Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Tổng quan về khu vực nghiên cứu Chương 3: Cơ sở lý thuyết Telemac 2D Chương 4: Xây dựng mô hình bài toán xâm nhập mặn cho khu vực nghiên cứu với các kịch bản khác nhau và kết quả mô phỏng xâm nhập mặn. Chương 5: Kết luận và kiến nghị 7 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1 Nghiên cứu trong nước a. Phân tích mối quan hệ giữa lượng nước xả xuống sông Sài Gòn từ hồ Dầu Tiếng với hiệu quả đẩy mặn [11]: Bài báo này tác giả trình bày nghiên cứu về quản lý và phát triển bền vững hệ thống công trình Dầu Tiếng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, nhóm nghiên cứu bước đầu đã tiến hành ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng xâm nhập mặn hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai từ số liệu thực đo giai đoạn 2000 - 2006. Trên cơ sở đó, một số kịch bản có sự tham gia xả nước của các hồ Dầu Tiếng, Trị An, Phước Hoà và nước biển dâng để xả đẩy mặn trên sông Sài Gòn đã được tính toán.
Mục tiêu của bài toán là tối ưu hoá hiệu quả đẩy mặn với sự phối hợp xả nước từ các hồ thượng nguồn, phục vụ phát triển kinh tế vùng trọng điểm phía Nam. Bài báo đạt được: - Xâm nhập mặn trên sông Sài Gòn phụ thuộc vào các yếu tố chính như: mức độ sử dụng nước dọc theo sông, thuỷ triều (nước biển dâng) và đặc biệt là lưu lượng xả nước xuống hạ lưu từ các hồ thượng nguồn; - Hồ Dầu Tiếng tuy có lưu lượng xả kém hồ Trị An nhiều lần nhưng khả năng đóng góp vào việc đẩy mặn trên sông Sài Gòn lại rất lớn. Do vậy, trong việc xả nước đẩy mặn trên sông Sài Gòn, hồ Dầu Tiếng có thể là công cụ hữu hiệu để đối phó với nguy cơ xâm nhập mặn - Trong tương lai, nếu xảy ra trường hợp bất lợi như: nước biển dâng cao, hồ Dầu Tiếng không đủ nước để xả xuống sông Sài Gòn thì mặn có thể xâm nhập rất sâu trên sông Sài Gòn làm cho các nhà máy nước hiện tại trên sông Sài Gòn không thể hoạt động trong suốt mùa khô. Trong trường hợp này cần nghiên cứu để xác định vị trí đặt trạm bơm cấp nước thô cho các nhà máy tương lai hợp lý hoặc phải nghiên cứu các giải pháp công trình HL (như cống ngăn mặn.
Nối ghép mô hình một chiều trong sông với mô hình hai chiều ngang trên biển cho tính toán thủy lực và mặn đồng bằng sông Cửu Long khi kể tới biến đổi thượng lưu, khai thác trên đồng bằng và các điều kiện khí tượng thủy văn ngoài biển [13]: Báo cáo này trình bày một mô hình ghép nối mô hình thủy lực một chiều trong sông với mô hình 2 chiều ngang trên biển dùng trong tính toán dòng chảy chảy và mặn của các phương án quy hoạch, khai thác và sử dụng tài nguyên nước trên ĐBSCL khi kể tới biến đổi dòng chảy ở thượng lưu, sự phát triển của Đồng bằng và các thay đổi ngoài biển như gió chướng, nước dâng. Một sơ đồ cụ thể cho Đồng bằng và vùng cửa sông ĐBSCL đã được xây dựng và đã được tính thử cho điều kiện thực tháng 3-4/2004. Kết quả tính toán cho thấy mô hình đã phản ánh khá hợp lý bản chất vật lý của hiện tượng cần mô phỏng. Về mặt học thuật báo cáo giới thiệu cách xây dựng mới mô hình 2 chiều ngang trên biển bằng phương pháp phần tử hữu hạn lưới tam giác và cách sử dụng kết quả của mô hình chiều đã có với một số cải biên để có thể ghép nối được 2 mô hình với nhau theo điều kiện bảo toàn lưu lượng ở cửa sông.
Tính toán xâm nhập mặn hệ thống sông Đồng Nai [14]: Bài báo này nêu lên quá trình xâm nhập mặn ở hệ thống sông Đồng Nai phụ thuộc nhiều yếu tố và diễn biến khá phức tạp. Một trong những yếu tố quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nhiễm mặn của sông là chế độ thủy lực do công trình thủy điện Trị An gây ra. Vì thế cần phải nghiên cứu dự báo và điều khiển ranh giới mặn thông qua điều tiết nước ở thuỷ điện Trị An. Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu diễn biến xâm nhập mặn trên sông Đồng Nai bằng mô hình "Tính toán lũ và tải chất trong sông (mô hình MK4).
Kết quả tính toán mực nước bằng mô hình có biên độ hơi nhỏ hơn so với số liệu đo thực tế. Nhưng đặc biệt là có sự trùng pha và tương đồng khá tốt giữa kết quả tính toán bằng mô hình và số liệu đo. Qua xem xét quá trình nhiễm mặn hệ thống lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, nhận thấy chế độ nhiễm mặn của lưu vực khá nhạy cảm với chế độ thủy lực của sông, nhất là về mùa khô. Mà về mùa khô thì chế độ thủy lực của hệ thống sông này hoàn toàn phụ thuộc vào chế độ điều tiết của đập thủy điện Trị An.
Do 9 vậy, có thể dựa vào chế độ điều tiết của thủy điện Trị An để dự báo hoặc điều tiết chế độ nhiễm mặn của lưu vực sông Đồng Nai (về mùa khô) bằng mô hình MK4. Đánh giá và dự báo hình thái xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Trà khúc - sông Vệ [15]: Trong nghiên cứu này, mô hình thủy động lực học một chiều MIKE 11 kết hợp với mô hình truyền tải khuếch tán được áp dụng để đánh giá tình hình xâm nhập mặn ở hạ lưu sông Trà Khúc - sông Vệ thuộc tỉnh Quảng Ngãi, dự báo xâm nhập mặn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở dữ liệu năm 2002 và 2013, đây cũng là giai đoạn nền để so sánh đánh giá với kết quả tính toán cân bằng nước trên lưu vực sông Trà Khúc - sông Vệ giai đoạn hiện tại và tương lai và các kịch bản dự báo xâm nhập mặn vào các năm 2020 và 2030. Các trường hợp được tính toán theo 2 trường hợp cụ thể là: i) Hệ thống thủy lợi Thạch Nham lấy nước trong mùa khô để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và công nghiệp vùng hạ lưu sông Trà Khúc - sông Vệ; ii) Hệ thống thủy lợi Thạch Nham không lấy được nước phục vụ nông nghiệp và công nghiệp, toàn bộ lượng nước được trả lại dòng chính sông Trà Khúc.
Kết quả tính toán cho thấy Đập Thạch Nham lấy nước trên dòng chính sông Trà Khúc để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và công nghiệp khiến cho dòng chảy ngay sau hạ lưu đập gần như cạn kiệt. Đồng thời đây cũng là một yếu tố gây ảnh hưởng lớn nhất tới mức độ xâm nhập mặn vào sông Trà Khúc. Trong trường hợp khi đập Thạch Nham không lấy nước, độ mặn phía hạ lưu sông Trà Khúc giảm rất lớn, có vị trí giảm tới 13,9‰ đến 14,7‰. Hơn nữa, mức độ xâm nhập mặn với độ mặn trung bình lớn nhất 1‰ cũng giảm 3,5 km đến 3,9 km trên sông Trà Khúc.
Đây là vấn đề cần phải quan tâm đối với công tác vận hành công trình thủy lợi Thạch Nham. Ngoài ra, trong điều kiện biến đổi khí hậu đến năm 2030, mặn sẽ xâm nhập sâu vào trong hệ thống sông Trà Khúc - sông Vệ. Dự tính xâm nhập mặn trên các sông chính tỉnh Quảng Trị theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020 [16]: Mô hình MIKE 11 được áp dụng để dự báo tình hình xâm nhập mặn đến 2020, các điều kiện biên được kết hợp giữa việc dự báo tình hình sử dụng nước thượng nguồn, kết hợp với các kịch bản nước biển dâng. Kết quả mô phỏng bằng 10 mô hình cho thấy, đến năm 2020 mặn có thể xâm nhập khá sâu vào đồng bằng.
Điều đó sẽ đặt ra những thách thức cho các hoạt động canh tác cây nông nghiệp sử dụng nguồn nước tưới từ sông nhưng đồng thời cũng tạo ra thời cơ tăng diện tích sản xuất cho ngành nuôi trồng thủy sản nước lợ. Từ kết quả nghiên cứu đưa ra kết luận như sau: - Tính đến năm 2020, kể cả trong trường hợp bất lợi nhất, sự dâng nước biển do hiện tượng ấm lên toàn cầu chưa có ảnh hưởng đáng kể đến tình hình xâm mặn ở các khu vực sông chính tỉnh Quảng Trị. - Trong mùa kiệt, độ mặn tại một số vị trí lên cao, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng và khai thác vật liệu xây dựng. - Đánh giá được ranh mặn tại các vị trí cần nghiên cứu v.
Nghiên cứu dự báo mặn trên sông Sài Gòn [17]: Trong nghiên cứu này, tác giả đề cập đến: “ lượng nước yêu cầu xả từ hồ Dầu Tiếng đẩy mặn cho nhà máy nước Tân Hiệp chỉ được xác định theo định tính mà chưa có cơ sở tính toán cụ thể. Việc này có thể gây lãng phí về nguồn nước cũng như là kinh phí nếu xả nhiều hơn cần thiết và chất lượng nước không đạt khi xả quá ít ”. Do vậy, việc nghiên cứu dự báo và kiểm soát mặn trên sông Sài Gòn phục vụ cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp, nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nước xả của hồ Dầu Tiếng là cấp thiết của thực tế sản xuất. Kết quả chỉ ra rằng, nếu không xét đến biến đổi khí hậu làm mực nước dâng cao, nồng độ mặn trên hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai có xu hướng giảm dần vào năm 2020 do bên nhánh sông Đồng Nai các công trình thủy điện đã được hoàn tất làm gia tăng dòng chảy về hạ lưu.
Trên nhánh sông Sài Gòn tác động này vẫn còn nhưng nồng độ mặn giảm không nhiều do nguồn nước hồ Dầu Tiếng hầu như không thay đổi. Tuy nhiên, nếu thực sự biến đổi khí hậu làm mực nước biển dâng lên 30 cm so với hiện nay thì nồng độ mặn tại vùng hạ lưu tăng lên đáng kể. Nồng độ mặn tại Tân Hiệp sẽ vượt qua 0. Nếu dòng chảy thượng lưu như năm 2005 nồng độ mặn tại Tân Hiệp có thể lên tới 2.
Điều này cho thấy, nếu mực nước dâng cao sẽ làm xâm nhập mặn lấn sâu vào trong nội vùng. Giải pháp ngăn mặn cống Cái lớn Cái Bé: Gần đây, dự án Cái Lớn - Cái Bé giai đoạn một đã được phê duyệt và triển khai xây dựng, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2021. Dự án Cái Lớn - Cái Bé có tổng mức đầu tư trên 3.