MỞ ĐẦU Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU Chƣơng 2: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH VÀ SÔNG SÒ Chƣơng 3: XÂY DỰNG KỊCH BẢN XÂM NHẬP MẶN LƢU VỰC SÔNG SÒ DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA NƢỚC BIỂN DÂNG (SLR) VÀ ĐỀ XUẤT LẤY NƢỚC TƢỚI PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Luan van 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂM NHẬP MẶN VÀ GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan các phƣơng pháp nghiên cứu và tính toán xâm nhập mặn vùng cửa sông 1. Các nghiên cứu ngoài nước Hiện tƣợng xâm nhập triều, mặn là quy luật tự nhiên ở các khu vực, lãnh thổ có vùng cửa sông giáp biển.
Do tính chất quan trọng của hiện tƣợng 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 đƣợc đặt ra từ lâu. Mục tiêu chủ yếu của công tác nghiên cứu là nắm đƣợc quy luật của quá trình này để phục vụ các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng vùng cửa sông nhƣ ở các nƣớc nhƣ Mỹ, Nga, Hà Lan, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan. Các phƣơng pháp cơ bản đƣợc thực hiện bao gồm: thực nghiệm (dựa trên số liệu quan trắc) và mô phỏng quá trình bằng các mô hình toán. Việc mô phỏng quá trình dòng chảy trong sông ngòi bằng mô hình toán đƣợc bắt đầu từ khi Saint - Vennant (1871) công bố hệ phƣơng trình mô phỏng quá trình thủy động lực trong hệ thống kênh hở một chiều nổi tiếng mang tên ông.
Chính nhờ sức mạnh của hệ phƣơng trình Saint - Venant nên khi kỹ thuật tính sai phân và công cụ máy tính điện tử đáp ứng đƣợc, 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 nƣớc, thiết kế các công trình cải tạo, dự báo và vận hành hệ thống thủy lợi. Mọi dự án phát triển tài nguyên nước trên thế giới hiện nay đều coi mô hình toán dòng chảy là một nội dung tính toán không thể thiếu. Tiếp theo đó, việc mô phỏng dòng chảy bằng các phƣơng trình thủy động lực đã tạo tiền đề giải bài toán truyền mặn khi kết hợp với phƣơng trình khuyếch tán. Cùng với phƣơng trình bảo toàn và phƣơng trình động lực của dòng chảy, còn có phƣơng trình khuyếch tán chất hoà tan trong dòng chảy cũng có thể cho phép - tuy ở mức độ kém tinh tế - mô phỏng cả sự diễn biến của vật chất hoà tan và trôi theo dòng chảy nhƣ nƣớc mặn xâm nhập vào vùng cửa sông, chất chua phèn lan truyền từ đất ra mạng lƣới kênh sông và các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp xả vào dòng nƣớc.
Luan van 7 Cụ thể hơn, vấn đề tính toán và nghiên cứu triều mặn bằng mô hình đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng 40-50 năm trở lại đây. Với thành tựu của khoa học và công nghệ đƣợc phát triển cực nhanh trong thời gian gần đây, công nghệ tin học, thủy lực học và thủy văn học hiện đại đã gặp lại nhau ở nhiều mặt, mặc dù chƣa phải là hoàn toàn đồng nhất. Các phƣơng pháp tính toán xâm nhập mặn đầu tiên thƣờng sử dụng bài toán một chiều khi kết hợp với hệ phƣơng trình Saint - Venant. Những mô hình mặn 1 chiều đã đƣợc xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1971).
Giả thiết cơ bản của các mô hình này là các đặc trƣng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang. Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhƣng kết quả áp dụng mô hình lại có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng đƣợc nhiều mục đích nghiên cứu và tính toán mặn. Ƣu thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế. Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phƣơng trình 3 chiều để diễn toán quá trình xâm nhập mặn nhƣng nhiều thông số không xác định đƣợc.
Hơn nữa mô hình 3 chiều yêu cầu lƣợng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong khi kiểm nghiệm nó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tƣơng 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 ƣu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực tế tốt hơn. Các nhà khoa học cũng thống nhất nhận định rằng, các mô hình 1 chiều thường hữu hiệu hơn các mô hình sông đơn và mô hình hai chiều.
Chúng có thể áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp gồm nhiều sông, kênh nối với nhau với cấu trúc bất kỳ. Dƣới đây thống kê một số mô hình xâm nhập mặn thông dụng trên thế giới đã đƣợc giới thiệu trong nhiều tài liệu tham khảo. Mô hình động lực cửa sông FWQA Mô hình FWQA thƣờng đƣợc đề cập đến trong các tài liệu là mô hình ORLOB theo tên gọi của Tiến sỹ Geral T. Mô hình đã đƣợc áp dụng trong nhiều vấn đề tính toán thực tế.
Mô hình giải hệ phƣơng trình Saint - Luan van 8 Venant kết hợp với phƣơng trình khuếch tán và có xét đến ảnh hƣởng của thủy triều thay vì bỏ qua nhƣ trong mô hình không có thủy triều. Mô hình đƣợc áp dụng đầu tiên cho đồng bằng Sacramento - San Josquin, Califorlia. Mô hình thời gian thủy triều của Lee và Harleman và của Thatcher và Harleman Lee và Harleman (1971) và sau đƣợc Thatcher và Harleman cải tiến đã đề ra một cách tiếp cận khác, xây dựng lời giải sai phân hữu hạn đối phƣơng trình bảo toàn mặn trong một sông đơn. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng để giải phƣơng trình khuếch tán là sơ đồ ẩn 6 điểm.
Mô hình cho kết quả tốt trong việc dự báo trạng thái phân phối mặn tức thời cả trên mô hình vật lý cũng nhƣ của sông thực tế. Mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Hà Lan) Một trong những thành quả mới nhất trong mô hình hoá xâm nhập mặn là mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Viện Thủy lực Hà Lan) đƣợc xây dựng trong khuôn khổ hợp tác với Ban Thƣ ký Uỷ ban sông Mê Công từ năm 1987. Mô hình MIKE 11 và POM (Viện Thủy lực Đan Mạch) Là mô hình thƣơng mại nổi tiếng thế giới do Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng. Đây thuộc lớp mô hình thủy lực và chất lƣợng nƣớc loại một chiều (trƣờng hợp riêng là xâm nhập mặn) một và hai chiều có độ tin cậy rất cao, thích ứng với các bài toán thực tế khác nhau.
Mô hình này đã đƣợc áp dụng rất phổ biến trên thế giới để tính toán, dự báo lũ, chất lƣợng nƣớc và xâm nhập mặn. Mô hình ISIS (Anh) Mô hình do các nhà thủy lực Anh xây dựng, thuộc lớp mô hình thủy lực một chiều kết hợp giải bài toán chất lƣợng nƣớc và có nhiều thuận lợi trong khai thác. Mô hình cũng đƣợc nhiều nƣớc sử dụng để tính toán xâm nhập mặn. Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code - US EPA) Mô hình đƣợc cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ (US EPA) phát triển từ năm 1980.
Là mô hình tổng hợp dùng để tính toán thủy lực kết hợp với tính toán Luan van 9 lan truyền chất 1,2,3 chiều. Mô hình có khả năng dự báo các quá trình dòng chảy, quá trình sinh, địa hoá và lan truyền mặn. Các nghiên cứu trong nước Việc nghiên cứu, tính toán xâm nhập mặn ở nƣớc ta đã đƣợc quan tâm từ những năm 1960 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 hƣởng 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 đƣợc chú ý nhiều hơn, đặc biệt là thời kỳ sau năm 1976.
Khởi đầu là các công trình nghiên cứu, tính toán của Ủy hội sông Mê Công (1973) về xác định ranh giới xâm nhập mặn theo phƣơng pháp thống kê trong hệ thống kênh rạch thuộc 9 vùng cửa sông thuộc đồng bằng sông Cửu Long. Các kết quả tính toán từ chuỗi số liệu thực đo đã lập nên bản đồ đẳng trị mặn với hai chỉ tiêu cơ bản 1 ‰ và 4 ‰ cho toàn khu vực đồng bằng trong các tháng mùa cạn từ tháng 12 đến tháng 4. Tiếp theo, nhiều báo cáo dƣới các hình thức công bố khác nhau đã xây dựng các bản đồ xâm nhập mặn từ số liệu cập nhật và xem xét nhiều khía cạnh tác động ảnh hƣởng các nhân tố địa hình, khí tƣợng thủy văn (KTTV) và tác động các hoạt động kinh tế đến xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Cửu Long. Việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu xâm nhập mặn ở nƣớc ta đƣợc đánh dấu vào năm 1980 khi bắt đầu triển khai dự án nghiên cứu xâm nhập mặn đồng bằng sông Cửu Long dƣới sự tài trợ của Ban Thƣ ký Uỷ ban sông Mê Công.
Trong khuôn khổ dự án này, một số mô hình tính xâm nhập triều, mặn đã đƣợc xây dựng nhƣ của Ban Thƣ ký sông Mê Công và một số cơ quan trong nƣớc nhƣ Viện Quy hoạch và Quản lý nƣớc, Viện Cơ học. Các mô hình này đã đƣợc 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 chƣơng trình của mô hình trên đã đƣợc phát triển thành một phần mềm hoàn chỉnh để cài đặt trong máy tính nhƣ một phần mềm chuyên dụng. Mô hình đã đựợc áp dụng thử nghiệm tốt tại Hà Lan và đã đƣợc triển khai áp dụng cho đồng bằng sông Cửu Long nƣớc ta.
Luan van 10 Thêm vào đó, một số nhà khoa học Việt Nam điển hình là Cố Giáo sƣ Nguyễn Nhƣ Khuê, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn, Trần Văn Phúc, Nguyễn Hữu Nhân. đã xây dựng thành công các mô hình thủy lực mạng sông kết hợp tính toán xâm nhập triều mặn nhƣ VRSAP, MEKSAL, FWQ87, SAL, SALMOD, HYDROGIS.