Thạc Sĩ Nghiên cứu tính toán tiêu nước cho hệ thống thủy nông tỉnh Nam Định theo kịch bản nước biển dâng

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Nhiệt độ trung bình năm của một số trạm khí tượng 8
Bảng 1.2: Phân bố số lần bão đổ bộ vào Việt Nam theo từng tháng 13
Bảng 1.3: Phân bố số lần bão đổ bộ vào Việt Nam theo khu vực 13
Bảng 1.4: Tần suất bão đổ bộ vào các khu vực theo tháng (%) .14
Bảng 1.5: So sánh tỷ lệ lượng mưa 5 ngày lớn nhất trung bình của từng thời kỳ
so với trung bình nhiều năm(%) .17
Bảng 1.6: Mực nước báo động và thời gian duy trì tại một số vị trí điển hình ở
hạ lưu sông Hồng .24
Bảng 1.7: Diễn biến mặn dọc theo một số triền sông ( ‰ ) .28
Bảng 1.8: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm ( P
o
P C) so với thời kỳ 1980-1999
theo các Kịch bản biến đổi khí hậu ở Đồng bằng Bắc Bộ 29
Bảng 1.9: Mức thay đổi của lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1980-1999
theo các kịch bản ở Đồng bằng Bắc Bộ .30
Bảng 1.10: Mức thay đổi lượng mưa tháng (%) so với thời kỳ 1980-1999
theo kịch bản phát thải thấp ở Đồng bằng Bắc Bộ .30
Bảng 1.11: Mức thay đổi lượng mưa tháng (%) so với thời kỳ 1980-1999
theo kịch bản phát thải trung bình ở Đồng bằng Bắc Bộ .31
Bảng 1.12: Mức thay đổi lượng mưa tháng (%) so với thời kỳ 1980-1999
theo kịch bản phát thải cao ở Đồng bằng Bắc Bộ 31
Bảng 1.13: Các kịch bản về mực nước biển dâng (cm) so với năm 2000 32
Bảng 2.1: Thống kê các trạm khí tượng trong và lân cận tỉnh Nam Định .39
Bảng 2.2: Lượng mưa 3 ngày lớn nhất tại trạm Nam Định và Ninh Bình .40
Bảng 2.3: Khoảng cách xâm nhập mặn .46
Bảng 2. 4:Đặc trưng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng 58
Bảng 4. 1: Khả năng chịu ngập của lúa theo chiều cao cây lúa .86
Bảng 4.2: Thống kê các biên trên và biên dưới 92
Bảng4.3: Kết quả thử nghiệm mô hình .99
Bảng 4.4: Kết quả kiểm định mô hình tại một số trạm .100



DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Xu thế biến đổi nhiệt độ trung bình năm tại trạm Láng .8
Hình 1.2: Bản đồ vị trí các trạm Khí tượng - Thủy văn vùng đồng bằng Bắc Bộ 9
Hình 1.3: Xu thế biến đổi của độ ẩm tương đối trung bình năm tại trạm Láng 10
Hình 1.4: Xu thế biến đổi lượng bốc hơi Piche năm tại trạm Láng 11
Hình 1.5: Xu thế thay đổi lượng bốc hơi Piche năm tại trạm Thái Bình 11
Hình 1.6: Xu thế biến đổi số giờ nắng năm tại trạm Láng 12
Hình 1.7: Xu thế biến đổi số giờ nắng năm tại trạm Thái Bình 12
Hình 1.8: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Láng .15
Hình 1.9: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Hà Đông 15
Hình 1.10: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Phủ Lý .16
Hình 1.11: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Bắc Ninh 17
Hình 1.12: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Gia Lâm .17
Hình 1.13: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Văn Giang 18
Hình 1.14: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Thủy Nguyên 19
Hình 1.15: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm tại trạm Phù Liễn .19
Hình 1.16: Xu thế biến đổi của mực nước trung bình năm tại trạm Định Cư trên
sông Trà Lý .24
Hình 1.17: Xu thế biến đổi của mực nước max năm tại trạm Định Cư trên sông Trà
Lý 25
Hình 1.18: Xu thế biến đổi của mực nước trung bình năm tại trạm Ba Lạt trên sông
Hồng 25
Hình 1.19: Xu thế biến đổi của Hmax năm tại trạm Ba Lạt trên sông Hồng 25
Hình 1.20: Quá trình biến đối mực nước biển Việt Nam giai đoạn 1880-2000 .26
Hình 1.21: Dao động mực nước trung bình năm tại trạm Hòn Dấu từ năm 1955 đến
năm 2008 (Hệ hải đồ) 26
Hình 1.22: Dao động mực nước lớn nhất năm tại trạm Hòn Dấu từ năm 1956 đến
năm 2008 (Hệ hải đồ) 26
Hình 2.5: Tần suất mực nước triều - trạm Hòn Dấu .46
Hình 2.6: Biểu đồ tình hình úng, hạn tỉnh Nam Định .52
Hình 3.1: Chế độ dòng chảy của đoạn sông đơn được mô tả bằng hệ phương trình vi
phân đạo hàm riêng Saint – Vernant .63
Hình 4.1: Mạng thủy lực tính toán tiêu cho hệ thống thủy nông Nam Định 94 Hình 4.2: Mạng thủy lực chi tiết hệ thống sông và kênh mương nội đồng thuộc Nam
Định .95
Hình 4.3: Mô phỏng trạm bơm trong Mike11 để tính toán tiêu tỉnh Nam Định .95
Hình 4.4: Mô phỏng cống tiêu trong Mike11 để tính toán tiêu tỉnh Nam Định 96
Hình 4.5: Sơ đồ phân khu tiêu hệ thống thủy nông Nam Định .97
Hình 4.6: Bản đồ ngập tỉnh Nam Định sau 5 ngày ứng với kịch bản BĐKH .102
Hình 4.7: Bản đồ ngập tỉnh Nam Định sau 5 ngày ứng với trường hợp hiện tại 102













LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu tính
toán tiêu nước cho hệ thống thủy nông tỉnh Nam Định theo kịch bản nước biển
dâng” đã hoàn thành theo đúng nội dung của đề cương nghiên cứu, được Hội đồng
Khoa học và Đào tạo của Khoa Thuỷ văn và Tài nguyên nước phê duyệt. Luận văn
được thực hiện với mong muốn nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với
vấn đề tiêu nước của hệ thống thuỷ nông tỉnh Nam Định để từ đó đưa ra được các
giải pháp thích ứng.
Để có được kết quả như ngày hôm nay, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới PGS.TS Phạm Thị Hương Lan và TS. Đoàn Thị Tuyết Nga – Giảng viên Bộ
môn Kỹ thuật sông và QLTT trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo và đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, sự hỗ trợ về mặt chuyên môn
và kinh nghiệm của các thầy cô giáo trong khoa Thủy văn & Tài nguyên nước đã
tạo điều kiện rất nhiều cho tác giả trong suốt quá trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp phòng Khảo sát – Công ty tư vấn
và khảo sát thiết kế xây dựng - BQP; Phòng Đào tạo Đại học và sau đại học; tập
thể Lớp cao học 18V Trường Đại học Thuỷ lợi cùng toàn thể gia đình đã động viên,
khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt cho tác giả trong thời gian hoàn thành
luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế
nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận
được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn
thiện về mặt kiến thức trong học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà nội, ngày 10 tháng 3 năm 2012
Tác giả


Nguyễn Thị Ngọc Anh Luận văn thạc sĩ -1- Chuyên ngành thuỷ văn học
MỞ ĐẦU
A. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại
trong thế kỷ 21; nó sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường
trên phạm vi toàn thế giới. Biến đổi khí hậu, với các biểu hiện chính là sự nóng lên
toàn cầu và mực nước biển dâng, chủ yếu là do các hoạt động kinh tế - xã hội của
con người gây phát thải quá mức vào khí quyển các khí gây hiệu ứng nhà kính.
Theo báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC năm 2007, nhiệt độ trung bình toàn cầu
đã tăng khoảng 0,74 P
0
P C trong thời kỳ 1906 - 2005 và tốc độ tăng của nhiệt độ trong
50 năm gần đây gần gấp đôi so với 50 năm trước đó. Trong 100 năm qua, lượng
mưa có xu hướng tăng ở khu vực vĩ độ cao hơn 30 P
0
P . Tuy nhiên,lượng mưa lại có xu
hướng giảm ở khu vực nhiệt đới từ giữa những năm 1970. Hiện tượng mưa lớn có
dấu hiệu tăng ở nhiều khu vực trên thế giới (IPCC,2007). Mực nước biển toàn cầu
đã tăng trong thế kỷ 20 với tốc độ ngày càng cao. Số liệu đo đạc từ vệ tinh
TOPEX/POSEIDON trong giai đoạn 1993 - 2003 cho thấy tốc độ tăng của mực
nước biển trung bình toàn cầu là 3,1 ± 0,7mm/năm, nhanh hơn đáng kể so với thời
kỳ 1961 - 2003 (IPCC,2007).
Dasgupta và các cộng sự (2007) đã công bố một nghiên cứu chính sách do
Ngân hàng Thế giới - WB - xuất bản đã xếp Việt Nam nằm trong nhóm 5 quốc gia
chịu ảnh hưởng cao nhất do biến đổi khí hậu. Tại Việt Nam, hai đồng bằng sông
Hồng và đồng bằng sông Cửu Long chịu ảnh hưởng nặng nhất. Khi nước biển dâng
cao 1 mét, ước chừng 5.3% diện tích tự nhiên, 10,8% dân số, 10,2% GDP, 10,9%
vùng đô thị, 7,2% diện tích nông nghiệp và 28,9% vùng đất thấp sẽ bị ảnh hưởng.
Trong 50 năm qua (1958 - 2007), nhiệt độ trung bình năm ở Việt Nam tăng lên
khoảng từ 0,5 P
0
P C đến 0,7 P
0
P C. Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè và
nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc tăng nhanh hơn ở các vùng khí hậu phía Nam.
Xu thế biến đổi lượng mưa năm trung bình trên từng địa điểm trong 9 thập kỷ vừa
qua (1911- 2000) không rõ rệt theo các thời kỳ và trên các vùng khác nhau: có giai
Học viên: Nguyễn Thị Ngọc Anh Lớp 18V
Luận văn thạc sĩ -2- Chuyên ngành thuỷ văn học
đoạn tăng lên và có giai đoạn giảm xuống. Lượng mưa năm giảm ở các vùng khí
hậu phía Bắc và tăng ở các vùng khí hậu phía Nam. Tính trung bình trong cả nước,
lượng mưa năm trong 50 năm qua (1958-2007) đã giảm khoảng 2% . Số đợt không
khí lạnh ảnh hưởng tới Việt Nam giảm đi rõ rệt trong hai thập kỷ qua. Tuy nhiên,
các biểu hiện dị thường lại thường xuất hiện mà gần đây nhất là đợt không khí lạnh
gây rét đậm, rét hại kéo dài 38 ngày trong tháng 1 và tháng 2 năm 2008 ở Bắc Bộ
(Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, Bộ TNMT, 2008).
Bão có cường độ mạnh xuất hiện nhiều hơn trong những năm gần đây. Quỹ đạo bão
có dấu hiệu dịch chuyển dần về phía nam và mùa bão kết thúc muộn hơn, nhiều cơn
bão có đường đi dị thường hơn(Thông báo đầu tiên của Việt Nam cho Công ước
khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu, Bộ TNMT,2003). Số liệu quan trắc
mực nước biển tại các trạm hải văn dọc ven biển Việt Nam cho thấy tốc độ dâng lên
của mực nước biển trung bình ở Việt Nam hiện nay là khoảng 3mm/năm (giai đoạn
1993-2008), tương đương với tốc độ tăng trung bình trên thế giới. Trong khoảng 50
năm qua, mực nước biển tại Trạm hải văn Hòn Dáu dâng lên khoảng 20cm (Chương
trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, Bộ TNMT, 2008). Theo đánh
giá của Tổ chức CARE quốc tế tại Việt Nam, mỗi thập kỷ mực nước biển ở Việt
Nam có thể dâng 5 cm, đến năm 2070 có thể dâng 69 cm, năm 2100 nước biển có
thể sẽ dâng tới khoảng 1m. Nếu nước biển dâng cao theo dự báo như vậy thì đồng
bằng sông Hồng (ĐBSH) sẽ bị ngập khoảng 5.000 km P
2
P , đồng bằng sông Cửu Long
sẽ bị ngập 20.000 km P
2
P dẫn đến mất đất và giảm sản lượng nông nghiệp.
Hệ thống các công trình thuỷ lợi tỉnh Nam Định được đầu tư từ rất sớm, từ
những năm 1960 đến nay đã có nhiều đợt bổ sung hoàn chỉnh quy hoạch thủy lợi
(1963, 1967, 1969, 1976, 1995 – khu Nghĩa Hưng; 1973, 1995 – Khu Xuân Thủy;
Hải Hậu; Nam Ninh và khu Bắc Nam Hà thuộc Nam Định), hệ thống các công trình
thuỷ lợi đã từng bước được đầu tư xây dựng như các trạm bơm lớn, kênh mương,
cống dưới đê, hệ thống đê điều, . góp phần quan trọng trong việc cải tạo nền nông
nghiệp phục vụ tưới tiêu, chống úng chống hạn, nâng cao năng suất cây trồng. Tuy
Học viên: Nguyễn Thị Ngọc Anh Lớp 18V
Luận văn thạc sĩ -3- Chuyên ngành thuỷ văn học
nhiên trong quá trình khai thác, sử dụng đến nay hệ thống thủy lợi tỉnh Nam Định
vẫn còn một số tồn tại như sau:
* Hệ số tưới, tiêu hiện nay còn thấp chưa đáp ứng được yêu cầu sản
xuất.
* Hệ thống công trình thủy lợi qua nhiều năm sử dụng đến nay nhiều
công trình đã xuống cấp nghiêm trọng, kênh mương bị bồi lắng. Năng lực của hệ
thống thủy nông không đáp ứng yêu cầu của sản xuất, tỷ lệ thất thoát nước tưới vẫn
còn cao do phần lớn các công trình được xây dựng từ lâu, nay đã xuống cấp nhưng
chưa được thay thế, sửa chữa kịp thời do khó khăn về vốn, sự đầu tư thiếu đồng bộ,
việc quản lý khai thác còn nhiều hạn chế. Công tác quản lý hệ thống chưa có quy
trình vận hành chi tiết dựa trên cơ sở dự báo mưa, lũ, triều và mặn.
* Tình trạng vi phạm lấn chiếm hành lang công trình thủy lợi vẫn diễn
ra ở nhiều nơi ảnh hưởng tới năng lực tưới – tiêu của hệ thống.
Hậu quả là khi có mưa lớn kéo dài thì tình trạng úng ngập triền miên, kéo dài
trong nhiều ngày, nhiều giờ trong suốt mùa mưa đã xảy ra làm ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sản xuất và đời sống kinh tế - xã hội. Khi có thêm tác động của BĐKH và
nước biển dâng thì các công trình thủy lợi đã có lại càng không đáp ứng được và
mâu thuẫn giữa nhu cầu và khả năng đáp ứng lại càng căng thẳng hơn.
Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang là mối đe dọa hiện hữu và to lớn
mà nhân loại sẽ phải đương đầu trong thế kỷ XXI. Trước nguy cơ đó Liên hợp quốc
đã kêu gọi tất cả các quốc gia hãy đồng tâm nhất trí để giải quyết vấn đề nêu trên.
Nghiên cứu đề xuất và thực hiện các giải pháp nhằm hạn chế đến mức thấp nhất các
tác động tiêu cực của BĐKH và thích ứng với quá trình BĐKH toàn cầu là nhiệm
vụ cấp bách của mọi quốc gia, của mọi người trên trái đất. Cho đến nay các giải
pháp đã được các nhà khoa học và các tổ chức quốc tế đưa ra đều hướng vào việc
tìm các giải pháp hạn chế, cắt giảm nguồn phát thải khí nhà kính - tác nhân chủ yếu
gây nên hiện tượng BĐKH toàn cầu và hướng tìm giải pháp thích ứng với biến đổi
khí hậu.
Học viên: Nguyễn Thị Ngọc Anh Lớp 18V
Luận văn thạc sĩ -4- Chuyên ngành thuỷ văn học
Với những lý do đã nêu ở trên, đề tài:“Nghiên cứu tính toán tiêu nước cho hệ
thống thủy nông tỉnh Nam Định theo kịch bản nước biển dâng” đã được đề xuất để
nghiên cứu.
B. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Tính toán tiêu nước cho hệ thống thuỷ nông tỉnh Nam Định theo kịch bản
nước biển dâng.
C. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là yêu cầu tiêu và các biện pháp tiêu nước
mặt do tác động của biến đổi khí hậu.
- Phạm vi nghiên cứu ứng dụng là hệ thống thủy nông tỉnh Nam Định.
D. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
D1. Nội dung nghiên cứu
Luận văn đi sâu nghiên cứu 02 vấn đề chính sau:
- Xác định yêu cầu tiêu thoát nước vùng ảnh hưởng triều do ảnh hưởng của
BĐKH toàn cầu thông qua các kịch bản nước biển dâng tỉnh Nam Định.
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình thuỷ lực để tính toán tiêu nước cho hệ
thống thuỷ nông phù hợp với yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, thích ứng
với BĐKH toàn cầu.
D2. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, trong luận văn sử dụng
phương pháp nghiên cứu sau:
1) Phương pháp kế thừa
Nghiên cứu tiếp thu và sử dụng có chọn lọc kết quả nghiên cứu và thành tựu
khoa học công nghệ của các tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu về những
vấn đề có liên quan đến đề tài.
Học viên: Nguyễn Thị Ngọc Anh Lớp 18V
Luận văn thạc sĩ -5- Chuyên ngành thuỷ văn học
2) Phương pháp điều tra thu thập và đánh giá
Điều tra thu thập tài liệu, khảo sát và nghiên cứu thực tế, phân tích đánh giá
và tổng hợp tài liệu để từ đó rút ra các cơ sở khoa học và khả năng ứng dụng vào
thực tiễn.
3) Phương pháp phân tích tổng hợp
Việc nghiên cứu tiêu thoát nước có liên quan đến nhiều yếu tố như kỹ thuật,
kinh tế, xã hội ., có tác động rộng rãi đến cuộc sống của cộng đồng trên địa bàn
rộng lớn vì vậy việc phân tích tổng hợp là cần thiết đối với nghiên cứu này.
4) Phương pháp sử dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực
Để phục vụ cho tính toán thủy lực tiêu, luận văn đã nghiên cứu ứng dụng mô
hình MIKE 11 của Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI).