www.vncold.vn
www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 13
LÝ THUYẾT LAN TRUYỀN CÁC NGUỒN NƯỚC TRONG HỆ THỐNG VÀ ỨNG
DỤNG TRONG CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU
PGS.TS. Tăng Đức Thắng
1
, GS.TSKH. Nguyễn Ân Niên
1
, NCS.ThS. Nguyễn Việt Dũng
2
,
NCS.ThS. Nguyễn Anh Đức
3
, NCS.ThS. Tô Quang Toản
1,4
, NCS.ThS. Phạm Đức Nghĩa
4

Tóm tắt
Trong gần mười năm qua, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam đã phát triển một lý
thuyết mới với tên gọi Lý thuyết về sự lan truyền các nguồn nước trong hệ thống sông
kênh. Cho đến nay, lý thuyết này đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các cơ
quan nghiên cứu, sản xuất, ứng dụng trong nhiều đề tài nghiên cứu phức tạp cấp Nhà
nước, cấp Bộ. Cùng với những công cụ tính toán mạnh hiện nay (chẳng hạn phần mềm
MIKE), lý thuyết này đã có khả năng giải quyết nhiều vấn đề, nhất là các hệ thống thủy lợi
phục vụ nuôi trồng thủy sản ven biển. Bài này sẽ giới thiệu một số điểm chính về lý thuyết
này và đề cập đến một số kết quả nghiên cứu ban đầu về nguồn nước vùng Bán Đảo Cà


1
Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam
2
NCS Postdam University (Đức)
3
NCS Delft University of Technology
4
NCS Bonn University
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 14
2.1.1.
Khái niệm về nguồn nước
Nguồn nước theo quan niệm trong nghiên cứu này có ý nghĩa tổng quát. Nguồn
nước có thể được phân chia theo nghĩa không gian, thời gian hay một đặc tính tác động nào
đó. Sau đây là một số trường hợp cụ thể:
- Nguồn nước theo nghĩa không gian: Đây là trường hợp thông thường nhất mà
chúng ta đã biết, như các nguồn nước từ các nhánh sông đổ vào sông chính,
nước mưa, nước thải, (xem Hình 1).
- Nguồn nước theo nghĩa thời gian: Chẳng hạn nguồn nước mang nhiều phù sa
đầu các trận lũ là một nguồn; nước trong khu nuồn tôm bơm ra vào thời kỳ xả
nước, Hình 1.
- Nguồn nước theo một số đặc tính tác động: Chẳng hạn nước xả ra sau các hồ
chứa là một nguồn, nước mặn xâm nhập từ các cửa sông là một nguồn,… Thậm
chí, khi ta xét tác động đẩy mặn, lúc này có thể coi các nguồn không mặn là một
nguồn chung (bao gồm nguồn từ hồ chứa, nước thải, nước mưa,…).

H
ồ
chứa B
H
ồ
chứa C
Cửa sôn
g

Cửa sôn
g

Cửa sôn
g

Thành
p
h
ố

Khu nông
nghi
ệp
Khu nuôi
th
ủysản
Khu công
nghi
ệp
¼

Hình 2: Sơ họa khối nước dw và các nguồn nước thành phần dw
i
của nó
Tỷ lệ thành phần nguồn nước i (p
i
) tại điểm M ở thời gian t được định nghĩa là:
()
dw
dw
t,Mp
i
i
= (1) ; với các điều kiện:
∑
=
=
n
1i
i
1p ; 0 ≤ p
i
≤ 1; (2)
Trong bài toán một chiều (1D):
()

t
v
g
1
=+
∂
∂
+
∂
∂α
+
∂
∂
(5)
0]p[)pp(
q
x
p
D
x
1
x
p
v
t
p
iiiq
i
i
ii

= (7)
+ + +=
dw dw
1
dw
2
dw
3
= ++ +
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 16
Trong nhiều trường hợp, tại biên chỉ có một nguồn nước, lúc đó p
b
=1 hoặc không
xuất hiện nguồn nước quan tâm, lúc đó p
b
=0.
•
Điều kiện ban đầu
Điều kiện ban đầu của nguồn nước i là tỷ lệ của nguồn i tại tại thời điểm ban đầu
trong hệ thống. Tổng quát điều kiện ban đầu có dạng:
)t,x(fp
0i,ini
= (8)
Cách giải, các công cụ tính toán
- Giải như phương trình truyền chất thông thường.

i,A
i,A
i,A
CpC = (15)
Nồng độ trung bình thời gian tổng cộng của chất A do n nguồn khác nhau gây ra là:
)Cp)Cp(CC
*
i,A
n
1i
i
n
1i
*
i,Ai
n
1i
i,A
A
∑∑∑
===
=== ; (16)
• Các chỉ tiêu đánh giá nguồn nước
Ngòai tỷ lệ nguồn nước, dưới đây xin nêu thêm một số thông số có thể được sử
dụng để đánh giá nguồn nước.
 Thể tích thành phần nguồn nước i trao đổi qua mặt cắt
Dòng thành phần nguồn i đi qua mặt cắt nào đó trong thời gian T:
- Dạng tích phân:
∫∫
=

=
Nj
1j
T
ii
QdtpWp (19)
- Dạng sai phân (thường hay dùng trong thực hành):
∑∑∑∑
ΔΔ+Δ+=Δ=
= jk
ij
Nj
1j
ij
T
i
t)tkt(Q)tkt(ptQpWp (20)
 Đánh giá sự thay đổi thành phần nguồn nước theo sự thay đổi ở biên
Tỷ lệ các thành phần nguồn nước ở trạng thái “M” khi biên thay đổi có thể tính
theo:
∑
=
Δ
∂
∂
+≈
n
1i
i
i

: số gia biến trạng thái.
 Cường suất ảnh hưởng của nguồn, I
Tỷ lệ thành phần nước tại một vị trí phản ảnh vai trò của nguồn đến vị trí đó. Để
đánh giá được rõ hơn suất ảnh hưởng của các nguồn đến từng vị trí trong hệ thống, ta đưa
thêm vào thông số
cường suất ảnh hưởng của nguồn, được định nghĩa như sau:
inguoncuabien
i
i
Q
p
I =
(22)
trong đó:
- I
i
là cường suất ảnh hưởng của nguồn i;
-
i
p
là tỷ lệ thành phần i tính trung bình thời gian;
-
inguoncuabien
Q
là l.lượng trung bình cùng thời kỳ của nguồn i tại biên hệ
thống.
Theo định nghĩa, I
i
tại một vị trí trong hệ thống bằng tỷ lệ thành phần nguồn i do một đơn
vị nguồn (1m


Mức triết giảm thành phần nước i tại điểm (vị trí) M trong một thời đoạn từ thời
điểm t=t
1
đến thời điểm t=t
2
được định nghĩa là:
)t,M(p)t,M(p)M(p
2i1ii
−
=
Δ (24)
 Chỉ số triết giảm tương đối tỷ lệ thành phần nước, K
Tại một vị trí M nào đó trong vùng nghiên cứu, chỉ số triết giảm p
i
trong một thời
đoạn từ thời điểm ban đầu t=t
0
đến thời điểm t=t
2
được định nghĩa là:
100
)t,M(p
)t,M(p
)M(K
0i
2i
ppl
i
=

12
ttt
−
=Δ : thời gian triết giảm
Trong một số trường hợp, để thủy sản và thủy sinh không bị sốc
bởi sự thay đổi p
i

quá nhanh thì cần phải khống chế sự thay đổi thành phần nguồn nước đó không được quá
lớn, tức là:
[
]
ii
pplppl
II
−−
≤
Tốc độ pha loãng trung bình thời gian:

Tốc độ pha loãng thành phần nguồn nước trung bình thời gian là biểu thức:

t
)M(p
)M(I
i
ppl
i
Δ
Δ
=

biển điển hình, phức tạp và bao gồm nhiều hệ thống nhỏ hơn trong đó. Do địa hình thấp,
kênh rạch chằng chịt, liên thông và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của thủy triều từ nhiều phía,
với nhiều loại nguồn nước, nên việc nghiên cứu bất kỳ một vùng nào trong hệ thống cũng
phải xét
đến tương tác với các vùng khác và thường phải xét trong tổng thể bán đảo. Dưới
đây trình bày ứng dụng lý thuyết nghiên cứu đặc tính thủy động của các nguồn nước chính
trong hệ thống vào mùa khô (ở mức độ sơ bộ). Phần mềm MIKE11 đã được sử dụng để
tính các thành phần nước, rồi từ đó tính ra độ mặn, nồng độ chất,… Dưới đây là vài trong
số nhiều kết qu
ả nghiên cứu ban đầu.
3.2. Sơ đồ tính toán mô phỏng
Hình 3 : Sơ đồ tính Bán
đảo Cà Mau

Đặc điểm động thái của một số nguồn nước trong bán đảo được giới thiệu rất sơ
lược như dưới đây (tính cho thời kỳ mùa khô 2005).
3.3. Các kết quả mô phỏng nguồn nước vùng bán đảo Cà Mau
• Lan truyền nguồn nước mặn
- Nguồn nước mặn có khả năng ảnh hưởng lớn nhất vùng bán đảo là nguồn Biển
Đông, nhất là từ cửa Gành Hào. Mặn biển Đông có khả năng lan truyền tận biển
Tây.

CaMau-TN
- Hình ảnh hệ thống sau 1 ngày Hình 9: p
CaMau-TN
- Hình ảnh hệ thống sau 7 ngày
6.00
5.40
4.80
4.20
3.60
3.00
2.40
1.80
1.20
0.60
0.10
100.0
0
90.0
0
80.0
0
50.0
0
40.0
0
30.0
0
20.0
0
10.0

ngày

Hình 14: p
CaMau-HT2005
- Hình ảnh hệ thống sau 14
ngày
Hình 15: p
CaMau-HT2005
- Hình ảnh hệ thống sau
30 ngày
• Lan truyền chua đầu mùa mưa
- Nước chua có khả năng lan rộng và ảnh hưởng các vùng sản xuất.
-
Việc tiêu thoát nước chua các vùng giữa bán đảo rất chậm, nhất là khi không vận
hành kịp thời và hợp lý các cống trong hệ thống QL-PH.
• Lan truyền nước mang mầm bệnh
6.00
5.40
4.80
4.20
3.60
3.00
2.40
1.80
1.20
0.60
0.10
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

truyền bệnh

100.00
90.00
80.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
5.00
1.00
0.10
100.00
90.00
80.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
5.00
1.00
0.10
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 23

- Cơ sở khoa học về phát triển bền vững trong vùng chuyển đổi chưa thật rõ, đặc biệt là
động thái chế độ nguồn nước thay đổi theo thời gian còn chưa được đánh giá tin cậy, chư
a
định lượng đủ chi tiết;
- Ranh giới các vùng chuyển đổi với mô hình khác nhau chưa được giới hạn bằng các công
trình có tính điều tiết cao và đa năng; Các vùng ngọt chưa được bảo vệ chắc chắn do thiếu
công trình.
Như vậy cần phải hoàn thiện việc phân vùng không chỉ bằng địa giới mà còn được
kiểm soát qua công trình. Trong việc phân vùng cần chú ý đặc biệt đến tính mềm dẻo, tính
thích nghi và tính khả thi cao của ngu
ồn nước, nhất là vùng nuôi trồng thủy sản.
• Nâng cấp hạ tầng
Việc nâng cấp hệ thống chủ yếu là giải quyết năng lực điều tiết nước của hệ thống,
nhằm nâng cao chất lượng nguồn nước trong hệ thống (tạo chế độ thủy lực tốt hơn, nước
có chất lượng cao, có khả năng xử lý các sự cố nguồn nước như ô nhiễm môi trường, lan
truyền các nguồn nước mang mầm bệ
nh thủy sản,…). Việc nâng cấp hạ tầng bao gồm các
mặt sau đây:
100.00
90.00
80.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
5.00
1.00
0.10
www.vncold.vn

chất lượng nước và sinh thái), lý thuyết lan truyền các thành phần nguồn nước góp phần
hoàn thiện dần bộ công cụ tính toán, phân tích nguồn nước.
Việc tính toán thành công cho nhiều vùng, dự án khẳng định lý thuyết lan truyền
các nguồn nước là công cụ rất hữu ích, đa nă
ng cho giải quyết các bài tóan phức tạp, nhất
là các hệ thống nuôi trồng thủy sản ven biển nhạy cảm với nguồn nước.
Kết quả tính toán ban đầu vùng Bán đảo Cà Mau cho thấy còn nhiều vấn đề cần
phải nghiên cứu tiếp, như phạm vi (khả năng) ngọt hóa trên bán đảo, tính bền vững của các
mô hình sản xuất trên các vùng sinh thái, các công trình kiểm soát chế độ nước và chế độ
vận hành của chúng trong các tiể
u vùng và toàn vùng,…
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Huỳnh Chức và Tăng Đức Thắng (2004), “Một số kết quả bước đầu nghiên cứu sự lan truyền nước thải
TP. Hồ Chí Minh đến các nhà máy nước trên sông Đồng Nai”, Tuyển tập kết quả NCKH Viện Khoa
học Thủy lợi Miền Nam 2004.
2.
Nguyễn Quang Kim, Tăng Đức Thắng và Phạm Đức Nghĩa (2005), Báo cáo đề tài nhánh: “Động thái
các nguồn nước sông Vàm Cỏ và các vùng lân cận”, Đề tài cấp NN “Nghiên cứu diễn biến tài nguyên
nước và môi trường phục vụ phát triển bền vững lưu vực sông Vàm Cỏ”, 2005.
3.
Nguyễn Văn Minh (2005), Những kinh nghiệm trong công tác điều tiết nước phục vụ sản xuất nông
nghiệp và nuôi trồng thủy sản tỉnh Bạc Liêu, Bản tin Nông Nghiệp và Nông thôn Bạc Liêu, sô1/2005.
4.
Nguyễn Ân Niên (1997), “Về một bài toán định xuất xứ của khối nước (ứng dụng cho đồng bằng sông
Cửu long”,
Tuyển tập kết qủa NCKH, Viện khoa học thủy lợi miền Nam, NXB Nông nghiệp.
5.
Nguyễn Ân Niên (2001), Báo cáo đề tài NN 07-03: “Nghiên cứu biến động môi trường do thực hiện
quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và kiến nghị phương hướng giải quyết ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long”.

kế và vận hành hiệu quả các hệ thống sông kênh và hệ thống thủy lợi”, Tạp chí Nông nghiệp và Phát
triển nông thôn, Số 15/2005.
13.
Tăng Đức Thắng (2005), “Một phương pháp nghiên cứu nước lưu cữu trong các hệ thống sông kênh”,
Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Số 16/2005.
14.
Đặng Hòa Vĩnh (2007), Báo cáo tổng kết đề tài Viện KHCN Việt Nam: “Chế độ dòng chảy rắn (phù
sa, bùn cát) vùng Đồng Tháp Mười – Những tính chất cơ bản có liên quan đến bồi lắng kênh mương và
lấy phù sa cải tạo đồng ruộng”.
15.
MIKE11 – Uses’ Guide
16.
Steven Chapra, “Surface water quality modelling”, Mac.GrawHill
17.
Nguyen An Nien and Tang Duc Thang (2000), Computation of components of different derivative
flood water in Mekong Data, Proc. of International European – Asian Workshop
ECOSYSTEM&FLOOD 2000, Hanoi, Vietnam.
18.
Nguyen An Nien, Tang Duc Thang (2000), “Computation of Mass-Transmission by a Forced-Mixed
Model (One Dimentional Problem)”,
International Coloquium in Mechanics Solid, Fluids and
Structures and Interraction,
Nha trang, Vietnam.
19.
Nguyen An Nien and Tang Duc Thang (2005), Water Source components Computation, New
Development and widering Application, Proc. of International Symposium on Sustainable
Development in the Mekong River Basin, Ho Chi Minh City, 10/2005, Japan Science and Technology.
20.
Elliott, D. J., James, A. (1984), An Introduction to Water Quality Modelling, John Wileyand Sons.
21.