BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

PHẠM THỊ LƯƠNG
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TÍNH
TOÁN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG CẢ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: Thủy văn học

LUẬN VĂN THẠC SĨ THỦY VĂN HỌC

Hà Nội - 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

PHẠM THỊ LƯƠNG
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TÍNH
TOÁN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG CẢ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã: 8440224

Giảng viên hướng dẫn: TS. Đoàn Quang Trí

Hà Nội - 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

hậu (BĐKH) năm 2016 của Bộ TNMT. Luận văn đã xác định được phương án
để thiết lập biên tính toán đầu vào cho mô hình Mike 11 trong việc áp dụng
kịch bản BĐKH năm 2016 bằng việc áp dụng mô hình Mike Nam với kịch bản
biến đổi mưa cho hai thời kỳ phát thải RCP4.5 và RCP8.5. Đối với việc xây
dựng các bản đồ phân bố mặn trong sông luận văn đã kết hợp sử dụng công
cụ ArcGIS
10.0 cho khu vực hạ lưu sông Cả theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 đối với
03 thời kỳ năm 2030, 2050 và 2100. Kết quả mô phỏng cho thấy trong điều kiện
cực đoan (dòng chảy thượng lưu giảm, nước biển dâng cao) ranh giới xâm nhập
mặn đi sâu vào trong sông. Xâm nhập mặn gây ảnh hưởng đến sản xuất cũng
như đời sống của người dân các huyện ven biển, do đó luận văn cũng đã đưa ra
một số biện pháp để thích ứng và ứng phó với hiện tượng xâm nhập mặn.


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phạm Thị Lương

Mã học viên: 1798010001

Lớp: CH3AT
Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 8440224

Khóa học: 2017-2019
Tôi xin cam đoan luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
của TS. Đoàn Quang Trí với đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình
MIKE 11 tính toán xâm nhập mặn hạ lưu sông Cả dưới tác động của biến đổi
khí hậu”.
Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào

không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp
của các Thầy, Cô để em hoàn thành tốt hơn Luận văn tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Phạm Thị Lương


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP..........................................................
3
1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến xâm nhập mặn
............ 3
1.1.1 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn trên thế giới
................................................ 3
1.1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước
.................................................. 7
1.1.3 Tổng quan một số kịch bản BĐKH ở Việt
Nam......................................................10
1.2 Giới thiệu về lưu vực nghiên cứu
....................................................................................14
1.2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên
................................................................................................14
1. Vị trí địa
lý...............................................................................................................................14
2. Đặc điểm địa hình
.................................................................................................................15
3. Đặc điểm thổ
nhưỡng...........................................................................................................15
4. Đặc điểm thảm phủ thực

...................................................................................................42
2.3 Thiết lập hệ thống mô ph ng
...........................................................................................45
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
......................................................................................................54
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN XÂM NHẬP
MẶN..............................................................55
3.1 Kết quả hiệu ch nh bộ thông số mô hình MIKE 11
...................................................55


3.2 Kết quả kiểm định bộ thông số thủy lực mô hình MIKE 11
HD............................58
3.3 Kết quả hiệu ch nh và kiểm định mô hình truyền tải khuếch tán MIKE 11
AD61
3.4 Tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản biến đổi khí
hậu.................................63
3.4.1 Kết quả hiệu ch nh và kiểm định mô hình Mike-Nam
..........................................63
3.4.2 Kết quả mô ph ng quá trình xâm nhập mặn tính đến năm
2030.......................66
3.4.3 Kết quả mô ph ng quá trình ngập mặn tính đến năm 2050
................................68
3.4.4 Kết quả mô ph ng quá trình ngập mặn tính đến năm 2100
................................69
3.5 Đề xuất các giải pháp nhằm hạn chế tác động tiêu cực của BĐKH
......................73
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
.......................................................................................................81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

triều........29
Bảng 1-13: Phân bố dân số trên lưu vực sông Cả [6]
.......................................................31
Bảng 1-14: Cơ cấu kinh tế các t nh trên lưu vực sông Cả [6]
.........................................32
Bảng 2-1: Mực nước biển dâng theo các kịch bản RCP4.5 và
RCP8.5.......................48
Bảng 2-2: Mực nước biển dâng theo các kịch bản RCP4.5 và
RCP8.5......................48
Bảng 2-3: Biến đổi của lượng mưa mùa xuân (%) so với thời kì cơ
sở........................49


Bảng 2-4: Tổng hợp các kịch bản mô ph
ng......................................................................49
Bảng 2-5: Diện tích các lưu vực bộ phận trên sông Cả
....................................................51
Bảng 2-6: Các trạm khí tượng thủy văn sử dụng trong mô
hình..................................52
Bảng 3-1: Tiêu chí đánh giá chất lượng cho các ch số [18 19
20]..................................55
Bảng 3-2: Đánh giá chất lượng hiệu ch nh mô hình
.........................................................58
Bảng 3-3: Đánh giá chất lượng kiểm định mô
hình..........................................................59
Bảng 3-4: Đánh giá chất lượng hiệu ch nh mô hình truyền tải khuếch
tán................62
Bảng 3-5: Đánh giá chất lượng kiểm định mô
hình..........................................................63
Bảng 3-6: Bộ thông số dùng cho mô hình trong quá trình hiệu ch

Hình 2-8: Sơ đồ thủy lực mô ph ng trong mô hình MIKE
11.......................................46
Hình 2-9: Sơ đồ các bước thiết lập mô hình MIKE 11
....................................................47
Hình 2-10: Mực nước triều trạm Cửa Hội năm 2030 2050 và
2100............................50
Hình 2-11: Kết quả phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực
......................................51
Hình 2-12: Mô tả diện tích trạm khống chế của trạm mưa
theo...................................53
Hình 3-1: Kết quả hiệu ch nh đường quá trình mực
nước.............................................57


Hình 3-2: Kết quả hiệu ch nh đường quá trình mực
nước.............................................58
Hình 3-3: Kết quả kiểm định đường quá trình mực nước
tại........................................60
Hình 3-4: Kết quả kiểm định đường quá trình mực nước
tại........................................61
Hình 3-5: Kết quả hiệu ch nh và kiểm định đường quá trình độ mặn tại trạm
Bến 62
Hình 3-6: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm
Dừa..............64
Hình 3-7: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm Sơn
Diệm ...64
Hình 3-8: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm
.......................65
Hình 3-9: Kết quả tính toán và thực đo lưu lượng dòng chảy tại trạm
.......................65

KTTV&BĐKH

Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu

BĐKH &NBD

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng

RCP4.5

Kịch bản biến đổi khí hậu phát thải trung bình

RCP8.5

Kịch bản biến đổi khí hậu phát thải cao

KH KTTV&MT

Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường

DEM

Bản đồ số độ cao

MIKE 11

Mô hình thủy lực đan mạch

HD


bối cảnh biến đổi khí hậu” cập nhật số liệu đo mặn đến 2001 và tham khảo kịch
bản BĐKH năm 2016. Tuy nhiên các nghiên cứu này còn nhiều bất cập, đặc biệt
là quá trình hiệu chỉnh và kiểm định nhằm xác định bộ thông số mô hình, xử lý
các điều kiện biên trong bối cảnh BĐKH NBD. Với đề tài lựa chọn, tác giả
mong muốn được tìm hiểu:
- Ứng dụng mô hình thủy lực MIKE 11 mô phỏng quá trình diễn toán
dòng chảy hạ lưu sông Cả.
- Kết hợp mô hình toán thủy lực MIKE 11 mô phỏng quá trình xâm nhập
mặn vùng cửa sông ven biển; tính toán, đưa ra bản đồ xâm nhập mặn cho vùng
hạ lưu sông Cả dưới tác động của BĐKH NBD theo kịch bản RCP4.5 và
1


RCP8.5 mới nhất mà Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2016 với bộ
số liệu KTTV được cập nhật để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực, mô
hình tính toán truyền tải khuếch tán trong những năm gần đây từ năm (20142017).
Kết quả nghiên cứu s cung cấp thêm các thông tin về tác động của
BĐKH NBD đến quá trình xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Cả; giúp các nhà
nhà kỹ thuật, các nhà quản lý điều chỉnh qui hoạch phát triển KT - XH, xây
dựng các giải pháp giảm nh và thích ứng với nguy cơ xâm nhập mặn, ổn định
sản xuất và đời sống của nhân dân vùng ven biển của tỉnh Nghệ An, Hà T nh.

2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Biến đổi khí hậu đang làm cho các đại dương ấm lên, từ năm 1961 đến
o



Ở Australia, từ những năm 1950, Đã có nhiều báo cáo và dự án nghiên
cứu về vấn đề - xâm nhập mặn, đặc biệt là ở Vịnh Van Diemen với mục đích
nghiên cứu xác định mức độ không gian và t

lệ nước mặn xâm nhập ở vùng

sông Alligator chiếm nửa phía đông của vịnh Van Diemen ở Bắc Úc
Cunge và cs (1980) đã nghiên cứu tính toán thủy lực sông, trong đó có
động lực xâm nhập mặn dưới sự biến động của các yếu tố thủy văn thực tế ảnh
hưởng đến kết quả tính toán [9]. Gillibrand và Balls (1998) đã xây dựng mô
hình quá trình xâm nhập mặn cũng như lan truyền nitrat cho khu vực đầm
lầy ven biển Ythan ở Scotland nơi không chỉ hiện tượng xâm nhập mặn biến
động lớn mà còn là nơi mà hàm lượng các hợp chất nitơ, đặc biệt là nitrat bị
chi phối bởi hàng loạt các yếu tố.
Huang và Foo (2002) xây dựng mô hình nghiên cứu biến động quá trình
xâm nhập mặn sông Apalachicola-Florida-Mỹ bằng mô hình mạng thần kinh
[10]; Các mô hình tính toán xâm nhập mặn thường sử dụng bài toán một chiều
dựa trên việc giải số hệ phương trình Saint - Venant kết hợp với phương trình
truyền tải, khuếch tán trong dòng chảy. Những mô hình mặn 1 chiều đã được
xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman (1961) [11]. Giả thiết
cơ bản của các mô hình này là các đặc trưng dòng chảy và mật độ là đồng nhất
trên mặt cắt ngang. Mặc dù điều này khó gặp trong thực tế nhưng kết quả áp
dụng mô hình lại có sự phù hợp khá tốt, đáp ứng được nhiều mục đích nghiên
cứu và tính toán mặn. Ưu thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu
tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế.
Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phương trình 3 chiều để diễn toán quá
trình xâm nhập mặn nhưng nhiều thông số không xác định được [12]. Hơn nữa
mô hình 3 chiều yêu cầu lượng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong
khi kiểm nghiệm nó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tương ứng. Vì vậy

mô hình SALFLOW của Delf Hydraulics (Viện Thu

lực Hà Lan) được xây

dựng trong khuôn khổ hợp tác với Ban Thư ký U ban sông Mê Công từ năm
1987 [15].
d. Mô hình ISIS (Anh)
Mô hình do các nhà thu lực Anh xây dựng, thuộc lớp mô hình thu lực
một chiều kết hợp giải bài toán chất lượng nước và có nhiều thuận lợi trong
5


khai thác. Mô hình cũng được nhiều nước sử dụng để tính toán xâm nhập mặn
[15].

6


e. Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code)
Mô hình được cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (USEPA) phát triển từ năm
1980. Là mô hình tổng hợp dùng để tính toán thu lực kết hợp với tính toán lan
truyền chất 1, 2, 3 chiều. Mô hình có khả năng dự báo các quá trình dòng chảy,
quá trình sinh, địa hoá và lan truyền mặn.
f. Mô hình thuỷ lực một chiều MIKE 11
Mô hình MIKE 11 là mô hình thương mại nổi tiếng thế giới do Viện Thu
lực Đan Mạch xây dựng. Đây là loại mô hình thu lực và chất lượng nước một
chiều (trường hợp riêng là xâm nhập mặn) 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 lan truyền
mặn vào sông [16-18].

1 chiều hiện

Có

3

WENDY

Delf Hydraulics , Hà
Lan

1 chiều ẩn

Không

4

SALHO

Trần Văn Phúc

1 chiều ẩn

Có

Trịnh Quang Hoà

Thu văn, thu lực
kết hợp


Không

9

HEC-RAS

Mỹ

1 chiều

Có

10

ISIS

Một và hai chiều ẩn

Không

11

EFDC

Hà Lan
Cơ quan Bảo vệ Môi
trường Mỹ (EPA)

1,2,3 chiều


Như vậy, có thể thấy rằng vấn đề xâm nhập mặn đã được quan tâm rất
nhiều trên thế giới và đến nay nhiều quốc gia đã và đang tiến đến việc kiểm soát
xâm nhập mặn vào sông theo nhiều hướng khác nhau.
1.1.2 Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn trong nước
Việt Nam có đường bờ biển dài khoảng 3260 km, trung bình khoảng
20km thì có một cửa sông đổ ra biển. Tại đây có sự giao thoa giữa hai dòng
nước từ sông ra và từ biển vào cộng với ảnh hưởng của triều, sóng biển, hoàn
lưu gió… nên một số thời điểm nước biển chảy ngược hướng từ vùng cửa sông
tiến sâu về vùng thượng lưu sông gây nên hiện tượng xâm nhập mặn. Tình hình
xâm nhập mặn ở các vùng cửa sông luôn biến động tương đối phức tạp theo
không gian và thời gian, ảnh hưởng lớn tới nhiều l nh vực như: nông nghiệp,
nuôi trồng thủy sản, sinh hoạt… Bởi vậy, muốn triệt để khai thác mặt lợi, hạn
chế mặt hại do xâm nhập mặn gây ra cần phải đánh giá đúng đắn quy luật diễn
biến theo không gian và thời gian của nó. Chính vì vậy công tác tìm hiểu,
nghiên cứu và tính toán xâm nhập mặn các vùng cửa sông luôn có nhu cầu cấp
thiết và ý ngh a thực tiễn cao. Tuy việc nghiên cứu, tính toán xâm nhập mặn ở
nước ta được quan tâm từ những năm 60 nhưng chủ yếu tiến hành quan trắc
độ mặn trong sông ở hai vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu
Long.
Từ trước năm 1985, sau khi thành lập Viện Khí tượng Thủy văn thuộc
Tổng cục Khí tượng Thủy văn, việc nghiên cứu xâm nhập mặn bắt đầu được
quan tâm. Nhiều báo cáo thống kê về tình hình xâm nhập mặn ở khu vực này đã
được công bố. Các kết quả nghiên cứu đã xác định ranh giới xâm nhập mặn cho
các tháng theo chiều dài sông; Đến năm 2010, Đoàn Thanh Hằng (Viện KH
KTTV MT) sử dụng mô hình MIKE (cả mô hình 1 chiều MIKE 11 và mô hình

8


2 chiều MIKE 21) để xây dựng chương trình dự báo xâm nhập mặn cho khu vực

phục vụ phát triển kinh tế xã hội ĐBSCL.
Năm 2003, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam nâng cấp thành công nghệ
dự báo mặn. Dự báo này đã được gửi phát báo cho các địa phương trong khuôn
khổ của Dự án Điều tra cơ bản thường xuyên cấp Bộ “Giám sát mặn vùng ven
biển Đồng bằng sông Cửu Long phục vụ cho lấy nước sản xuất [3].
10