ĐẶT VẤN ĐỀ Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là khu vực địa lý chứng kiến và hưởng thụ hệ quả các quá trình giải phóng toàn bộ năng lượng và khối lượng vật chất còn lại của sông MeKong trước khi nó tan biến vào biển để khép kín vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên. Hàng năm ĐBSCL gánh chịu lượng nước khoảng 520 tỷ m3 tập trung vào một số tháng mùa mưa, do vậy lũ lụt trong mùa mưa và xâm nhập mặn trong mùa khô là các hiện tượng không tách rời của ĐBSCL. Hiện nay con người vẫn chưa có giải pháp để hóa giải tính bất đối xứng mùa gay gắt của nguồn nước và vật chất của sông MeKong đem đến cho ĐBSCL. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu cùng với các hoạt động của con người trên lưu vực (nhất là các hoạt động phát triển hạ tầng thiếu khoa học, khai thác quá sức chịu đựng, phá hỏng cân bằng sinh thái.) đang gia tăng sự bất đối xứng này, do đó lũ lụt do sông Mekong gây ra tại ĐBSCL ngày càng khốc liệt và phức tạp thêm.
Tại vùng ngập lụt vùng ĐBSCL hệ thống đê bao, bờ bao ngăn lũ đã được xây dựng, đang tiếp tục bổ sung và sẽ tiếp tục hoàn thiện trong vài năm tới nhằm thực hiện chiến lược sống chung với lũ. Nhìn chung hệ thống đê bao, bờ bao đã mang lại hiệu quả về bảo vệ tài sản tính mạng, tài sản của nhân dân và phát triển sản xuất trong vùng ngập lũ Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, các phần mềm về mô hình toán thủy lực dòng chảy đã được nâng cấp một cách đáng kể nhằm hỗ trợ tính toán sự lan truyền của lũ, xây dựng bản đồ ngập lũ và dự báo xu hướng của lũ trong tương lai. Hiện nay, những đề tài ứng dụng mô hình toán thủy lực (ví dụ: MIKE, ISIS, Hydro- Gis.) đã được thực hiện khá nhiều trên phạm vi thế giới và Việt Nam. Ở ĐBSCL, mặc dù đã có khá nhiều mô hình toán thủy lực được phát triển.
Tuy vậy, những nghiên cứu trước đây chưa đi sâu vào các đặc tính thủy lực (lưu lượng và mực nước theo thời gian tại từng vị trí khác nhau) và động thái dòng chảy của khu vực. Ứng dụng mô hình Telemac2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Trang 14 Tổng hợp các vấn đề trên đề tài “Ứng dụng mô hình thủy lực TELEMAC-2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long” là cần thiết. Sử dụng mô hình thủy lực TELEMAC với ưu điểm là mô hình thủy lực rất mạnh, mã nguồn mở và là phần mềm hoàn toàn miễn phí. Đây là mô hình đang có xu hướng phát triển mạnh trong tương lai.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán số giải bài toán lan truyền lũ áp dụng cho vùng đồng bằng sông Cửu Long.
Đánh giá mức độ thay đổi các đặc tính thủy lực (lưu lượng và mực nước theo thời gian tại các vị trí khác nhau) ứng với các kịch bản: có đê bao, vỡ đê, các kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Về thời gian là mùa lũ (01/09 đến 30/09) với số liệu mô phỏng lũ năm 2013. Về không gian gồm toàn bộ lưu vực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long với diện tích khoảng 40 000 km2. Ứng dụng mô hình Telemac2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Trang 15 Hình 1.1: Phạm vi vùng nghiên cứu 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Phương pháp thống kê: Nhằm thu thập và xử lý số liệu khí tượng thủy văn, số liệu địa hình, mạng lưới kênh sông, các số liệu về thủy triều. Phương pháp kế thừa: Phương này được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu, xem xét, đánh giá và tận dụng các kết quả nghiên cứu đã có trước đây kể cả trong nước và ngoài nước.
Phương pháp ứng dụng mô hình toán: Phương pháp này được thực hiện trên cơ sở tận dụng tối đa sự phát triển của tin học trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển tài nguyên nước trong nước và trên thế giới, cụ thể là các mô hình toán mô phỏng. Trong luận văn sẽ ứng dụng mô hình Telemac2D để mô phỏng tác động hệ thống đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực của ĐBSCL. Telemac2D được phát triển bởi Phòng Thí Nghiệm Thủy Lực và Môi Trường Quốc Gia thuộc trung tâm quốc gia nghiên cứu Ứng dụng mô hình Telemac2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Trang 16 Thủy lực của Điện Lực Pháp. Hệ thống này trước đây khi sử dụng phải trả tiền như các mô hình thương mại khác nhưng gần đây đã trở thành nguồn mở và hoàn toàn miễn phí, là một công cụ rất mạnh được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực liên quan đến tài nguyên nước, môi trường, biến đổi khí hậu.5 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Các nghiên cứu hiện nay trong nước về sự tương tác giữa hệ thống đê bao, bờ bao và dòng lũ ở ĐBSCL bằng các mô hình thủy lực phổ biến hiện nay như mô hình HydroGis, Hec-Ras, MIKE11.
Tổng hợp các bài báo tiêu biểu sau: [1]”Động thái dòng chảy của vùng tứ giác Long Xuyên dƣới tác động của đê bao vùng lũ” của Nguyễn Thành Tựu, Văn Phạm Đăng Trí, và Nguyễn Hiếu Trung (Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ) năm 2013. Trong bài báo này mô hình thủy lực dòng chảy một chiều hệ thống sông vùng tứ giác Long Xuyên (ĐBSCL) được xây dựng trên HEC-RAS dựa vào số liệu có sẵn về mạng lưới sông mặt cắt ngang, điều kiện biên và mô hình cao độ số của năm 2000. Các kịch bản được xây dựng cho mô hình bao gồm: (i) Kịch bản dựa trên dữ liệu năm 2000 (không có đê bao); và, (ii) kịch bản dựa trên hệ thống đê bao khép kín năm 2011 có hiệu chỉnh cao trình nhằm đảm bảo ngăn lũ triệt để. Việc xây dựng các kịch bản nhằm mục đích đánh giá những ảnh hưởng có thể xảy ra của hệ thống đê bao khép kín lên khu vực nghiên cứu nếu sự kiện lũ xuất hiện năm 2000 xuất hiện trong tương lai.
Hơn nữa, thông qua mô hình, các đặc tính thủy lực và động thái dòng chảy đối với hai kịch bản được xác định, đây là một trong những cơ sở quan trọng phục vụ trong công tác quy hoạch thủy lợi và sử dụng đất nông nghiệp. Kết quả thu được từ việc nghiên cứu là nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu có liên quan trong tương lai và cung cấp công cụ hữu ích cho công tác quản lý nguồn nước. Ứng dụng mô hình Telemac2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Trang 17 [2] “Xây dựng cơ sở dữ liệu mực nƣớc vùng ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long nhằm đề xuất giải pháp khoa học xây dựng hệ thống đê bao” của GS. Trần Như Hối năm 2005.
Trong báo cáo chuyên đề này tác giả đã phân tích diễn biến trận lũ năm 2000 qua tài liệu thực đo. Và trên cơ sở phân tích dữ liệu thực đo năm 2000 mô phỏng thủy lực lũ trên mô hình dòng thủy lực dòng không ổn HydroGis. Từ đó phân tích đánh giá mực nước lũ cực đại hàng năm theo tần suất ở ĐBSCL. Và thuyết minh kết quả nghiên cứu hệ quả thủy lực của đê bao.
Bao gồm các mặt tích cực như sau: giảm vùng ngập lụt nằm trong đê bao, nhân dân và chính quyền địa phương chủ động hơn trong các hoạt động KT-XH-VH trong mùa mưa lũ. Tuy nhiên, các mặt tiêu cực trước mắt như sau: làm thay đổi chế độ thủy văn trong các sông chính, biên độ triều tăng lên ảnh hưởng của biển vào sâu hơn, tốc độ dòng chảy trong kênh tăng lên… nguy cơ xói thay đổi lòng dẫn tăng. Mực nước đỉnh lũ và đỉnh triều tăng lên đe dọa các đô thị lớn như Cần Thơ, Vĩnh Long, Mỹ Tho. Nguy cơ thiếu nước ngọt trong mùa kiết tăng.
[3] “Ảnh hƣởng của đê biển Gò Công – Vũng Tàu đến chế độ thủy lực hạ lƣu sông Sài Gòn – Đồng Nai “ của TS. Trong nghiên cứu này, chế độ thủy động lực học của vùng hạ lưu sông Sài Gòn -Đồng Nai đã được mô phỏng cho các kịch bản trước và sau khi có tuyến đê Gò Công - Vũng Tàu bằng việc sử dụng mô hình DEFLT3D kết hợp với mô hình MIKE 21 và MIKE 11. Kết quả tính toán cho thấy công trình đê biển sau khi xây dựng sẽ làm thay đổi chế độ dòng chảy ra vào cửa sông Soài Rạp, riêng khu vực Vũng Tàu có chịu ảnh hưởng nhưng không nhiều. Tuyến đê biển tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa vùng lòng hồ và vùng cửa sông Soài Rạp.
Các nghiên cứu ngoài nước: Qua việc tham khảo một số công trình nghiên cứu của các tác giả nước ngoài về đê bao đã chọn lọc được một số bài báo tiêu biểu để giới thiệu như sau: Ứng dụng mô hình Telemac2D nghiên cứu tác động đê bao phân vùng lên chế độ thủy lực trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Trang 18 [4] J. Effect of dyke construction on water dynamics in the flooding savannahs of Venezuela. Earth Surface Processes and Landforms, British Society for Geomorphology, 31: 81-96. Trong nghiên cứu này tác giả đánh giá tác động của đê bao lên vùng đầm lầy tại Venezuela.
Tác giả xây dựng mô hinh ngập lụt bằng mô hình cao độ số DEM được đo đạc thực địa với GPS. Sau thời gian lũ thì vùng hạ lưu của đê bao hoàn toàn khô cạn.Trong giai đoạn chuyển tiếp giữa mùa mưa và mùa khô thì tác động hệ thống đê bao lên dòng chảy rất lớn. Tác giả đưa đến kết luận xây dựng hệ thống đê bao làm ngăn cản dòng chảy tự nhiên và làm cho dòng chảy trở nên phức tạp. Hydraulic modelling and flood inundation mapping in a bedrockconfiend anabranching network: The Mekong River in the Siphandone wetlands, Laos.
Unpublished PhD thesis submitted to the Faculty of Engineering, Science and Mathematics, University of Southampton, England. Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng mô hình thủy lực HEC-RAS 1D mô phỏng bản đồ ngập lụt mạng lưới sông trong vùng đầm lầy Siphandone Lào. Nghiên cứu đã giúp phát triển phương pháp mô hình hóa mạng lưới sông phức tạp với điều kiện ràng buộc giới hạn về dữ liệu (các điều kiện biên).
