Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI DIỄN BIẾN HÀM LƯỢNG PHÙ SA TRÊN SÔNG TIỀN TỪ TÂN CHÂU ĐẾN MỸ THUẬN Trần Quang Minh Phân viện Khí tượng Thủy văn Môi trường phía Nam Phù sa yếu tố quan trọng đặc trưng dòng nước hàm lượng chất lơ lửng (phù sa lơ lửng) giữ vai trò quan trọng không việc phát triển hình thành vùng châu thổ ĐBSCL. Nhận biết diễn biến hàm lượng phù sa sông cần thiết để có sử dụng hợp lý. Trong báo giới thiệu kết ứng dụng mô hình Mike 11 tính toán diễn biến hàm lượng chất lơ lửng sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Thuận. 1. Giới thiệu Sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Thuận nhánh phần cuối sông Mê Công thuộc Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL). ĐBSCL, vùng đất rộng lớn sản phẩm phù sa bồi đắp sông mang lại, vào mùa lũ dòng chảy lũ khu vực có tác động mạnh mẽ đến thay đổi hàm lượng phù sa sông. Nắm bắt thông tin diễn biến hàm lượng phù sa sông khai thác tốt lượng phù sa đoạn sông khu vực phục vụ công tác bồi bổ đất đai canh tác, cải tạo đất, vệ sinh đồng ruộng Sông Tiền chảy theo hướng Đông Nam, từ Tân Châu đến biển sông có hướng chảy Đông Nam. Đoạn sông nghiên cứu từ Tân Châu đến Mỹ Thuận thuộc sông Tiền qua hai tỉnh An Giang Đồng Tháp, đoạn sông có đặc điểm sau: Từ Tân Châu đổ biển theo hai hướng Đông Nam Tây Nam. Hình 1. Sơ họa đoạn sông nghiên cứu Hình thái Sông Tiền có biến đổi phức tạp. Từ ấp Bến Đình - Tân Châu (biên giới Việt Nam - Campuchia) đến phà Bắc Mỹ Thuận (trước sông Tiền rẽ nhánh), sông uốn khúc mạnh tạo đoạn sông đôi, sông ba lại nhập vào nhau. Từng đoạn sông, lòng sông có nơi phình ra, nơi thu hẹp dạng vỏ đỗ. Mặt cắt dọc sông Tiền có nhiều biến đổi đột ngột độ sâu đáy có xếp luân phiên vực sâu (dân địa phương gọi “hói”) bãi nông. Sự xếp phù hợp với hình thái sông. Độ sâu sông khu vực nhiều nơi đạt đến 3040m 40m. Đây nguyên nhân trực tiếp tạo nên sạt lở bờ nhiều vị trí ven bờ sông Tiền. Chế độ thủy triều lên xuống hai lần ngày có biên độ lớn truyền sâu vào nội đồng. Vào mùa kiệt, dao động thủy triều tồn đến Tân Châu Châu Đốc thời gian ngắn. Tác động thủy triều giảm dần Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 127 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI thượng lưu, có giao thoa dòng chảy thượng nguồn dòng triều, nên dòng chảy sông xuất nhiều vùng xoáy vật lớn. Vào mùa lũ, thủy triều không ảnh hưởng mãnh liệt vào mùa kiệt, có tác động lớn đến việc làm chậm lại trình thoát lũ biển, đặc biệt vào ngày triều cường. Mực nước sông Tiền có ảnh hưởng triều mạnh vào mùa kiệt, nguồn nước từ thượng lưu nhỏ. Vào mùa lũ lưu lượng thượng nguồn tăng nên xu chung mực nước đỉnh giảm dần từ thượng lưu hạ lưu. Mùa lũ hàng năm thường xuất vào tháng VII-XI. Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm khoảng (70-85)% lượng dòng chảy năm. Lũ thường gây ngập lụt đồng sông Cửu Long. Mùa cạn từ tháng XII đến tháng VI năm sau, lượng dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng (15-30)% dòng chảy năm. 2. Thiết bị phương pháp 2.1. Nguồn số liệu Số liệu phục vụ tính toán gồm có:  Số liệu mặt cắt, địa hình sông khu vực nghiên cứu.  Số liệu thủy văn năm 2009 (Tân Châu, Châu Đốc, Mỹ Thuận, Cần Thơ, Chợ Mới, Cao Lãnh, Cửa Đại, An Thuận) để xác định thông số thủy lực số liệu hàm lượng chất lơ lửng năm 2009 (Vàm Nao, Mỹ Thuận) để xác định thông số vận chuyển hàm lượng chất lơ lửng. Hình 2. Mạng lưới trạm thủy văn  Số liệu mực nước 2011 (trạm Cao Lãnh, chợ Mới, Mỹ Thuận) để kiểm định mô hình thủy lực số liệu hàm lượng chất lơ lửng năm 2011 (Vàm Nao, Mỹ Thuận) để kiểm định mô hình vận chuyển bùn cát. 2.2. Phương pháp nghiên cứu a) Căn nguồn số liệu thực đo mực nước, lưu lượng, hàm lượng chất lơ lửng (HLCLL) từ năm 2009-2011 sử dụng phương pháp phân tích thống kê để phân tích diễn biến thời gian. b) Ứng dụng mô hình Mike 11 (tính toán đặc trưng thủy lực, hàm lượng bùn cát sông mặt cắt tính toán bằng mô đun vận chuyển bùn cát Rajin) để đánh giá diễn biến hàm lượng bùn cát sông từ Tân Châu đến Mỹ Thuận (theo không gian). 2.3. Thời gian mặt c t tính toán Hàm lượng chất lơ lửng phụ thuộc nhiều yếu tố như: mưa, rửa trôi mặt đệm, dòng chảy thượng lưu, chế độ thủy lực, vận tốc dòng chảy, hình thái đoạn sông. HLCLL, lưu lượng chất lơ lửng (LLCLL) lớn xuất mùa lũ 128 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI vào thời kỳ lũ lên cao, đồng thời thời kỳ mà diễn biến HLCLL phức tạp nhất. Các kết đánh giá lũ kết luận lũ năm 2011 xấp xỉ lũ năm 2000, tương ứng với tài liệu phân tích, mùa lũ năm 2011 chọn làm thời gian để tính toán, phân tích diễn biến HLCLL sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Hình 3. Đường trình mực nước BQ ngày Thuận. Tân Châu (2009-2011) Căn vào đặc điểm hình thái đoạn sông, tạm chọn mặt cắt đoạn sông nghiên cứu gồm từ MC1 đến MC6 theo hai nhánh (xem hình 2) để phân tích diễn biến HLCLL dọc sông (theo không gian) từ Tân Châu đến Mỹ Thuận. Trong đó: Nhánh 1: từ Tân Châu qua mặt cắt 1, 2, 3, 4, 5, đến Mỹ Thuận. Nhánh 2: Từ Tân Châu qua mặt cắt 1, 2, 3a (sau dòng chảy phân nhánh Vàm Nao), 4, 5, đến Mỹ Thuận. Hình 4. Sơ đồ vị trí dùng để phân tích 2.4. Ứng dụng mô hình a) Giới thiệu mô hình Mô hình MIKE11 modul mô hình họ MIKE Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) lập cho mạng lưới kênh sông. MIKE 11 gói phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô lưu lượng, chất lượng nước vận chuyển bùn cát cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn vật thể nước khác. Hệ phương trình Saint-Venant chiều mô tả dòng chảy kênh: Phương trình liên tục ¶A ¶Q + =q ¶t ¶x (1) Phương trình động lượng  Q2 ¶  A ¶Q +  ¶t ¶x    + gA ¶Z + g Q Q = ¶x ARC (2) Phương trình liên tục bùn cát: Trong đó: Q: Lưu lượng qua mặt cắt ngang (m3/s). A: Diện tích mặt cắt dòng chảy (m2). Z: Mực nước so với cao độ chuẩn (m). q: Lưu lượng nhập lưu đơn vị chiều dài sông (m2/s). C: Hệ số Chezy. R: Bán kính thủy lực (m). Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 129 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI ¶Qs ¶Ys + B0 + qsl = ¶x ¶t (3) α: Hệ số sửa chữa động lượng. B0: Chiều rộng lòng sông (m). Van Rijn transport Model mô t: thời gian. hình Mike 11 sử dụng để tính toán Qs: lưu lượng bùn cát (Kg/s). vận chuyển bùn cát. qsl: lưu lượng đơn vị bùn cát (Kg/s). b) Sơ đồ tính Hình 5. Sơ đồ tính toán thủy lực mùa lũ Sơ đồ tính chi tiết hoá bao gồm toàn mạng sông, kênh rạch có khả dẫn nước vào mùa lũ vùng nghiên cứu. Các số liệu dựa tài liệu địa hình từ Ủy Ban sông Mê Công dùng tính toán lũ cho vùng ĐBSCL. Sơ đồ tính xây dựng tính toán bao gồm sông Tiền, sông Hậu khu vực hai sông. c) Hiệu chỉnh kiểm định mô hình Chuỗi số liệu mực nước, lưu lượng mùa lũ từ tháng VII-XI/2009 trạm thủy văn Vàm Nao, Cao Lãnh, Mỹ Thuận sông Vàm Nao, sông Tiền dùng để hiệu chỉnh mô hình thủy lực. Sai số số liệu thực đo tính toán trạm đánh giá theo số Nash–Sutcliffe với kết mực nước Vàm Nao, Cao Lãnh, Mỹ Thuận tương ứng là: 0.95, 0.91, 0.92 lưu lượng Mỹ Thuận 0.85. Kiểm định mô hình thủy lực: Sử dụng số liệu mực nước thực đo mùa lũ tháng VII-XI/2011 (trạm Vàm Nao, Cao Lãnh, Mỹ Thuận) số liệu lưu lượng trạm Mỹ Thuận. Kiểm định LLCLL: Sử dụng số liệu LLCLL trạm Vàm Nao, Mỹ Thuận. Các số liệu LLCLL hai trạm tính toán từ số liệu HLCLL lưu lượng thực đo Trung tâm sông Cửu Long chỉnh lý, chỉnh biên theo tiêu chuẩn ngành Khí tượng Thủy văn. Kết kiểm định thủy lực đánh giá theo số Nash– Sutcliffe mực nước Vàm Nao, Cao Lãnh, Mỹ Thuận tương ứng 0.93, 0.96, 0.89, lưu lượng Mỹ Thuận 0.80, phù sa Vàm Hình 6. Kết kiểm định H tính toán với thực đo trạm Vàm Nao Mỹ Thuận Nao, Cao Lãnh, Mỹ Thuận Q tính toán thực đo trạm tương ứng 0.58 Mỹ Thuận 0.57. 130 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Hình 7. Kết kiểm định lưu lượng chất lơ lửng Vàm Nao, Mỹ Thuận. 3. Kết thảo luận 3.1. Diễn biến hàm lượng chất lơ lững theo thời gian Bảng 1. Hàm lượng chất lơ lửng trung bình tháng trạm Tân Châu Mỹ Thuận (g/m 3) Trạm NĂM Tân Châu 2009 2010 2011 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 41.0 39.1 30.0 19.0 23 65.7 193 206 206 228 119 54 14.3 12.4 9.2 7.8 6.7 6.0 13.8 168 191 172 108 83.3 12.7 12.5 14.1 14.0 13.0 98.9 140 219 194 161 95.1 61.3 Mỹ Thuận 2009 2010 2011 40.2 28.7 27.2 28.5 27.5 79.6 124 36.0 50.4 69.4 14.4 15.1 18.7 24.8 33.9 43.6 33.0 31.4 28.1 116 156 136 57.5 196 273 315 238 231 138 122 98.2 74.2 255 263 226 219 Theo tài liệu thực đo HLCLL trung bình ngày năm 2009-2011 hai trạm Tân Châu Mỹ Thuận thu thập phân tích, cho số kết sau: a) Diễn biến theo tháng:  Tại Tân Châu: HLCLL tháng nhỏ lớn qua năm là: 6.0g/m3 228g/m3. Hàm lượng phù sa lơ lửng nhỏ năm thường xuất vào tháng IV lớn năm xuất từ tháng VIII-X. Sự chênh lệch HLCLL thay đổi mạnh vào tháng V, VI, XII, I vào tháng khác chênh lệch tháng không lớn.  Tại Mỹ Thuận: HLCLL tháng nhỏ lớn qua năm là: 14.4g/m3 315g/m3. Hàm lượng phù sa lơ lửng nhỏ năm thường xuất vào tháng IV. Hàm lượng phù sa lơ lửng lớn năm xuất từ tháng VIII-X. Sự chênh lệch HLCLL thay đổi mạnh vào tháng V-VI (tăng mạnh), XII-I (giảm mạnh) tháng khác chênh lệch tháng không lớn. b) Sự thay đổi HLCLL hàng năm hai trạm gắn liền với diễn biến tính chất lũ hàng năm. c) Diễn biến theo mùa: khu vực nghiên cứu có mùa cạn từ tháng XII-VI năm sau, mùa lũ tháng VII-XI.  Tại Tân Châu: Vào mùa cạn, hàm lượng chất lơ lửng giảm mạnh cuối mùa lũ đầu mùa cạn. Vào mùa lũ, HLCLL tăng mạnh từ tháng VIII đến tháng X.  Tại Mỹ Thuận: Vào mùa cạn, HLCLL giảm mạnh vào cuối mùa lũ đầu mùa Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 131 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI cạn. Vào mùa lũ, HLCLL tăng mạnh từ tháng VIII đến tháng X. Hàm lượng chất lơ lửng lớn thường xuất vào tháng X. Sự dao động HLCLL mùa lũ phụ thuộc nhiều diễn biến lũ hàng năm. Với chuỗi số liệu HLCLL trung bình ngày năm từ 2009-2011 không đủ dài, đại biểu cho năm không lũ, lũ trung bình, lũ lớn. Từ cho tranh diễn biến HLCLL theo thời gian, với kết phân tích, đánh giá từ số liệu thực đo liên tục năm có độ tin cậy cao khẳng định nhận định diễn biến HLCLL theo thời gian kết nghiên cứu trước phù hợp. 3.2. Diễn biến hàm lượng chất lơ lững theo không gian Diễn biến HLCLL sông theo thời gian phức tạp phụ thuộc nhiều chế độ thủy văn, yếu tố khí tượng thủy văn. Với đặc điểm nêu trên, để đơn giản phân tích, kết tính toán mô đánh giá theo giá trị trung bình ngày, tháng tháng mùa lũ (các tháng có dòng chảy lũ lớn). Kết tính toán từ mô hình LLCLL tính toán chuyển đổi sang HLCLL đoạn sông từ Tân Châu đến Mỹ Thuận vị trí mặt cắt tính toán. Hình 8. Đường trình lưu lượng trung bình ngày tháng mùa lũ năm 2011 Hình 9. Đường trình HLCLL trung bình ngày tháng mùa lũ năm 2011 từ Tân Châu đến Mỹ Thuận Bảng 2. Kết tính toán hàm lượng phù sa (g/m3) trung bình tháng tháng mùa lũ năm 2011 mặt cắt từ Tân Châu đến Mỹ Thuận MC6 Mỹ Thuận Tân Châu MC1 MC2 MC3 MC3a MC4 MC5 (Km0) (Km6) (Km23) (Km48) (Km46) (Km55) (Km92) (Km113) (Km121) VII 140.0 107.9 127.8 69.5 52.8 61.7 52.7 70.2 156.0 VIII 219.0 206.6 211.2 137.6 83.0 131.9 135.8 167.0 196.0 IX 194.0 226.1 217.9 179.2 75.0 194.7 223.5 271.6 225.0 X 161.0 232.8 215.3 201.9 67.7 232.9 289.1 340.0 263.0 XI 95.1 127.5 132.4 111.2 42.0 120.5 129.8 153.0 226.0 Tháng Hình 10. Diễn biến HLCLL trung bình tháng mùa lũ năm 2011 từ Tân Châu đến Mỹ Thuận 132 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Các kết tính toán diễn biến hàm lượng phù sa từ Tân Châu đến Mỹ Thuận phân tích theo ngày, tháng, mùa cho kết sau: a) Diễn biến theo ngày Với diễn biến HLCLL trung bình ngày tháng mùa lũ thay đổi có dạng đường tương tự đường trình lưu lượng bình quân ngày tháng mùa lũ mức độ dao động đoạn sông có khác hai nhánh sông. b) Diễn biến theo tháng.  Nhánh 1: Trong giai đoạn đầu mùa lũ (tháng VII, VIII): HLCLL biến động đoạn đầu từ Tân Châu đến MC3, sau MC3 đến MC4 giảm, sau tăng MC5, MC6 đến Mỹ Thuận. Giai đoạn mùa lũ: với dòng chảy lũ biến đổi nhiều tháng IX, X nên HLCLL từ Tân Châu đến MC1 có tăng (khu vực bị xói lở), sau giảm dần đến MC4, sau MC4 đến MC6 tăng mạnh sau giảm đến Mỹ Thuận. Với giai đoạn mùa lũ vụ MC5, MC6 có HLCLL tăng mạnh. Điều lý giải với dòng chảy lũ tăng giai đoạn này, HLCLL từ Tân Châu đưa đến MC4, đoạn sau MC4, MC5, MC6 đoạn có nhiều khu vực bị xói lở, hình thái đoạn sông phức tạp, đồng thời có nhiều “hói”, nhiều cù lao làm dòng chảy đổi hướng liên tục gây nên xoáy cục bộ, đồng thời khu vực đoạn sông mùa lũ ảnh hưởng triều mạnh, tổng hợp lý lý giải nguyên nhân làm tăng HLCLL đến Mỹ Thuận. Giai đoạn lũ rút: với giai đoạn diễn biến HLCLL đoạn sông thay đổi lớn.  Nhánh 2: Các giai đoạn đầu mùa lũ (tháng VII, VIII), giai đoạn lũ vụ, giai đoạn lũ rút. Diễn biến HLCLL đoạn đầu từ Tân Châu đến MC3a tương tự nhánh biến động rõ nét sau MC3a, HLCLL giảm mạnh. Theo kết nghiên cứu trước đây, sau Tân Châu, khoảng 39% lượng nước sông Tiền chuyển sang sông Hậu, với lượng nước đủ mang theo lượng cát bùn đáng kể để chuyển sang sông Hậu qua sông Vàm Nao, nguyên nhân cho thấy kết HLCLL giảm rõ MC3a (sau nhánh Vàm Nao). Kết tính toán diễn biến HLCLL đoạn sông cho thấy tranh diễn biến HLCLL đoạn sông không hoàn toàn giống lưu lượng dòng chảy giảm dần hạ lưu , mà có tăng, giảm đoạn sông. 4. Kết luận  Kết diễn biến HLCLL theo thời gian rõ nét phù hợp với nghiên cứu trước đây.Việc nghiên cứu đánh giá diễn biến HLCLL đoạn sông mô hình toán phù hợp, kết cho ta tranh diễn biến HLCLL phức tạp đoạn sông (về không gian).  Cần phát triển nghiên cứu chi tiết diễn biến phù sa đoạn sông với mô hình 2D thấy rõ diễn biến HLCLL đoạn sông nhằm phục vụ khai thác HLCLL đoạn sông này. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 133 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. DHI-Water & Envinronment (August, 2004). “MIKE11-a modelling system for Rivers and Chanels-Short Introduction and Tutorial” - Denmark Hydraulics Institute. 2. DHI-Water & Envinronment (August, 2004). “MIKE11-a modelling system for Rivers and Chanels-Reference Manual” - Denmark Hydraulics Institute. 3. DHI-Water & Envinronment (August, 2004). “MIKE11-a modelling system for Rivers and Chanels –Users Manual” - Denmark Hydraulics Institute. 4. Đỗ văn Toán-Đỗ Hữu Thành (1999), “Thủy văn ứng dụng”, Nhà xuất Giáo dục năm 1999. 5. Hà Văn Khối (2003), “Giáo trình Động lực học sông ngòi”, Bộ Thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi, Nhà xuất Nông Nghiệp. 6. Lê Đình Thành (2005), “Vai trò Biển Hồ chế độ dòng chảy hạ lưu sông MeKong”, trang 24-28, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi Trường số 14, 8-2006. 7. Lê Sâm , “Thủy nông Đồng sông Cửu Long”, Nhà xuất Nông nghiệp. 8. Ngô Đình Tuấn (1998), “Phân tích thống kê thủy văn”, Nhà xuất Nông nghiệp. 9. Phạm Thị Hương Lan (2007), “Bài giảng Bùn cát sông ngòi bồi lắng hồ chứa”, Bộ Thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi. 10. Phan Văn Hoặc (1996), “Đặc điểm khí hậu đồng sông Cửu Long”, Thành phố Hồ Chí Minh năm 1996. 11. Phan Văn Hoặc (1996), “Đặc điểm khí hậu đồng sông Cửu Long”, Thành phố Hồ Chí Minh năm 1996. 12. Trần Quang Minh (2011), “Nghiên cứu diễn biến hàm lượng phù sa lơ lửng sông Tiền, từ Tân Châu đến Mỹ Thuận”, Phân viện KTTV&MT phía Nam. THE VARIATION OF THE SUSPENDED SEDIMENT CONCENTRATION ON TIEN RIVER FROM TAN CHAU TO MY THUAN Tran Quang Minh Sub-Institute of HydroMeteorology and Environment of South VietNam (SIHYMETE) Sediment is an important characteristic of water in which the suspended sediment concentration also has an important role in the development of the Mekong Delta. Recognizing the suspended sediment concentration varies with both time and distance in the river is essential to the rational use. This article introduces some results of the Model 11 application to calculate various suspended sediment concentration on Tien River from Tan Chau to My Thuan. 134 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường . lượng chất lơ lửng trên sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Thuận. 1. Giới thiệu Sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Thuận là một nhánh của phần cuối sông Mê Công thuộc Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Các kết quả tính toán diễn biến hàm lượng phù sa từ Tân Châu đến Mỹ Thuận được phân tích theo ngày, tháng, mùa cho các kết quả như sau: a) Diễn biến theo ngày Với diễn biến HLCLL trung bình. toán, phân tích diễn biến HLCLL trên sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Thuận. Căn cứ vào đặc điểm hình thái đoạn sông, tạm chọn 6 mặt cắt trên đoạn sông nghiên cứu gồm từ MC1 đến MC6 theo hai