1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC
Phan Thị Ghi

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11
MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN
HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy
Ngành Thủy Văn học Hà Nội - 2013
2

LỜI CẢM ƠN
        
       



      


         
         
 sai sót,   ong
  

4
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 8
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH
XÂM NHẬP MĂN 9
1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 9
1.1.1 Vị trí địa lý 9
1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 9
1.1.3 Cấu tạo địa chất và thổ nhưỡng 11
1.1.4 Lớp phủ thực vật 12

3.5.1 Tác động của biến đổi khí hậu và dự báo của IPCC 52
3.5.2 Tính toán xâm nhập mặn theo kịch bản 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

5
DANH MỤC BẢNG

Tình hình số liệu KT-TV đã thu thập trên khu vực nghiên cứu 16
 Diện tích, dân số TB, mật độ dân số năm 2008 khu vực nghiên cứu 17
 Mực nước triều lớn nhất trung bình tháng 22
. Mực nước triều trung bình tháng 22
. Mực nước triều nhỏ nhất trung bình tháng 22
 Khả năng xuất hiện Hmin vào các tháng 22
. Chênh lệch mực nước lớn nhất của các đặc trưng mực nước triều trong
nhiều năm tại Cửa Hội 23
 Nước biển dâng theo kịch bản phát thải thấp (cm) 53
Nước biển dâng theo kịch bản phát thải trung bình (cm) 53
Nước biển dâng theo kịch bản phát thải cao (cm) 54
Bảng tóm tắt ranh giới mặn theo các kịch bản 60 6
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC HÌNH 6
Hình 1. Bản đồ lưu vực sông Lam (sông Cả) 10
Hình 2. Biểu đồ cơ cấu kinh tế tỉnh Nghệ An 19
Hình 3. Biểu đồ cơ cấu nông nghiệp tỉnh Nghệ An 19
Hình 4a. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott 29
Hình 4b. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t 29

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 lĩnh vực như: nông nghiệp, giao thông vận tải, 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 nghĩa thực tiễn cao.
Sông Lam (hay sông Cả) là một trong 2 sông lớn nhất ở Bắc Trung Bộ Việt
Nam. Với tổng diện tích lưu vực 27.200km
2
, sông bắt nguồn từ vùng Nậm Cắn
(Lào). Phần chính của dòng sông chảy qua tỉnh Nghệ An, phần cuối của sông Cả
hợp lưu với sông La từ Hà Tĩnh, tạo thành biên giới giữa Nghệ An và Hà Tĩnh đổ ra
biển tại Cửa Hội. Khu vực vùng Cửa Hội thường xuyên chịu sự tàn phá và đe dọa
của các thiên tai như lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn… Khóa luận với đề tài: “Ứng
dụng mô hình Mike 11 mô phỏng xâm nhập mặn khu vực hạ lưu sông Lam” được
thực hiện để mô phỏng và đánh giá quy luật diễn biến theo không gian xâm nhập
mặn hạ lưu hệ thống sông Lam phục vụ quy hoạch và phát triển kinh tế xã hội trên
khu vực .
Khóa luận được bố cục thành 3 chương (không kể mở đầu và kết luận)
Chương 1: Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu và tình hình xâm nhập
mặn.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 11
Chương 3: Ứng dụng mô hình vào mô phỏng xâm nhập mặn
9
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
VÀ TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MĂN

361km sông chảy qua hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh rồi đổ ra biển Đông tại Cửa
Hội. [2]
1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo
Địa hình trên lưu vực nổi bật là địa hình núi thấp và đồi, địa hình đồng bằng
chỉ chiếm 13% diện tích toàn lưu vực. Địa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông
Nam và Tây Nam lên Đông Bắc. Độ cao bình quân toàn lưu vực khoảng 294 m.
Đặc điểm địa hình như vậy đã ảnh hưởng trực tiếp tới khí hậu và hình thái sông suối
toàn lưu vực sông Cả. Khu vực thượng nguồn sông nhánh Nậm Mô và sông Hiếu có
địa hình cao trung bình 780 m còn vùng trung lưu có độ cao trung bình khoảng 300
m.
Đặc biệt, tại những đỉnh núi nằm trên đường phân lưu có đỉnh Pu – Lai -
Leng (thuộc huyện Kỳ Sơn – Nghệ An) cao khoảng 2711 m, và phía Tây Nam có
dãy núi Rào Cỏ cao khoảng 2265 m, đỉnh Pusan cao 2218 m, dãy Pou – Hoat, thuộc
huyện Quế Phong - tỉnh Nghệ An cao 2452m, về hạ lưu địa hình thấp dần.[2] 10 Hình 1. Bản đồ lưu vực sông Lam (sông Cả)
Lưu vực sông Cả phát triển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, nghiêng dần
ra biển. Toàn bộ vùng thượng nguồn trên đất Lào có độ cao bình quân trên 1.000 m.
Ở địa phận Việt Nam hơn 80% diện tích là đồi núi. Diện tích đất có độ dốc thoả
mãn cho yêu cầu phát triên nông nghiệp chỉ chiếm 19% toàn vùng và 14% toàn lưu
vực. Dãy núi Pou – Hoat ở thượng nguồn sông Hiếu có đỉnh cao 2452m, thượng
nguồn sông Giăng, sông La là các dãy núi Trường Sơn có độ cao trên 2.00 m, càng
gần về phía Nam và Tây nam núi đồi thấp dần xuống độ cao 1300 - 1800m, đến
vùng núi đồi Hà Tĩnh độ cao giảm còn 400 - 600m. Dải Trường Sơn và các dãy núi
cao của 6 huyện miền núi Nghệ An đã hình thành một bức trường thành ngăn gió
biển thổi vào đất Lào tạo nên sự khác biệt về chế độ khí hậu của hai nước.[2]

chủ yếu bởi đất Feralit, diệp thạch và đá vôi phát triển trên các nhóm đá Granit,
Riônit, cuội kết sét, [2]
Vùng miền núi của lưu vực sông Cả chủ yếu là loại đất tơi xốp, sa thạch kết
tinh, sa thạch bị ép và đất pha cát.
Vùng đồng bằng có 2 phức hệ trầm tích cơ bản là sạn – cát lòng sông và bột
sét bãi bồi liên quan đến dịch chuyển 2 hướng của dòng sông: dịch chuyển ngang
tạo uốn khúc, dịch chuyển thẳng đứng do sụt lún kiến tạo và đền bù trầm tích.
12
Phía Bắc và Đông Bắc lưu vực thấp và ít đá hơn so với phía Tây và Tây
Nam. Ngoài ra phía Bắc dãy Pou – Hoat, Bu – Khang cấu tạo bởi đá granit, riolit rải
rác trên lưu vực là các thung lũng và đồng bằng có nền đất phù sa bồi tụ.[2]
1.1.4 Lớp phủ thực vật
Trên lưu vực có thảm phủ thực vật tương đối phong phú, diện tích rừng
khoảng 8909 km
2
, chiếm 50,2% diện tích tự nhiên trên lưu vực. Có 2 kiểu rừng phổ
biến ở lưu vực sông Cả là rừng kín thường xanh (phân bố ở độ cao dưới 700 m) và
rừng kín hỗn hợp cây lá kim.
Trên những vùng núi cao lượng mưa lớn, thực vật phát triển rất mạnh. Vùng
núi phía Bắc và phía Tây của lưu vực, thảm thực vật rất phong phú và có nhiều loại
cây gỗ quý. Tổng trữ lượng gỗ còn khoảng 40 triệu m
3
cây trồng cũng như cây tự
nhiên phát triển mang lại năng suất cao. Chính nhờ các thảm thực vật phong phú và
phát triển mạnh làm giảm dòng chảy mặt, hạn chế xói mòn, làm giảm cường độ của
các dòng lũ, điều hoà dòng chảy trên lưu vực.[2]
1.1.5 Khí hậu
Khí hậu của lưu vực là khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đông lạnh với các
loại gió mùa Đông Bắc, gió mùa Tây Nam và đặc biệt là gió Tây khô nóng. Khí hậu
nhiệt đới thể hiện ở chỗ mỗi năm có 2 lần mặt trời đi qua thiên đỉnh, cường độ bức

 Bức xạ mặt trời: Lưu vực sông Cả được coi là có tiềm năng bức xạ dồi
dào, đó là nguồn năng lượng quan trọng cung cấp cho các quá trình tự nhiên trên
mặt đất. Sự phân bố bức xạ theo mùa khá rõ rệt, từ tháng V đến tháng IX có lượng
bức xạ mặt trời trên 10 Kcal/cm
2
, thông thường tháng VII đạt trị số cao nhất: 35,1
Kcal/cm
2
. Từ tháng I đến tháng II lượng bức xạ nhỏ hơn, tháng II trời nhiều mây,
bức xạ tổng cộng thấp nhất trong năm: 3,7 Kcal/cm
2
.
 Độ ẩm trung bình trong lưu vực sông Cả rất cao - khoảng 84 – 86%,
riêng Tương Dương là 81%. Độ ẩm không khí liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ và
lượng mưa, nơi có nhiệt độ cao thì độ ẩm thấp và nơi có nhiều mưa thì độ ẩm cao
hơn. Độ ẩm thấp nhất vào mùa gió Tây khô nóng. Tháng VII, gió Tây khô nóng
hoạt động mạnh nên độ ẩm trung bình chỉ đạt 70,5%.
 Mưa trên lưu vực sông Lam chủ yếu do bão, áp thấp nhiệt đới, không
khí lạnh, dải hội tụ nhiệt đới gây nên. Lượng mưa trên lưu vực phân bố không đồng
đều theo không gian và thời gian, lượng mưa trung bình từ 1200 – 2000 mm/năm.
Trên lưu vực trong các tháng V đến tháng VII có mưa lũ tiểu mãn do gió mùa Tây
Nam. Sau đó khu vực này lại xảy ra dạng thời tiết khô nóng do gió Tây thổi sang.
Mùa mưa kéo dài và lệch về Thu – Đông, từ tháng VIII đến tháng XI, thể hiện rõ rệt
nhất ảnh hưởng của địa hình và vị trí của lưu vực. Mùa hạ có gió Lào khô nóng,
hình thành một thời kì ít mưa vào tháng VI đến tháng VII. Cuối mùa khô, khoảng
tháng V có mưa tiểu mãn khá lớn liên quan với sự xuất hiện đường hội tụ theo kinh
14
hướng giữa gió Tây – Nam và Đông – Nam. Lượng mưa phân bố trong năm không
đều, lượng mưa mùa mưa chiếm khoảng 65 – 85% lượng mưa toàn năm.[2]
1.1.6 Mạng lưới sông suối lưu vực sông Lam

.
Dòng chảy năm trên lưu vực sông Cả khá dồi dào với lượng mưa trung bình
năm toàn lưu vực là 1.800mm tổng lượng nước trung bình nhiều năm trên toàn lưu
vực là 23,5.10
9
m
3
, tương ứng với lưu lượng trung bình nhiều năm là 745m
3
/s, mô
đun dòng chảy 27,4 l/s.km
2
. Hệ số dòng chảy = 0,48. Trên dòng chính sông Cả
tại Yên Thượng có Flv = 23.000km
2
, dòng chảy năm trung bình đạt 16.10
9
m
3
, Q
o
=
199m
3
/s, M
o
= 62,1 l/s.km
2
.
Cũng như các nơi khác ở nước ta, dòng chảy sông suối trong lưu vực sông


1
Yên
Thượng
S.Cả 105˚23’ 18˚41’ TV I Q Q
ngày

2/2-31/3/2006
1/2-31/3/2007
2 1 lần/ngày
2 Hòa Duyệt
S.Ngàn
Sâu
105˚30’ 18˚22’ TV III Q Q
ngày
2/2-31/3/2006
1/2-31/3/2007
2 1 lần/ngày
3 Sơn Diệm
S.Ngàn
Phố
105˚20’ 18˚30’ TV III Q Q
ngày

2/2-31/3/2006
1/2-31/3/2007
2 1 lần/ngày
4 Bến Thủy S.Lam 105˚41’40” 18˚38’30” H, S H
giờ
, S

Huyện Hưng Nguyên, Huyện Nghi Lộc, TP.Vinh, Tx.Cửa Lò), và Hà Tĩnh (Huyện
Hương Sơn, Huyện Đức Thọ, Huyện Nghi Xuân, Tx.Hồng Lĩnh)
 Diện tích, dân số trung bình, mật độ dân số năm 2008 khu vực nghiên
cứu
TT Tên
Diện
tích
(Km
2
)
Dân số trung bình (Người)
Mật độ
dân số
(Ng/km
2
)
năm 2008
Nghệ An 2004 2005 2006 2007 2008 902
1 Tp.Vinh 104,9 235 602 239 108 242 666 247 074 290 710 2841
2
H.Nghi
Lộc
347,8 216 881 219 715 223 104 226 238 197 575 570
3
H.Hưng
Nguyên
159,1 121 577 121 957 122 798 123 768 114 836 728
4
H.Nam
Đàn

Theo  năm 2008 của cục thống kế Nghệ An, Hà Tĩnh, dân
số khu vực hạ lưu sông Lam là 972.216 người, số dân sống ở thành thị là 269.023
người, chiếm 27,67% còn lại hầu hết dân số sống ở nông thôn và miền núi (chiếm
72,33%). Cơ cấu dân số như sau:
Nam: 493.191 người; Nữ: 479.025 người
Dân số phân bố không đều đặc biệt có sự phân biệt lớn giữa đồng bằng và
miền núi. Mật độ dân số trung bình khu vực nghiên cứu là 902 người/km
2
trong đó
Tp.Vinh có mật độ lớn nhất: 2.841 (người/km
2
), huyện miền núi Nghi Xuân có mật
độ nhỏ nhất: 431 người/km
2
. Tốc độ tăng dân số trong vùng còn cao. Theo thống kê
năm 2008 tốc độ tăng tự nhiên của tỉnh Nghệ An là 11,52‰, Hà Tĩnh 6,71‰. [6]
1.2.2. Cơ cấu kinh tế
Cơ cấu kinh tế của tỉnh Nghệ An như sau: nông, lâm nghiệp và thủy sản
chiếm 30,77%, dịch vụ 37,16%, công nghiệp và xây dựng 32,07% tổng sản lượng
của toàn tỉnh, biểu diễn trên hình 2 (thống kê năm 2008). Trong cơ cấu nông nghiệp
các ngành phân bố như sau: dịch vụ 2,88%, chăn nuôi 36,69%, trồng trọt 60,43%,
biểu diễn trên hình 3. [6]
19

Hình 2. Biểu đồ cơ cấu kinh tế tỉnh Nghệ
An

Hình 3. Biểu đồ cơ cấu nông nghiệp
tỉnh Nghệ An


rất lớn, song mức độ khai thác còn hạn chế. Để phát huy tiềm năng cần đầu tư thích
đáng về cơ chế, chính sách khuyến ngư cũng như vấn đề cấp nước phục vụ cho nuôi
trồng thuỷ sản ven bờ.
Diện tích nuôi trồng thủy sản (nước mặn, lợ, ngọt) của 2 tỉnh Nghệ An, Hà
Tĩnh cũng như khu vực nghiên cứu có xu hướng tăng trong những năm gần đây.
Đặc biệt là nuôi Tôm nước lợ. Theo thống kê bảng 8 cho biết sản lượng thủy sản
nuôi trồng (khu vực nghiên cứu) tăng từ 7021 (tấn) năm 2004 lên đến 12524 (tấn),
năm 2008, theo thống kê bảng 9 cho biết sản lượng Tôm nuôi (khu vực nghiên cứu)
tăng từ 218 (tấn) năm 2004 lên đến 492 (tấn) năm 2008, theo thống kê bảng 10 cho
biết sản lượng Cá nuôi (khu vực nghiên cứu) tăng từ 6533 (tấn) năm 2004 lên đến
11047 (tấn) năm 2008. Sau 4 năm diện tích nuôi trồng cũng như sản lượng thủy sản
nuôi trồng tăng khoảng 50%.[7]

1.3 TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN
1.3.1 Thủy triều
a) Đặc điểm chung
Nếu ở Bắc Bộ thuỷ triều mang đặc điểm của chế độ nhật triều thuần nhất hầu
hết trong các tháng mỗi ngày chỉ có 1 lần nước lớn và một lần nước ròng, thời kỳ
triều cường xảy ra 2 - 3 ngày sau ngày mặt trăng có độ xích vĩ lớn nhất, thời kỳ
triều kém xảy ra trong 2 - 3 ngày sau ngày mặt trăng qua mặt phẳng xích đạo, thì ở
vùng Nghệ An chủ yếu là chế độ nhật triều không đều.
21
Hàng tháng có non nửa số ngày có hai lần nước lớn và hai lần nước ròng.
Thời kỳ triều cường và thời kỳ triều kém xảy ra gần cùng một thời gian với thuỷ
triều ở Hòn Dấu.[2]
Các ngày có hai lần nước lớn và hai lần nước ròng thường xảy ra vào thời kỳ
triều kém. Thời gian triều dâng thường chỉ dưới 10 giờ, còn thời gian triều rút kéo
dài tới 15, 16 giờ. Khi xét thuỷ triều ở vùng cửa sông Lam và vùng ảnh hưởng triều,
số liệu thực đo mực nước tại các trạm Chợ Tràng, Linh Cảm và Bến Thuỷ được
dùng để phân tích trong khóa luận này.


Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm
Cửa Hội 130 112 104 114 123 121 122 130 145 161 153 150 177
Bến Thủy 137 125 115 122 133 135 139 152 223 248 171 157 290

4. Mực nước triều trung bình tháng

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm
Cửa Hội 9,9 6,1 3,6 1,7 1,4 1,6 0,9 8,6 29,4 40,0 31,6 18,0 13,0
Bến Thuỷ 19,2 14,8 13,7 11,1 13,1 17,0 21,3 35,0 81,5 95,8 52,5 30,1 33,0

5. Mực nước triều nhỏ nhất trung bình tháng

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm
Cửa Hội -129 -123 -114 -128 -130 -136 -135 -124 -103 -93 -104 -122 -145
Bến Thuỷ -110 -107 -104 -111 -112 -113 -115 -102 -64 -54 -78 -103 -127

6. Khả năng xuất hiện Hmin vào các tháng
%
Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
23
Cửa Hội 22,1 4,3 4,3 13,0 17,0 35,0 4,3
Bến Thuỷ 3,8 7,4 7,4 18,5 29,6 25,9 7,4

c) Diễn biến mực nước triều trong năm
Mực nước lớn nhất:
Tại Cửa Hội mực nước triều lớn nhất đạt trị số cao nhất cao hơn mực nước
triều lớn nhất đạt trị số nhỏ nhất là 0,83m. Chênh lệch trị số mực nước triều nhỏ
nhất đạt trị số cao nhất so với mực nước triều nhỏ nhất đạt thấp nhất trong nhiều
năm tại Cửa Hội là 0,59m. Nhưng xét chênh lệch mực nước này ở các tháng trong

độ mặn là 1,0‰, 2,0‰ và 5,0‰ thì năng suất lúa chỉ đạt tương ứng là 88%, 60,1%
và 50%. Đặc biệt khi độ mặn tăng đến 15‰ thì cả lúa và mạ đều chết. Ngoài ra độ
mặn còn ảnh hưởng đến tính chất lý hoá của nước như trọng lượng riêng, độ dẫn
điện, độ truyền âm, độ hoà tan các chất khí và nguy cơ tồn vong của hệ sinh thái
nước ngọt. Do đó, việc đánh giá xâm nhập mặn là hết sức quan trọng, liên quan mật
thiết đến điều kiện phát triển kinh tế xã hội và sinh hoạt. [7]
Vào năm 2000, phong trào nuôi tôm sú nước lợ bắt đầu phát triển nhanh và
mạnh (tốc độ tăng diện tích trung bình 25% năm giai đoạn 2000-2007) tại địa bàn
tỉnh Quảng Trị, và lan nhanh ra các tỉnh lân cận trong đó có vùng Cửa Hội (Nghệ
An – Hà Tĩnh). Lợi nhuận thu được từ nuôi tôm nước mặn, lợ lớn hơn nhiều so với
sản xuất cây nông nghiệp nên đến nay diện tích dành cho nuôi tôm mặn lợ đã phát
triển hơn 800 ha. Thu nhập từ nuôi tôm có thể lên đến 100 triệu/ha nếu tôm không
bị nhiễm bệnh và phát triển tốt. Tuy nhiên độ mặn thích hợp nhất cho tôm sú phát
triển từ 15 – 25‰ nên việc xác định thời điểm lấy nước và thay nước cho ao nuôi
khi nước sông có độ mặn phù hợp cũng là một yêu cầu cần thiết, đặc biệt là khi các
vùng nuôi vẫn lấy nước trực tiếp từ sông, không qua bể trữ. [7]
25
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Mô hình toán là tập hợp các biểu thức toán học phức tạp mô tả các quy luật
vật lý trong những điều kiện nhất định. Tính toán thuỷ lực mạng lưới sông không
thể thiếu mô hình toán. Với bài toán thuỷ lực thường áp dụng mô hình 1 chiều giải
hệ phương trình Saint – Venant gồm phương trình liên tục và chuyển động, nghiệm
là mực nước và lưu lượng/vận tốc. Khi có số liệu địa hình của mạng lưới sông
nghiên cứu và số liệu thuỷ văn: mực nước, lưu lượng, mô hình cho phép tính toán
mô phỏng quá trình thuỷ động lực trong toàn bộ mạng lưới sông. Một khi các kết
quả tính toán của mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm chứng so với số liệu quan
trắc trong thực tế, thường là tại các trạm thuỷ văn, mô hình cho phép dự báo theo
các kịch bản khác nhau. Kịch bản là những tình huống có thể xảy ra trong những