Luận văn thạc sĩ về quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Nghiên cứu xâm nhập mặn tại tỉnh Nam Định

• Tác giả: Sái Hồng Dương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Cao Đôn
• Trường học: Trường Đại học
• Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu Dự báo Xâm Nhập Mặn Nước Mặt Tỉnh Nam Định
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Tổng quan các nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đặc trưng khí hậu. Thủy triều và xâm nhập mặn. Các kịch bản biển đổi khí hậu - nước biển dâng
• 2.2. Đặc điểm địa hình
• 2.3. Mạng lưới sông ngòi
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN NƯỚC MẶT TỈNH NAM ĐỊNH
• 3.1. Giới thiệu mô hình
• 3.2. Bản ghi hiện trạng xâm nhập mặn tỉnh Nam Định
• 3.3. Ứng dụng mô hình MIKE11 tính toán dự báo xâm nhập mặn tỉnh Nam Định
• 3.4. Kết quả tính toán ứng với các phương án
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về xâm nhập mặn

Hiện tượng xâm nhập mặn là một vấn đề nghiêm trọng ở các khu vực ven biển, đặc biệt là tại tỉnh Nam Định. Nghiên cứu cho thấy, xâm nhập mặn không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước ngọt mà còn tác động đến đời sống kinh tế - xã hội của người dân. Việc hiểu rõ quy luật của xâm nhập mặn sẽ giúp các cơ quan chức năng có biện pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn. Theo tài liệu quan trắc, mức độ xâm nhập mặn tại các con sông lớn ngày càng gia tăng, đặc biệt trong mùa khô. Để giải quyết vấn đề này, cần có các nghiên cứu sâu hơn về biến đổi khí hậu và tác động của nó đến quản lý tài nguyên nước. Có thể thấy rằng việc nghiên cứu xâm nhập mặn không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có những ứng dụng thực tiễn rất lớn trong việc bảo vệ và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên nước.

1.1. Các nghiên cứu quốc tế

Nhiều quốc gia trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu về xâm nhập mặn nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả. Các nghiên cứu này thường sử dụng mô hình toán học để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn. Ví dụ, mô hình MIKE 11 đã được áp dụng rộng rãi để dự báo và quản lý nguồn nước ở nhiều khu vực. Những nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quy trình xâm nhập mặn mà còn cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc lập kế hoạch khai thác và bảo vệ tài nguyên nước. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong nghiên cứu xâm nhập mặn sẽ góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước tại Nam Định.

II. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu

Vùng nghiên cứu tại Nam Định có nhiều đặc điểm tự nhiên ảnh hưởng đến xâm nhập mặn. Địa hình chủ yếu là đồng bằng thấp trũng, có nhiều sông lớn như sông Hồng, sông Ninh Cơ và sông Đáy. Khí hậu ở đây là khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.800 mm, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển nông nghiệp nhưng cũng làm gia tăng nguy cơ xâm nhập mặn trong mùa khô. Đặc biệt, việc biến đổi khí hậu khiến mực nước biển dâng cao, làm cho xâm nhập mặn ngày càng sâu vào đất liền. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá tác động của xâm nhập mặn đến nguồn nước và đời sống của người dân là rất cần thiết.

2.1. Tình trạng xâm nhập mặn hiện nay

Theo số liệu quan trắc, tình trạng xâm nhập mặn tại các con sông lớn ở Nam Định đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Mùa khô là thời điểm mà xâm nhập mặn đạt đỉnh điểm, với chiều sâu xâm nhập có thể lên đến 40 km từ cửa biển. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước ngọt mà còn tác động xấu đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Các giải pháp quản lý tài nguyên nước cần được áp dụng để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn, bao gồm việc xây dựng các công trình thủy lợi và quy hoạch sử dụng nước hợp lý.

III. Giải pháp quản lý tài nguyên nước

Để đối phó với tình trạng xâm nhập mặn tại Nam Định, các giải pháp quản lý tài nguyên nước cần được triển khai một cách đồng bộ. Một trong những giải pháp quan trọng là xây dựng quy hoạch tài nguyên nước, bao gồm việc xác định rõ các vùng ảnh hưởng của xâm nhập mặn và đề xuất các biện pháp bảo vệ nguồn nước. Bên cạnh đó, việc nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước cũng rất cần thiết. Các cơ quan chức năng cần phối hợp chặt chẽ trong việc thực hiện các giải pháp này để đảm bảo nguồn nước ngọt cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp.

3.1. Quy hoạch tài nguyên nước

Quy hoạch tài nguyên nước tại Nam Định cần được xây dựng dựa trên các nghiên cứu về xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu. Việc xác định các khu vực dễ bị tổn thương do xâm nhập mặn sẽ giúp các nhà quản lý có những quyết định đúng đắn trong việc sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước. Các giải pháp như xây dựng hệ thống kênh mương và điều tiết nguồn nước cũng cần được xem xét để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn đến nguồn nước ngọt trong khu vực.

Tổng quan nghiên cứu

Xâm nhập mặn là một trong những thách thức nghiêm trọng đối với các vùng ven biển, đặc biệt là các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ như Nam Định. Theo số liệu quan trắc từ Trung tâm Thủy lợi, Môi trường ven biển và Hải đảo, chiều dài xâm nhập mặn trung bình với độ mặn 1‰ trên các sông lớn của tỉnh Nam Định như sông Hồng, sông Ninh Cơ và sông Đáy dao động từ 24 đến 28 km, có thời điểm xâm nhập sâu đến 37 km. Hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước ngọt phục vụ sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và thủy sản, đặc biệt trong mùa khô khi lưu lượng nước thượng nguồn giảm mạnh. Mục tiêu nghiên cứu là dự báo diễn biến xâm nhập mặn nước mặt tỉnh Nam Định trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, khai thác và sử dụng tài nguyên nước hiệu quả, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình, đặc biệt là các phân lưu sông Hồng chảy qua Nam Định, trong khoảng thời gian mùa kiệt từ tháng 12/2002 đến tháng 5/2003, đại diện cho các điều kiện thủy văn và thủy triều điển hình. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp các kịch bản dự báo xâm nhập mặn, giúp các cơ quan quản lý và người dân chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy động lực học, trong đó hệ phương trình Saint-Venant được sử dụng để mô phỏng dòng chảy một chiều trong hệ thống sông ngòi. Mô hình MIKE 11, một công cụ mô phỏng thủy lực và chất lượng nước một chiều, được áp dụng để tính toán và dự báo xâm nhập mặn. Các khái niệm chính bao gồm:

• Xâm nhập mặn: Quá trình nước biển mặn xâm nhập vào vùng nước ngọt trong hệ thống sông, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sử dụng nước.
• Thủy triều nhật triều: Chế độ thủy triều chủ yếu tại vùng biển Bắc Bộ, với hai đỉnh triều trong một ngày, ảnh hưởng đến mức độ xâm nhập mặn.
• Biến đổi khí hậu và nước biển dâng: Tác động làm tăng mực nước biển, thay đổi chế độ thủy văn và làm sâu thêm hiện tượng xâm nhập mặn.
• Lưu lượng nước thượng nguồn: Lượng nước ngọt từ thượng nguồn đổ về hạ lưu, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng đẩy lùi xâm nhập mặn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu quan trắc thủy văn, thủy triều và độ mặn từ các trạm thủy văn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình, đặc biệt tại trạm Sơn Tây với chuỗi số liệu hơn 40 năm (1956-2007). Cỡ mẫu dữ liệu được chọn đại diện cho mùa kiệt năm 2002-2003, đảm bảo bao phủ các điều kiện triều cường, triều trung bình và triều kém. Phương pháp chọn mẫu là lấy dữ liệu liên tục trong khoảng thời gian này để mô phỏng chính xác diễn biến xâm nhập mặn.

Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp hồi quy nhiễu biến để hoàn nguyên quá trình dòng chảy, kết hợp mô hình toán MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy và truyền mặn. Các kịch bản tính toán được xây dựng dựa trên ba nhóm phương án chính: biến đổi lưu lượng nước thượng nguồn, ảnh hưởng của thủy triều và tác động của biến đổi khí hậu cùng nước biển dâng. Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng một năm, từ thu thập số liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng đến phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chiều dài xâm nhập mặn sâu nhất: Trong tháng 1/2006, độ mặn 1‰ đã xâm nhập sâu đến 37 km trên sông Ninh Cơ, 26 km trên sông Hồng và 18 km trên sông Đáy, vượt mức trung bình nhiều năm (24-28 km). Điều này cho thấy mức độ xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng trong mùa kiệt.

2. Ảnh hưởng của lưu lượng nước thượng nguồn: Các kịch bản với lưu lượng kiệt tại trạm Sơn Tây lần lượt là 1100 m³/s (P=75%), 1150 m³/s (P=80%) và 1200 m³/s (P=85%) cho thấy lưu lượng giảm làm tăng chiều dài xâm nhập mặn trung bình lên đến 15-20% so với điều kiện bình thường.

3. Tác động của thủy triều: Mức độ xâm nhập mặn thay đổi theo chu kỳ thủy triều nhật triều, với triều cường làm tăng độ mặn và chiều dài xâm nhập mặn lên đến 30% so với triều kém. Đỉnh mặn thường xuất hiện sau đỉnh triều khoảng 1 giờ.

4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng: Mực nước biển dâng trung bình khoảng 3 mm/năm tại vùng biển Bắc Bộ làm tăng chiều dài xâm nhập mặn thêm khoảng 5-10% trong các kịch bản mô phỏng, đồng thời làm tăng độ mặn trung bình trong sông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng xâm nhập mặn là do lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn giảm trong mùa kiệt, kết hợp với tác động của thủy triều và nước biển dâng do biến đổi khí hậu. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng bằng mô hình MIKE 11 cho thấy độ chính xác cao hơn trong việc dự báo diễn biến xâm nhập mặn, phù hợp với số liệu quan trắc thực tế. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước thượng nguồn và chiều dài xâm nhập mặn cho thấy xu hướng tăng chiều dài xâm nhập mặn khi lưu lượng giảm, minh họa rõ ràng tác động của việc điều tiết nước từ các hồ chứa. Bảng số liệu so sánh các kịch bản thủy triều cũng làm nổi bật sự biến động theo chu kỳ triều, giúp xác định thời điểm lấy nước hợp lý. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc lập kế hoạch khai thác nước, bảo vệ nguồn nước ngọt và phát triển bền vững kinh tế - xã hội tỉnh Nam Định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường quản lý và điều tiết lưu lượng nước thượng nguồn: Chủ động điều phối xả nước từ các hồ chứa như Hòa Bình, Sơn La để duy trì lưu lượng tối thiểu 1150 m³/s trong mùa kiệt, giảm thiểu xâm nhập mặn sâu vào nội địa. Thời gian thực hiện: ngay trong các mùa kiệt hàng năm. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý hồ chứa và Sở Tài nguyên và Môi trường.

2. Xây dựng hệ thống cảnh báo và dự báo xâm nhập mặn: Ứng dụng mô hình MIKE 11 để dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo thời gian thực, cung cấp thông tin kịp thời cho các địa phương và người dân. Thời gian triển khai: trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Thủy lợi và Môi trường ven biển.

3. Tối ưu hóa thời điểm và phương thức lấy nước: Dựa trên dự báo thủy triều và xâm nhập mặn, điều chỉnh thời gian mở cống lấy nước để tránh lấy nước khi độ mặn vượt ngưỡng cho phép, bảo vệ năng suất cây trồng và nuôi trồng thủy sản. Thời gian áp dụng: ngay trong các vụ sản xuất. Chủ thể thực hiện: Các đơn vị thủy lợi địa phương.

4. Phát triển các công trình ngăn mặn và cải tạo hệ thống đê điều: Nâng cấp, xây dựng các cống ngăn mặn, đê biển nhằm hạn chế xâm nhập mặn vào vùng nội đồng, đặc biệt tại các vùng ven biển huyện Giao Thủy, Hải Hậu và Nghĩa Hưng. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, UBND tỉnh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả dự báo để xây dựng chính sách quản lý nguồn nước, điều tiết lưu lượng và phòng chống xâm nhập mặn hiệu quả.

2. Các đơn vị thủy lợi và nông nghiệp địa phương: Áp dụng các giải pháp lấy nước hợp lý, điều chỉnh lịch sản xuất phù hợp với diễn biến xâm nhập mặn nhằm giảm thiểu thiệt hại.

3. Nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy lực và xâm nhập mặn, ứng dụng mô hình MIKE 11 trong nghiên cứu và giảng dạy.

4. Người dân và doanh nghiệp vùng ven biển: Nắm bắt thông tin dự báo xâm nhập mặn để chủ động trong sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và bảo vệ nguồn nước sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

1. Xâm nhập mặn là gì và tại sao nó lại nghiêm trọng ở Nam Định?
   Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển mặn xâm nhập vào vùng nước ngọt trong hệ thống sông, làm giảm chất lượng nước. Ở Nam Định, do vị trí ven biển và lưu lượng nước thượng nguồn giảm trong mùa kiệt, xâm nhập mặn ảnh hưởng lớn đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

2. Mô hình MIKE 11 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều dùng để mô phỏng dòng chảy và truyền mặn trong sông. Nghiên cứu sử dụng mô hình này để dự báo chiều dài và mức độ xâm nhập mặn theo các kịch bản lưu lượng nước, thủy triều và biến đổi khí hậu.

3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng ra sao đến xâm nhập mặn?
   Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ và mực nước biển dâng, khiến nước biển xâm nhập sâu hơn vào nội địa, làm tăng độ mặn trong sông và gây khó khăn cho việc khai thác nước ngọt.

4. Làm thế nào để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn?
   Có thể giảm thiểu bằng cách điều tiết lưu lượng nước thượng nguồn, xây dựng hệ thống cống ngăn mặn, tối ưu hóa thời điểm lấy nước dựa trên dự báo xâm nhập mặn và thủy triều.

5. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
   Kết quả giúp các cơ quan quản lý và người dân dự báo và chủ động ứng phó với xâm nhập mặn, từ đó bảo vệ nguồn nước, nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và phát triển bền vững vùng ven biển.

Kết luận

• Xâm nhập mặn tại tỉnh Nam Định ngày càng sâu và nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa kiệt với chiều dài xâm nhập mặn trung bình từ 24 đến 37 km.
• Lưu lượng nước thượng nguồn giảm, thủy triều và biến đổi khí hậu là các yếu tố chính ảnh hưởng đến diễn biến xâm nhập mặn.
• Mô hình MIKE 11 cho phép dự báo chính xác diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản lưu lượng và thủy triều, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước hiệu quả.
• Đề xuất các giải pháp điều tiết nước, xây dựng hệ thống cảnh báo và công trình ngăn mặn nhằm giảm thiểu tác động xâm nhập mặn.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho các bước tiếp theo trong quản lý và phát triển bền vững tài nguyên nước tỉnh Nam Định, khuyến khích áp dụng mô hình trong các vùng ven biển khác.

Hành động tiếp theo: Triển khai hệ thống dự báo xâm nhập mặn theo thời gian thực và xây dựng kế hoạch điều tiết nước thượng nguồn phù hợp nhằm bảo vệ nguồn nước ngọt cho tỉnh Nam Định.