.08 Cầu Đỏ 6.78 6.4 6.42 7.1 6.29 6.54 8.9

Cổ Mân (V.Điện) 21.32 20.64 20.66 21.21 20.59 20.81 23.46

(Ngu ồn: Lê Hùng, 2016)

Việc ứng dụng mô hình MIKE 11 được sử dụng trong đề tài “Đánh giá quá trình xâm nhập mặn hệ thống sông Hương mùa cạn có xem xét tới vai trò điều tiết của các hồ thượng lưu và đập ngăn mặn Thảo Long” vào năm 2006 Cụ thể, ứng dụng mô hình MIKE11 mô phỏng quá trình truyền mặn vào thời kỳ kiệt nhất trong sông Tài liệu lưu lượng, mực nuớc, nồng độ mặn từ tháng II đến tháng IV/1981 được sử dụng để hiệu chỉnh bộ thông số mô hình

Việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến sông Đồng Nai cũng được quan tâm qua đề tài “Xâm nhập mặn hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai dưới tác động của Thủy Triều và nước biển dâng tại Biển Đông” được thực hiện vào năm

2016 Sử dụng mô hình toán (phần mềm F28 được phát triển bởi PGS.TS Lê Song Giang) để nghiên cứu sự thay đổi ranh mặn của hệ thống sông Sài Gòn – Ðồng Nai duới tác dụng của nuớc biển dâng theo các kịch bản khác nhau cho thành phố Hồ Chí Minh, trong đó có xét đến yếu tố thay đổi biên độ và độ lệch pha của triều biển

Trang 33

Ðông Biên mặn 1g/l – 3g/l ngày càng lấn sâu vào nội đồng theo các kịch bản nuớc

biển dâng Biên mặn lớn hơn 5 g/l và các biên 10-15 g/l cũng tiến rất sâu, do đó

tương lai thành phố Hồ Chí Minh sẽ đối mặt với vấn đề nguồn cung cấp nuớc 1.2 Điều kiện tự nhiên tại khu vực nghiên cứu

1.2.1 Tổng quan về tỉnh Đồng Nai

Theo số liệu của Ủy ban nhân dân tỉnh Đồng Nai năm, tỉnh Đồng Nai là tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ, có diện tích 5.894,73km2, chiếm 1,76% diện tích tự nhiên của cả nước và chiếm 25,5% diện tích tự nhiên của vùng Đông Nam Bộ Đồng Nai là một tỉnh nằm trong vùng phát triển kinh tế trọng điểm phía Nam, tiếp giáp với các tỉnh Bình Thuận, Lâm Đồng, Bình Dương, Bình Phước, Bà Rịa- Vũng Tàu và thành phố Hồ Chí Minh

Dân số toàn tỉnh theo số liệu thống kê năm 2009 là 2.483.211 người, mật độ dân số là 380,37 người/km2 Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên toàn tỉnh năm 2006 là 1.22% Tỉnh có 11 đơn vị hành chính trực thuộc gồm: Thành phố Biên Hòa- là trung tâm chính trị kinh tế văn hóa của tỉnh; thị xã Long Khánh và 9 huyện: Long Thành; Nhơn Trạch; Trảng Bom; Thống Nhất; Cẩm Mỹ; Vĩnh Cửu; Xuân Lộc; Định Quán; Tân Phú

Đồng Nai có hệ thống giao thông thuận tiện với nhiều tuyến đường huyết mạch quốc gia như quốc lộ 20, quốc lộ 51, tuyến đường sắt Bắc Nam, gần cảng Sài Gòn, sân bay Tân Sơn Nhất đã tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động kinh tế trong vùng cũng như giao thương với cả nước đồng thời có vai trò gắn kết vùng Đông Nam Bộ với Tây Nguyên

1.2.2 Tổng quan về thành phố Biên Hòa

Thành phố Biên Hòa nằm ở hai bên bờ Sông Đồng Nai, cách trung tâm TP.HCM 30 km (theo Xa lộ Hà Nội và Quốc lộ 1A), cách TP Vũng Tàu 90 Km (theo Quốc lộ 51) Thành phố Biên Hòa có 26 đơn vị hành chính gồm 23 phường Tổng diện tích tự nhiên của thành phố Biên Hòa là 154,67km2, chiếm 2,62% diện

Trang 34

tích tự nhiên toàn tỉnh Dân số năm 2006 là 548.860 người, chiếm 24,4% dân số toàn tỉnh, mật độ 3.548,59 người/Km2

Biên Hòa có vai trò và vị trí quan trọng trong tỉnh Đồng Nai Biên Hòa là tỉnh lỵ, trung tâm chính trị - kinh tế - xã hội của tỉnh Đồng Nai, là trung tâm công nghiệp quan trọng của cả nước, là đầu mối giao thông quan trọng của quốc gia (đường sắt Thống Nhất, Quốc lộ 1, Quốc lộ 51) Biên Hòa là cửa ngõ phía Đông Bắc của vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (bao gồm TP.Hồ Chí Minh - Biên Hòa - Vũng Tàu), là đầu mối giao lưu đa dạng của vùng Đông Nam bộ, đồng thời giữ vị trí an ninh - quốc phòng trọng yếu của vùng Đông Nam bộ

1.2.3 Tổng quan về sông Đồng Nai

Sông Đồng Nai có tổng chiều dài là 586,4km tính từ điểm nguồn đến tận cửa biển Cần Giờ Dòng chính sông Đồng Nai bắt nguồn từ dãy núi Lâm Viên, Bi Đúp trên cao nguyên Lang Biang Toàn bộ hệ thống lưu vực sông Đồng Nai có 266 sông, suối với chiều dài từ 10km trở lên, trong đó có 60 sông cấp 1, 129 sông cấp 2, 63 sông cấp 3 và 13 sông cấp 4 Dọc theo sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa có trạm cấp nước Hóa An, đây là trạm cấp nước lớn nhất của tỉnh Đồng Nai cung cấp nước cho nhà máy nước Thủ Đức xử lý thành nước cấp sinh hoạt cho

toàn tỉnh Đồng Nai và cả thành phố Hồ Chí Minh (Nguồn: Thư viện Đại học An Giang, 2009 lib.agu.edu.vn/images_old_lib/image_content_lib/songdongnai.doc)

1.3 Tổng quan về nhà máy nước Thủ Đức, trạm cấp nước thô Hóa An và Nhà máy nước BOT Bình An

Trang 35

phân phối Điện Biên Phủ từ đó phân phối vào mạng cấp nước 1, 2, 3 đến người tiêu dùng trong TP.HCM

Phạm vi quản lý của Nhà máy bao gồm Trạm bơm nước sông ở xã Hóa An,

TP Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai; Công trình xử lý nước và trạm bơm nước sạch ở Thủ Đức, TP.HCM; và ba tuyến ống dẫn truyền chính gồm hai tuyến ống D1.800 mm, D2.400 mm dẫn nước sông từ Trạm bơm Hóa An về Thủ Đức, một tuyến ống nước D2.000 mm dẫn nước sạch từ Trạm bơm nước sạch về Thành Phố Tại Trạm bơm Hóa An và khu xử lý, Trạm bơm cấp II ở Thủ Đức có các công trình kiến trúc, công trình xử lý nước và máy móc thiết bị gồm trên 100 loại gần với 1.000 chiếc

km

Các hệ thống, máy móc thiết bị phụ trợ như :

▪ Hệ thống máy châm Clo tiền khử trùng

▪ Hệ thống bình thủy áp

Trang 36

An, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương, liền kề Thành phố Hồ Chí Minh Theo hợp đồng BOT, BAWC sẽ vận hành trong vòng 20 năm kể từ ngày bắt đầu sản xuất, và sau đó chuyển giao cho Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chi Minh Ngày 15 tháng 3 năm 1995, BAWC chính thức nhận giấy phép đầu tư Ủy ban Nhà nước về Hợp tác

và Đầu tư (SCCI)

Nhà máy nước BOT Bình An có công suất là 100,000 m3 nước sạch một ngày Toàn bộ dự án được xây dựng trong vòng 30 tháng Các hạng mục công trình bao gồm:

- Xây dựng các trạm bơm từ nơi lấy nước thô từ sông Đồng Nai và 3.2km đường ống dẫn nước thô đường kính 1.2m đến nhà máy xử lý tại Xã Bình An, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương, ngay sát với Thành phố Hồ Chí Minh

- Xây dựng nhà máy xử lý nước công suất 100,000 m3 với bể lọc, bể chứa và trạm bơm

- Lắp đặt 6km đường ống dẫn nước sạch đường kính 1m

Trang 37

- Lắp đặt máy phát điện diesel để cấp điện cho trạm lấy nước thô và nhà máy

xử lý

- Lắp đặt đường ống đường kính 0.45m qua cầu Đồng Nai

Tổng chi phí đầu tư dự án là 37.5 triệu USD , trong đó phần xây dựng là 13.8 triệu USD, máy móc thiết bị cơ khí và điện là 13.7 triệu USD và các chi phí khác là

10 triệu USD Toàn bộ đất của dự án là nhà nước cấp miễn phí, BAWC không phải trả tiền đền bù, giải tỏa cũng như không phải trả tiền thuê đất Chi phí duy nhất về đất đai là chi phí san lấp mặt bằng

Nhà máy đã được đi vào hoạt động từ tháng 3 năm 1999 Hợp đồng BOT sẽ kết thúc vào cuối tháng 2 năm 2019 khu BAWC chuyển giao nhà máy cho Ủy ban nhân dân TP.HCM

1.4 Hiện trạng xâm nhập mặn trên sông Đồng Nai

Vị trí các trạm đo mặn được thực thu thập tại các điểm sau:

Trang 38

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí đo mặn trên sông Đồng Nai

Trang 39

• Độ mặn đạt tiêu chuẩn cho phép đối với nguồn nước uống của Tổ chức Y tế thế giới WHO (NaCl = 250 mg/l = 0.25 ‰) (WHO)

Hình 1.2: Biểu đồ giá trị đo mặn năm 2013

Qua biểu đồ ta có thể dễ dàng thấy được độ mặn tại các điểm quan trắc nhìn chung có xu hướng tăng nhẹ và có sự dao động theo các mùa trong năm, độ mặn thường đạt giá trị cao nhất là vào cuối mùa khô đầu mùa mưa(từ tháng 3 đến tháng

6 hàng năm) và đạt giá trị thấp nhất khoảng 0.02-0.03‰ vào khoảng tháng 8 đến tháng 11 Theo số liệu quan trắc thì độ mặn tại điểm quan trắc SW-DN-19 có giá trị cao nhất, dao động trong khoảng từ 0.02-2.95‰ Giá trị độ mặn cao thứ 2 là ở trạm Hợp lưu Rạch Nước trong –S.Đồng Nai, Sông Đồng Nai - Đoạn 4(SW-DN-18) giá trị dao động trong khoảng từ 0.02-1.7‰ Tại 2 điểm quan trắc SW-DN-16 và SW-DN-17 thì giá trị độ mặn có sự chênh lệch không đáng kể, giá trị cao nhất lần lượt là

Trang 40

0.53‰ và 0.82‰; giá trị thấp nhất đều là 0.02‰ Hầu hết vào các thời điểm trong năm thì độ mặn tại tất cả các trạm quan trắc đều vượt quá giá trị cho phép đối với tiêu chuẩn nguồn nước uống, chỉ có thời điểm cuối tháng1 và từ tháng 7 đến tháng

11 thì dưới chuẩn Riêng đối với 2 trạm SW-DN-16 và SW-DN-17 thì có thêm giá trị độ mặn đo được vào tháng 6 đạt tiêu chuẩn

Hình 1.3: Biểu đồ giá trị đo mặn năm 2014

Qua biểu đồ ta có thể thấy độ mặn có xu hướng giảm dần đến cuối năm và Xã Long Tân – Sông Đồng Nai, Sông Đồng Nai - Đoạn 4(SW-DN-19) vẫn là vị trí có

độ măn cao nhất, sau đó là giá trị tại các trạm 18, 17 và

SW-DN-16 theo thứ tự giảm dần So với cùng kỳ năm 2013, độ mặn tại tất cả các trạm quan trắc nhảy vọt vào tháng 3 và tháng 4 sau đó từ tháng 6 trở đi thì giá trị có sự tương đồng với năm 2013 So sánh với giá trị độ mặn tiêu chuẩn 0.25‰ thì giá trị đo được của tất cả các trạm trong tháng 3 và của các trạm SW-DN-18 và SW-DN-19 vượt tiêu chuẩn; sau đó từ tháng 6 đến cuối năm, các giá trị đo được đều đạt tiêu chuẩn cho phép

Định dạng
Số trang	141
Dung lượng	5,72 MB