Tài liệu Nghiên cứu đánh giá tác động của xâm nhập mặn đến nhiệm vụ cấp nước và đề xuất các giải pháp giảm mặn, cấp nước vùng bắc sông mã có xét đến biến đổi khí hậu, nước biển dâng

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian dài thực hiện, luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước với đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tác động của xâm nhập mặn đến nhiệm vụ cấp nước và đề xuất các giải pháp giảm mặn, cấp nước vùng Bắc sông Mã có xét đến Biến đổi khí hậu, nước biển dâng” đã được hoàn thành. Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS.Nguyễn Văn Tuấn - Viện Quy hoạch Thủy lợi và PGS.TS.Nguyễn Tuấn Anh - Trường Đại học Thủy lợi đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp những tài liệu, những thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành Luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy giáo, cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong quá trình học tập. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ, cung cấp các tài liệu cần thiết và đóng góp ý kiến cho tác giả hoàn thành luận văn. Tuy nhiên đề tài có khối lượng tính toán lớn nên còn một số tồn tại, thiếu sót. Tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và của đồng nghiệp. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn tấm lòng của những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Nguyên Hoàn BẢN CAM KẾT Tên tác giả: Nguyễn Nguyên Hoàn Học viên cao học: Lớp CH20Q11 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Tuấn PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá tác động của xâm nhập mặn đến nhiệm vụ cấp nước và đề xuất các giải pháp giảm mặn, cấp nước vùng Bắc sông Mã có xét đến Biến đổi khí hậu, nước biển dâng. Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để làm cơ sở nghiên cứu. Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó. Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2014 Tác giả Nguyễn Nguyên Hoàn MỤC LỤC MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................................4 1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..........................................................4 1.2. Đánh giá nhận xét và đưa ra bài học kinh nghiệm trong việc tiếp cận đề tài ......6 CHƯƠNG II: KHÁI QUÁT VÙNG NGHIÊN CỨU.................................................7 2.1. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu ....................................................................7 2.1.1. Giới hạn vùng nghiên cứu.................................................................................7 2.1.2. Đặc điểm tự nhiên .............................................................................................7 2.1.3. Đặc điểm khí hậu ............................................................................................10 2.1.4. Dòng chảy năm ...............................................................................................12 2.1.5. Thủy triều ........................................................................................................13 2.2. Hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng nghiên cứu ...............13 2.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội ..............................................................13 2.2.2. Định hướng phát triển kinh tế - xã hội ............................................................18 2.3. Hiện trạng công trình cấp nước và ngăn mặn vùng nghiên cứu ........................21 2.3.1. Hiện trạng công trình cấp nước.......................................................................21 2.3.2. Hiện trạng công trình ngăn mặn......................................................................30 2.4. Những thuận lợi và thách thức đối với vấn đề cấp nước vùng nghiên cứu .......31 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN VÙNG BẮC SÔNG MÃ .......................................................................................................32 3.1. Tình hình xâm nhập mặn trên các cửa sông vùng Bắc sông Mã .......................32 3.2. Tác động của xâm nhập mặn đến hoạt động cấp nước ......................................37 3.3. Những nhân tố tác động đến vấn đề xâm nhập mặn trong khu vực...................39 3.3.1. Thủy triều ........................................................................................................39 3.3.2. Lưu lượng dòng chảy mùa kiệt .......................................................................40 3.3.3. Khai thác sử dụng nước trên lưu vực ..............................................................42 CHƯƠNG IV: DỰ BÁO TÁC ĐỘNG CỦA XÂM NHẬP MẶN ĐẾN NHIỆM VỤ CẤP NƯỚC VÙNG BẮC SÔNG MÃ .....................................................................43 4.1. Ứng dụng mô hình Mike 11 mô tả diễn biễn xâm nhập mặn trên hệ thống sông Mã..............................................................................................................................43 4.1.1. Giới thiệu về mô hình Mike 11 .......................................................................43 4.1.2. Thiết lập sơ đồ mạng sông ..............................................................................44 4.1.2. Xác định điều kiện biên, điều kiện ban đầu của mô hình ...............................45 4.1.4. Phương pháp tính toán ....................................................................................48 4.1.5. Chạy hiệu chỉnh mô hình ................................................................................49 4.1.6. Chạy kiểm định mô hình .................................................................................52 4.2. Dự báo diễn biễn xâm nhập mặn theo các kịch bản...........................................54 4.2.1. Cơ sở lựa chọn kịch bản tính toán..................................................................54 4.2.2. Lựa chọn kịch bản tính toán............................................................................64 4.2.3. Dự báo diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản........................................65 4.3. Đánh giá tác động xâm nhập mặn đến vấn đề cấp nước vùng Bắc sông Mã.....67 CHƯƠNG V: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM MẶN, NGĂN MẶN,CẤP NƯỚC..74 5.1. Giải pháp công trình...........................................................................................74 5.1.1. Xây dựng hồ chứa điều tiết thượng nguồn......................................................74 5.1.2. Xây dựng công trình ngăn mặn, giữ ngọt phía cửa sông ................................80 5.1.3. Hoàn thiện hệ thống cấp nước.........................................................................82 5.2. Giải pháp phi công trình.....................................................................................84 5.2.1. Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa thượng nguồn..............................84 5.2.2. Xây dựng chế độ điều tiết hợp lý cho các hệ thống cống ngăn mặn ..............84 5.2.3. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng hợp lý đối với vùng đất nhiễm mặn .................84 5.2.4. Trồng và bảo vệ rừng ......................................................................................85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................86 I. KẾT LUẬN............................................................................................................86 II. KIẾN NGHỊ..........................................................................................................87 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................88 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Phạm vi vùng Bắc sông Mã .............................................................................. 8 Hình 3.1: Xu thế biến đổi nước trung bình năm tại các trạm thuỷ văn trên sông Mã ... 41 Hình 3.2: Xu thế biến đổi nước nhỏ nhất năm tại các trạm thuỷ văn trên sông Mã 41 Hình 4.1: Sơ đồ mạng hệ thống sông Mã..................................................................44 Hình 4.2: Đường quá trình mặn tính toán hiệu chỉnh và thực đo tại Phà Thắm trên sông Lèn ....................................................................................................................51 Hình 4.3: Đường quá trình mặn tính toán hiệu chỉnh và thực đo tại Hàm Rồng trên sông Mã .....................................................................................................................51 Hình 4.4: Đường quá trình mặn tính toán hiệu chỉnh và thực đo tại Nguyệt Viên trên sông Mã .....................................................................................................................51 Hình 4.5: Đường quá trình mặn tính toán kiểm định mô hình và thực đo tại Hàm Rồng trên sông Mã ....................................................................................................52 Hình 4.6: Đường quá trình mặn tính toán kiểm định mô hình và thực đo tại Hoằng Hà trên sông Lạch Trường ........................................................................................53 Hình 4.7: Đường ranh giới mặn 1‰, 4‰ trên các hệ thống sông - Kịch bản 2 .......73 Hình 5.1: Vị trí tuyến xây dựng đập Lèn ..................................................................80 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Đặc trưng khí hậu tại trạm Thanh Hóa - Thời kỳ 1960-2010 ..................11 Bảng 2.2: Phân phối lượng mưa trung bình tháng năm thực đo tại các trạm ...........12 Bảng 2.3: Mực nước trung bình, max tháng, năm tại trạm Cụ Thôn và Lạch Sung.13 Bảng 2.4: Mực nước trung bình và thấp nhất các tháng tại Cụ Thôn (1964-2010) ..13 Bảng 2.5: Cơ cấu kinh tế vùng Bắc sông Mã – năm 2012........................................14 Bảng 2.6: Dân số các thời kỳ trong vùng nghiên cứu...............................................18 Bảng 2.7: Dự báo cơ cấu kinh tế các huyện trong vùng nghiên cứu các giai đoạn ..19 Bảng 2.8: Dự kiến sử dụng đất vùng Bắc sông Mã đến năm 2020...........................19 Bảng 2.9: Dự kiến diện tích gieo trồng một số loại cây chính đến 2020..................20 Bảng 2.10: Tổng hợp hiện trạng cấp nước tưới vùng 1 ............................................23 Bảng 2.11: Tổng hợp hiện trạng cấp nước tưới tiểu vùng 2-2..................................25 Bảng 2.12: Tổng hợp hiện trạng cấp nước tưới vùng 3 ............................................28 Bảng 2.13: Tổng hợp công trình tưới các vùng ........................................................29 Bảng 3.1: Độ mặn thực đo từ ngày 2-16/IV/2003 tại một số vị trí trên sông Mã.....32 Bảng 3.2: Độ mặn thực đo từ 20-27/III/2010 tại các vị trí hạ du sông Mã...............33 Bảng 3.3: Mực nước triều lớn nhất, nhỏ nhất thực đo từ 11÷23 tháng 3 năm 2012.34 Bảng 3.4: Nồng độ mặn lớn nhất, nhỏ nhất (từ ngày 11÷23 tháng III năm 2012) ...35 Bảng 3.5: Đặc trưng độ mặn (‰) trên sông mã, sông lạch trường, sông Lèn trong thời kỳ điều tra năm 2011, 2012 và TBNN...............................................................35 Bảng 3.6: Thống kê các công trình cấp nước nông nghiệp bị ảnh hưởng mặn.........37 Bảng 3.7: Biên độ triều lên và triều xuống tại các trạm (cm) ...................................39 Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ bản của các biên gia nhập khu giữa sông Mã ........................45 Bảng 4.2: Chỉ tiêu cơ bản của các vị trí lấy nước dọc sông......................................46 Bảng 4.3: Địa hình lòng dẫn mạng sông Mã.............................................................47 Bảng 4.4: Kết quả mực nước thực đo và tính toán hiệu chỉnh..................................49 Bảng 4.5: Kết quả nồng độ mặn thực đo và tính toán hiệu chỉnh.............................50 Bảng 4.6: Kết quả nồng độ mặn thực đo và tính toán kiểm định mô hình ...............52 Bảng 4.7: Thông số nhám các sông trong hệ thống sông Mã ........................................54 Bảng 4.8: Thông số tải khuếch tán các sông trong hệ thống sông Mã ..........................54 Bảng 4.9: Mức tăng nhiệt độ trung bình (oC) so với thời kỳ 1980 - 1999 ở vùng Bắc Trung bộ theo kịch bản phát thải trung bình (B2).....................................................55 Bảng 4.10: Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980 - 1999 ở vùng Bắc Trung bộ theo kịch bản phát thải trung bình (B2).....................................................56 Bảng 4.11: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980 - 1999...........................56 Bảng 4.12: Dự báo sự thay đổi các yếu tố KTTV vùng nghiên cứu đến 2020.........57 Bảng 4.13: Dân số các thời kỳ trong vùng nghiên cứu.............................................58 Bảng 4.14: Dự kiến mở rộng các khu công nghiệp, cụm công nghiệp đến 2020 .....58 Bảng 4.15: Dự kiến sử dụng đất vùng Bắc sông Mã đến năm 2020.........................60 Bảng 4.16: Dự kiến diện tích gieo trồng một số loại cây chính đến 2020................60 Bảng 4.17: Dự báo tổng đàn gia súc, gia cầm các giai đoạn ....................................61 Bảng 4.18: Dự kiến diện tích nuôi trồng thủy sản đến 2020 trong vùng..................61 Bảng 4.19: Nhu cầu sử dụng nước giai đoạn 2020 tại đầu mối - tần suất P=75% ...62 Bảng 4.20: Nhu cầu sử dụng nước giai đoạn 2020 tại đầu mối - tần suất P=85% ...62 Bảng 4.22. Các thông số chính của từng kịch bản tính toán.....................................65 Bảng 4.23: Nồng độ mặn max, min tại một số vị trí trên sông - P=75%..................65 Bảng 4.24: Nồng độ mặn max, min tại một số vị trí trên sông - P=85%..................66 Bảng 4.25: Dự báo vùng ảnh hưởng mặn 1‰ đến công trình cấp nước năm 2020kịch bản 2 ..................................................................................................................68 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật hồ chứa đa mục tiêu Pa Ma ........................................75 Bảng 5.2: Mực nước max, min tại một số vị trí trên sông - P=75% khi có thêm hồ Pa Ma điều tiết ở thượng nguồn................................................................................75 Bảng 5.3: Nồng độ mặn max, min tại một số vị trí trên sông - P=75% khi có thêm hồ Pa Ma điều tiết ở thượng nguồn...........................................................................76 Bảng 5.4: Mực nước max, min tại một số vị trí trên sông - P=85% khi có thêm hồ Pa Ma điều tiết ở thượng nguồn................................................................................77 Bảng 5.5: Nồng độ mặn max, min tại một số vị trí trên sông - P=85% khi có thêm hồ Pa Ma điều tiết ở thượng nguồn...........................................................................78 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài Theo UNDP, Việt Nam là một trong 5 nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của hiện tượng Biến đổi khí hậu, nước biển dâng. Đến năm 2100 nếu không có biện pháp ứng phó, 11% diện tích sẽ bị xâm nhập mặn, ảnh hưởng đến nền kinh tế và đời sống nhân dân vùng ven biển cả nước. Vùng Bắc sông Mã là khu vực hạ du của lưu vực sông Mã. Vùng gồm 5 huyện Hà Trung, Hoằng Hóa, Nga Sơn, Hậu Lộc và Tx.Bỉm Sơn thuộc tỉnh Thanh Hóa. Trong những năm gần đây, xâm nhập mặn ngày càng có xu hướng tiến sâu vào nội đồng: Trên sông Mã tại Hàm Rồng là 12,6‰, trên sông Lèn nồng độ mặn năm tại Phong Lộc là 14,1‰, trên sông Lạch Trường bị mặn hoàn toàn. Do nồng độ mặn quá cao nhiều hệ thống lấy nước trong khu vực không còn đảm bảo cấp nước làm ảnh hưởng đến 20.000ha đất canh tác và đời sống nhân dân trong khu vực. Theo xu thế của hiện tượng Biến đổi khí hâu, nước biển dâng, tình hình xâm nhập mặn trong tương lai sẽ càng nghiêm trọng hơn đe dọa đến vấn đề khai thác và sử dụng nguồn nước. Để đảm bảo phát triển kinh tế, ổn định dân cư khu vực Bắc sông Mã bền vững, cần thiết phải có nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng xâm nhập mặn đến nhiệm vụ cấp nước và đề xuất giải pháp giảm mặn cấp nước cho khu vực. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất các giải pháp giảm mặn, ngăn mặn đảm bảo cấp nước phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Bắc sông Mã trong điều kiện Biến đổi khí hậu, nước biển dâng. 3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu trong khu vực bao gồm 5 huyện Hà Trung, Hoằng Hóa, Nga Sơn, Hậu Lộc và Tx.Bỉm Sơn thuộc tỉnh Thanh Hóa. Tổng diện tích tự nhiên vùng nghiên cứu là 83.821,2ha, dân số năm 2012 là 719.807 người. 2 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, kết quả tính toán của các dự án quy hoạch, các đề tài nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản có liên quan đến vùng Bắc sông Mã. - Phương pháp điều tra, thu thập: Tiến hành điều tra, thu thập các tài liệu trong vùng nghiên cứu bao gồm tài liệu hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế xã hội, tình hình khai thác và sử dụng nguồn nước, tình hình xâm nhập mặn... trên lưu vực sông Mã. - Phương pháp thống kê, phân tích các số liệu, dữ liệu có liên quan để đánh giá được tình trạng và nguyên nhân xâm nhập mặn vùng Bắc sông Mã, đề xuất các giải pháp giảm mặn, ngăn mặn, cấp nước. - Phương pháp ứng dụng các mô hình hiện đại: Ứng dụng các mô hình, công cụ tiên tiến phục vụ tính toán bao gồm phần mềm Mapinfo xây dựng bản đồ; Mô hình MIKE 11 tính toán biến động dòng chảy kiệt vùng hạ du sông Mã. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu, đánh giá khái quát điều kiện tự nhiên, hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu. - Đánh giá hiện trạng xâm nhập mặn, nguyên nhân làm gia tăng xâm nhập mặn trong khu vực.. - Nghiên cứu phân tích những ảnh hưởng của xâm nhập mặn tới việc cấp nước vùng Bắc sông Mã. - Sử dụng mô hình Mike 11, hiệu chỉnh và dự báo ảnh hưởng xâm nhập mặn vào các cửa sông trong tương lai có xét đến điều kiện BĐKH, nước biển dâng. - Nghiên cứu đề xuất các giải pháp, giảm thiểu mặn, ngăn mặn bảo đảm cấp nước cho vùng Bắc sông Mã. 6. Kết quả dự kiến đạt được - Đánh giá được tác động xâm nhập mặn đến vấn đề cấp nước vùng Bắc sông Mã hiện tại và trong tương lai có xét đến điều kiện Biến đổi khí hậu, nước biển dâng. 3 - Xây dựng bộ mô hình Mike 11 mô tả diễn biễn mặn khu vực cửa sông vùng Bắc sông Mã hiện tại và trong tương lai có xét đến điều kiện Biến đổi khí hậu, nước biển dâng. - Xác định ranh giới vùng ảnh hưởng mặn 10/00 và 4 0/00. - Đề xuất giải pháp giảm thiểu mặn, ngăn mặn bảo đảm cấp nước phục vụ phát triển kinh tế - xã hội cho vùng Bắc sông Mã. 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Xâm nhập mặn do tác động của thủy triều là loại hình thiên tai diễn ra ở hầu hết các vùng cửa sông. Trong những năm gần đây, ảnh hưởng của xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng tác động lớn đến nhu cầu sản xuất và sinh hoạt. Trên thế giới và ở Việt Nam vấn đề xâm nhập mặn vùng cửa sông ảnh hưởng đến vấn đề cấp nước cho các ngành kinh tế xã hội đã được nhiều nhà khoa học và tổ chức nghiên cứu: - Nghiên cứu của các tác giả Barlow, Paul, Rechard and Eric với đề tài “Xâm nhập mặn ở các vùng ven biển Bắc Mỹ năm 2012 đã chỉ được nguyên nhân gây ra xâm nhập mặn là do việc khai thác nước ngầm và việc xây dựng các mạng lưới kênh tưới, tiêu nước. Đồng thời cũng nêu ra được ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến tầng chứa nước, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng của nguồn nước ngầm trong các giếng cung cấp nước. Ví dụ, ở Cape May, New Jersey, nơi khai thác nước ngầm đã hạ thấp mực nước ngầm lên đến 30 mét, xâm nhập mặn đã gây ra đóng cửa hơn 120 giếng cung cấp nước từ những năm 1940. - Nghiên cứu “Các giải pháp tiềm năng trong việc ngăn chặn việc xâm nhập mặn: giải pháp mô hình” của các tác giả Khomine, Janos và Balazs cũng đã chỉ ra việc các tầng nước ngầm ven biển đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng do việc khai thác quá mức tầng nước ngầm nông phục vụ tưới tiêu. Việc bơm nước quá nhiều trong vài thập kỷ qua đã dẫn đến nước biển xâm nhập vào tầng nước ngầm. Với mục đích của việc lập kế hoạch và quản lý, SEAWAT đã được sử dụng để nghiên cứu khối lượng và chất lượng nước ngầm. Các mô hình khái niệm dựa trên tài liệu thực địa và trong phòng thí nghiệm thu thập từ những năm 1960 đến năm 2003, hiệu chỉnh này cho thấy rằng việc sử dụng các giếng phun hoặc một rào cản dưới bề mặt sẽ đại diện cho phương pháp tốt để cải thiện chất lượng nước và ngăn chặn xâm nhập mặn 5 - Đề tài “Nghiên cứu giải pháp khai thác sử dụng hợp lý nguồn nước tương thích các kịch bản phát triển công trình ở thượng lưu để phòng chống hạn và xâm nhập mặn ở Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL)”. Đề tài cấp Nhà nước mã số KC08.11/06-10 do GS.TS Nguyễn Quang Kim chủ nhiệm thực hiện 2007-2010. Đề tài đã đánh giá tác động của các yếu tố ở thượng lưu đến dòng chảy hiện tại và tương lai, đề xuất chiến lược phòng chống hạn hán và xâm nhập mặn ĐBSCL ứng với các kịch bản khai thác thượng lưu, đánh giá tác động của hệ thống công trình cống đập quy mô lớn ngăn cửa sông Mê Công, đề xuất các giải pháp quản lý vận hành hệ thống công trình kiểm soát dòng chảy hợp lý, hiệu quả phục vụ phát triển kinh tế xã hội ở ĐBSCL. - Nghiên cứu phân tích mối quan hệ giữa lượng nước xả xuống sông Sài Gòn từ hồ Dầu Tiếng với hiệu quả đẩy mặn của nhóm tác giả gồm TS. Đinh Công Sản, Ths.Nguyễn Bình Dương, Ths.Phạm Đức Nghĩa thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam. Nhóm nghiên cứu đã ứng dụng mô hình Mike 11 hiệu chỉnh xâm nhập mặn trên hệ thống sông Sài Gòn từ số liệu thực đo giai đoạn 2000-2006. Trên cơ sở đó, một số kịch bản với sự tham gia xả nước của các hồ Dầu Tiếng, Trị An, Phước Hòa và nước biển dâng để xả đẩy mặn trên sông Sài Gòn đã được tính toán. Mục tiêu của bài toán là tối ưu hóa hiệu quả đẩy mặn với sự phối hợp xả nước từ các hồ chứa thượng nguồn. - Nghiên cứu chế độ xâm nhập mặn vùng cửa sông - áp dụng cho cửa sông Thái Bình của PGS.TS Nguyễn Trung Việt thuộc Đại học Thủy lợi và Ths.Nguyễn Văn Lực thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Miền trung và Tây Nguyên. Nghiên cứu đã dự báo diễn biễn xâm nhập mặn vùng cửa sông Thái Bình theo 2 kịch bản chưa có và có xét đến điều kiện BĐKH, nước biển dâng. Trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp công trình, phi công trình cho việc phòng và chống xâm nhập mặn. - Dự án quy hoạch thủy lợi đồng bằng sông Hồng, quy hoạch thủy lợi khu vực miền trung và quy hoạch thủy lợi vùng đồng bằng sông cửu long giai đoạn đến năm 2020 và định hướng đến năm 2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng của nhóm tác giả thuộc Viện Quy hoạch Thủy Lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi 6 miền nam và Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. Dự án đã nghiên cứu đánh giá hiện trạng thủy lợi, tác động của biển đổi khí hậu, nước biển dâng đến các vấn đề cấp nước, tiêu úng và phòng chống lũ. Từ đó xây dựng các giải pháp thủy lợi thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng. 1.2. Đánh giá nhận xét và đưa ra bài học kinh nghiệm trong việc tiếp cận đề tài Trên cơ sở các nghiên cứu về vấn đề xâm nhập mặn, cho thấy: - Xâm nhập mặn vùng cửa sông biến động phức tạp theo không gian và thời gian. - Diễn biến xâm nhập mặn vùng cửa sông phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là do ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều, lưu lượng vào mùa kiệt khu vực thượng nguồn đổ về hạ du và nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông. - Xâm nhập mặn có tác động trực tiếp đến các công trình lấy nước, ảnh hưởng đến sản xuất các ngành dùng nước và nhu cầu sinh hoạt của người dân trong khu vực. Vì vậy để dự báo và có những giải pháp chống xâm nhập mặn hiệu quả, bền vững cho vùng Bắc sông Mã, cần tập trung nghiên cứu các vần đề sau: - Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu. - Chế độ thủy triều, thủy lực vùng cửa sông. - Lưu lượng xả trong mùa kiệt các hồ chứa thượng nguồn. - Nhu cầu sử dụng nước trong khu vực. - Hiện trạng công trình cấp nước, công trình ngăn mặn vùng nghiên cứu. 7 CHƯƠNG II: KHÁI QUÁT VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 2.1.1. Giới hạn vùng nghiên cứu Vùng nghiên cứu nằm ở 20o10’ vĩ độ Bắc; 105o45’ kinh độ Đông là vùng đồng bằng châu thổ phía Bắc hạ du sông Mã. Bao gồm 5 huyện, thị: Hoằng Hoá, Hậu Lộc, Hà Trung, Nga Sơn và thị xã Bỉm Sơn của tỉnh Thanh Hoá. - Phía Bắc giáp tỉnh Ninh Bình. - Phía Đông là Biển Đông. - Phía Tây giáp huyện Thạch Thành tỉnh Thanh Hóa. - Và phía Nam được giới hạn bởi dòng chính sông Mã. Tổng diện tích tự nhiên là 83.821,2ha, dân số năm 2012 là 719.807 người. 2.1.2. Đặc điểm tự nhiên 2.1.2.1. Đặc điểm địa hình: Địa hình vùng Bắc sông Mã có thể chia làm 3 dạng địa hình chính: Địa hình đồi núi, địa hình đồng bằng và địa hình đồng bằng ven biển. - Địa hình đồi núi: Dạng địa hình này hầu hết nằm dọc theo ranh giới phía Bắc như dãy Tam Điệp, phía Tây và Tây Nam như dãy đồi Mai Lộng Khê và các vùng đồi ăn sâu vào đồng bằng. Cao độ các đồi thấp từ +100 đến +150m. - Địa hình đồng bằng: Đây là vùng canh tác chính của vùng nghiên cứu, dạng địa hình này được chia thành các tiểu khu như sau: + Vùng Hà Trung Nga Sơn - Bỉm Sơn (Bắc sông Lèn). + Vùng Nam sông Lèn (Hoằng Hóa - Hậu Lộc), gồm có: (+) Tiểu khu Tây đường 1A và Bắc sông Ấu; (+) Tiểu khu sông Ấu gồm hầu hết diện tích của 17 xã phía Bắc Lạch Trường của huyện Hoằng Hóa; (+) Tiểu khu 10 xã Hậu Lộc ven sông Lèn, bắc sông Ấu, đông đường 1A và tây sông Trà Giang; (+) Tiểu khu Tây kênh De và Đông Trà Giang; 8 BẢN ĐỒ VÙNG BẮC SÔNG MÃ SÔNG HOẠT TX. BỈM SƠN HÀ TRUNG NGA SƠN SÔNG LÈN HẬU LỘC SÔNG LẠCH TRƯỜNG SÔNG MÃ LƯU VỰC SÔNG MÃ VÙNG BẮC SÔNG MÃ HOẰNG HÓA CỬA HỚI Hình 2.1: Phạm vi vùng Bắc sông Mã 9 + Khu phía Nam Hoằng Hoá gồm 22 xã nằm trong vùng Tam tổng. - Địa hình đồng bằng ven biển: Vùng này chạy dọc theo chiều dài bờ biển khoảng 30km, bao gồm vùng biển Nga Sơn, 8 xã ven biển của Hoàng Hoá, vùng 5 xã ven biển của Hậu Lộc. 2.1.2.2. Đặc điểm địa chất: Theo báo cáo địa chất vùng sông Lèn, báo cáo tổng quan về địa chất căn cứ vào bản đồ thổ nhưỡng có thể đánh giá như sau: - Vùng đồng bằng tích tụ bào mòn chiếm phần lớn diện tích vùng nghiên cứu. Thành phần khá phức tạp, được tạo thành từ hỗn hợp các vật liệu lục địa và biển dưới tác dụng của biển và sông, sự phân bố kém đồng chất. - Dạng cồn cát ven biển: Đất có thành phần chủ yếu là Thạch anh có lẫn chút ít vật liệu hữu cơ và vỏ sò ốc, bị phong hoá mạnh và các tác nhân sống đang lún thành đất á cát cá màu xám đen, phớt vàng tỷ lệ các hạt cát mịn cát mịn lớn hơn nhiều so với các hạt bụi sét. 2.1.2.3. Đặc điểm sông ngòi: Hệ thống sông ngòi trong vùng nghiên cứu rất dày đặc, gồm các sông lớn bao bọc ngoài như sông Mã và 2 nhánh của nó là sông Lèn và sông Lạch Trường. Ngoài ra còn có một hệ thống sông nội đồng như sông Hoạt, sông Báo Văn, sông Càn, sông Ấu, sông Trà, sông De, sông Cùng, sông Cách. Trong khu vực nghiên cứu có 4 con sông đổ trực tiếp ra biển là sông Càn, sông Lèn, sông Lạch Trường và dòng chính sông Mã. Đặc điểm các sông chính trong vùng như sau: - Sông Mã: Tiếp giáp với vùng nghiên cứu từ ngã ba Bông bao bọc phía Tây và Nam vùng nghiên cứu rồi đổ ra biển tại cửa Hới. Đoạn sông dài 34,4km, hoàn toàn mang tính chất sông đồng bằng và đồng bằng ven biển và bị ảnh mạnh của chế độ thủy triều. Về mùa kiệt sông Mã là con sông cung cấp nguồn nước tưới chủ yếu cho vùng Bắc sông Mã bằng hệ thống trạm bơm và cống lấy nước dọc sông. - Sông Lạch Trường: Là một nhánh phân lưu lớn của sông Mã bắt nguồn từ Phương Đình chảy qua Hoằng Hoá, Hậu Lộc và đổ ra biển tại cửa Lạch Trường. Chiều dài sông khoảng 24km. Đoạn sông này hẹp và nông, về mùa kiệt hầu như không lấy được nguồn từ sông Mã, sông bị mặn hoàn toàn và chịu ảnh hưởng thuỷ 10 triều. Về mùa lũ, một phần lượng nước từ sông Mã phân vào sông Lạch Trường và đổ ra biển tại cửa Lạch Trường. - Sông Lèn: Là một phân lưu lớn của sông Mã, bắt đầu từ ngã ba Bông đổ ra biển tại cửa Lạch Sung. Sông dài khoảng 40km, lòng sông quanh co uốn khúc. Về mùa lũ lượng nước chảy từ sông Mã vào sông Lèn từ 1.500-2.000m3/s. Về mùa kiệt lưu lượng sông Mã phân sang sông Lèn khoảng 20÷30%. Đây là con sông cung cấp nước quan trọng cho vùng Hà Trung, Nga Sơn, Hậu Lộc và vùng lấn biển. - Sông Hoạt: Bắt nguồn từ dãy núi của huyện Thạch Thành chảy qua huyện Hà Trung về Tứ Thôn. Chiều dài sông khoảng 55km. Lòng sông Hoạt hẹp, nông chủ yếu là phần bãi. - Sông Tống: Bắt nguồn từ độ cao 100m từ vùng đồi núi Tam Điệp chảy theo hướng Bắc - Nam và hướng Tây Đông, đổ vào sông Hoạt tại ngã ba Tứ Thôn. Hiện nay từ Thổ Cối đến ngã ba sông cũ đã bị các đập dâng chặn và trở thành sông chết về mùa cạn - Sông Báo Văn: Nối với sông Hoạt tại Tứ Thôn và đổ ra sông Lèn, sông dài khoảng 10km. - Sông Càn: Từ Tứ Thôn qua Mỹ Quan Trang và đổ ra biển tại cửa Càn. 2.1.3. Đặc điểm khí hậu Vùng nghiên cứu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, ảnh hưởng của các hoàn lưu gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. Đây là vùng chuyển tiếp giữa các miền khí hậu Bắc bộ và Bắc Trung bộ nên nhiệt độ về mùa Hè tăng cao hơn và mùa Đông ấm hơn ở Bắc Bộ. 2.1.3.1. Các đặc trưng về khí hậu: - Chế độ nhiệt: Nhiệt độ trung bình năm trong vùng là 23,7oC, nhiệt độ trung bình cao nhất tháng VII là 29,2oC, nhiệt độ trung bình tháng I thấp nhất 17,1oC. Nhiệt độ cao nhất đạt 42,0oC vào VII/1910 và thấp nhất tuyệt đối là 5,4oC I/1932. - Số giờ nắng: Số giờ nắng trung bình nhiều năm là 1.648 giờ. Tháng VII có số giờ nắng cao nhất đạt 212 giờ, tháng II số giờ nắng đạt thấp nhất là 53. - Bốc hơi Piche: Lượng bốc hơi piche năm trung bình nhiều năm đạt 870mm, 11 tháng VII bốc hơi tháng đạt cao nhất là 105mm; Tháng II, III lượng bốc hơi đạt 41mm thấp nhất trong năm. - Độ ẩm tương đối: Độ ẩm tương đối năm trung bình nhiều năm đạt 85%, tháng III có độ ẩm tương đối đạt 90%; Tháng VI, VII độ ẩm tương đối đạt thấp nhất chỉ đạt 81% do ảnh hưởng của gió Lào. - Tốc độ gió: Tốc độ gió trung bình năm 1,7m/s, tốc độ gió trung bình tháng cao nhất xảy ra vào các tháng V, VI, VII khi có sự hoạt động của gió mùa Tây Nam và bão. Tốc độ gió lớn nhất đạt 40m/s do ảnh hưởng của bão gây ra. Bảng 2.1: Đặc trưng khí hậu tại trạm Thanh Hóa - Thời kỳ 1960-2010 Đặc trưng khí hậu trung bình tháng, năm Tháng Nhiệt độ o ( C) Độ ẩm tương đối (%) Số giờ nắng (giờ) Bốc hơi piche (mm) Tốc độ gió (m/s) I 17,1 85 93 56 1,7 II 17,7 88 53 41 1,7 III 19,9 90 57 41 1,5 IV 23,6 89 111 50 1,7 V 27,2 84 191 88 1,8 VI 29,0 81 186 104 1,8 VII 29,2 81 212 105 1,8 VIII 28,3 85 173 76 1,3 IX 27,0 86 163 72 1,5 X 24,7 84 158 82 1,7 XI 21,7 82 132 79 1,7 XII 18,6 82 118 73 1,6 Năm 23,7 85 1648 870 1,7 2.1.3.2. Đặc trưng mưa: - Mùa mưa: Mùa mưa vùng nghiên cứu từ tháng V tới tháng X với tổng lượng mưa chiếm 85-87% lượng mưa năm, lượng mưa mùa khô chỉ chiếm 13-15%. 12 Bảng 2.2: Phân phối lượng mưa trung bình tháng năm thực đo tại các trạm Đơn vị (mm) Trạm Cụ Thôn Hà Trung Nga Sơn Thời kỳ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1960-2010 17,1 19,1 33,6 52,5 131,7 167,1 188,7 297,1 319,0 222,3 46,0 16,1 K% 1,1 100 1960-2010 14,7 17,3 31,8 49,7 135,7 163,0 179,4 270,8 310,0 181,8 54,9 16,1 1425 K% 1,1 1,0 1,3 1,2 2,2 2,2 3,5 3,5 1960-1981 13,0 11,5 28,1 46,3 K% 0,9 0,8 2,0 3,3 8,7 9,5 11,1 9,7 1385 0,7 100 23,1 12,8 3,0 69,5 173,1 161,4 280,9 320,5 217,8 52,8 20,3 21,8 14,7 100 11,7 19,0 21,1 1,1 12,5 12,6 19,7 3,9 5,0 11,5 12,5 1510 15,7 3,8 - Lượng mưa 1 ngày lớn nhất đạt 455mm 24/VIII/1997 tại Hà Trung, 354mm ngày 24/VIII/1997 tại Cụ Thôn, 731mm ngày 24/IX/1963 tại Cụ thôn. Lượng mưa 05 ngày lớn nhất năm đạt 670mm 20-24/I X/1978 tại Hà Trung, 694mm từ 1822/IX tại Cụ Thôn và 871mm từ 22-26/IX/1963 tại Thanh Hóa. 2.1.4. Dòng chảy năm 2.1.4.1. Dòng chảy năm: Dòng chảy năm bao gồm: Dòng chảy do mưa sản sinh trên vùng dự án và dòng chảy chảy vào vùng dự án qua sông Lèn. Dòng chảy vào vùng dự án chủ yếu là dòng chảy sông Mã phân vào sông Lèn. Trên sông Lèn không có trạm quan trắc dòng chảy, chỉ có các lần đo lưu lượng. Từ kết quả đo lưu lượng tại cầu Lèn vào một số năm và tính toán thủy lực hiện trạng cho thấy tỷ lệ phân vào sông Lèn chiếm 27,7% lưu lượng tại Cẩm Thủy trên sông Mã. Dòng chảy phân vào sông Lèn trung bình năm đạt đạt 93,9m3/s tương ứng với tổng lượng dòng chảy năm là 2,96 tỷ m3. Tuy nhiên tháng III là tháng kiệt nhất lưu lượng trung bình chỉ đạt 29,9 m3/s tương ứng với tổng lượng là 80 triệu m3. 2.1.4.2. Dòng chảy lũ: Mực nước trong mùa lũ: Vùng dự án không có số liệu đo lưu lượng lũ, chỉ có số liệu đo mực nước lũ tại trạm Cụ thôn từ 1964-2010, tại Lạch Sung trên sông Lèn từ 1963-1989 và tại Tứ Thôn từ 1963-1982 Mực nước trong các tháng mùa lũ tại Cụ Thôn trên sông Lèn trung bình đạt 1,30-1,63m, cao nhất vào tháng IX là 1,63m. Mực lũ cao nhất đạt 5,31m vào tháng 13 VIII/1973, 5,28m IX/1973, 5,65m ngày 06/X/2007. Bảng 2.3: Mực nước trung bình, max tháng, năm tại trạm Cụ Thôn và Lạch Sung Đơn vị: cm Trạm Yếu I II III IV V VI VII VIII IX X XI 71 66 64 65 74 96 122 151 163 130 100 82 Thôn Hma x 230 204 215 220 232 368 470 531 528 565 383 239 Lạch Htb -9.3 -11.8 -15.6 -15.9 -10.8 -4.1 0.5 9.2 23.5 17.6 6.6 -2.2 -2.2 Sung Hma x 145 232 192 153 232 18/VII/1971 đo tố Cụ Htb 133 119 118 143 143 210 193 XII Năm Thời gian 148 99 565 06/X/2007 Ghi chú: Mực nước thuộc hệ cao độ quốc gia 2.1.4.3. Dòng chảy mùa kiệt: Về mùa kiệt mực nước xuống khá thấp do dòng chảy từ thượng lưu về nhỏ và do bị ảnh hưởng của thủy triều. Tại trạm Cụ Thôn trên sông Lèn mực nước kiệt nhất năm 0,72m ngày 23/IV/2010, 0,71m tháng III/2010, 0,7m tháng VI/2010. Năm 2010 là năm có mực nước đạt thấp nhất trong chuỗi quan trắc từ 1964-2010. Bảng 2.4: Mực nước trung bình và thấp nhất các tháng tại Cụ Thôn (1964-2010) Đơn vị: cm Yếu tố I II Htb 71 -64 Hmin III IV V 66 64 65 74 -60 -71 -72 -63 VI VII VIII IX X XI XII Năm 96 122 151 163 130 100 82 -70 -67 -47 -47 -41 -54 -63 Thời gian 99 -72 23/IV/2010 2.1.5. Thủy triều Chế độ thủy triều vùng nghiên cứu thuộc chế độ nhật triều không đều, hàng tháng có từ 5-7 ngày có chế độ bán nhật triều. Chênh lệch biên độ triều lên và xuống không hơn kém nhau nhiều. Biên độ triều lên và xuống tại các trạm từ 80213cm, các tháng mùa lũ biên độ triều nhỏ hơn, tháng XII, I có biên độ triều lớn nhất. 2.2. Hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng nghiên cứu 2.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội 2.2.1.1. Dân số và lao động: - Dân số toàn vùng tính đến năm 2012 là 719.807 người, mật độ bình quân toàn vùng đạt 859 người/km2, có thể nói đây là vùng tập trung dân cư rất cao của