ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BAN QUẢN LÝ DỰ ÁN 11-P04-VIE

-----------------

Dự án NGHIÊN CỨU THUỶ TAI DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN NHIỀU BÊN THAM GIA

NHẰM GIẢM THIỂU TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG

Ở BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM (CPIS) Mã số: 11.P04.VIE

(Thuộc Chương trình thí điểm hợp tác nghiên cứu

Việt Nam - Đan hạch 2012-2015)

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN NĂM 2012-2013

Nội dung 1.1: Báo cáo phát triển các mô hình khuyếch tán độ mặn ở lưu

vực sông Cả

Nhóm nghiên cứu: WP4

Chủ dự án: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Giám đốc dự án: GS. TS. Phan Văn Tân

Những người thực hiện:

Trưởng nhóm: PGS.TS. Trần Ngọc Anh

Các thành viên: ThS. Nguyễn Đức Hạnh

MỞ ĐẦU

Hệ thống sông Lam là một hệ thống sông lớn ở vùng Bắc Trung Bộ. Tổng

diện tích mặt bằng lưu vực 27.200km2. Trong đó phần diện tích nằm trên đất Cộng

hoà Dân chủ Nhân dân Lào là 9.470km2. Sông Lam gồm nhiều nhánh sông nhỏ

nhập lưu như sông Hiếu, sông Giăng, sông La (bao gồm Ngàn Sâu, Ngàn Phố).

Vùng hưởng lợi từ hệ thống sông và cũng là vùng chịu tác hại của nguồn nước sông

Lam nằm chủ yếu ở hạ du sông thuộc địa bàn của hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh.

Mọi hoạt động tác động đến dòng chảy sông Lam ở phía thượng nguồn đều có ảnh

hưởng nhất định đến vùng hưởng lợi ở hạ du sông.

Mặc dù diện tích lưu vực sông Lam rất lớn, nguồn nước khá dồi dào. Trung

bình một năm sông Lam tải ra biển một tổng lượng từ 21-23 tỷ m3/năm, nhưng phía

hạ du sông trong mùa kiệt lại không đủ nước đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế

hiện tại cũng như trong tương lai do phân phối dòng chảy trong năm rất thiên lệch.

Trong ba tháng mùa lũ tổng lượng dòng chảy chiếm tới 15-16 tỷ m3, mực nước các

sông phần hạ du liên tục dâng cao gây khó khăn cho công tác chống lũ và tiêu thoát

nội đồng.

Tính toán thuỷ lực mùa lũ cho mạng sông thuộc lưu vực sông Lam là một bài

toán cấp thiết và cơ bản. Việc xác định được các tham số thủy lực sẽ cung cấp thông

tin cho các bài toán giải quyết các vấn đề liên quan tới lũ và ngập lụt của khu vực

như: tính toán ảnh hưởng của các công trình thủy lợi tới chế độ dòng chảy mùa lũ,

xây dựng bản đồ ngập lụt, bản đồ rủi ro lũ và nhiều bài toán quan trọng khác.

Chuyên đề này với mục tiêu xây dựng mạng thủy lực 1 chiều để tính toán mực

độ khuếch tán độ mặn trên sông cho lưu vực sông Lam. Chuyên đề được thực hiện

trong khuôn khổ của đề tài “Nghiên cứu thủy tai do BĐKH và xây dựng hệ thống

thông tin nhiều bên tham gia nhằm giảm thiểu tính dễ tổn thương ở Bắc trung bộ

Việt Nam (CPIS)’ Mã số 11.P04.VIE.

1. Tình hình xâm nhập mặn trên lưu vực sông

1.1 Thủy triều

a) Đặc điểm chung

Nếu ở Bắc Bộ thuỷ triều mang đặc điểm của chế độ nhật triều thuần nhất hầu

hết trong các tháng mỗi ngày chỉ có 1 lần nước lớn và một lần nước ròng, thời kỳ

triều cường xảy ra 2 - 3 ngày sau ngày mặt trăng có độ xích vĩ lớn nhất, thời kỳ

triều kém xảy ra trong 2 - 3 ngày sau ngày mặt trăng qua mặt phẳng xích đạo, thì ở

vùng Nghệ An chủ yếu là chế độ nhật triều không đều.

Hàng tháng có non nửa số ngày có hai lần nước lớn và hai lần nước ròng.

Thời kỳ triều cường và thời kỳ triều kém xảy ra gần cùng một thời gian với thuỷ

triều ở Hòn Dấu.[2]

Các ngày có hai lần nước lớn và hai lần nước ròng thường xảy ra vào thời kỳ

triều kém. Thời gian triều dâng thường chỉ dưới 10 giờ, còn thời gian triều rút kéo

dài tới 15, 16 giờ. Khi xét thuỷ triều ở vùng cửa sông Lam và vùng ảnh hưởng triều,

số liệu thực đo mực nước tại các trạm Chợ Tràng, Linh Cảm và Bến Thuỷ được

dùng để phân tích trong khóa luận này.

b) Diễn biến mực nước trong năm

Trong năm ở những trạm vùng cửa sông như Bến Thủy, Cửa Hội mực nước

triều lớn nhất trung bình hàng năm đạt trị số cao nhất vào tháng X và thấp nhất vào

tháng III.

Tháng XI có mực nước cao nhất trung bình nhiều năm cao hơn mực nước

cao nhất trung bình của tháng IX do ảnh hưởng của thuỷ triều chiếm ưu thế hơn ảnh

hưởng của lũ.

Càng đi sâu vào đất liền do bị ảnh hưởng mạnh của lũ nên mực nước triều

lớn nhất trung bình của tháng IX có xu hướng cao hơn mực nước triều trung bình

lớn nhất của tháng XI.

Đặc trưng mực nước triều trung bình của các tháng tại Bến Thủy và Cửa Hội

cho thấy mực nước triều trung bình tháng từ tháng 1 tới tháng VIII đều thấp hơn

mực nước triều bình quân năm.

Mực nước triều trung bình của tháng VII đạt trị số thấp nhất. Càng đi sâu vào

nội địa, ảnh hưởng của nguồn nước mùa cạn càng thể hiện rõ rệt nên mực nước triều

trung bình tháng nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng IV.

Mực nước nhỏ nhất trung bình hàng năm thường xảy ra vào tháng VII ở các

trạm Cửa Hội và Bến Thuỷ.

Về mùa kiệt, mực nước thuỷ triều tại Cửa Hội quan trắc được với Hmax =

2,39m ngày 22/XII/1968 với biên độ triều cao nhất đạt 3,27m. Càng vào sâu trong

nội địa biên độ triều càng giảm. Tại Linh Cảm cách Cửa Hội 48km biên độ triều về

mùa cạn dao động 1 – 1,2m, tại Nam Đàn cách Cửa Hội 58km, biên độ triều về mùa

cạn dao động 0,2 – 0,25m. Diễn biến triều dọc sông xem bảng 6 về khả năng xuất

hiện mực nước thấp nhất năm.[2]

Lưu lượng nước ngọt ở thượng nguồn về có ảnh hưởng đáng kể tới sự xâm

nhập của thuỷ triều và mặn. Trên sông La tại Linh Cảm về mùa kiệt ảnh hưởng thuỷ

triều có mạnh hơn vì nguồn nước ngọt về trong các tháng mùa cạn nhỏ hơn sông Cả

tại Nam Đàn.[2]

Bảng 1. Mực nước triều lớn nhất trung bình tháng

Đơn vị: cm

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm

Cửa Hội 130 112 104 114 123 121 122 130 145 161 153 150 177

Bến Thủy 137 125 115 122 133 135 139 152 223 248 171 157 290

Bảng 2. Mực nước triều trung bình tháng

Đơn vị: cm

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm

Cửa Hội 9,9 6,1 3,6 1,7 1,4 1,6 0,9 8,6 29,4 40,0 31,6 18,0 13,0

Bến Thuỷ 19,2 14,8 13,7 11,1 13,1 17,0 21,3 35,0 81,5 95,8 52,5 30,1 33,0

Bảng 3. Mực nước triều nhỏ nhất trung bình tháng

Đơn vị: cm

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm

Cửa Hội -

129 -123

-

114

-

128

-

130

-

136

-

135

-

124

-

103 -93

-

104

-

122 -145

Bến Thuỷ -

110 -107

-

104

-

111

-

112

-

113

-

115

-

102 -64 -54 -78

-

103 -127

Bảng 4. Khả năng xuất hiện Hmin vào các tháng

Đơn vị: %

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Cửa Hội 22,1 4,3 4,3 13,0 17,0 35,0 4,3

Bến Thuỷ 3,8 7,4 7,4 18,5 29,6 25,9 7,4

c) Diễn biến mực nước triều trong năm

Mực nước lớn nhất:

Tại Cửa Hội mực nước triều lớn nhất đạt trị số cao nhất cao hơn mực nước

triều lớn nhất đạt trị số nhỏ nhất là 0,83m. Chênh lệch trị số mực nước triều nhỏ

nhất đạt trị số cao nhất so với mực nước triều nhỏ nhất đạt thấp nhất trong nhiều

năm tại Cửa Hội là 0,59m. Nhưng xét chênh lệch mực nước này ở các tháng trong

năm thì có sự khác nhau với đặc trưng mực nước triều lớn nhất thì biên độ dao động

tối đa là 0,83m. Với đặc trưng triều trung bình thì biên độ biến đổi hàng năm vào

các tháng tối đa là 0,32m. Với đặc trưng triều nhỏ nhất thì biên độ biến đổi tối đa là

0,65m.[2]

Bảng 5. Chênh lệch mực nước lớn nhất của các đặc trưng mực nước triều trong

nhiều năm tại Cửa Hội

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Max 21 22 13 31 43 33 79 51 50 83 22 69

Trung bình 15 19 21 15 28 16 20 15 20 21 26 32

Min 62 58 42 40 65 60 47 46 44 30 45 58

1.2 Xâm nhập mặn

Ở vùng hạ du sông Cả nhất là vùng cửa sông do ảnh hưởng của thuỷ triều

mặn đã xâm nhập khá sâu vào vùng nội địa. Những tháng về mùa khô khi mà nguồn

nước ngọt rất nhỏ, nước mặn ảnh hưởng tới Chợ Tràng cách cửa biển là 32km với

độ mặn trung bình mặt cắt từ 1 – 1,5‰.

Những tháng có nguồn nước mặn rất nhỏ mặn có thể xâm nhập sâu hơn quá

Chợ Tràng trên dòng chính sông Cả và qua Trung Lương tới Đức Xá trên một phần

nhánh của sông La chảy vào sông Lam.

Diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ du phụ thuộc vào thuỷ triều và lưu lượng

ở thượng nguồn chảy về: Trên sông Cả tại dòng chính, kiệt tháng thường xảy ra vào

tháng III hoặc tháng IV nhưng trên sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu thuộc hệ thống sông

La. Lưu lượng kiệt tháng thường xuất hiện không đồng bộ với dòng chính sông Cả.

Quy luật thủy triều dẫn đến hiện tượng nước biển xâm nhập qua các cửa

sông, tiến sâu vào trong đất liền và kèm theo đó là nước có độ mặn cao gây khó

khăn cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp. Các thống kê trước đây (theo Nguyễn

Văn Cung và cộng sự, 1981) đã chỉ ra rằng năng suất lúa sẽ giảm khi độ mặn nước

tưới nội đồng tăng. Ví dụ khi độ mặn là 0,5‰ thì năng suất lúa sẽ chỉ còn 94%, khi

độ mặn là 1,0‰, 2,0‰ và 5,0‰ thì năng suất lúa chỉ đạt tương ứng là 88%, 60,1%

và 50%. Đặc biệt khi độ mặn tăng đến 15‰ thì cả lúa và mạ đều chết. Ngoài ra độ

mặn còn ảnh hưởng đến tính chất lý hoá của nước như trọng lượng riêng, độ dẫn

điện, độ truyền âm, độ hoà tan các chất khí và nguy cơ tồn vong của hệ sinh thái

nước ngọt. Do đó, việc đánh giá xâm nhập mặn là hết sức quan trọng, liên quan mật

thiết đến điều kiện phát triển kinh tế xã hội và sinh hoạt. [7]

Vào năm 2000, phong trào nuôi tôm sú nước lợ bắt đầu phát triển nhanh và

mạnh (tốc độ tăng diện tích trung bình 25% năm giai đoạn 2000-2007) tại địa bàn

tỉnh Quảng Trị, và lan nhanh ra các tỉnh lân cận trong đó có vùng Cửa Hội (Nghệ

An – Hà Tĩnh). Lợi nhuận thu được từ nuôi tôm nước mặn, lợ lớn hơn nhiều so với

sản xuất cây nông nghiệp nên đến nay diện tích dành cho nuôi tôm mặn lợ đã phát

triển hơn 800 ha. Thu nhập từ nuôi tôm có thể lên đến 100 triệu/ha nếu tôm không

bị nhiễm bệnh và phát triển tốt. Tuy nhiên độ mặn thích hợp nhất cho tôm sú phát

triển từ 15 – 25‰ nên việc xác định thời điểm lấy nước và thay nước cho ao nuôi

khi nước sông có độ mặn phù hợp cũng là một yêu cầu cần thiết, đặc biệt là khi các

vùng nuôi vẫn lấy nước trực tiếp từ sông, không qua bể trữ. [7]

2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE

Bộ mô hình MIKE bao gồm nhiều mô đun đảm nhận các công việc khác nhau:

MIKE 11 tính toán thủy lực mạng sông 1 chiều với các tiểu mô đun về tính thủy lực,

tiểu mô đun tính dòng chảy từ mưa, tiểu mô đun cho tính lan truyền chất và vận chuyển

bùn cát. Với mục đích tính toán dòng chảy và quá trình xâm nhập của nước biển vào

trong hệ thống sông vào mùa cạn, trong khuôn khổ dự án này sẽ sử dụng mô hình

MIKE 11 với các mô đun MIKE 11-HD, AD và RR (phần mô hình NAM).

Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 HD

Hệ phương trình

Mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán mạng sông dựa trên việc giải hệ phương

trình một chiều Saint -Venant:

Phương trình liên tục:

(1)

hoặc (2)

Phương trình chuyển động:

. (3)

trong đó: A là diện tích mặt cắt ngang (m2); t là thời gian (s); Q là lưu lượng nước

(m3/s); x là biến không gian; g là gia tốc trọng trường (m/s

2); là mật độ của nước

(kg/m3); b là độ rộng của lòng dẫn (m) và R là bán kính thủy lực (m).

Phương pháp giải

Hệ phương trình Saint – Venant về nguyên lý là không giải được bằng các

phương pháp giải tích, vì thế trong thực tế tính toán người ta phải giải gần đúng bằng

cách rời rạc hóa hệ phương trình. Có nhiều phương pháp rời rạc hóa hệ phương trình,

và trong mô hình MIKE 11, các tác giả đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6

điểm ẩn Abbott. Hình 1 dưới đây mô tả các cách bố trí sơ đồ Abbott 6 điểm với các

phương trình (hình 1a) và các biến trong mặt phẳng x~t (hình 1b).

t

A

x

Q

0

t

hb

x

Q

02

2

ARC

QgQ

x

hgA

x

A

Q

t

Q

1

Hình 1a. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott

Hình 1b. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t

Trong phương pháp này, mực nước và lưu lượng dọc theo các nhánh sông được tính

trong hệ thống các điểm lưới xen kẽ như dưới đây (hình 2.2).

Hình 2. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ

Đối với mạng lưới sông phức tạp, mô hình cho phép giải hệ phương trình cho

nhiều nhánh sông và các điểm tại các phân lưu/nhập lưu. Cấu trúc của các nút lưới ở

nhập lưu, tại đó ba nhánh gặp nhau, thể hiện trong hình sau (hình 3a):

2

Hình 3a. Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu

Hình 3b. Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng

Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng được thể hiện trong hình 2.3b. Tại một

điểm lưới, mối quan hệ giữa biến số Zj (cả mực nước hj và lưu lượng Qj) tại chính điểm

đó và tại các điểm lân cận được thể hiện bằng phương trình tuyến tính sau:

(4)

Từ giờ trở đi ta quy ước các chỉ số dưới của các thành phần trong phương trình

biểu thị vị trí dọc theo nhánh, và chỉ số trên chỉ khoảng thời gian. Các hệ số , , và

trong phương trình (4) tại các điểm h và tại các điểm Q được tính bằng sai phân hiện

đối với phương trình liên tục và với phương trình động lượng.

Tất cả các điểm lưới theo phương trình (4) được thiết lập. Giả sử một nhánh có

n điểm lưới; nếu n là số lẻ, điểm đầu và cuối trong một nhánh luôn luôn là điểm h.

Điều này làm cho n phương trình tuyến tính có n+2 ẩn số. Hai ẩn số chưa biết là do các

phương trình được đặt tại điểm đầu và điểm cuối h, tại đó Zj-1và Zj+1 là mực nước, theo

đó phần đầu/cuối của nhánh phân/nhập lưu được liên kết với nhau.

Điều kiện biên và điều kiện ban đầu

j

n

jj

n

jj

n

jjZZZ

1

1

11

1

3

Hệ phương trình (1-3) khi được rời rạc theo không gian và thời gian sẽ gồm có

số lượng phương trình luôn ít hơn số biến số, vì thế để khép kín hệ phương trình này

cần phải có các điều kiện biên và điều kiện ban đầu.

Trong mô hình MIKE 11, điều kiện biên của mô hình khá linh hoạt, có thể là

điều kiện biên hở hoặc điều kiện biên kín. Điều kiện biên kín là điều kiện tại biên đó

không có trao đổi nước với bên ngoài. Điều kiện biên hở có thể là đường quá trình của

mực nước theo thời gian hoặc của lưu lượng theo thời gian, hoặc có thể là hằng số.

Các điều kiện ban đầu bao gồm mực nước và lưu lượng trên khu vực nghiên

cứu. Thường lấy lưu lượng xấp xỉ bằng 0 còn mực nước lấy bằng mực nước trung bình.

Điều kiện ổn định

Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện sau:

- Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một cách thoả đáng.

Giá trị tối đa cho phép đối với x phải được chọn trên cơ sở này.

- Điều kiện Courant dưới đây có thể dùng như một hướng dẫn để chọn bước thời

gian sao cho đồng thời thoả mãn được các điều kiện trên. Điển hình, giá trị của Cr là

10 đến 15, nhưng các giá trị lớn hơn (lên đến 100) đã được sử dụng:

với V là vận tốc.

Cr thể hiện tốc độ nhiễu động sóng tại nước nông (biên độ nhỏ). Số Courant

biểu thị số các điểm lưới trong một bước sóng phát sinh từ một nhiễu động di chuyển

trong một bước thời gian. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng trong MIKE 11 (sơ đồ 6 điểm

Abbott), cho phép số Courant từ 10- 20 nếu dòng chảy dưới phân giới (số Froude nhỏ

hơn 1).

Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 AD

Môđul khuếch tán bình lưu (AD) dựa trên phương trình 1 chiều về bảo toàn

khối lượng của chất hoà tan hoặc lơ lửng, nó sử dụng các kết quả tính toán của mô

hình thuỷ lực. Mô hình AD giải theo sơ đồ sai phân ẩn, mà về nguyên tắc là ổn định

vô điều kiện.

Phương trình cơ bản

x

gyVtC

r

)(

4

(5)

trong đó: C- nồng độ, D- hệ số khuếch tán, A- diện tích mặt cắt ngang, K – hệ

số phân huỷ tuyến tính, C2 – nồng độ nguồn, q- dòng gia nhập, x – khoảng cách, t-thời

gian.

Phương trình phản ánh 2 cơ chế vận chuyển là vận chuyển bình lưu/ đối lưu bởi

dòng chảy trung bình; và vận chuyển khuếch tán bởi gradient nồng độ.

Mô đun này dựa trên các giả thiết cơ bản là chất hòa tan và nước hoàn toàn xáo

trộn trong mặt cắt ngang, vật chất được bảo toàn theo định luật khuếch tán bậc nhất

Fick, tức là vận chuyển khuếch tán tỷ lệ với gradient nồng độ.

Điều kiện biên

Chảy ra khỏi biên hở

(6)

Chảy vào biên hở

Nồng độ tại biên được xử lý như đối với lưu lượng và mực nước. Khi dòng đổi

hướng ra thành vào biên, điều kiện biên xác định theo:

(7)

trong đó: Cbf-nồng độ làm đầu vào tại biên, Cout-nồng độ tại biên ngay sau khi

dòng chảy đổi hướng, Kmix-quy mô thời gian, tmix-thời gian kể từ khi dòng chảy đổi

hướng.

Biên đóng kín

Lúc này lưu lượng Q=0 và: (8)

Phương pháp giải bằng số

5

Hình 4. Sơ đồ tính toán

Phương trình khuếch tán bình lưu giải theo sơ đồ sai phân ẩn trung tâm để tối giản các nhiễu

loạn số, bằng cách xét dòng khối lượng đi vào một thể tích kiểm tra nằm bao quanh điểm j.

Các mặt của thể tích kiểm tra này là: đáy sông, mặt nước và 2 mặt cắt ngang đặt tại j-1/2 và

j+1/2.

Hình 5. Thể tích kiểm tra

Tính ổn định

Sơ đồ tính toán trong mô hình khuếch tán bình lưu sẽ ổn định thậm chí đối với

số Peclet lớn, tức là:

(13)

trong đó: v-vận tốc, x-khoảng cách giữa các điểm lưới, D-hệ số khuếch tán.

Bước thời gian và không gian cũng chọn sao cho số Courant đói lưu Cr nhỏ hơn

1.

A C

q1, CLAT

QA QC

j-1 j+2

∆xj ∆xj+1

HD: Q H Q

AD: C (T) C (T) C

n+1

n

Distance, x

Time

j-1

j-1/2

j

j+1/2

j+1

6

(14)

Thấy rằng x trong môđun AD là khoảng cách giữa các nút kể cả h và Q, tức là

x trong AD bằng 0.5 x trong tính toán thuỷ lực HD. Do vậy nếu bước thời gian

trong HD bị hạn chế bởi chỉ tiêu vận tốc, cần giảm nó đi 2 lần trong tính toán AD.

3. Xây dựng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn trên lưu vực sông Lam

1 Địa hình lòng dẫn sông:

Toàn bộ địa hình lòng dẫn sông sử dụng trong tính toán thuỷ lực đều theo hệ cao độ

Quốc gia, được Trung tâm công nghệ tài nguyên - môi trường nước thực hiện tháng 10-

11/2001. Đã được đo đạc cập nhật, bổ sung bởi Lliên đoàn khảo sát khí tượng thủy văn

năm 2008. Mạng lưới tính gồm 8 sông chính trên lưu vực với tổng chiều dài 461km, bao

gồm 292 mặt cắt được thể hiện trong bảng 3.1.

Bảng 3 - 1: Thông tin đặc trưng mạng thủy lực 1D

TT Tên sông Chiều dài

(km)

Số mặt

cắt Điểm đầu Điểm cuối

1 Sông Cả 73 39 Yên Thượng Cửa Hội

2 Sông Ngàn

Phố 15 27 Sơn Diệm Linh Cảm

3 Ngàn Sâu 28 57 Hòa Duyệt Linh Cảm

5 Sông La 7 10 Linh Cảm Ngã Ba chợ Chàng

8 Sông Hào 6.25 4 Sông La Sông Lam

3.2 Tài liệu khí tượng, thuỷ văn:

Số liệu khí tượng thủy văn được sử dụng trong tính toán bao gồm mực nước,

lưu lượng, lượng mưa trên toàn lưu vực sông Lam, gồm 13 trạm khí tượng (bảng 3.2),

17 trạm thủy văn (bảng 3.3), hình 6.

Bảng 3 – 2: Danh sách trạm Khí tượng khu vực nghiên cứu

TT Trạm Toạ độ địa lý

Địa điểm Vĩ độ Kinh độ

1 Hương Sơn 180.31’ 105

0.24’ Thị trấn Phố Châu – Hương Sơn – Hà Tĩnh

2 Hương Khê 180.11’ 105

0.42’ Thị trấn Hương Khê - Hà Tĩnh

7

3 Kỳ Anh 180.05’ 106

0.16’ Kỳ Châu – Kỳ Anh – Hà Tĩnh

4 Hà Tĩnh 180.21’ 105

0.54’ Thị xã Hà Tĩnh – Hà Tĩnh

5 Tương Dương 190.16’ 104

0.28’ Thị trấn Tương Dương, Tương Dương, Nghệ An

6 Con Cuông 190.03’ 104

0.53’ Thị trấn Con Cuông – Con Cuông – Nghệ An

7 Đô Lương 180.54’ 105

0.18’ Thị trấn Đo lương - Đô lương – Nghệ An

8 Quỳ Châu 190.34’ 105

0.06’ Thị trấn Quỳ Châu – Quỳ Châu – Nghệ An

9 Đông Hiếu 190.18’ 105

0.29’ Thị trấn Thái Hoà - Nghĩa Đàn – Nghệ An

10 Quỳnh Lưu 190.08’ 105

0.38’ Quỳnh Bá - Quỳnh Lưu – Nghệ An

11 Quỳ Hợp 190.19’ 105

0.11’ Thi trấn Quỳ Hợp – Quỳ Hựp – Nghệ An

12 Vinh 180.40’ 105

0.41’ Thành phố Vinh – Nghệ An

13 Tây Hiếu 190.19’ 105

0.25’ Thị trấn Thái Hoà - Nghĩa Đàn – Nghệ An

Bảng 3 – 3: Danh sách trạm Thuỷ văn trên khu vực nghiên cứu

TT Trạm Toạ độ địa lý

Địa điểm Vĩ độ Kinh độ

1 Sơn Diệm 180.30’ 105

0.20’ Sơn Diệm – Hương Sơn – Hà Tĩnh

2 Chu lễ 180.11’ 105

0.43’ Hương Thuỷ – Hương Khê - Hà Tĩnh

3 Hoà Duyệt 180.22’ 105

0.30’ Đức Liên – Vũ Quang – Hà Tĩnh

4 Linh Cảm 180.35’ 105

0.35’ Tùng ảnh - Đức Thọ – Hà Tĩnh

5 Thạch Đồng 180.22’ 105

0.23’ Thạch Đồng – Thạch Hà - Hà Tĩnh

6 Cẩm Nhượng 180.16’ 106

0.07’ Cẩm Nhượng – Cẩm Xuyên – Hà Tĩnh

7 Nam Đàn 180.29’ 105

0.29’ Thị trấn Nam Đàn – Nam Đàn – Nghệ An

8 Yên Thượng 180.04’ 105

0.27’ Thanh Yên – Thanh Chương – Nghệ An

9 Chợ Tràng 180.35’ 105

0.37’ Hưng Phú – Hưng Nguyên – Nghệ An

10 Mường Xén 190.30’ 104

0.08’ Tà Kạ - Kỳ Sơn – Nghệ An

11 Thạch Giám 190.17’ 105

0.20’ Thị trấn Tương Dương, Tương Dương, Nghệ An

12 Con Cuông 190.04’ 105

0.59’ Chi Khê - Con Cuông – Nghệ An

34

8

TT Trạm Toạ độ địa lý

Địa điểm Vĩ độ Kinh độ

13 Dừa 180.59’ 105

0.02’ Tường Sơn – Anh Sơn – Nghệ An

14 Đô Lương 180.56’ 105

0.17’ Tràng Sơn - Đô Lương – Nghệ An

15 Nghĩa Khánh 190.26’ 105

0.20’ Nghĩa Khánh – Nghĩa Đàn – Nghệ An

16 Quỳ Châu 190.34’ 105

0.08’ Châu Hội – Quỳ Châu – Nghệ An

17 Cửa Hội 180.46’ 105

0.46’ Nghi Hải – Cửa Lò – Nghệ An

Hình 6: Sơ đồ mạng lưới thủy văn và các trạm khí tượng thủy văn

lưu vực sông Lam

9

Hình 7. Mạng thủy lực phục vụ tính toán xâm nhập mặn

4.2. Biên trên của mô hình

Với mạng sông tính toán đã được xác định ở trên, biên trên của mô hình thuỷ

lực là quá trình lưu lượng theo thời gian Q=f(t) cụ thể như sau:

+ Sông Cả tại Yên Thượng (Q ngày)

+ Sông Ngàn Phố tại Sơn Diệm (Q ngày)

+ Sông Ngàn Sâu tại Hòa Duyệt (Q ngày)

4.3 Biên dưới của mô hình

Biên dưới của mô hình thuỷ lực là quá trình mực nước theo thời gian Z=f(t) tại

Cửa Hội.

4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

10

Để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình lan truyền độ mặn nghiên cứu đã sử dụng số liệu

thực đo của 2 năm 2008 và 2009 tại trạm Bến Thủy để hiệu chỉnh và kiểm định mô

hình.

Số liệu mực nước và độ mặn đo tháng 4/2008 được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình, kết

quả hiệu chình mực nước và độ mặn được thể hiện trong hình sau;

Hình 8. So sánh đường quá trình mực nước

tính toán và thực đo tại trạm Bến Thủy

Hình 9. So sánh độ mặn (0/00) tính toán và thực đo

tại trạm Bến Thủy

Trong năm 2008 giới hạn mặn 1%0 vào sâu trong sông 29km

Hình 10. Giới hạn mặn trong năm 2008 trên sông Lam

Số liệu quan trắc mực nước và độ mặn tháng 4/2009 tại trạm Bến Thủy trên sông Lam

được sử dụng để kiểm định lại bộ thông số thủy lực và hệ số khuếch tán đã được hiệu

chỉnh cho năm 2008. Kết quả so sánh về mực nước và độ mặn giữa giá trị tính toán và

thực đo được thể hiện trong hình sau;

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

H-THỰC ĐO

H-TÍNH TOÁN

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

ĐỘ MẶN - TÍNH TOÁN

ĐỘ MẶN-THỰC ĐO

0.0 2000.0 4000.0 6000.0 8000.0 10000.0 12000.0 14000.0 16000.0 18000.0 20000.0 22000.0 24000.0 26000.0 28000.0 30000.0 32000.0 34000.0 36000.0 38000.0

[m]

-14.0

-12.0

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

[meter]

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

30.0

32.0

[PSU]1-4-2008 07:00:00

SONG CA 73327 - 44901

44901

46500

48600

51040

52480

55200

57466

58500

60500

62070

64000

65595

66600

67800

69000

71300

7210073327

SONG CA 44901 - 38516

38516

41300

42800

SONG CA 38516 - 0

35800

11

Hình 11 . So sánh đường quá trình mực

nước tính toán và thực đo tại trạm Bến Thủy

Hình 12. So sánh độ mặn (0/00) tính toán và thực

đo tại trạm Bến Thủy

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

H-thực đo

H-tính toán

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

S-TÍNH TOÁN

S-THỰC ĐO

12

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Ngọc Anh, Đặng Đình Đức, Đặng Đình Khá, Phạm Thị Ngọc Quỳnh, Hoàng

Thái Bình, Đỗ Thị Hoàng Dung, Bùi Minh Sơn, Nguyễn Thanh Sơn (2013), “Xây

dựng phương pháp đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng tới

công trình hạ tầng kỹ thuật thử nghiệm cho khu vực ven biển tỉnh Khánh Hòa”, Tạp

chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập

29, Số 4 tr. 1-12.

2. Trần Ngọc Anh (2011), “Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu các sông Bến Hải và

Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và

Công nghệ Tập 27, số 1S, tr. 1-8.

3. Hoàng Thái Bình, Trần Ngọc Anh và Đặng Đình Khá (2010), “Ứng dụng mô hình

MIKE FLOOD tính toán ngập lụt hệ thống sông Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình”, Tạp chí

Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, số 3S,285-294.

4. Trần Ngọc Anh, Nguyễn Thanh Sơn,Trần Thị Thu Hương, Trịnh Xuân Quảng,

Phạm Mạnh Cổn, Đặng Đình Khá, Đặng Đình Đức (2012), “Đánh giá nguy cơ ngập

lụt các khu vực trũng tỉnh Hưng Yên”. Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội.

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Tập 28, số 3S tr.1-8.

5. Đặng Đình Đức, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Ý Như, Nguyễn Thanh Sơn (2011),

“Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD tính toán ngập lụt hệ thống sông Nhuệ - Đáy trên

địa bàn thành phố Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và

Công nghệ Tập 27, số 1S, 37.

6. Trần Ngọc Anh, Đặng Đình Đức, Nguyến Thế Anh, Nguyễn Thanh Sơn, Hoàng

Thái Bình (2012), “Mô phỏng ngập lụt khu vực hạ lưu đập Cửa Đạt đến Bái

Thượng”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học Quốc gia về Khí tượng, Thủy văn,

Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ X . Tập 2. Thủy văn - Tài nguyên nước, môi

trường và Biển, NXB Khoa học và K thuật Hà Nội, tháng 3 năm 2012.tr. 1-7.

7. Viện Quy hoạch Thủy lợi (2006), “Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước lưu vực

sông Lam”, Báo cáo tổng hợp.

13

Phụ lục

Bảng 1. Số liệu mặn quan trắc tại Bến Thủy năm 2008

N¨m Th¸ng Ngµy Giê H (cm) S (%o) Sbq (%o)

2008 4 2 1 66 6.7

2008 4 2 2 63 7.9

2008 4 2 3 56 7.0

2008 4 2 4 47 5.1

2008 4 2 16 -73 0.1

2008 4 2 18 -46 0.1

2008 4 2 20 2 0.3 3.89

2008 4 5 3 42 2.2

2008 4 5 4 33 2.8

2008 4 5 5 18 2.0

2008 4 5 6 15 1.8

2008 4 5 20 -76 0.2

2008 4 5 22 -36 0.3

2008 4 5 24 12 0.4 1.39

2008 4 12 11 -122 0.6

2008 4 12 13 -93 1.0

2008 4 12 15 -38 1.3

2008 4 12 21 83 12.5

2008 4 12 22 78 14.3

2008 4 12 23 74 13.1

2008 4 12 24 65 12.1 7.84

2008 4 18 1 36 3.8

2008 4 18 2 34 4.5

2008 4 18 3 27 2.7

2008 4 18 4 20 2.4

2008 4 18 19 -52 1.2

2008 4 18 21 -22 1.3

2008 4 18 23 19 1.6 2.70

2008 4 26 11 -80 0.1

2008 4 26 13 -33 0.1

2008 4 26 15 25 0.1

14

N¨m Th¸ng Ngµy Giê H (cm) S (%o) Sbq (%o)

2008 4 26 20 72 5.6

2008 4 26 21 63 6.1

2008 4 26 22 55 5.2

2008 4 26 23 47 4.1 3.04

Bảng 2. Kết quả tính toán bằng mô hình năm 2008

Tính toán

Thời gian Mực nước (m) Độ Mặn (%o)

2/4/2008 1:00 AM 0.85 1.18

2/4/2008 2:00 AM 0.89 1.45

2/4/2008 3:00 AM 0.84 1.62

2/4/2008 4:00 AM 0.75 1.53

2/4/2008 4:00 PM -0.61 1.00

2/4/2008 6:00 PM -0.61 1.00

2/4/2008 8:00 PM -0.30 1.00

5/4/2008 3:00 AM 0.53 0.54

5/4/2008 4:00 AM 0.51 0.57

5/4/2008 5:00 AM 0.44 0.55

5/4/2008 6:00 AM 0.35 0.50

5/4/2008 8:00 PM -0.37 0.18

5/4/2008 10:00 PM -0.41 0.15

5/4/2008 12:00 AM 0.10 0.39

12/4/2008 11:00 AM -0.82 0.12

12/4/2008 1:00 PM -0.93 0.08

12/4/2008 3:00 PM -0.54 0.09

12/4/2008 9:00 PM 0.99 4.82

12/4/2008 10:00 PM 1.06 7.83

12/4/2008 11:00 PM 1.06 10.02

12/4/2008 12:00 AM 0.80 6.91

18/4/2008 1:00 AM 0.34 0.42

18/4/2008 2:00 AM 0.45 0.56

18/4/2008 3:00 AM 0.47 0.68

18/4/2008 4:00 AM 0.41 0.69

15

Tính toán

Thời gian Mực nước (m) Độ Mặn (%o)

18/4/2008 7:00 PM -0.25 0.16

18/4/2008 9:00 PM -0.36 0.09

18/4/2008 11:00 PM -0.14 0.09

26/4/2008 11:00 AM -0.73 0.00

26/4/2008 1:00 PM -0.57 0.00

26/4/2008 3:00 PM -0.14 0.01

26/4/2008 8:00 PM 0.89 0.65

26/4/2008 9:00 PM 0.95 1.29

26/4/2008 10:00 PM 0.93 1.71

26/4/2008 11:00 PM 0.86 1.53

Bảng 3. Số liệu quan trắc độ mặn năm 2009

N¨m Th¸ng Ngµy Giê H (cm) S (%o) Sbq (%o) 2009 4 3 13 -80 0.2

2009 4 3 15 -35 0.3

2009 4 3 17 -7 1.1

2009 4 3 23 95 6.3

2009 4 4 0 90 6.6

2009 4 4 1 86 5.8

2009 4 4 2 79 5.1 3.61

2009 4 8 2 54 5.4

2009 4 8 3 46 5.7

2009 4 8 4 35 5.1

2009 4 8 5 25 4.7

2009 4 8 19 -62 0.2

2009 4 8 21 -35 0.2

2009 4 8 23 18 0.4 3.08

2009 4 14 10 -107 0.3

2009 4 14 12 -67 0.5

2009 4 14 14 4 0.6

2009 4 14 19 66 3.5

2009 4 14 20 54 4.2

16

N¨m Th¸ng Ngµy Giê H (cm) S (%o) Sbq (%o) 2009 4 14 21 44 3.3

2009 4 14 22 35 2.8 2.16

2009 4 22 18 -55 2.0

2009 4 22 20 -27 2.7

2009 4 22 22 20 3.7

2009 4 23 1 36 7.4

2009 4 23 2 33 9.1

2009 4 23 3 22 5.8

2009 4 23 4 7 5.4 51.5

2009 4 30 11 -91 3.0

2009 4 30 13 -39 4.0

2009 4 30 15 33 7.0

2009 4 30 20 107 11.7

2009 4 30 21 101 13.1

2009 4 30 22 95 10.6

2009 4 30 23 88 9.6 6.61

2009 5 5 9 14 2.2

2009 5 5 10 6 2.5

2009 5 5 11 -5 2.0

2009 5 5 12 -18 1.8

2009 5 5 17 -48 0.2

2009 5 5 19 -18 0.3

2009 5 5 21 27 0.4 1.33