Luận văn Đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn do biến đổi khí hậu khu hạ lưu ven biển lưu vực sông Cả, tỉnh Nghệ An

04 2870 1,91 14/10/88 6,70 4,47 10/3/1999 7 Nghĩa Khánh Hiếu 4024 1959- 2004 5750 1,43 30/09/62 10,4 2,58 23/03/1999 8 Khe Lá Khe Thiềm 27,8 1970- 1985 257 9,24 27/09/78 0,002 0,072 6/7/1977 9 Hoà Duyệt Ngàn Sâu 1880 1959- 1981, 1997- 2004 3880 2,06 6/10/1960 8,82 4,69 13/07/1977 10 Trại Trụ Tiêm 96,2 1964- 1981 1120 11,6 24/10/71 0,850 8,84 2/5/1978 11 Hương Đại Ngàn Trươi 408 1965- 1976 2080 5,10 24/10/71 4,35 10,7 3/7/1973 27 TT Trạm Sông F (km 2 ) Thời kỳ quan trắc Lƣu lƣợng đỉnh lũ lớn nhất Lƣu lƣợng nhỏ nhất Lƣu lƣợng (m 3 /s) Môđun (m 3 /s.km 2 ) Thời gian xuất hiện Lƣu lƣợng (m 3 /s) Môđun (l/s.km 2 ) Thời gian xuất hiện 12 Sơn Diệm Ngàn Phố 790 1961- 1981, 1997- 2004 4480 5,67 20/09/02 5,28 6,68 21/07/1999 13 Kẻ Gỗ Rào Cái 229 1959- 1975 1510 6,59 4/10/1972 0,200 0,873 12/8/1967 1.2.7. Đặc điểm nước dưới đất Theo Chương trình KC.12, trữ lượng động tự nhiên của lưu vực sông Cả (phần trong lãnh thổ Việt Nam) khoảng 127,3 m3/s hay 4,02 km3/năm, tương ứng với mô đun 7,0l/s.km2. Ở vùng Vinh - Cầu Cấm khoảng 0,386 m3/s hay 3,68 l/s.km2 và trữ lượng tiềm năng khai thác dự báo khoảng 0,366 m3/s hay 3,50 l/s.km2. Theo đề tài 01-ĐLNN, trữ lượng động tự nhiên của lưu vực sông Cả trên diện tích 22.555 km 2 (bao gồm các khu địa chất thuỷ văn từ Nghệ An đến Hà Tĩnh) khoảng 10.586.010 m 3 /ngày hay 122,5 m 3/s, tương ứng với mô đun 5,43 l/s.km2 và tổng lượng 3,86 km3/năm. Trữ lượng khai thác tiềm năng khoảng 8.067.408 m3/ngày, hay 93,4 m 3/s, tương ứng với mô đun 4,14 l/s.km2 và tổng lượng 2,95 km3/năm. Khả năng khai thác nước ngầm trên lưu vực sông Cả được đưa ra trong Bảng 2 -5. Bảng 1-5: Khả năng khai thác nước ngầm trên lưu vực sông Cả Vùng Thƣợng sông Cả Thƣợng lƣu sông Hiếu Trung lƣu sông Hiếu Sông La Đồng bằng Q(l/s-km 2 ) 2,2 3,5 2,8 2,7 3,0 Độ sâu có thể (m) 30 30 25 30 15 Nước dưới đất vùng sông Cả chỉ có thể khai thác để phục vụ cấp nước sinh hoạt, công nghiệp và kinh tế, khai thác để phục vụ sản xuất nông nghiệp sẽ phải đầu tư tốn kém. 28 (Nguồn: Viện Khoa học Thủy lợi) Hình 1-6: Bản đồ tiềm năng trữ lượng nước ngầm lưu vực sông Cả 1.2.8. Tình hình kinh tế -xã hội 1.2.8.1. Dân số Theo định hướng phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Nghệ An tỷ lệ tăng dân số tự nhiên đến năm 2020 là 1,02%. Dự kiến đến năm 2020, toàn tỉnh có khoảng hơn 3.229.000 người, trong đó thành thị chiếm khoảng 17,0%. 1.2.8.2. Kinh tế xã hội a. Trồng trọt Tương lai năm 2020 sản xuất lương thực được coi là nhiệm vụ quan trọng, nhằm đảm bảo an ninh lương thực, tiến tới có hàng hoá xuất khẩu. Khai thác tối đa diện tích có khả năng sản xuất lương thực ở các huyện miền núi để giải quyết nhu cầu lương thực tại chỗ, thực hiện chuyển đổi cơ cấu cây trồng, áp dụng tiến bộ khoa 29 học kỹ thuật vào sản xuất, đẩy mạnh thâm canh tăng năng suất cụ thể đối với từng loại cây trồng như sau: - Lúa: Diện tích lúa gieo trồng sẽ đến 2020 sẽ ổn định từ 200.000-205.000ha, trong đó: Lúa Đông Xuân diện tích ổn định từ 99.000-100.000ha; lúa Hè Thu diện tích ổn định từ 72.000-75.000ha và lúa Mùa 28.000-30.000ha. - Cây ngô: Từ khi vụ đông đã trở thành vụ sản xuất chính, cây ngô chiếm vị trí quan trọng trong cơ cấu cây trồng ở Nghệ An. Cây ngô trong mấy năm qua đã tăng nhanh cả về diện tích và sản lượng, tuy năng suất còn thấp, song nó đã khẳng định hướng tập trung đầu tư thâm canh đối với cây ngô là hợp lý. - Cây rau thực phẩm: Tập trung phát triển các vùng rau chuyên canh, với quy mô khoảng 30.000ha theo hướng thâm canh tăng năng suất, ở khu vực vành đai thành phố, thị xã và các khu đô thị, kinh tế, khu công nghiệp và các xã đồng bằng ven biển để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong vùng. - Cây công nghiệp ngắn ngày: + Cây lạc: Là cây công nghiệp ngắn ngày chủ lực của vùng, phát triển theo hướng sản xuất hàng hóa phục vụ cho xuất khẩu và công nghiệp chế biến dầu thực vật, mở rộng diện tích và trồng thành các khu tập trung. Thực hiện đầu tư thâm canh cao trên các vùng lạc tập trung ở Diễn Châu, Quỳnh Lưu, Nghi Lộc, Thanh Chương, Anh Sơn,... bằng việc sử dụng các giống lạc mới có năng suất cao, chất lượng tốt, đầu tư phân bón, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật. + Cây công nghiệp ngắn ngày khác: Cây mía, vừng, sắn, thuốc lá là các cây công nghiệp ngắn ngày truyền thống cũng được chú trọng phát triển. + Cây mía: Chủ yếu tập trung ở phía Nghệ An đảm bảo cung cấp nguyên liệu cho 3 nhà máy trên địa bàn hoạt động là: Nhà máy đường Phủ Quỳ 14.000 tấn/ngày (2020). Nhà máy đường Sông Con từ 1.600 tấn/ngày lên 2.500 tấn/ngày Nhà máy đường Sông Lam ổn định công suất 750 tấn/ngày (từ năm 2011). 30 Thời gian hoạt động là 150 ngày (thực ép 125-130 ngày), sản lượng nguyên liệu cần 2,1-2,3 triệu tấn với năng suất mía từ 60-80 tấn/ha quy mô vùng nguyên liệu dự kiến 2016-2020 ổn định với diện tích 29.200 ha. - Cây công nghiệp dài ngày: Đẩy mạnh trồng mới diện tích cao su, cà phê, hồ tiêu ở nơi có điều kiện mở rộng diện tích. + Chè: Nghệ An là một trong những tỉnh có diện tích chè lớn ở vùng Bắc Trung Bộ, chè được xác định là một trong những cây công nghiệp chủ lực mà tỉnh đang tập trung đẩy nhanh tốc độ trồng mới để đạt 13.000 ha năm 2020. Diện tích chè tập trung chủ yếu ở các huyện Thanh Chương, Anh Sơn, Con Cuông và một phần ở các huyện Quỳ Hợp, Quế Phong, chè chất lượng cao ở Kỳ Sơn. + Cây cao su: Tập trung phát triển cây cao su ở các vùng Nghĩa Đàn, Thái Hoà, Quỳ Hợp, Tân Kỳ, Quỳ Châu, Quế Phong, Yên Thành, Quỳnh Lưu. - Cây ăn quả: Tập trung ưu tiên phát triển các loại cây ăn quả chủ lực (bưởi, cam, dứa...). + Bưởi Phúc Trạch chủ yếu ở vùng Hương Khê, mở rộng thử nghiệm thêm ở một số vùng khác như Vũ Quang, thượng Can Lộc. + Cam bù: Giai đoạn 2011- 2020 trồng mới ở Hương Sơn và Vũ Quang, trong đó Hương Sơn chiếm 80% diện tích Cam được xác định là cây ăn quả chủ lực của Nghệ An vì điều kiện sinh thái ở Nghệ An khá thích hợp với cây cam, nhân dân có kinh nghiệm sản xuất, do đó cam được trồng hầu khắp các nơi trong tỉnh và có vùng sản xuất tập trung lớn ở Phủ Quỳ. Bảng 1-6: Bố trí diện tích gieo trồng năm 2020 Vùng Fcanh tác HN Vụ đông xuân Vụ thu mùa Vụ Đông Cây HN Cây lâu năm Tổng Lúa Màu Tổng Lúa HT Lúa mùa Màu Tổng 238514 78788.6 62004.9 45411.4 102674 28692.5 33530.1 34814.6 26190 68087.6 108618 Nguồn: Quy hoạch phát triển nông nghiệp tỉnh Nghệ An đến 2015 và định hướng đến 2020 31 b. Chăn nuôi Đẩy mạnh phát triển chăn nuôi theo hướng đầu tư hướng thâm canh, sản xuất hàng hóa. Phát triển đa dạng các loại gia súc, gia cầm; kết hợp tăng quy mô đàn và cải tạo chất lượng đàn; quy hoạch vùng chăn nuôi tập trung tạo giá trị hàng hóa; đảm bảo công tác thú y, xử lý môi trường; gắn phát triển chăn nuôi với các cơ sở chế biến, giết mổ tập trung. Phấn đấu tăng giá trị ngành chăn nuôi đến năm 2020 đưa chăn nuôi trở thành ngành chính trong nông nghiệp, chiếm tỷ trọng 40%. Bảng 1-7: Dự kiến đàn gia súc, gia cầm năm 2020 Tỉnh Nghệ An Năm 2020 Trâu Bò Lợn Gia cầm Tổng 509 711 1 509 517 2 654 022 2 6195 294 Nguồn: Định hướng phát triển kinh tế xã hội tỉnh Nghệ An đến năm 2020 c. Thuỷ sản Ngành thuỷ sản đang là ngành có ưu thế phát triển cả hai phương diện đánh bắt và nuôi trồng thuỷ sản. Phấn đấu đến năm 2020 sản lượng khai thác ở mức 50.000-55.000 tấn/năm, tăng nhanh sản lượng nuôi trồng lên khoảng 50 ngàn tấn vào năm 2020 để đạt tổng sản lượng thuỷ hải sản 100-105 ngàn tấn vào năm 2020. - Về khai thác: + Phấn đấu đến năm 2020 có 800 tàu có công suất trên 90 CV, củng cố, bố trí tàu thuyền khai thác theo tuyến, theo vùng, sắp xếp lại nghề nghiệp khai thác; du nhập nghề mới và đổi mới công nghệ, dự báo ngư trường nhằm khai thác bền vững, đi đôi với bảo vệ và phát triển nguồn lợi thuỷ sản. + Kêu gọi đầu tư xây dựng cơ sở đóng tàu, sửa chữa tàu thuyền công suất lớn để có thể phục vụ đánh bắt xa bờ. - Về nuôi trồng: + Phát triển nuôi trồng thuỷ sản ven biển một cách bền vững. Đẩy mạnh chương trình nuôi cá lồng trên biển với quy mô lớn, tập trung các vùng quanh đảo Ngư (Cửa Lò), Quỳnh Lưu,... 32 + Phát triển mạnh nuôi trồng thuỷ sản nước ngọt, phấn đấu đến năm 2020 diện tích nuôi nước ngọt đạt trên 27.000ha, trong đó diện tích nuôi rô phi khoảng 2.700ha. + Phấn đấu đến năm 2020, ổn định diện tích nuôi mặn lợ với diện tích 3.000- 3.600ha, trong đó nuôi tôm thâm canh và bán thâm canh 1.8002.000 ha. Bảng 1-8: Diện tích nuôi trồng thủy sản giai đoạn 2020 TT Tên vùng Diện tích 2020 Tổng Ngọt Lợ 1 Vùng I: Thượng sông Cả 1.170 1.170 0 2 Vùng II: Trung sông Cả 4.852 4.852 0 3 Vùng III: Sông Hiếu 4.408 4.408 0 3.1 TV III-1: Thượng sông Hiếu 688 688 0 3.2 TV III-2: Trung, hạ s.Hiếu 3.720 3.720 0 4 Vùng IV: Diễn Yên Quỳnh 8.048 6.338 1.710 5 Vùng V: Nam Hưng Nghi 4.622 4.422 200 6 Vùng VI: Nam Đức 169 169 0 Nguồn:QH phát triển thuỷ sản tỉnh Nghệ An đến 2015 và định hướng đến 2020 d. Công nghiệp Để có cơ cấu hiện đại phù hợp với mục tiêu chuyển dịch cơ cấu kinh tế trên lưu vực. Nhằm vào chế biến sản phẩm nông lâm ngư nghiệp và công nghiệp vật liệu xây dựng, khai khoáng sẽ trở thành những điểm nhấn về kinh tế trên lưu vực. Theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp của Nghệ An - Hà Tĩnh nằm trong lưu vực sông Cả. Các ngành công nghiệp chủ yếu và các khu công nghiệp sẽ được mở rộng xây dựng mới trên lưu vực như sau: + Công nghiệp khai khoáng: - Khai thác thiếc Quỳ Hợp công suất 4.000 tấn/năm bao gồm cả khu mỏ tuyến quặng và nhà máy luyện thiếc Quỳ Hợp. - Khai thác than ở Khe Bố công suất 10.000 tấn/năm. + Công nghiệp luyện kim: 33 Phát triển công nghiệp luyện kim theo hướng hiện đại, ưu tiên sản xuất các sản phẩm phục vụ ngành đóng tàu, cơ khí, xây dựng. Khuyến khích mọi thành phần kinh tế tham gia đầu tư. Xây dựng khu liên hợp luyện kim với công nghệ hiện đại, công suất 10 triệu tấn thép/năm, phân làm hai giai đoạn: giai đoạn I xây dựng nhà máy cán thép nguội công suất 1 triệu tấn/năm, giai đoạn II xây dựng nhà máy thép liên hợp có công suất 10 triệu tấn thép/năm, phù hợp tiến độ của dự án khai thác mỏ sắt Thạch Khê. Sản phẩm chủ yếu: Thép phôi, thép cán, thép ống, thép hình... + Công nghiệp vật liệu xây dựng: Xây dựng các nhà máy chế biến thủy tinh, chế biến thạch cao. Ưu tiên phát triển gạch không nung để bảo đảm khoảng 50% nhu cầu gạch xây. Xây dựng các nhà máy sản xuất gạch nung theo công nghệ lò tuynel, nhà máy khai thác khoáng chất Serict và sản xuất các vật liệu xây dựng khác như vật liệu xây, lợp, đá, cát, sỏi... + Công nghiệp chế biến nông, lâm, thủy sản: Nghiên cứu xây dựng mới và mở rộng các nhà máy hiện có chế biến thuỷ sản đông lạnh, thực phẩm đồ hộp, hoa quả xuất khẩu, chế biến thức ăn gia súc, chế biến tinh bột sắn, chế biến dầu ăn, chế biến mủ cao su, tinh dầu trầm, côlôphan Củng cố và phát triển nhà máy nước khoáng, nhà máy rau quả. + Tiểu thủ công nghiệp: Phát triển tiểu thủ công nghiệp (cơ khí, dịch vụ sửa chữa nhỏ phục vụ nông nghịêp, xây dựng, giao thông vận tải, nhu cầu dân sinh...), khôi phục các làng nghề truyền thống (mộc, đan, chế biến hải sản...); khuyến khích, du nhập các nghề tiểu thủ công nghiệp mới. + Các khu công nghiệp đã hình thành và sẽ hình thành trên lưu vực: - Khu công nghiệp tổng hợp Bắc Vinh quy mô hiện tại 60,6 ha, tương lai năm 2020 sẽ mở rộng lên 143 ha. 34 - Khu công nghiệp Nam Sông Cấm quy mô hiện tại 100 ha, tương lai năm 2020 mở rộng lên 327,8 ha. - Khu công nghiệp Cửa Lò năm 2020 quy mô là 40,5 ha. - Khu công nghiệp Đông Hồi năm 2020 quy mô 1200 ha. Ba cụm công nghiệp tổng hợp Phủ Quỳ - Nghĩa Đàn. Toàn bộ diện tích xây dựng các khu công nghiệp nằm trên lưu vực sẽ trở thành nơi thu hút lao động và các dịch vụ, đô thị kèm theo. Bảng 1-9: Quy mô các khu công nghiệp đến 2020 TT Tên các khu công nghiệp Địa điểm Quy mô (ha) 2020 I VÙNG I: THƯỢNG SÔNG CẢ 65 A Khu công nghiệp tập trung B Cụm công nghiệp-TTCN 65 1 Bồng Khê Con Cuông 23 2 Yên Khê 35 3 Thạch Giám Tương Dương 7 II VÙNG II: TRUNG SÔNG CẢ 229,8 A Khu công nghiệp tập trung 200 1 Khu công nghiệp Tri Lễ Anh Sơn 200 B Cụm công nghiệp-TTCN 29,8 1 Thanh Ngọc Thanh Chương 2 Khai Sơn Anh Sơn 14,8 3 Đỉnh Sơn Anh Sơn 15 III VÙNG III: VÙNG SÔNG HIẾU 189,5 3.1 - Tiểu vùng III-1: Thượng sông Hiếu 69,5 A Khu công nghiệp tập trung B Cụm công nghiệp-TTCN 69,5 1 Thị trấn Quỳ Châu Quỳ Châu 19,5 2 Tân Hương 30 3 Đỏn Cớn Quế Phong 20 3.2 - Tiểu vùng III-2: Trung Hạ sông Hiếu 620 A Khu công nghiệp tập trung 500 1 KCN Phủ Quỳ Quỳ Hợp 200 2 Khu công nghiệp Sông Dinh Quỳ Hợp 300 B Cụm công nghiệp-TTCN 120 1 Châu Hồng Quỳ Hợp 15 2 Tam Hợp 15 35 TT Tên các khu công nghiệp Địa điểm Quy mô (ha) 2020 3 Nghĩa Xuân 25 4 Nghĩa Mỹ Nghĩa Đàn 30 5 Đồng Văn Tân Kỳ 20 6 Nghĩa Dũng 15 IV VÙNG IV: DIỄN YÊN QUỲNH 1965,5 A Khu công nghiệp tập trung 1790 1 Khu công Đông Hồi Quỳnh Lưu 1200 2 Khu công nghiệp Diễn Thọ Diễn Châu 590 B Cụm công nghiệp-TTCN 175,5 1 Diễn An Diễn Châu 11,8 2 Diễn Kỷ 28 3 Quỳnh Hồng Quỳnh Lưu 35 4 Quỳnh Giang 28,7 5 Công Thành A,b Yên Thành 32 6 Đồng Thành 15 7 Hoà Sơn Đô Lương 15 8 Lạc Sơn Đô Lương 10 V VÙNG V: NAM HƯNG NGHI 1516,0 A Khu công nghiệp tập trung 1291,5 1 Khu công nghiệp Bắc Vinh Tp Vinh 143,1 2 Khu công nghiệp Nam sông Cấm 327,8 3 Khu công nghiệp Nghi Hưng Nghi Lộc 600 4 KCN Nghi Đồng Nghi Lộc 180 5 Khu công nghiệp Cửa Lò TX Cửa Lò 40,5 B Cụm công nghiệp-TTCN 224,5 1 Hưng Lộc Tp,Vinh 8,9 2 Hưng Đông 39,5 3 Trường Thạch Nghi Lộc 20 4 Đồng Trộ 20,1 5 Cồn Lăng 20 5 Đồng Mẫn Nam Đàn 26 6 Vân Diên 10 7 Cửa Hội Cửa Lò 30 8 Hưng Tây Hưng Nguyên 50 VI VÙNG VI: NAM ĐỨC 10 A Khu công nghiệp tập trung B Cụm công nghiệp-TTCN 1 Cụm công nghiệp Trường Sơn H. Đức Thọ 10 Nguồn: Hiện trạng và định hướng phát công nghiệp tỉnh Nghệ An đến 2020 36 e. Sử dụng đất Bảng 1-10: Quy hoạch sử dụng đất đến 2020 TT Mã số sử dụng đất Tổng TỔNG DIỆN TÍCH TỰ NHIÊN 2 056 693 1 Đất nông nghiệp 1 668 910 1.1 Đất sản xuất nông nghiệp 346 797.1 1.1.1 Đất trồng cây hàng năm 238 514 1.1.1.1 Đất trồng lúa 97 425.4 1.1.1.2 Đất trồng cây hàng năm khác 141 034 1.1.2 Đất trồng cây lâu năm 108 618 1.2 Đất lâm nghiệp 1 309 344 1.3 Đất nuôi trồng thuỷ sản 11 361.3 1.4 Đất làm muối 607.8 1.5 Đất nông nghiệp khác 904.9 2 Đất phi nông nghiệp 198 985 2.1 Đất ở 30 878.6 2.2 Đất chuyên dùng 108 074.7 2.3 Đất tôn giáo, tín ngưỡng 416.5 2.4 Đất nghĩa trang, nghĩa địa 9 256.1 2.5 Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng 50 356.9 2.6 Đất phi nông nghiệp khác 117.3 3 Đất chưa sử dụng 189 955 4 Đất có mặt nước ven biển (quan sát) 0 Nguồn: Hiện trạng và định hướng phát nông nghiệp tỉnh Nghệ An 1.3. Tình hình xâm nhập mặn Theo số liệu quan trắc của trạm Ba ra Nam Đàn (cống lấy nước từ sông Cả để tưới cho vùng Nam Đàn, Hưng Nguyên, Nghi Lộc và Thành phố Vinh), mùa kiệt mực nước sông Cả tại Nam Đàn có năm xuống đến mức +0,7m (theo thiết kế mực nước thượng lưu cống là +1,10m), do mực nước xuống thấp nên mặn xâm nhập theo cửa sông Cả (Cửa Hội) lên tận vùng Yên Xuân huyện Hưng Nguyên. Trong khi đó 2 bên bờ sông đoạn này có nhiều trạm bơm lấy nước để phục vụ nông nghiệp phải ngừng hoạt động hoặc tranh thủ những lúc nước chảy xuôi có độ mặn nhỏ để bơm, việc nước sông kiệt tạo điều kiện mặn xâm nhập sâu nội địa gây ảnh hưởng lớn đến sản xuất và sinh hoạt của nhân dân. 37 Khu vực hạ lưu sông Cả, đặc biệt vùng cửa sông mặn xâm nhập khá sâu vào nội địa do tác động thủy triều. Vào mùa khô, lượng nước ngọt phía thượng lưu nhỏ, ranh giới xâm nhập mặn vào đến Chợ Tràng cách cửa biển 32km với độ mặn trung bình 1 – 1,50/00. Diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ du khu vực nghiên cứu phụ thuộc vào thủy triều và lưu lượng nước ngọt thượng nguồn đổ về: Trên sông Cả tại dòng chính, lưu lượng kiệt xuất hiện tháng III hoặc tháng IV nhưng trên sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu thuộc hệ thống sông La lưu lượng kiệt thường không xuất hiện đồng bộ với dòng chính trên sông Cả. Thủy triều đem theo nước biển mặn xâm nhập qua cửa sông làm tăng nồng độ muối gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp. Thống kê tài liệu nghiên cứu cho thấy năng suất lúa giảm khi độ mặn nước tưới nội đồng tăng. Ngoài ra độ mặn còn ảnh hưởng đến tính chất lý hóa của nước như trọng lượng riêng, độ dẫn điện, độ truyền âm, độ hòa tan chất khí, và nguy cơ tồn vong của hệ sinh thái nước ngọt. Nhiễm mặn gây ra nhiều thiệt hại và ảnh hưởng đến sản xuất lúa, nông nghiệp và sinh hoạt của nhân dân vùng ven biển. Để đánh giá chính xác thiệt hại rất khó khăn, vì quá trình nhiễm mặn xảy ra trong thời gian dài, bên cạnh đó lại không được chính quyền địa phương đánh giá hàng năm. Do đó, ở đây chỉ đánh giá mang tính tương đối để làm rõ thêm thiệt hại do quá trình xâm nhập mặn. Những năm trước đây, khi chưa có hệ thống cống và hệ thống đê ngăn mặn giữ ngọt thì hàng năm mặn xâm nhập vào, làm cho khu vực nghiên cứu khó khăn về sản xuất và sinh hoạt. Diện tích có đến hàng trăm hecta đất không thể sản xuất được, phải để hoang. Sau này có hệ thống đê và cống ngăn mặn, tất cả các diện tích hoang hoá đều được sử dụng, vùng có địa hình thấp thì làm hồ nuôi trồng thủy sản, vùng địa hình cao hơn thì sản xuất lúa. Tuy các công trình đã được xây dựng song mặn vẫn nhiễm vào theo các trường hợp đã nêu ở trên với mức độ nào đó. Bên cạnh đó, do thời tiết khí hậu ngày càng phức tạp, bão, triều cường, hạn hán đã làm tăng mức độ nhiễm mặn lên. Do vậy, hàng năm thiệt hại do nhiễm mặn vẫn xảy ra và là vấn đề đáng được quan tâm. 38 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11 2.1. Các phƣơng trình cơ bản MIKE 11 do DHI Water & Environment (Đan Mạch) phát triển, là một gói phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các vật thể nước khác. MIKE 11 là mô hình động lực, một chiều được sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản hay phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện, linh hoạt và tốc độ tính toán khá cao, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng phục vụ cho quy hoạch. Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm: dự báo lũ, truyền tải khuyếch tán, chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không cố kết. Mô-đun HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng (momentum), nghĩa là giải hệ phương trình Saint Venant. * Các ứng dụng liên quan đến mô - đun HD bao gồm: + Dự báo lũ và vận hành hồ chứa, + Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ, + Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt, + Nghiên cứu sóng triều và nước dâng do mưa ở sông và cửa sông. Đặc trưng cơ bản của hệ thống mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô-đun tổng hợp với nhiều loại mô - đun được thêm vào mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. Ngoài các mô-đun HD đã mô tả ở trên, MIKE bao gồm các mô-đun bổ sung đối với: 39 + Thủy văn, + Tải khuyếch tán, + Các mô hình về chất lượng nước, + Vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính), + Vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính). * Phương trình cơ bản và phương pháp giải Phương trình cơ bản của mô hình để tính toán cho trường hợp dòng không ổn định là hệ phương trình bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng (hệ phương trình Saint Venant) với các giả thiết: + Dòng chảy thay đổi từ từ dọc theo lòng dẫn để áp suất thuỷ tĩnh chiếm ưu thế, gia tốc theo chiều thẳng đứng được bỏ qua. + Trục của lòng dẫn được coi như một đường thẳng. + Độ dốc đáy lòng dẫn nhỏ và đáy cố định, bỏ qua hiện tượng xói và bồi. + Có thể áp dụng hệ số sức cản của dòng chảy rối đều, ổn định cho dòng không ổn định để mô tả các tác động của lực cản. + Chất lỏng không nén được và có khối lượng không đổi trong toàn dòng chảy. * Phương trình liên tục: (2.1) * Phương trình động lượng (2.2) q t A x Q       2 2 0 AR Q gQ QAQ h gA t x x C               40 Trong đó: Q: Lưu lượng (m3/s), A: Diện tích mặt cắt (m2), q: Lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s), C: Hệ số Chezy, α: Hệ số động lượng, R: Bán kính thuỷ lực (m). * Phương pháp giải hệ phương trình Saint Venant Hệ phương trình Saint Venant là một hệ gồm hai phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến bậc nhất. Trong trường hợp tổng quát, hệ phương trình có dạng này không giải được bằng phương pháp giải tích, do đó người ta giải phương trình này bằng phương pháp gần đúng (phương pháp số hoá) và MIKE11 cũng dùng phương pháp này để giải hệ phương trình Saint-Venant với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm sơ đồ ẩn Abbott-Inoescu. Hình 2-1: Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott * Phương trình liên tục Trong phương trình liên tục, ta có (2.3) q t h b x Q t h b t A             41 Sai phân hoá phương trình trên tại bước thời gian thứ (n+1/2), ta thu được các phương trình sai phân: (2.4) (2.5) Với b trong phương trình (2.3) được tính theo công thức: (2.6) Trong đó: A0j: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j-1 và điểm lưới j A0j+1: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j+1 Δ2xj: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j-1và j+1 Thế vào các phương trình sai phân, rút gọn các hệ số, được phương trình: (2.7) Với α, β, γ là hàm của b và δ, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào giá trị Q và h tại bước thời gian n và giá trị Q tại bước thời gian n+1/2. Hình 2-2: Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục j n j n j n j n j x QQQQ x Q 2 2 )( 2 )( 1 1 11 1 1             t hh t h n j n j      1 j jj x AA b 2 1,00     j n jj n jj n jj QhQ       1 1 11 1 42 * Phương trình động lượng Sai phân hoá phương trình động lượng: (2.8) (2.9) (2.10) Để xác định thành phần bậc 2 trong phương trình trên, sử dụng phương trình gần đúng: (2.11) Với θ là hệ số do người sử dụng tự xác định (hệ số này được ghi trong mục Default value của mô đun HD và có mặc định từ 0 đến 1). Thế vào các phương trình sai phân và rút gọn các hệ số, được phương trình động lượng viết dưới dạng: (2.12) Trong đó: Từ đó, khi viết các phương trình này với đầy đủ các bước thời gian, thu được một ma trận tính toán. Sử dụng công cụ toán học giải các ma trận để tìm nghiệm của bài toán. Tính ổn định của phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình Saint Venant được bảo đảm khi các điều kiện sau được thoả mãn: Số liệu địa hình phải tốt, giá trị cho phép tối đa với Δx (dx-max) được lựa chọn trên cơ sở này. Bước t QQ t Q n j n j      1 j n j n j x A Q A Q x A Q 2 )( 2/1 1 2 2/1 1 2 2                      j n j n j n j n j x hhhh x h 2 2 )( 2 )( 1 1 11 1 1             n j n j n j n j QQQQQ .).1(.. 12    j n jj n jj n jj hQh       1 1 11 1 ),,,,,,,,,,,( )( ),,,,,( )( 2/1 11 2/1 11        n j n j n j n j n jj j n jj j QhQQhqtxAf Af RACxtQf Af     43 thời gian Δt cần thiết đủ nhỏ để điều kiện ổn định Courant được thoả mãn. Tuy nhiên, khi giải hệ phương trình Saint Venant với sơ đồ ẩn thì điều kiện ổn định Courant không nhất thiết phải thoả mãn. Hình 2-3: Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng Ngoài ra trong mô hình MIKE 11 còn sử dụng các phương trình Darcy, phương trình Poisson cho tính toán dòng chảy nước ngầm. Công thức dùng để tính toán được lập từ việc sai phân hóa hệ phương trình (2.1) và phương trình (2.2). Do vậy, các sông trong hệ thống được chia thành các đoạn có chiều dài từ 1000 - 2000 m, trong mỗi đoạn sông đặc trưng mặt cắt thay đổi không đáng kể, không có dòng chảy tập trung chảy vào. Bước thời gian tính toán . Việc sai phân hóa hệ phương trình cơ bản (2.1) và phương trình (2.2) được thực hiện cho mỗi đoạn sông, sau khi sai phân, ở mỗi đoạn sông thu được một hệ phương trình bậc nhất với các ẩn số lưu lượng Q và mực nước H ở hai đầu. Hệ phương trình (2.1) và phương trình (2.2) được sai phân hóa, mạng sông được chia thành các đoạn, trong mỗi đoạn có các đặc trưng lòng dẫn