LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công
trình nghiên cứu nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được
chỉ định rõ nguồn gốc.
Hải Phòng, ngày

tháng

Tác giả

Lê Minh Tân

i

năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo
PGS. TS. Đào Văn Tuấn, người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn:
* Ban Giám hiệu Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam; Viện đào tạo Sau
Đại học, Khoa Kỹ thuật Xây dựng Công trình thuỷ, Trường Đại học Hàng Hải
Việt Nam.
* Lãnh đạo Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên khai thác công
trình thuỷ lợi Vĩnh Bảo cùng tập thể cán bộ nhân viên Công ty Trách nhiệm hữu
hạn Một thành viên khai thác công trình thuỷ lợi Vĩnh Bảo
Đã cho phép và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập,

2.1. Các phương trình cơ bản............................................................................30
2.1.1. Các phương trình động lực học tổng quát..............................................30
2.1.2. Phương trình truyền mặn........................................................................33
2.2. Nguyên lý giải hệ phương trình cơ bản.....................................................37
2.3. Lựa chọn phần mềm tính toán...................................................................39
2.3.1. Căn cứ để lựa chọn phần mềm...............................................................39
2.3.2. Lựa chọn mô hình tính toán....................................................................39
2.4. Phương pháp thực hiện..............................................................................40
Kết luận chương 2.............................................................................................42
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN KHU VỰC HUYỆN
VĨNH BẢO, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC
BIẾN DÂNG.......................................................................................................43
3.1 Điều kiện khu vực nghiên cứu....................................................................43
3.1.1 Vị trí địa lý...............................................................................................43
3.1.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội..........................................................44
3.1.3. Điều kiện địa chất...................................................................................44
3.1.4. Điều kiện khí hậu, thuỷ văn....................................................................45
3.1.5. Tài nguyên thiên nhiên...........................................................................54
3.2. Tình hình dân sinh, kinh tế - xã hội..............................................................57
3.2.1. Dân số:....................................................................................................57

iii


3.2.2. Sự phân bố các loại diện tích..................................................................57
3.2.3. Các ngành nghề khác.............................................................................58
3.2.4. Giao thông vận tải..................................................................................59
3.2.5. Hệ thống cung cấp nước sinh hoạt..........................................................59
3.2.6. Điều kiện vệ sinh và sức khoẻ cộng đồng..............................................59
3.3 Hệ thống thủy lợi huyện Vĩnh Bảo...............................................................60

Giải thích

IPPC

Ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu

BĐKH

Biến đổi khí hậu

NBD

Nước biển dâng

ADB

Ngân hàng phát triển châu Á

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số bảng

Tên bảng


51

Bảng 3.6

Mực nước thực đo trạm Hòn Dấu từ năm 1988-2007

52

Bảng 3.7

Hiện trạng phân bố các loại diện tích huyện Vĩnh Bảo

59

Bảng 3.8

Mô tả các kịch bản phát thải

66

Bảng 3.9

Sự thay đổi nhiệt độ, mưa và ở Việt Nam theo các kịch bản phát thải

66

Bảng 3.10 Nước biển dâng theo các kịch bản biến đổi khí hậu

68


2

Hình 1.2

Dòng chảy xoắn tại đoạn sông cong

11

Hình 1.3

Sự chêch hướng của vận tốc và ứng xuất tiếp

13

Hình 1.4

Lưới tính toán được sử dụng trọng Mike 21 C

13

Hình 1.5

Mang lưới sông và mặt cắt ngang trong mô hình HECRAS

14

Hình 1.6

Đoạn sông cơ bản để dẫn ra các phương trình liên tục


43

Hình 3.2

Biểu đồ phân phối nhiệt độ ẩm không khí trong năm

46

Hình 3.3

Biểu đồ phân bốc hơi trung bình nhiều năm

48

Hình 3.4

Biểu đồ phân phối số giờ nắng trung bình nhiều năm

49

Hình 3.5

Hoa gió tổng hợp nhiều năm-Trạm Hòn Dấu

49

Hình 3.6

Trường sóng hướng Đông Nam



76

vii


kịch bản nước biển dâng

viii


MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Việt Nam được dự báo là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề
của hiện tượng biến đổi khí hậu mà đặc biệt là hiện tượng nước biển dâng cao,
trong đó một trong hai vựa lúa lớn nhất của cả nước là Đồng bằng sông Hồng nơi chiếm gần 50 % tổng sản lượng lúa của cả nước là nới bị tác động mạnh mẽ
của biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
Khi mực nước biển dâng cao, vấn đề xâm nhập mặn càng diễn ra gay gắt
ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất lúa ở
ĐBSH, đe doạ nghiêm trọng đến an ninh lương thực quốc gia và làm giảm kim
ngạch xuất khẩu gạo cùng các mặt hàng nông, thuỷ sản.
Vùng đồng bằng thuộc hạ lưu sông Thái Bình là một trong những vùng sản
xuất lúa gạo chủ yếu của miền Bắc. Đây là khu vực thuộc hạ lưu của sông Thái
Bình. Hệ thống sông Thái Bình bao gồm sông chính Thái Bình cùng các nhánh
dòng chảy phụ của nó. Các nhánh phụ bao gồm sông Cầu, sông Thương và sông
Lục Nam ở thượng nguồn với chiều dài khoảng 1.600 km và diện tích lưu vực
khoảng 10.000 km². Ngoài ra, hệ thống sông này còn nhận một phần dòng chảy
của sông Hồng, để đổ ra biển Đông. Hệ thống sông Thái Bình có nối với sông
Hồng bởi sông Đuống (ở thượng lưu) và sông Luộc (ở hạ lưu) nên đôi khi người
ta còn gọi hệ thống này là hệ thống sông Hồng-Thái Bình và nó tạo ra khu vực

2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu tình hình nhiễm mặn khu vực cửa sông Hoá- sông Thái Bình
- Xây dựng các kịch bản xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

2


-

Đánh giá mức độ xâm nhập mặn theo các kịch bản, từ đó đề xuất các giải

pháp đáp ứng.
3. Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu, phân tích hiện trạng nhiễm mặn khu vực đồng bằng vùng
cửa sông Hóa- sông Thái Bình;
- Áp dụng các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tính toán và
đánh giá khả năng nhiễm mặn tại khu vực đồng bằng hai cửa sông Hoá và Thái
Bình;
- Đề xuất các giải pháp thích ứng cho khu vực.
- Phạm vi nghiên cứu là đồng bằng hạ lưu sông Hóa- sông Thái Bình.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý luận;
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn;
- Phương pháp thống kê;
- Phương pháp chuyên gia.
- Sử dụng mô hình toán (Mike 11)để tính toán thuỷ động lực học.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Tổng hợp, đánh giá hiện trạng tình hình xâm nhập mặn vùng đồng bằng
ven biển thuộc hạ lưu hai cửa sông Hoá và sông Thái Bình.
- Dự báo được khả năng xâm nhập mặn trong điều kiện biến đổi khí hậu

Nghĩa Trụ chảy qua Kẻ Sặt, qua huyện Tứ Kỳ gọi là sông Quý Cao. Đoạn hạ lưu
dài 35km, chảy qua thành phố Hải Phòng, làm ranh giới giữa hai huyện Vĩnh
Bảo và huyện Tiên Lãng, rồi đổ ra biển ở cửa biển Thái Bình[6].
Sông Thái Bình nối với sông Hồng thông qua sông Luộc ở phía Nam và
sông Đuống ở phía Bắc tạo thành hệ thống sông Hồng - Thái Bình, giúp phân
nước sông Hồng vào mùa lũ. Gần cửa Thái Bình có sông Hóa tách từ sông Luộc
chảy vào sông Thái Bình.
Hệ thống sông Thái Bình là tên gọi của một hệ thống sông gồm sông Thái
Bình cùng các phụ lưu và chi lưu của nó. Các phụ lưu gồm sông Cầu, sông
Thương và sông Lục Nam ở thượng nguồn với tổng chiều dài khoảng 1.650 km
và diện tích lưu vực khoảng 10.000 km². Ngoài ra, hệ thống sông này còn nhận
một phần dòng chảy của sông Hồng, để đổ ra biển Đông. Hệ thống sông Thái
Bình nối với sông Hồng bởi sông Đuống (ở thượng lưu) và sông Luộc (ở hạ lưu)

5


nên đôi khi người ta còn gọi hệ thống này là hệ thống sông Hồng-Thái Bình và
nó tạo ra khu vực đồng bằng Bắc Bộ. Hệ thống này giúp phân nước sông Hồng
khi mùa lũ, làm giảm thiệt hại ở hạ lưu sông Hồng.
Sông Hóa, một con sông nhỏ thuộc hệ thống sông Thái Bình, chảy trong
tỉnh Thái Bình. Sông được tách ra từ sông Luộc tại địa phận xã An Khê, Quỳnh
Phụ, Thái Bình chảy theo hướng Đông Nam, đến địa phận xã Thụy Ninh, Thái
Thụy, Thái Bình sông đổi hướng chảy ngoằn ngoèo theo hướng Tây Đông và
hợp lưu với sông Thái Bình tại địa phận xã Thụy Tập (Thái Thụy) cách cửa Thái
Bình khoảng 7 km về hướng Đông Bắc. Sông có tổng chiều dài khoảng 35 km,
đi qua các địa phương như huyện Quỳnh Phụ, Thái Thụy và Vĩnh Bảo - Hải
Phòng. Làm ranh giới tự nhiên giữa Thái Bình và Hải Phòng[6].

Hình 1.1: Khu vực hạ lưu sông Hóa- sông Thái Bình

Nam Định. Ranh giới mặn 10/00 đã xâm nhập ngày càng sâu vào các sông Hồng,
sông Ninh Cơ và sông Đáy. Đặc biệt, trong tháng 1/2006, trên tất cả 3 vùng cửa

7


sông, mặn đã xâm nhập sâu đến mức kỷ lục: trên sông Hồng mặn lấn đất sâu đến
cửa cống Hạ Miêu I với độ mặn 7,20/00 cách biển 26km; trên sông Ninh Cơ,
mặn lấn sâu đến cửa cống Múc 2 với độ mặn 1,70/00, cách biển tới 37km; trên
sông Đáy mặn đã đến cửa cống Bình Hải I với độ mặn 50/00, cách biển 18km.
Bên cạnh đó, trên các sông thuộc hệ thống sông Thái Bình mặn đã xâm
nhập vào đất liền sâu hơn các sông thuộc hệ thống sông Hồng và xu hướng lấn
sâu vào đất liền năm sau sâu hơn năm trước. Độ mặn tại các cống lấy nước tưới
vùng cửa sông ven biển vào mùa cạn vượt quá mức cho phép.
Nguyên nhân dẫn đến xâm nhập mặn là do hiện tượng biến đổi khí hậu – nhiệt
độ tăng và nước biển dâng. Theo thống kê, nước biển dâng cao 1m sẽ có 1.668 km2
đất thuộc Đồng bằng sông Hồng bị ngập, 1.874.011 người bị ảnh hưởng.
Theo kịch bản thấp nhất của Bộ Tài nguyên và Môi trường đưa ra, vào năm
2020 vùng đồng bằng Bắc bộ nhiệt độ sẽ tăng 0,60C, mực nước biển dâng cao
hơn 0,11m; lượng mưa về mùa khô giảm ở hầu hết các vùng khí hậu nước ta và
lượng mưa thời kỳ từ tháng 3 đến tháng 5 sẽ giảm từ 3 – 6%[4]. Điều đó có
nghĩa rằng, nếu không có những biện pháp kịp thời, diện tích ngập mặn sẽ tiếp
tục tăng trong thời gian tới.
Sự xâm nhập mặn và mực nước trên sông Hồng, sông Hóa cũng như các
sông vùng hạ du Thái Bình lại phụ thuộc phần lớn vào sự điều tiết của hồ chứa
Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang. Thực tế theo dõi nhiều năm trở lại đây nước
mặn ngày càng lấn sâu hơn vào khu vực nội tỉnh: hai huyện Thái Thụy, Tiền Hải
những năm qua vụ xuân bị ảnh hưởng của mặn trên triền sông Hóa lên tới khu
vực cầu Nghìn. Trong giai đoạn đổ ải thời gian mở cống rất hạn chế, diện tích
các vùng Nam, Bắc quốc lộ 10 (vùng Tân Đệ) của huyện Vũ Thư, vùng Tiến

9


- Dâng, giữ nước mở rộng diện tích tưới tự chảy của lưu vực, tiết kiệm chi
phí tưới rất lớn.
- Tạo điều kiện thực hiện Chủ trương chuyển đổi cơ cấu kinh tế, cơ cấu cây
trồng, thay đổi cơ cấu mùa vụ, cơ cấu cây con vật nuôi mới, cũng như vấn đề
phát triển đô thị, công nghiệp và ô nhiễm môi trường của tỉnh.
- Không cho mặn xâm nhập vào sông Hóa, sông Thái Bình làm ngọt hóa cả
nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm hạ lưu sông Hóa, sông Thái Bình, giải
quyết tốt nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt cho vùng ven biển hạ du
sông Hóa, sông Thái Bình.
- Tiết kiệm tài nguyên nước của quốc gia không để chảy tự do ra biển đảm
bảo phục vụ yêu cầu sản xuất và đời sống tốt hơn
1.3. Các nghiên cứu thủy lực vùng cửa sông ven biển
Việc giải bài toán thủy lực vùng cửa sông cũng như bài toán xâm nhập mặn
là vô cùng phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của diễn biến khí hậu và rất nhiều yếu
tố khác. Chính vì vậy các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra rất nhiều mô
hình tính toán để giúp đơn giản hóa quá trình tính toán. Có thể sơ lược một số
mô hình như sau:
1.3.1 Các mô hình tính toán:
1.3.1.1 Mô hình MIKE 11 và MIKE21
MIKE là mô hình thương mại nổi tiếng thế giới do Viện Thuỷ lợi Đan Mạch
(Danish Hydraulics Institute - DHI) xây dựng. Đây thuộc lớp mô hình thuỷ lực
và chất lượng một và hai chiều có độ tin cậy rất cao, thích ứng với các bài toán
thực tế khác nhau. Mô hình này đã được áp dụng rất phổ biến trên thế giới để
tính toán, dự báo lũ, chất lượng nước và xâm nhập mặt. Hiện nay bộ mô hình bộ
MIKE là công cụ mạnh và được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam để tính toán, dự
10


nước và lưu lượng được tính trong lưới hình chữ nhật chứa khu vực nghiên cứu
khi có dữ liệu địa hình, độ nhám đáy, điều kiện biên, trường gió...
Phiên bản chuẩn của mô hình MIKE 21 dựa trên lưới tính hình chữ nhật. Đối
với việc mô phỏng vùng biển hở và phần lớn những ứng dụng vùng bờ, vùng cửa
sông, những lưới như vậy cho độ chính xác vừa đủ. Tuy nhiên, đối với các ứng
dụng trong sông, yêu cầu phải có sự mô phỏng chính xác đường biên và điều đó
đòi hỏi việc sử dụng lưới cong hoặc lưới phi cấu trúc (dạng các phần tử hữu hạn).
Lưới cong có những ưu điểm vượt trội lưới phi cấu trúc ở điểm sơ đồ tính toán
nhanh hơn rất nhiều. Ích lợi của việc sử dụng lưới cong so với việc sử dụng lưới
chữ nhật là số điểm lưới ít hơn, mô phỏng đường bao tốt hơn và do đó kết quả tính
toán có độ chính xác cao. Trong mô hình lưới cong, có thể sử dụng bước thời gian
dài hơn và độ phân giải được cải thiện hơn bởi vì đường lưới luôn bám sát theo
đường dòng chảy. Và cuối cùng, khi chạy mô hình lưới cong, do số điểm được
định nghĩa và lưu trữ ít hơn nên hạn chế được dung lượng trữ. Lưới cong trực giao
được sử dụng trong MIKE 21 C có được từ việc giải hệ phương trình[11]:

(1.1)

Trong đó:
x, y: toạ độ Đề các
s, n :

toạ độ cong (ngược chiều kim đồng hồ)

g: hàm tỷ trọng.

12


Hàm tỉ trọng là tỉ lệ giữa độ dài ô lưới theo phương s và độ dài ô lưới theo


p, q

Lưu lượng theo hướng s và n

H

Cao trình mực nước

h

Độ sâu

g

Gia tốc trọng trường

C

Hệ số Sêdi

Rs, Rn Bán kính cong của đường s và n
RHS: Phần bên phải, mô tả hiệu ứng Reynold, lực Coriolis, ma sát do gió,
áp lực không khí
Dòng chảy vòng là hiện tượng dòng chảy thứ cấp trong sông. Trong khi
không có ảnh hưởng mạnh lên dòng chảy chính trong các sông có tỉ lệ giữa độ
rộng và độ sâu lớn, thì nó lại có ảnh hưởng đáng kể đến hướng vận chuyển bùn cát
và vì thế ảnh hưởng đến sự thay đổi về hình thái sông. Do đó, việc tính toán dòng
chảy vòng gắn liền với việc mô phỏng vận chuyển bùn cát khi tiến hành mô hình
hoá hình thái sông trên qui mô lớn. Nó là một thành phần vô cùng quan trọng


dòng chảy, và đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành địa hình đáy sông, được
tính như sau:
Dòng chảy vòng xuất hiện tại các đoạn sông cong hay xung quanh các bãi
giữa gây nên sự trệch hướng của dòng sát đáy so với dòng chính và do vậy cũng
gây nên sự chệch hướng của ứng suất tiếp đáy (xem hình 1.2). Sự trệch hướng này
(định nghĩa bằng góc lệch s) phụ thuộc vào bán kính đoạn sông cong và độ sâu dòng
chảy, và đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành địa hình đáy sông, được tính như
sau:
tan  s  

(1.5)

h
Rs

trong đó:
s:

Góc lệch giữa ứng suất tiếp và ứng suất chính.

h:

Độ sâu dòng chảy

Rs:

Bán kính sông cong (hay độ cong của đường dòng)

:

g

Trong đó:  Phạm vi trong đó dòng chảy vòng biến đổi để đạt trạng thái cân bằng
h Độ sâu dòng chảy
C: hệ số Sêdi

Hình 1.3. Sự trệch hướng của vận tốc và ứng suất tiếp do tác động của
dòng chảy vòng tại khúc sông cong

Hình 1.4. Lưới tính toán được sử dụng trong MIKE 21 C
Những thành phần bổ sung khi sử dụng hệ toạ độ cong cũng được thể hiện
khi mô phỏng hiệu ứng Reynolds. Hệ phương trình được giải bằng kĩ thuật sai
phân ẩn với các biến được định nghĩa trên lưới tính toán so le (hình 1.4).

17