ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐOÀN ANH TUẤN ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐOÀN ANH TUẤN ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA - THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SỸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: chương trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Đồn Anh Tuấn LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy hướng dẫn luận văn tơi, PGS.TS Nguyễn Văn Hồng - Viện Địa chất Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, tạo điều kiện, hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Kiến thức khoa học sâu sắc kinh nghiệm thầy tiền đề giúp đạt kết tốt luận văn Tôi xin chân thành cám ơn tới thầy, cô giáo Khoa sau Đại học Đại học Quốc gia Hà Nội dạy dỗ, truyền thụ kiến thức cho năm học vừa qua;Viện Địa chất - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình ln bên tơi, cổ vũ động viên tơi lúc khó khăn để vượt qua hoàn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cám ơn! Học viên Đồn Anh Tuấn MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu ứng dụng Phương pháp CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan vấn đề nghiên cứu nước: 1.2.Tổng quan khu vực nghiên cứu 11 1.3 Điều kiện kinh tế xã hội 12 1.3.1 Dân số 12 1.3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 13 1.4 Đặc điểm địa hình 14 1.5 Đặc điểm khí hậu 15 1.5.1 Độ ẩm bốc 16 1.5.2 Chế độ mưa 17 1.6 Sơng ngịi 19 1.7 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu 22 1.8 Chế độ dòng chảy khu vực nghiên cứu 25 1.8.1 Dòng chảy năm 25 1.8.2 Dòng chảy mùa lũ 25 1.8.3 Dòng chảy mùa kiệt 26 1.9 Chế độ mực nước khu vực nghiên cứu 26 1.9.1 Mực nước triều: 26 1.9.2 Mực nước lũ: 26 1.10 Ảnh hưởng nước biển dâng đến kinh tế - xã hội tỉnh Thái Bình 27 1.10.1 Ảnh hưởng nước biển dâng tới chế độ thủy triều 27 1.10.2 Nước biển dâng dẫn đến nguy ngập úng: 28 1.10.3 Nước biển dâng ảnh hưởng đến nông nghiệp: 29 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA 30 2.1 Điều tra khảo sát phục vụ đánh giá xâm nhập mặn 30 2.2 Cơ chế lan truyền xâm nhập mặn nước mặt 30 2.3 Phương pháp sai phân hữu hạn giải phương trình lan truyền mặn nước mặt 33 2.4 Mơ hình EFDC 36 2.4.1 Giới thiệu chung mô hình EFDC 36 2.4.2 Cấu trúc mơ hình EFDC 36 2.4.3 Mơ hình thủy động lực học toán lan truyền nhiệt, mặn 37 2.4.4 Một số đặc điểm tính phần mềm 38 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC EFDC PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA 40 3.1 Lựa chọn miền mơ hình 40 3.2 Số liệu địa hình lịng sơng miền mơ hình 40 3.3 Các điều kiện ban đầu biên mô hình 42 3.4 Áp dụng mơ hình EFDC phục vụ đánh giá dự báo xâm nhập mặn sơng Hóa 45 3.4.1 Xây dựng lưới mơ hình 45 3.4.2 Hiệu chỉnh mơ hình 46 3.4.3 Xâm nhập mặn sơng Hóa mùa khơ 2010 50 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SƠNG HĨA THEO CÁC KỊCH BẢN NƯỚC BIỂN DÂNG 51 4.1 Kịch nước biển dâng biến đổi khí hậu 51 4.2 Mơ hình đánh giá mức độ xâm nhập mặn sơng Hóa năm 2013 54 4.3 Kết xâm nhập mặn nước sơng Hóa theo kịch nước biển dâng 60 4.3.1 Kịch nước biển dâng 50cm 60 4.3.2 Kịch nước biển dâng 75cm 62 4.3.3 Kịch nước biển dâng 100cm 64 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ: 69 Kiến nghị: 70 PHỤ LỤC 73 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG VIỆT HOẶC KÝ HIỆU BĐKH: Biến đổi khí hậu EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code): Phần mềm thủy lực môi trường nước KB: Kịch MC: Mặt cắt MNB: Mực nước biển NBD: Nước biển dâng TB: Trung bình XNM: Xâm nhập mặn Viện HLKHCN Việt Nam: Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng Tên Trang Bảng 1.1 Hệ số biến động Cv số trạm địa bàn tỉnh Thái Bình 18 Bảng 1.2 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm số trạm (mm) 19 Bảng 1.3 Thời gian, yếu tố đo đạc trạm khí tượng địa bàn tình Thái Bình lân cận 22 Bảng 1.4 Danh sách trạm đo mưa địa bàn tỉnh Thái Bình 23 Bảng 1.5 Danh sách trạm quan trắc thủy văn địa bàn tỉnh Thái Bình 24 Bảng 1.6 Tổng hợp diện tích thấp MNB kịch NBD 29 Bảng 3.1 Độ mặn nước sông hai huyện Tiền Hải Thái Thụy 47 Bảng 3.2 So sánh kết mơ hình thực đo sơng Hóa 49 Bảng 4.1 Mực nước biển dâng theo kịch phát thải thấp (B1) 52 Bảng 4.2 Mực nước biển dâng theo kịch phát thải trung bình (B2) 52 Bảng 4.3 Mực nước biển dâng theo kịch phát thải cao (A1F1) 53 Bảng 4.4 Thời gian nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí – 59 Bảng 4.5 Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: NBD=50cm 61 Bảng 4.6 Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: NBD=75cm 63 Bảng 4.7 Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: NBD=100cm 65 Bảng 4.8 Chiều sâu xâm nhập mặn (ranh giới 1ppt) dài năm kịch NBD 66 Bảng 4.9 So sánh thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: mực nước biển tại, NBD=50cm, 75cm 100cm 66 Bảng 4.10 So sánh % thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí NBD=50cm, 75cm 100cm so với mực nước biển 67 DANH MỤC HÌNH Hình Tên Trang Hình 1.1 Vị trí địa lý tỉnh Thái Bình 12 Hình 1.2 Bản đồ đẳng trị mưa địa bàn tỉnh Thái Bình [2] 17 Hình 1.3 Bản đồ mạng lưới sông địa phận tỉnh Thái Bình 22 Hình 1.4 Mạng lưới quan trắc mưa địa bàn tỉnh Thái Bình 24 Hình 1.5 Sơ đồ vị trí trạm thủy văn 25 Hình 1.6 Đồ thị tỷ lệ diện tích theo độ cao tồn tỉnh 28 Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình EFDC 37 Hình 2.2 Cấu trúc mơ hình thủy động lực học EFDC 37 Hình 3.1 Miền mơ hình sơng Hóa vị trí mặt cắt địa hình 41 Hình 3.2 Địa hình lịng sơng Hóa miền mơ hình phần lưới mơ hình 41 Hình 3.3 Tần suất lưu lương sơng Hồng Hà Nội 1956-1990 42 Hình 3.4 Tần suất lưu lương sông Hồng Hà Nội 1991-2010 43 Hình 3.5 Lưu lượng sơng Hồng trạm Hà Nội năm 1993, 2010 P=85% 43 Hình 3.6 Lưu lượng nước ước tính biên thượng lưu 44 Hình 3.7 Dao động triều theo năm 2010 biên hạ lưu 44 Hình 3.8 Dao động triều theo năm 2013 biên hạ lưu 45 Hình 3.9 Xây dựng lưới mơ hình 46 Hình 3.10 Xây dựng lưới mơ hình 46 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 4.1 Hình 4.2 Bản đồ vị trí trạm quan trắc mặn sơng Hóa dải phổ màu nồng độ muối 0,1ppt÷1ppt lúc 17h ngày 20/03/2010 Bản đồ vị trí trạm quan trắc mặn sơng Hóa dải phổ màu nồng độ muối 0,1ppt÷30ppt lúc 17h ngày 20/03/2010 Nồng độ muối quan trắc theo mơ hình sơng Hóa Hồng Quỳnh-Thái Bình Phân bố nồng độ muối lưỡi mặn vào sâu nhất: dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt Phân bố nồng độ muối lưỡi mặn vào sâu nhất: dải phổ màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt Xâm nhập mặn lớn lúc 5h ngày 12/01/2013 - triều 2013 - thang màu đầy đủ nồng độ Xâm nhập mặn lớn lúc 5h ngày 12/01/2013- triều 2013 - thang 48 48 49 50 50 54 55 màu nồng độ 0,01ppt đến 1-30ppt Hình 4.3 Vị trí điểm quan trắc diễn biến mặn năm 2013 Hình 4.4 Dao động nồng độ muối nước sơng Hóa mùa khơ đầu năm 2013 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 4.13 Hình 4.14 Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối nhỏ 1ppt vị trí – Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=50cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=50cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: NBD=50cm Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=75cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=75cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: NBD=75cm Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=100cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷1ppt Phân bố nồng độ muối vào thời điểm xâm nhập mặn dài nhất: NBD=100cm; dải màu nồng độ 0,1ppt÷30ppt Thời gian tháng 1-4 nước sơng Hóa có hàm lượng muối 1ppt vị trí: NBD=100cm 55 55-58 59 60 60 61 62 62 63 64 64 65 Hình 4.15 Chiều sâu xâm nhập mặn dài năm theo mực nước biển dâng 66 Hình 4.16 Số ngày năm nước sơng có hàm lượng muối nhỏ 1ppt vị trí chế độ thủy văn sơng có tần suất 85%: tại, NBD=50cm, 75cm 100cm 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ NNPTNT (2007) Số liệu mặt cắt sông Trà Lý sơng Hóa Dự án điều tra Bộ NNPTNT Phạm Hoàng Hải (2009) Nghiên cứu đánh giá thực trạng xâm nhập mặn vào khu vực nội đồng huyện ven biển tỉnh Thái Bình, đề xuất giải pháp định hướng quy hoạch trồng, vật nuôi phù hợp với thay đổi sinh thái - Viện Địa lý - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nguyễn Văn Hồng (2009) Mơ hình chất lượng nước Giáo trình đại học cao học-Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Văn Hoàng (Chủ nhiệm đề tài) (2012) Nghiên cứu, đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới tỉnh Thái Bình, đề xuất giải pháp thích ứng, giảm thiểu thiệt hại Nguyễn Văn Hoàng (Chủ nhiệm đề tài) (2014) Nghiên cứu tượng địa chất cơng trình động lực ảnh hưởng đến ổn định đập ngăn mặn sơng Hóa, sơng Trà Lý tỉnh Thái Bình tượng xâm nhập mặn nhằm đề xuất chế độ hoạt động (đóng mở cống) phù hợp” Trần Thục (giám đốc dự án) (2012) Các kịch nước biển dâng khả giảm thiểu rủi ro Việt Nam Tổng cục Thống kê (2011) Niên giám thống kê 2010 Nhà xuất thống kê, Hà Nội Tài liệu-tư liệu khí tượng thủy văn tỉnh Thái Bình Trung tâm mạng lưới khí tượng thủy văn Quốc gia Tiếng Anh Craig, P.M (2009), “Users Manual for EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor for the Environmental Fluid Dynamics Code”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi, Vietnam 10 Hamrick, J.M (1992) A Three Dimensional Environmental Fluid Dynamics Computer Code: Theoretical and Computational Aspects The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science Special Report 317, 63 pp 71 11 Hamrick, J.M (1996) A User's Manual for the Environmental Fluid Dynamics Computer Code (EFDC) The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science, Special Report 331, 234 pp 12 EFDC-explorer web version http://www.efdc-explorer.biz 13 Hydrologic Engineering Centers River Analysis http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras 72 System (HEC-RAS)