Xây dựng phương án dự báo xâm nhập mặn trên các sông chính của tỉnh Bến Tre

Bến Tre nằm ở hạ lưu sông Tiền, sông Ba Lai, sông Hàm Luông và sông Cổ Chiên, với 65km bờ biển. Vị trí này tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế biển, nhưng cũng khiến Bến Tre dễ bị tổn thương bởi xâm nhập mặn. Bốn con sông chính chia Bến Tre thành ba cù lao lớn, đồng thời là nguồn cung cấp nước quan trọng cho sản xuất và sinh hoạt. Tuy nhiên, vào mùa khô, độ mặn xâm nhập sâu vào các sông, ảnh hưởng đến nông nghiệp Bến Tre và nuôi trồng thủy sản Bến Tre . Theo Nghị quyết số 856/NQ-UBTVQH14, tỉnh Bến Tre có 09 đơn vị hành chính, bao gồm 01 thành phố Bến Tre và 08 huyện.

Địa hình Bến Tre tương đối bằng phẳng, với độ cao trung bình từ 1-2m. Địa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam. 6,7% diện tích là vùng ngập nước do ảnh hưởng triều dâng. Thổ nhưỡng chủ yếu là đất phù sa và đất mặn. Địa hình này, kết hợp với mạng lưới sông rạch chằng chịt, tạo điều kiện thuận lợi cho xâm nhập mặn lan rộng. Triều cường gây ngập úng cục bộ, sạt lở đê bao và xâm nhập mặn Bến Tre về mùa khô gây thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là vườn cây ăn trái. Bên cạnh đó, tình trạng sạt lở đất bờ sông đang tiếp diễn và có nguy cơ ngày càng gia tăng, ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả của các công trình thủy lợi đã đầu tư.

Vào mùa khô, các sông trên địa bàn tỉnh thường xuyên bị nhiễm mặn. Ảnh hưởng đến dân sinh và sản xuất từ tháng 02, độ mặn 4 0/00 xâm nhập cách cửa sông trung bình 40 – 50km. Đặc biệt, mùa khô 2015 – 2016 và 2019 – 2020, độ mặn 1- 4 0/00 bao phủ toàn tỉnh, độ mặn 4 0/00 xâm nhập sâu 50 – 90km trên các sông chính, xâm nhập mặn kéo dài gây thiệt hại nặng nề đến kinh tế, xã hội ở tỉnh. Theo số liệu thống kê, hạn hán và xâm nhập mặn mùa khô năm 2015 -2016 đã gây thiệt hại thiệt hại khoảng 1.800 tỷ đồng.

Các nghiên cứu về xâm nhập mặn đã được thực hiện rộng rãi, cả trong và ngoài nước. Tuy nhiên, các nghiên cứu cụ thể về xâm nhập mặn Bến Tre vẫn còn hạn chế. Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào mô phỏng và dự báo xâm nhập mặn dựa trên các mô hình toán học. Các nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc xây dựng các giải pháp ứng phó với xâm nhập mặn. Các nghiên cứu xâm nhập mặn ngoài nước sử dụng các mô hình tiên tiến. Các nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước tập trung vào các giải pháp ứng phó. Các nghiên cứu xâm nhập mặn ở Bến Tre còn hạn chế.

Mô hình MIKE 11 dựa trên các phương trình Saint-Venant, mô tả dòng chảy không ổn định trong kênh hở. Mô hình sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải các phương trình này. Mô hình MIKE 11 gồm các phương trình, và phương pháp giải của mô hình MIKE 11 được nêu chi tiết. MIKE 11 được sử dụng rộng rãi do khả năng mô phỏng dòng chảy và lan truyền chất ô nhiễm trong hệ thống sông.

Luận văn sử dụng dữ liệu từ các trạm khí tượng, thủy văn và quan trắc độ mặn trên địa bàn tỉnh Bến Tre. Dữ liệu bao gồm mực nước, lưu lượng, độ mặn, lượng mưa và nhiệt độ. Quy trình dự báo xâm nhập mặn bao gồm các bước: thu thập dữ liệu, tiền xử lý dữ liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, dự báo xâm nhập mặn và đánh giá kết quả dự báo. Luận văn cũng định nghĩa xâm nhập mặn. Nội dung dự báo xâm nhập mặn gồm phạm vi, độ sâu xâm nhập. Tần suất ban hành bản tin dự báo, cảnh báo xâm nhập mặn là hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng.

Mô đun MIKE 11 HD (Hydrodynamic) được hiệu chỉnh bằng cách điều chỉnh các tham số như hệ số Manning và hệ số tổn thất cục bộ. Quá trình hiệu chỉnh nhằm đảm bảo rằng mô hình có thể mô phỏng chính xác mực nước và lưu lượng trong hệ thống sông. Hiệu chỉnh được thực hiện bằng các biểu đồ giá trị R2, NSE và RMSE. Kết quả cho thấy mô hình MIKE 11 HD có khả năng mô phỏng tốt mực nước và lưu lượng.

Mô đun MIKE 11 AD (Advection-Dispersion) được hiệu chỉnh bằng cách điều chỉnh các tham số như hệ số khuếch tán và hệ số phân tán. Quá trình hiệu chỉnh nhằm đảm bảo rằng mô hình có thể mô phỏng chính xác quá trình lan truyền độ mặn. So sánh độ mặn lớn nhất tính toán và thực đo tại các trạm. So sánh kết khoảng cách xâm nhập mặn sâu nhất tính toán và thực đo tại các trạm. Kết quả cho thấy mô hình MIKE 11 AD có khả năng mô phỏng tốt quá trình lan truyền độ mặn.

Dự báo ngắn hạn xâm nhập mặn cung cấp thông tin chi tiết về độ mặn và phạm vi xâm nhập mặn trong vòng 10 ngày tới. Thông tin này giúp người dân và chính quyền địa phương có kế hoạch ứng phó kịp thời, như điều chỉnh lịch tưới tiêu và chuyển đổi cây trồng. Luận văn đề xuất bảng dự báo các trạm sông Mê Kông, và bảng mực nước thực đo tại các trạm trên sông Mê Kông. So sánh độ mặn lớn nhất dự báo và thực đo tại các trạm.

Dự báo trung hạn (tháng) và dài hạn (mùa) cung cấp thông tin tổng quan về xu hướng xâm nhập mặn trong thời gian dài hơn. Thông tin này giúp chính quyền địa phương xây dựng các kế hoạch dài hạn để ứng phó với xâm nhập mặn, như đầu tư vào các công trình thủy lợi và khuyến khích chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Luận văn đề xuất dự báo thời hạn tháng (03/2022). Dự báo thời hạn mùa (01-06/2022). So sánh độ mặn lớn nhất dự báo và thực đo tại các trạm.

Phương án dự báo xâm nhập mặn được xây dựng trong luận văn có nhiều ưu điểm so với các phương pháp dự báo truyền thống. Phương án dự báo cung cấp thông tin chi tiết và chính xác, giúp người dân và chính quyền địa phương có kế hoạch ứng phó kịp thời. Phương án này cũng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp ứng phó xâm nhập mặn.

Để nâng cao hiệu quả của công tác dự báo xâm nhập mặn, luận văn đề xuất một số kiến nghị: (1) Cần tăng cường đầu tư vào hệ thống quan trắc khí tượng, thủy văn và độ mặn; (2) Cần cải thiện chất lượng dữ liệu và quy trình xử lý dữ liệu; (3) Cần phát triển các mô hình dự báo xâm nhập mặn tiên tiến hơn; (4) Cần tăng cường sự phối hợp giữa các cơ quan liên quan trong công tác dự báo xâm nhập mặn. Cần tăng cường công tác tuyên truyền và phổ biến thông tin về xâm nhập mặn cho người dân.