Báo cáo nghiên cứu khoa học: "ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG ĐẾN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG BẾN HẢI"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nguồn nước ngọt hạ lưu sông Bến Hải được dùng cho trồng trọt và sinh hoạt trong vùng. Vào mùa kiệt lưu lượng thượng nguồn hệ thống sông Bến Hải khá bé, lúc nầy cũng là thời kỳ có nhu cầu dùng nước ngọt nhiều nhất. Hạ lưu hệ thống sông Bến Hải lại có độ dốc lòng sông khá bé; nên dưới ảnh hưởng của thủy triều, mặn xâm nhập khá sâu vào đất liền, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc dùng nước cho dân sinh kinh tế trong vùng. Trong bài viết này, các tác giả phân...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG ĐẾN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG BẾN HẢI"

ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG ĐẾN XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG BẾN HẢI INFLUENCE OF SA LUNG HYDRAULIC STRUCTURE TO SALINITY INTRUSION OF BEN HAI RIVER DOWNSTREAM NGUYỄN THẾ HÙNG Đại học Đà Nẵng NGUYỄN NGỌC TUẤN Học viên Cao học TÓM TẮT Nguồn nước ngọt hạ lưu sông Bến Hải được dùng cho trồng trọt và sinh hoạt trong vùng. Vào mùa kiệt lưu lượng thượng nguồn hệ thống sông Bến Hải khá bé, lúc nầy cũng là thời kỳ có nhu cầu dùng nước ngọt nhiều nhất. Hạ lưu hệ thống sông Bến Hải lại có độ dốc lòng s ông khá bé; nên dưới ảnh hưởng của thủy triều, mặn xâm nhập khá sâu vào đất liền, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc dùng nước cho dân sinh kinh tế trong vùng. Trong bài viết này, các tác giả phân tích, tính toán, dự báo quá trình truyền triều và xâm nhập mặn mùa kiệt trên hệ thống sông này tương ứng với trường hợp hiện tại và trường hợp trong tương lai, khi đã xây dựng công trình thủy lợi Sa Lung tại thượng nguồn hệ thống sông Bến Hải, bằng hệ phương trình Saint-Venant và phương trình truyền mặn một chiều. ABSTRACT Freshwater at downstream of the Ben Hai river is used for agricultural, domestic and other purposes in this region. In the summer, the upstream volumetric water discharges of Ben Hai river system are very small. Moreover, this is the time when there is the biggest demand of freshwater. At downstream Ben Hai river system, the bed river slopes are very small; so, under the tidal flow, the salinity of seawater penetrates into the Ben Hai river, along way from the mouth causing the influence of water quality of these river segments near the estuaries. In this paper, the authors computes and analyses the tidal flow and salinity intrusion in the summer by one- dimensional Saint-Venant equations and salinity transport equations with many different scenarios. 1. Mở đầu Hệ thống sông Bến Hải nằm ở phía Bắc tỉnh Quảng Trị với tổng chiều dài 59km, được hình thành do hai sông chính là sông Bến Hải và sông Sa Lung cùng nhiều sông suối nhỏ khác trong lưu vực hợp thành, bắt nguồn từ dãy Trường Sơn cao trên 1.200m và đổ ra biển qua Cửa Tùng (Hình 1). Hệ thống sông nầy có tác động rất lớn đến phát triển Kinh tế - Xã hội - Đời sống của nhân dân 2 huyện Vĩnh Linh và Gio Linh. Hiện tại, trên hệ thống sông nầy chưa có công trình ngăn mặn, ngọt hoá; Bộ Nông nghiệp và PTNT đã phê duyệt Dự án đầu tư và phê duyệt thiết kế bản vẽ thi công, tổng dự toán xây dựng công trình Thủy lợi Sa Lung, nằm trên
sông Sa Lung (nhánh sông cấp 1 của sông Bến Hải), và đang triển khai bước thi công. Trong bài viết này, các tác giả áp dụng mô hình toán để tính toán mô phỏng sự ảnh hưởng xâm nhập mặn ở hạ lưu sông Bến Hải khi xây dựng công trình thủy lợi Sa Lung ở thượng lưu, và dự đoán sự ảnh hưởng xâm nhập mặn hạ lưu sông Bến Hải sẽ có tác động như thế nào đến sản xuất, sinh hoạt, môi trường của vùn g hạ lưu sông ? Từ đó đề ra các giải pháp xử lý, khắc phục thích hợp để đảm bảo được nhiệm vụ đa mục tiêu của công trình Thủy lợi Sa Lung: tưới, nuôi trồng thủy sản, cải tạo môi sinh, môi trường ? 2. Ph-¬ng tr×nh m« t¶ Quá trình thủy lực: Dòng chảy trong sông là không ổn định, biến đổi chậm, được mô tả bằng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint-Venant một chiều: Q Z  Bc q x t (1) Z  0  Q  Bc   0 B  Z QQ    2 Q  x g  t t g 2 K Trong đó: + x: biến số chỉ vị trí mặt cắt trên tuyến dòng chảy; + t: thời gian; + Q: lưu lượng, được coi là dương nếu chảy theo chiều dương của x; + Z: độ cao mặt nước so với mặt chuẩn nằm ngang; + : diện tích mặt cắt dòng chảy; + B: chiều rộng mặt nước dòng chảy; + Bc: chiều rộng mặt nước dòng chảy và khu chứa bên bờ; + K: mô đun lưu lượng dòng chảy; + q: lưu lượng bổ sung trên mỗi đơn vị dài ven sông, được coi là dương (q>0) nếu lượng nước nầy chảy từ ngoài vào sông và âm (q
Quá trình lan truyền vật chất tan trong nước có thể xem gồm hai quá trình tải và khuyếch tán độc lập với nhau. Vì vậy có thể giải phương trình trên bằng cách phân rã thành hai quá trình: Quá trình tải: Phương trình tải được giải theo phương pháp đặc trưng. Quá trình khuyếch tán:S Q S  0 (4) t AC x S  q(Sv  S ) S 1     AD   (5) t Ac x  x  Ac Phương trình khuyếch tán được giải theo sơ đồ sai phân 6 điểm do Preissmann đề xuất. 3. Sơ đồ mạng lưới sông tính xâm nhập mặn Sơ đồ thuỷ lực duổi thẳng của mạng lưới sông Bến Hải được cho ở Hình 2. 4. Điều kiện biên * Biên trên : - Lưu lượng dòng chảy mùa cạn ứng với các tần suất thiết kế của lưu vực sông Bến Hải tại vị trí nút số 1, ứng với diện tích lưu vực FLV = 267 Km2, độ mặn S= 0. - Lưu lượng dòng chảy mùa cạn ứng với các tần suất thiết kế của lưu vực sông Sa Lung tại vị trí nút số 6, đây cũng là vị trí công trình thủy lợi Sa Lung có FLV = 156,4 Km2, độ mặn S=0. Q2 (Biên lưu Q1 lượng) (Biên lưu 6 lượng) 1 ô 7 trũng 8 2 số 3 ô 9 trũng ô Q số 4 3 trũng Sông Bến 1 ô 11 số 1 0 trũng Hải. 1 4 số 2 (Đoạn từ 1 Sông Sa thượng lưu 51 Lung. 1 về cầu Hiền ba Ngã 2 (Đoạn từ 3Q Lương)ông. s 1 thượng lưu (Điểm 4 1 14về cầu Hiền nhập lưu 5 Lương) giữa sông 1 Sa Lung 6 Hạ lưu sông Bến 1 và sông Hải. Bến Hải) 7 đoạn từ cầu Hiền 1 Lương về đến Cửa 8 1 9 Tùng) Biên mực nước. (Triều tại Cửa Tùng)
Hình 2 - Sơ đồ thủy lực duỗi thẳng Bảng 1 - Lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất ứng với các tần suất TT Tên sông 50% 75% 90% 95% 97% 99% Sông Bến Hải 1 4,04 3,16 2,45 2,07 1,83 1,41 2 Sông Sa Lung 2,36 1,84 1,43 1,22 1,08 0,85 * Biên dưới: Biên mực nước tại cửa sông ứng với nút số 19. Biên mặn có giá trị không đổi và độ mặn được lấy S = 320/00. Bảng 2 - Mực nước triều max ứng với các tần suất (Tại trạm Cửa Tùng). Mực nước triều max TT 2% 10% 50% 75% 90% 95% Hmaxp (m) trạm Cửa Tùng 1 0,79 0,68 0,58 0,56 0,55 0,54 Hmaxp (m) trạm Cửa Việt 2 0,73 0,62 0,52 0,50 0,49 0,48 * Các lưu vực giữa: - Nhánh sông nhỏ tập trung tại nút 11, với Q11 = 0,5 m3/s. - Trạm bơm lấy nước vào khu nuôi tôm Hiền Lương tại nút số 14, với Q14 = 0,15 m3/s. - Bốn ô trử có cao trình mực nước ban đầu bằng cao trình các ô ruộng. 5. Điều chỉnh mô hình Các tham số mô hình như độ nhám lòng sông, bãi sông, hệ số khuyếch tán được điều chỉnh theo các số liệu thực đo. 6. Kết quả tính toán * Phân bố độ mặn trên hệ thống sông Bến Hải không ngừng biến đổi theo không gian và thời gian. Các tác giả tính toán cho trường hợp bất lợi nhất là khi dòng chảy đến nhỏ và triều cường tương ứng với tháng 7 hàng năm. Phương án cơ sở để tính toán là dòng chảy mùa kiệt ứng với tần suất P=75%, trong hai trường hợp: Trường hợp hiện trạng: Chưa có công trình thủy lợi Sa Lung; Trường hợp tương lai: Có công trình thủy lợi Sa Lung. Bảng 3 - Kết quả tính toán phân bố độ mặn dọc sông Bến Hải (Phương án cơ sở), biên lưu lượng ứng với tần suất P=75%. Trường hợp tính toán Chênh lệch độ Tỷ lệ tăng độ A- Chưa có công Nút tính toán B- Có công trình mặn giữa 2 mặn tại các nút trình Sa Lung Sa Lung trường hợp tính so với trường (Q1 = 3,16 m3/s ; (Q1 = 3,16 m3/s ; hợp A Q2= 1,84 m3/s) Q2= 0,23 m3/s) toán Độ mặn trung bình Độ mặn trung bình (S0/00) (S0/00) (S0/00) (%) 1 0,00 0,00 0,00 0,00 2 2,49 2,70 0,21 8,43 3 6,92 7,50 0,58 8,38 4 14,69 15,93 1,24 8,44 5 19,33 20,82 1,49 7,71 6 0,00 0,00 0,00 0,00
7 4,90 7,56 2,66 54,29 8 9,45 12,75 3,30 34,92 9 12,43 15,51 3,08 24,78 10 14,81 17,52 2,71 18,30 11 18,32 20,31 1,99 10,86 12 20,02 21,61 1,59 7,94 13 20,04 21,68 1,64 8,18 14 22,94 24,16 1,22 5,32 15 24,99 25,98 0,99 3,96 16 26,83 27,58 0,75 2,80 17 29,03 29,47 0,44 1,52 18 30,88 31,04 0,16 0,52 19 32,00 32,00 0,00 0,00 Các kết quả tính toán được thống kê trong Bảng 3, cho thấy rằng độ mặn tăng lên rất đáng kể trên đoạn hạ lưu sông Bến Hải khi lưu lượng tại công trình Sa Lung bị cắt giảm, giá trị độ mặn trung bình sẽ tăng rất lớn, vượt quá ngưỡng cho phép nuôi trồng thủy sản và sản xuất nông nghiệp. Trong khi đó, hệ sinh thái vùng nghiên cứu là hệ sinh thái nông nghiệp và hệ sinh thái nước lợ gồm các cây thích hợp vùng ven sông. Khi nồng độ mặn tăng lên sẽ phá vỡ thế cân bằng sinh thái. * Để có cơ sở đề xuất các giải pháp khắc phục hợp lý, các tác giả tính toán toán thêm trường hợp tăng thêm lưu lượng trên nhánh sông Bến Hải (tăng Q1 , với gia số về lưu lượng được chọn để đánh giá là Q1 = 2 m3/s.) và sau đó so sánh với phương án khi có công trình thủy lợi Sa Lung. Kết quả tính toán cho ở Bảng 4. Bảng 4 - Kết quả tính toán phân bố độ mặn dọc sông bến Hải (Phương án tăng lưu lượng trên nhánh sông Bến Hải). Trường hợp tính toán Chênh lệch độ Tỷ lệ giảm độ mặn giữa 2 mặn tại các B- Tăng lưu lượng trên Nút tính toán A- Có công trình trường hợp tính nút so với sông Bến Hải. Sa Lung. trường hợp A (Q1 = 3,16 m3/s ; (Q1 = 5,16 m3/s ; toán (S0/00) Q2= 0,23 m3/s) Q2= 0,23 m3/s) (%) Độ mặn trung bình Độ mặn trung bình (S0/00) (S0/00) 1 0,00 0,00 0,00 0,00 2 2,70 1,52 1,18 43,70 3 7,50 4,96 2,54 33,87 4 15,93 12,91 3,02 18,96 5 20,82 18,47 2,35 11,29 6 0,00 0,00 0,00 0,00 7 7,56 6,75 0,81 10,71 8 12,75 11,38 1,37 10,75 9 15,51 13,84 1,67 10,77 10 17,52 15,63 1,89 10,79 11 20,31 18,23 2,08 10,24 12 21,61 19,48 2,13 9,86 13 21,68 19,59 2,09 9,64 14 24,16 22,37 1,79 7,41 15 25,98 24,53 1,45 5,58
16 27,58 26,48 1,10 3,99 17 29,47 28,82 0,65 2,21 18 31,04 30,81 0,23 0,74 19 32,00 32,00 0,00 0,00 Hình 3 - Phân bố độ mặn dọc sông Bến Hải PHÂN BỐ ĐỘ MẶN DỌC SÔNG BẾN HẢI TRƯỜNG HỢP CÓ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG S ( 0/00) (Đoạn từ Cửa Tùng lên đến cầu Hiền Lương) 35 30 25 Max 20 TB Min 15 10 5 0 L (km) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PHÂN BỐ ĐỘ MẶN DỌC SÔNG BẾN HẢI TRƯỜNG HỢP CÓ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG S ( 0/00) (Đoạn từ cầu Hiền Lương lên phía thượng lưu sông Bến Hải) 30 25 Max 20 TB 15 Min 10 5 0 L (km) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PHÂN BỐ ĐỘ MẶN DỌC SÔNG BẾN HẢI TRƯỜNG HỢP CÓ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI SA LUNG S ( 0/00) (Đoạn từ cầu Hiền Lương lên phía thượng lưu sông Sa Lung) 30 25 Max 20 TB 15 Min 10 5 0 L (km) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
(Trường hợp có công trình thủy lợi Sa Lung, biên lưu lượng ứng với tần suất P = 75%, gốc tọa độ lấy tại Cửa Tùng) 6. Kết luận Kết quả tính toán trong Bảng 4 cho thấy sự thay đổi độ mặn tại vùng hạ lưu sông Bến Hải rất nhạy khi thay đổi lưu lượng tại vùng thượng nguồn sông Bến Hải và sông Sa Lung. Chính vì vậy để đảm bảo được nồng độ mặn vùng hạ lưu sông Bến Hải không vượt quá ngưỡng cho phép, rất cần thiết phải xây dựng trên vùng thượng nguồn sông Bến Hải các công trình trữ nước (như hồ chứa, công trình thủy điện) nhằm đẩy mặn vào mùa khô. Các công trình đó sẽ góp phần tích cực trong vấn đề bảo vệ nguồn nước ngọt cho vùng hạ lưu sông Bến Hải. Các tác giả đề xuất một số biện pháp khắc phục ảnh hưởng do xâm nhập mặn trên hệ thống sông Bến Hải như sau: - Xây dựng và bảo vệ hệ thống rừng phòng hộ ở thượng lưu hệ thống sông Bến Hải; việc làm này sẽ hạn chế xói mòn, bồi lắng lòng hồ, hạn chế lũ lụt và làm gia tăng dòng chảy vào mùa khô tạo nên cân bằng sinh thái ổn định về lâu dài cho hệ thống sông Bến Hải. - Xây dựng các công trình thủy lợi ở thượng nguồn sông Bến Hải với nhiệm vụ chính là đẩy mặn. - Chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi. - Sử dụng các công trình ngăn mặn di động (như đập xà lan) và công trình ngăn mặn bán cố định để giải quyết mâu thuẫn gay gắt về tranh chấp nguồn nước giữa hai vùng sinh thái nước mặn (yêu cầu cung cấp nước mặn, ngăn nước ngọt để phát triển nuôi trồng thủy hải sản) và vùng sinh thái nước ngọt (yêu cầu ngăn nước mặn, cấp nước ngọt để trồng lúa). TÀI LIỆU THAM KHẢO Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Quảng Trị (2006), Hồ sơ thiết kế [1] công trình thủy lợi Sa Lung, Quảng Trị. [2] Nguyen The Hung (1992), Mathematical model of tidal flow and salinity intrusion in river network with complex boundary condition, Proceedings of National Conference on Mechanics, Vol.4, NXB Hanoi. Nguyễn Thị Nga, Trần Thục (2003), Động lực học sông, Nhà xuất bản Đại học [3] Quốc gia, Hà Nội. Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mô hình toán thủy văn, Nhà xuất [4] bản Đại học Quốc gia, Hà Nội. Tổng cục khí tượng thủy văn (1999), Bảng thủy triều 2000, Nhà xuất bản Thống kê, [5] Hà Nội. Độ mặn thực đo lấy theo số liệu đo đạc và phân tích mẫu nước sông Bến Hải (ngày [6] 12/07/2004) do Phòng thí nghiệm hóa học và môi trường - Đại học khoa học Huế thực hiện; cùng mẫu nước sông ngày 21/08/2001 do Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường tỉnh Quảng Trị thực hiện.