Tác động của biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông đồng nai

Sự dâng lên của mực nước biển, khiến dải đồng bằng Nam Bộ nói chung hứng chịu sự xâm nhập mặn sâu hơn, các hệ thống thủy lợi ngăn mặn – thoát nước bị phá vỡ; diện tích vùn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

Đề tài:

“NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN XÂM NHẬP

MẶN TRÊN HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI”

HVTH: DƯƠNG VĂN LĂNG MSHV: 12260663

GVHS: TS VÕ LÊ PHÚ

LỚP CH QLMT 2012

ii Mục tiêu nghiên cứu 1

iii Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 1

iv Phương pháp nghiên cứu chính 1

PHẦN NỘI DUNG CHÍNH 1

I- Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 1

1.1 Lưu vực hệ thống sông Đồng Nai 1

1.1.1 Vị trí địa lý 1

1.1.2 Mạng lưới thủy văn [1] 2

1.1.3 Diến biến xâm nhập mặn trên hệ thống sông Đồng Nai 2

1.2 Biến đổi khí hậu và dự báo tác động đến Việt Nam 2

1.3 Xâm nhập mặn trên hệ thống kênh sông 3

II- Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai 4

2.1 Giới thiệu mô hình Mike 11 [5],[6] 4

2.1.1 Mô hình thủy lực 4

2.1.2 Mô hình tải – khuyếch tán 5

2.2 Ứng dụng mô hình Mike 11 đánh giá hiện trạng và dự báo xâm nhập mặn trong điều kiện biến đổi khí hậu trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai 5

2.2.1 Diễn biến hiện trạng năm 2009 5

2.2.2 Tính toán tác động của nước biển dâng đến xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai đến năm 2050 (kịch bản A 1 ) 7

III- Kết luận và kiến nghị 11

Tài liệu tham khảo 12

i Đặt vấn đề

Biến đổi khí hậu là đề tài đã được thảo luận nhiều tại các hội nghị khoa học trong thập kỉ gần đây, không chỉ là tiên đoán mà những biểu hiện và tác động của nó đang cho thấy một xu hướng diễn tiến xấu cho quả đất và nhân loại Vấn đề biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn là rất đáng bàn nhất là đối với một nước mạnh về nông nghiệp như nước ta Sự dâng lên của mực nước biển, khiến dải đồng bằng Nam Bộ nói chung hứng chịu sự xâm nhập mặn sâu hơn, các hệ thống thủy lợi ngăn mặn – thoát nước bị phá vỡ; diện tích vùng xâm nhập mặn sẽ được mở rộng đồng thời thu hẹp đi phần diện tích nước ngọt

Chính vì vậy cần có những đánh giá về tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng một cách rõ nét nhất có thể, từ đó có những giải pháp ứng phó thích hợp Đề tài tiểu luận này chỉ bước đầu thực hiện mục tiêu đó, nhưng cũng

đã dựa trên phương pháp chung nhất để hoàn thành mục tiêu

ii Mục tiêu nghiên cứu

- Tính toán xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai ở hiện trạng năm

2009

- Đánh giá định tính về tác động của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm

nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai khi mực nước biển trung bình gia tăng 30 cm

iii Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu: trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai.

- Đối tượng nghiên cứu: Sự xâm nhập mặn trong điều kiện nước biển dâng trung

bình 30 cm trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai

iv Phương pháp nghiên cứu chính

- Kế thừa, phân tích tài liệu nghiên cứu trước đó trên vùng nghiên cứu.

- Ứng dụng mô hình toán, tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản và so sánh kết

quả tính toán giữa các kịch bản, từ đó đưa ra kết luận

1

PHẦN NỘI DUNG CHÍNH

I- Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn nằm ở vị trí 105o49’ - 108o44’ kinh độ đông và 10o19’ - 12o12’vĩ độ bắc Hệ thống sông Đồng Nai bao gồm các sông chính như sông Đồng Nai, sông La Ngà, sông Bé, sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ với tổng diện tích lưu vực 40,683 km2 trong đó khoảng 10% diện tích lưu vực thuộc Campuchia.Theo điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn dòng chảy có thể phân lưu vực Sài Gòn – Đồng Nai thành hai vùng đặc trưng (thượng lưu và hạ

Hình 1 Bản đồ lưu vực hệ thống sông Đồng Nai

1.1.2 Mạng lưới thủy văn [1]

Hệ thống sông Đồng Nai bao gồm các sông chính như sông Đồng Nai, sông La Ngà, sông Bé, sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ Đông và sông Vàm Cỏ

Tây cùng với hệ thống kênh rạch khá dày Trên thượng lưu , nhiều hồ chứa đã được xây dựng như Hồ Trị An, Dầu Tiếng, Thác Mơ phục vụ cho các mục đích khác nhau như thủy điện , điều tiết nước và cấp nước Hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai có một mạng lưới sông - kênh khá dày Ngoài một số sông rạch

tự nhiên còn là các kênh đào Từ sau Trị An, sông Đồng Nai đi sâu vào vùng ảnh hưởng thuỷ triều, lòng sông mở rộng và sâu, thích hợp với loại dao động lên xuống của triều Từ Nhà Bè trở xuống, sông chia thành nhiều nhánh nhỏ, mà đáng kể hơn cả là sông Lòng Tàu, sông Sài Gòn và Vàm Cỏ Đông được nối bằng các kênh đào khá lớn như Rạch Tra, Thái Mỹ, kênh Xáng, kênh Ngang… 1.1.3 Diến biến xâm nhập mặn trên hệ thống sông Đồng Nai

Xâm nhập mặn là một yếu tố tự nhiên quan trọng cần phải được quan tâm đối với vùng hạ du sông Đồng Nai - Sài Gòn Diễn biến xâm nhập mặn ở hạ du phụ thuộc vào thuỷ triều, nguồn nước đến thượng nguồn và sự khai thác nguồn nước trong vùng hạ du Về mùa khô, đặc biệt là vào các tháng 2, 3 và 4 do lưu lượng đầu nguồn giảm, mặn có xu thế xâm nhập sâu

Sau khi có công trình thượng nguồn độ mặn hạ du có những thay đổi đáng kể

Giới hạn mặn Max 4%o vào mùa kiệt (tháng IV) đã bị đẩy lùi về phía dưới hạ du khá

xa so với trường hợp khi không có hồ chứa Trên sông Sài Gòn từ Lái Thiêu trở lên là vùng hoàn toàn ngọt, trên sông Đồng Nai mặn được đẩy lùi về tận Cát Lái và trên sông

Vàm Cỏ Đông giới hạn 4%o ở trên Bến Lức.

Theo “Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam” của bộ

TN&MT, các chuyên gia về biến đổi khí hậu trong và ngoài nước cho thấy nước ta chịu ảnh hưởng khá lớn từ biến đổi khí hậu và nước biển dâng Các tác động hiện hữu

có thể thấy rõ đó là sự gia tăng xâm nhập mặn về phía thượng nguồn trên hệ thống kênh sông chịu ảnh hưởng của triều; nước biển dâng gây ngập lụt đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Cửu Long và Đông Nam Bộ Theo tính t oán của bộ TN&MT: vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm của nước ta tăng khoảng 2,30C; tổng lượng

mưa năm và mùa mưa tăng nhưng lại giảm vào mùa khô; mực nước biển dâng khoảng 75cm so với trung bình thời kỳ 1980 -1999

Kịch bản

Các mốc thời gian của thế kỷ 21

2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 210

0

Những tác động và dẫn chứng về biến đổi khí hậu được diễn giải đầy đủ trong [2], trong khuôn khổ tiểu luận này học viên xin không trình bày chi tiết Dựa trên kết quả nghiên cứu đó, học viên tiến hành tính toán tác động của nước biển dâng đối với sự xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai theo kịch bản trung bình đến năm 2050: khi nước biển dâng 30 cm so với trung bình thời kỳ 1980 -1999

Quá trình lan truyền mặn là một quá trình gồm hai cơ cấu chuyển tải và khuếch tán Trong quá trình chuyển tải, mặn được truyền đi theo chiều của dòng chảy; trong quá trình khuếch tán, độ mặn được truyền theo định luật Fick

Tại các khu vực cửa sông, ven biển chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi tác động tương tác giữa dòng chảy trong sông và động lực biển, khi mực nước sông xuống thấp (do lượng nước đầu nguồn suy giảm hay việc sử dụng của con người vào các mục đích khác nhau), quá trình động lực biển chiếm ưu thế khiến dòng chảy sông không đủ mạnh để ngăn nước biển xâm nhập Đặc biệt khi triều cường xảy ra, nước mặn có thể xâm nhập sâu hơn qua các cửa sông và hệ thống kênh rạch nội đồng tạo ra một vùng nước nhiễm mặn với các nồng độ khác nhau theo không gian và thời gian Với các đặc tính trên, thường ta chỉ quan tâm đến sự xâm nhập mặn xảy ra vào mùa kiệt bởi trong mùa lũ, lượng

nước đầu nguồn và lượng nước mưa chảy tràn đủ để đẩy lui mặn ra xa vùng cửa sông

Sự xâm nhập mặn trong sông rạch được cho là do hai đối tượng chính chi phối đó là: lưu lượng nước ngọt từ nguồn xuống và chế độ thủy triều tại vùng biển giáp cửa sông Ngoài ra trên một số hệ thống sông như hệ thống sông Đồng Nai, sông Cửu Long,… xuất hiện loại gió có phương song song với phương dòng chảy phía cửa sông còn gọi là gió Chướng cũng là một trong số những nguyên nhân quan trọng làm gia tăng sự xâm nhập mặn Biến đổi khí hậu và nước biển dâng với những dấu hiệu rõ nét theo thời gian lịch sử cùng với những dự báo có độ tin cậy nhất định trong tương lai thì tương quan giữa nước biển dâng do biến đổi khí hậu và sự xâm nhập mặn là một mối tương quan thuận, cần nghiên cứu sâu

II- Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn trên hạ lưu

hệ thống sông Đồng Nai

Mike 11 là sản phẩm phần mềm kỹ thuật chuyên môn được phát triển bởi các chuyên gia thuộc Viện kỹ thuật Tài nguyên nước và Môi trường Đan Mạch(DHI Water

& Environment) Đây là phần mềm chuyên môn mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước

và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới… Để giải bài toán xâm nhập mặn, ta cần sử dụng 2 module thủy lực (HD) và tải khuyếch tán

2.1.1 Mô hình thủy lực

Hệ phương trình Saint–Venant mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong hệ thống kênh sông:

Phương trình liên tục: B ∂ h

∂ t +

∂ Q

∂ x = q

Phương trình động lượng:

∂ Q

∂ t + ∂ ∂ x ( α Q2

A ) + gA ∂ h

∂ x + g

Q|Q|

AC2R =0

Trong đó:

Q: lưu lượng dòng chảy (m3/s)

A: diện tích mặt cắt ướt (m2)

R: bán kính thủy lực (m)

C: hệ số Chezy (C =

1

1 6

) ( m s/ ); ( hệ số Maning M =

1

1 6 ) B: bề rộng mặt thoáng (m)

n: hệ số nhám

q: lưu lượng dòng nhập bên (m3/m/s)

h: độ sâu dòng chảy (m)

2.1.2 Mô hình tải – khuyếch tán

Phương trình lan truyền chất 1 chiều:

∂x)=−AKC+C2q

Trong đó:

C : nồng độ chất (Kg/m3 hay g/l)

D : hệ số phân tán (m2/s)

A : diện tích mặt cắt ướt (m2)

K : hằng số phân rã (được chọn tuyến tính) (1/s)

C2 : nồng độ nguồn bổ sung (kg/m3 hay g/l)

q : lưu lượng nhập bên (m3/m2/s)

điều kiện biến đổi khí hậu trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai

2.2.1 Diễn biến hiện trạng năm 2009

Trên cơ sở nghiên cứu trước đó trong [1], học viên kế thừa các thông số tính toán cho mô hình thủy lực trên toàn mạng lưới hệ thống sông Đồng Nai (đã

hiệu chỉnh), đồng thời trình bày lại kết quả tính toán hiện trạng xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai năm 2009 (kịch bản A0) Để tiện cho việc

so sánh và trình bày kết quả, hình sau sơ họa vị trí các trạm mô phỏng độ mặn:

Hình 2 Sơ họa các vị trí mô phỏng thủy lực độ mặn trên mạng lưới tính

Do chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều Nam Biển Đông nên trong ngày cũng có 2 đỉnh mặn và chân mặn tương ứng, 2 đỉnh mặn thường không đều nhau Theo kết quả mô phỏng hiện trạng từ đầu tháng 2 cho tới cuối tháng 4 năm 2009, đỉnh mặn rơi vào cuối tháng 2 với độ mặn tại các trạm như sau:

Bảng 2 Độ mặn tính toán lớn nhất tại các trạm

Tên trạm Tên sông Đỉnh mặn Smax(g/l) Trung bình ´S (g/l)

Trên sông Đồng Nai các ranh giới mặn 4 g/l, 2.5 g/l, 1 g/l nằm cách Cát Lái lần lượt khoảng 13 km, 29 km và 44 km về phía thượng lưu Trên sông Sài

Gòn, ranh giới mặn 4g/l, 2.5 g/l, 1 g/l cách cửa sông 10.5 km, 13.5 km, 18 km

về phía thượng lưu

540000.0 560000.0 580000.0 600000.0 620000.0 640000.0 660000.0 680000.0 700000.0 720000.0 740000.0 760000.0 780000.0

[meter] 1150000.0

1155000.0

1160000.0

1165000.0

1170000.0

1175000.0

1180000.0

1185000.0

1190000.0

1195000.0

1200000.0

1205000.0

1210000.0

1215000.0

1220000.0

1225000.0

1230000.0

1235000.0

1240000.0

1245000.0

1250000.0

1255000.0

[meter] S - MaximumAverageSHT.res11

Hình 3 Phân bố độ mặn hiện trạng lớn nhất theo thang nồng độ

2.2.2 Tính toán tác động của nước biển dâng đến xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai đến năm 2050 (kịch bản A1)

Việc tính toán độ mặn trong mô hình lan truyền chất trong lần mô phỏng này giữ nguyên các thông số thủy lực bao gồm các biên thủy lực thượng nguồn, hệ số nhám,… chỉ thay đổi biên độ dao động của các biên biển gia tăng 30 cm Kết quả tính toán cho thấy:

Khi mực nước biển gia tăng thêm 30cm , về trung bình độ mặn gia tăng không đáng kể so với hiện trạng Độ mặn trung bình ´S và mức gia tăng tại các trạm như sau (´S

-´S0 là hiệu số độ mặn tính toán giữa kịch bản nước biển dâng và hiện trạng):

33.00 <

27.00 33.00 24.00 27.00 19.00 24.00 16.00 19.00 13.00 16.00 4.00 13.00 2.50 4.00 1.00 2.50 0.00 1.00

< 0.00

Mg/l

Trạm Nhà Bè Cát Lái Thủ Thiêm

Một số hình ảnh so sánh đường diễn biến độ mặn giữa kịch bản A0 và A1 Đường màu đen và đường màu xanh lần lượt thể hiện đường quá trình nồng độ mặn trong kịch bản tính toán A0, và A1

00:00:00

3-3-2009

00:00:00

4-3-2009

00:00:00 5-3-2009 00:00:00 6-3-2009 00:00:00 7-3-2009 00:00:00 8-3-2009 00:00:00 9-3-2009 00:00:00 10-3-2009 00:00:00 11-3-2009 00:00:00 12-3-2009 00:00:00 13-3-2009 00:00:00 14-3-2009 00:00:00 15-3-2009 00:00:00 16-3-2009 00:00:00 17-3-2009 00:00:00 18-3-2009 2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

NHA_BE 8343.07 S NHA_BE 8476.80 S

2-3-2009

00:00:00

3-3-2009

00:00:00

4-3-2009

00:00:00 5-3-2009 00:00:00 6-3-2009 00:00:00 7-3-2009 00:00:00 8-3-2009 00:00:00 9-3-2009 00:00:00 10-3-2009 00:00:00 11-3-2009 00:00:00 12-3-2009 00:00:00 13-3-2009 00:00:00 14-3-2009 00:00:00 15-3-2009 00:00:00 16-3-2009 00:00:00 17-3-2009 0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

[g/l] Time Series Concentration (SHT.res11) Concentration

SAI_GON 136037.00 S

00:00:00

4-3-2009 00:00:005-3-2009 00:00:006-3-2009 00:00:007-3-2009 00:00:008-3-2009 00:00:009-3-2009 00:00:0010-3-2009 00:00:0011-3-2009 00:00:0012-3-2009 00:00:0013-3-2009 00:00:0014-3-2009 00:00:0015-3-2009 00:00:0016-3-2009 00:00:0017-3-2009 00:00:0018-3-2009 00:00:0019-3-2009

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

[g/l] Time Series Concentration (SHT.res11) ConcentrationDONG_NAI 87705.03 S

DONG_NAI 87705.03 S

Trên sông Sài Gòn, các ranh giới mặn 4 g/l, 2.5 g/l, 1 g/l lần lượt cách cửa sông

9 km, 13.5 km, 18.5 km Trên sông Đồng Nai, các ranh giới này cách Cát Lái lần lượt 8

km, 23 km, 42 km (xem hình 7 và hình 8)

0.0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0 25000.0 30000.0 35000.0 40000.0 45000.0 50000.0 55000.0 60000.0 65000.0

-28.0

-26.0

-24.0

-22.0

-20.0

-18.0

-16.0

-14.0

-12.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

Maximum

NHA_BE

NHA_BE

0 50305

DONG_NAI

DONG_NAI

DONG_NAI 79457 - 64720

DONG_NAI 64720 - 56565

DONG_NAI

DONG_NAI

DONG_NAI 40796 - 32567

S

Hình 7 Đường quá trình độ mặn từ Nhà Bè lên thượng nguồn sông Đồng Nai KB A1

0.0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0 25000.0 30000.0 35000.0 40000.0 45000.0 50000.0 55000.0 60000.0 65000.0 -24.0

-22.0

-20.0

-18.0

-16.0

-14.0

-12.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Maximum

SAI_GON

SAI_GON

SAI_GON

SAI_GON

SAI_GON

SAI_GON 111275 - 94717

SAI_GON 94717 - 76185

S