Tài liệu Ứng dụng mô hình toán số telemac2d đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn khi vận hành các cống ngăn triều của dự án 1547 với các kịch bản thủy lực khác nhau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRỊNH VĂN THẮNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN SỐ TELEMAC2D ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG XÂM NHẬP MẶN KHI VẬN HÀNH CÁC CỐNG NGĂN TRIỀU CỦA DỰ ÁN 1547 VỚI CÁC KỊCH BẢN THỦY LỰC KHÁC NHAU APPLYING TELEMAC2D NUMERICAL MODEL TO EVALUATE SALINE INTRUSION PHENOMENON WHEN OPERATING THE TIDAL SLUICE IN PROJECT 1547 WITH DIFFERENT HYDRAULIC SCENARIOS Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Thủy Mã số: 8580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2021 ii Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Đức Thường ................................... PGS-TS. Nguyễn Thống ........................... Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Đình Hồng ............................................ Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS-TS. Võ Anh Tuấn ..................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TPHCM ngày 20 tháng 08 năm 2021. (Trực tuyến) Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. TS. Nguyễn Quang Trưởng - Chủ tịch hội đồng 2. TS. Lê Đình Hồng - Phản biện 1 3. PGS-TS. Võ Anh Tuấn - Phản biện 2 4. PGS-TS. Nguyễn Thống - Ủy viên 5. TS. Trần Hải Yến - Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS. NGUYỄN QUANG TRƯỞNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trịnh Văn Thắng MSHV: 1970303 Ngày tháng năm sinh: 27/9/1980 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Thủy. Mã số: 8580202 I. TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng mô hình toán số Telemac2D đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn khi vận hành các cống ngăn triều dự án 1547 với các kịch bản thủy lực khác nhau. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Ứng dụng mô hình toán số Telemac2D đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn khi vận hành 06 cống ngăn triều dự án 1547 kết hợp cống ngăn triều An Hạ trong mùa khô với 06 kịch bản thủy lực khác nhau nhằm đánh giá diễn biến mặn tại 14 vị trí trong vùng nghiên cứu . II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/9/2020 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:13/6/2021 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thống và TS. Lê Đức Thường Tp.HCM, ngày …..tháng…..năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. LÊ ĐỨC THƯỜNG TS. NGUYỄN QUANG TRƯỞNG PGS-TS. NGUYỄN THỐNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG iv LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cám ơn Chi cục Thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện để hoàn thành nghiên cứu này. Tác giả xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS -TS. Nguyễn Thống, TS. Lê Đức Thường, những người thầy tâm huyết đã nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, động viên, khích lệ, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước, Ban lãnh đạo khoa Xây dựng, Phòng Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo Chi cục Thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Lòng biết ơn chân thành xin được gửi đến bạn bè, người thân trong gia đình là chỗ dựa tinh thần, luôn động viên, ủng hộ, chia sẻ, tạo mọi điều kiện để tác giả vượt qua khó khăn, tập trung học tập hoàn thành khóa học. Thời gian thực hiện luận văn không nhiều, không thể tránh khỏi sai sót. Tác giả mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, đồng nghiệp, bạn vè về luận văn để sửa chữa những sai sót. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Trịnh Văn Thắng v TÓM TẮT LUẬN VĂN Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở hạ lưu lưu vực hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai, giáp biển Đông, nằm trên vùng của các con sông lớn: sông Lòng Tàu, cửa Soài Rạp là cửa thoát nước của cả hệ thống sông Đồng Nai, nên một mặt chịu áp lực của nước từ trên đổ xuống trong mùa mưa lũ, mặt khác chịu áp lực từ cửa biển từ dưới lên quanh năm: triều cao, xâm nhập mặn, gió bão…, chính sự phức tạp của yếu tố khí tượng, thủy văn làm cho chế độ thủy lực dòng chảy khu vực Thành phố Hồ Chí Minh hết sức phức tạp. Trong những năm qua, nhiều công trình hạ tầng kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh vừa mới xây dựng đã bị lạc hậu, quá tải. Vì vậy, vấn đề thủy văn, thủy lực, cốt nền xây dựng, diễn biến xâm nhập mặn,… đang là vấn đề thời sự đối với các cơ quan quản lý, các nhà tư vấn xây dựng có liên quan. Sau khi có Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28 tháng 10 năm 2008 của Thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt quy hoạch thủy lợi chống ngập ứng cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. Để giải quyết chống ngập cấp bách cho vùng đô thị hiện hữu Thành phố, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã thống nhất với lãnh đạo Thành phố Hồ Chí Minh và trình Chính phủ phương án triển khai Quy hoạch 1547 Giai đoạn 1, trong đó vùng bảo vệ là vùng đô thị hiện hữu thuộc bờ sông Sài Gòn, diện tích khoảng 570km2 và khoảng 6,5 triệu dân. Với quy mô giai đoạn 1, các hạng mục công trình thực hiện, thay vì xây dựng 12 cống với vùng bảo vệ khoảng 1.800km2 thì nay chỉ còn xây dựng 8 cống với vùng bảo vệ chỉ khoảng 1/3 so với Quy hoạch 1547. Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh ban hành Quyết định số 5967/QĐ UBND ngày 12 tháng 11 năm 2015 về việc duyệt Báo cáo nghiên cứu khả thi giải quyết ngập do triều khu vực Thành phố Hồ Chí Minh có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu (giai đoạn 1) theo hình thức đối tác công tư (Hợp đồng BT). Trong đó cho xây dựng 06 cống kiểm soát triều lớn gồm: cống Cây Khô, cống Mương Chuối, cống Phú Xuân, cống Tân Thuận, cống Bến Nghé, cống Phú Định; quy mô bề rộng cống từ 40m đến 160m, cao trình đáy cống từ -3,0m đến -10m. Tính đến thời điểm hiện tại, các cống đã khởi công và được xây dựng đồng bộ gồm: cống Cây Khô, cống Mương Chuối, cống Phú Xuân, cống Tân Thuận, cống vi Bến Nghé, cống Phú Định, tiến độ thực hiện đều trên 90% so với thiết kế được duyệt; riêng cống An Hạ đã được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 1993. Đề tài “Ứng dụng mô hình toán số Telemac2D đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn khi vận hành các cống ngăn triều dự án 1547 với các kịch bản thủy lực khác nhau” kết quả sau khi nghiên cứu giải quyết một số nội dung sau: 1. Đánh giá mức độ tăng, giảm mặn tại 14 vị trí trong vùng nghiên cứu và hướng xâm nhập mặn chủ đạo từ các kịch bản đóng, mở cống. 2. Đánh giá diễn biến mặn theo các kịch bản đóng, mở khác nhau ảnh hưởng đến quá trình lấy nước của trạm bơm Hòa Phú cung cấp nước thô cho nhà máy nước Tân Hiệp. 3. Thông qua kết quả nghiên cứu, nhà quản lý sẽ có giải pháp vận hành 07 cống ngăn triều hiệu quả nhất trong mùa khô và mùa mưa đáp ứng mục tiêu kép vừa ngăn triều đồng thời ngăn mặn. vii ABSTRACT Ho Chi Minh City is located in the downstream of the Saigon-Dong Nai river basin system, bordering the East Sea, located on the region of major rivers: Long Tau River, Soai Rap estuary is the outlet of the whole Dong Nai river system. Therefore, on the one hand, it is under the pressure of water pouring down from above in the rainy season, on the other hand, it is under pressure from the estuary from below all year round: high tide, saline intrusion, stormy winds ... It is the complexity of meteorological and hydrological factors that make the flow hydraulic regime in the Ho Chi Minh city area extremely complicated. In recent years, many technical infrastructure projects in Ho Chi Minh city have just been built that have been outdated and overloaded. Therefore, the problems of hydrology, hydraulics, construction foundation, saline intrusion,... are current issues for the managers, the relevant construction consultants. After the Prime Minister's Decision No. 1547/QĐ-TTg dated October 28, 2008 on approving the flood control planning for the Ho Chi Minh city area. To deal with urgent flooding for the city's existing urban areas, the Ministry of Agriculture and Rural Development agreed with the leaders of Ho Chi Minh City and submitted to the Government a plan to implement the 1547-phase 1 master plan. In which the protected area is an existing urban area on the banks of the Saigon River, with an area of about 570 square kilometers, and about 6.5 million people. With the scale of phase 1, the works to be implemented, instead of building 12 sluices with a protection area of about 1.800 square kilometers, now only 8 sluices have been built with the protection area only about one third compared to the 1547 plan. The People's Committee of Ho Chi Minh city issued Decision No. 5967/QDUBND dated 12 November 2015 on approving the Feasibility Study Report on solving tidal flooding in the Ho Chi Minh City area, taking into account the weak climate change factor (phase 1) in the form of public-private partnership (BT contract). In which, to build 06 large tidal control sluices including: Cay Kho sluice, Muong Chuoi sluice, Phu Xuan sluice, Tan Thuan sluice, Ben Nghe sluice, Phu Dinh sluice; sluice width scale is from 40m to 160m, sluice bottom elevation is from -3.0m to -10m. viii Up to now, the sluices have been started and built synchronously, including: Cay Kho sluice, Muong Chuoi sluice, Phu Xuan sluice, Tan Thuan sluice, Ben Nghe sluice, Phu Dinh sluice, the progress is on ninety percent of the approved design; Particularly, An Ha sluice has been built and put into operation since 1993. The topic "Application of Telemac2D numerical model to assess saline intrusion when operating tidal sluices of project 1547 with different hydraulic scenarios" results after researching to solve some of the following issues: 1. Assess the level of salinity increase or decrease at 14 locations in the study area and determine the main direction of saline intrusion from open and closed sluice scenarios. 2. Assessment of saline changes under different open and closed scenarios affecting the water intake process of Hoa Phu pumping station supplying raw water to Tan Hiep water plant. 3. Through the research results, manager will have a solution to operate 07 sluice gates to prevent tide most effectively in the dry and rainy seasons to meet the dual goals of both preventing tides and preventing salinity. ix LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS -TS. Nguyễn Thống và TS. Lê Đức Thường. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn cụ thể. Kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày …..tháng…..năm 2021 Tác giả Trịnh Văn Thắng x PHỤ LỤC CHƯƠNG 1 .................................................................................................................... 1 GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 4 1.2.1. Mục tiêu chung ................................................................................................... 4 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ................................................................................................... 4 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 4 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 4 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu: ........................................................................................... 4 1.4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu...................................................... 5 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 6 1.6. Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 6 CHƯƠNG 2 .................................................................................................................... 7 2.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .......................... 7 2.1.1 Nghiên cứu trong nước ....................................................................................... 7 2.1.2 Nghiên cứu ngoài nước .................................................................................... 11 2.2 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................... 15 2.2.1 Đặc điểm vùng tự nhiên ................................................................................... 15 2.2.2 Địa hình địa mạo .............................................................................................. 19 2.2.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn ........................................................................... 22 2.2.4 Hạ tầng thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh ....................................................... 28 2.2.5 Qui trình vận hành các cống ngăn triều............................................................ 32 CHƯƠNG 3 .................................................................................................................. 34 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................. 34 3.1 Giới thiệu một số mô hình thủy văn - thủy lực ................................................ 34 3.1.1 Một số mô hình mưa - dòng chảy..................................................................... 34 3.1.2 Một số mô hình thủy lực .................................................................................. 34 3.1.3 Nhận xét so sánh 2 mô hình thủy lực Mike và Telemac .................................. 37 3.2 Cơ sở lý thuyết Telemac 2D ............................................................................. 37 3.2.1 Giới thiệu mô hình Telemac ............................................................................. 37 3.2.2 Phạm vi ứng dụng Telemac 2D: ....................................................................... 38 xi 3.2.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình Telemac 2D ........................................................ 39 3.3 Phương trình dòng chảy mặt hai chiều được ứng dụng trong mô hình Telemac 2D ................................................................................................................. 40 3.4 Thuật toán Telemac 2D .................................................................................... 42 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI TOÁN XÂM NHẬP MẶN CHO VÙNG HẠ LƯU SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI ........................................................................ 46 4.1. Miền tính - lưới tính toán và điều kiện biên ..................................................... 46 4.1.1. Miền tính toán .................................................................................................. 46 4.1.2. Lưới Tính Toán ................................................................................................ 47 4.1.3. Điều kiện biên .................................................................................................. 47 4.1.4. Cao độ địa hình................................................................................................. 48 4.1.5. Các thông số chính của mô hình ...................................................................... 49 4.2. Mô phỏng hiện trạng ........................................................................................ 49 4.2.1. Đặc điểm mùa kiệt ............................................................................................ 49 4.2.2. Kết quả mô phỏng hiện trạng năm 2005 .......................................................... 51 4.3 Xây dựng kịch bản............................................................................................ 59 4.3.1 Vị trí các cống ngăn triều trong khu vực nghiên cứu ........................................ 59 4.3.2 Thông số cơ bản 07 cống ngăn triều ................................................................ 61 4.3.3 Xây dựng các kịch bản ..................................................................................... 62 4.4 Kết quả mô phỏng xâm nhập mặn .................................................................... 63 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 83 5.1. Kết luận ............................................................................................................ 83 5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 86 xii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống sông rạch chảy qua Thành phố Hồ Chí Minh .................................. 3 Hình 1.2: Phạm vi vùng nghiên cứu ................................................................................ 5 Hình 1.3: Cống Cái Lớn - Cái Bé .................................................................................. 11 Hình 1.4: Công trình Maeslantkering, Hà Lan .............................................................. 13 Hình 2.1: Bản đồ địa hình TPHCM (Nguồn: Sở NN&PTNN TP.HCM) ..................... 21 Hình 2.2: Biểu đồ thể hiện độ mặn tại TP.HCM qua các năm (nguồn từ Chi cục Thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh) ............................................................................... 27 Hình 2.3: Vị trí trạm đo mực nước trong vùng nghiên cứu........................................... 27 Hình 2.4: Vị trí trạm đo chất lượng nước trong vùng nghiên cứu................................. 28 Hình 2.5: Hệ thống thủy lợi Hóc Môn - Bắc Bình Chánh và Nam Bình Chánh (Nguồn từ Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam) ......................................................... 30 Hình 2.6: Sơ họa hệ thống kiểm soát triều Dự án 1547 theo Quyết định số 5967/QĐ-UBND TP.HCM ............................................................................................ 31 Hình 3.1: Các thành phần của hệ phương trình Saint – Venant .................................... 41 Hình 4.1: Tổng quan sơ đồ miền tính toán 2D (Nguyen Thong, 2019) ........................ 46 Hình 4.2: Lưới tính toán 2D .......................................................................................... 47 Hình 4.3: Lưới phi cấu trúc ........................................................................................... 47 Hình 4.4: Các biên tính toán 2D .................................................................................... 48 Hình 4.5: Cao độ địa hình miền tính ............................................................................. 49 Hình 4.6: Vị trí các trạm quan trắc mực nước trong vùng nghiên cứu ......................... 51 Hình 4.7: Mực nước giữa mô phỏng và thực đo trạm Phú An, Biên Hòa, Nhà Bè và Tân An theo thứ tự......................................................................................................... 52 Hình 4.8: Vị trí các trạm quan trắc mặn trong vùng nghiên cứu Lái Thiêu (trái) và Nhà bè (phải) ................................................................................................................. 53 Hình 4.9: Mực nước giữa mô phỏng và thực đo trạm Biên Hòa ................................... 53 Hình 4.10: Mực nước giữa mô phỏng và thực do trạm Nhà Bè .................................... 54 Hình 4.11: Mực nước giữa mô phỏng và thực do trạm Phú An .................................... 54 Hình 4.12: Mực nước giữa mô phỏng và thực do trạm Tân An .................................... 55 Hình 4.13: Mực nước giữa mô phỏng và thực do trạm Thủ Dầu Một .......................... 55 Hình 4.14: Mực nước giữa mô phỏng và thực đo trạm Bến Lức .................................. 56 xiii Hình 4.15: Biểu đồ so độ mặn lớn dự báo và thực đo trong tháng 05/2021 ................. 58 Hình 4.16: Phân bố độ mặn lớn dự báo trong tháng 05/2021 ....................................... 58 Hình 4.17: Vị trí cống trong mô hình ............................................................................ 59 Hình 4.18: Vị trí cống trong thực tế .............................................................................. 60 Hình 4.19: Vị trí các điểm so sánh mặn ........................................................................ 61 Hình 4.20: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 1 ......... 64 Hình 4.21: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 2 ......... 65 Hình 4.22: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 3 ......... 66 Hình 4.23: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 4 ......... 66 Hình 4.24: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 5 ......... 67 Hình 4.25: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 6 ......... 68 Hình 4.26: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 7 ......... 68 Hình 4.27: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 8 ......... 69 Hình 4.28: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 9 ......... 70 Hình 4.29: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 10 ....... 70 Hình 4.30: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 11 ....... 71 Hình 4.31: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 12 ....... 72 Hình 4.32: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 13 ....... 72 Hình 4.33: Biểu đồ so sánh độ mặn theo thời gian giữa KB1 và KB2 điểm số 14 ....... 73 Hình 4.34: Biểu đồ mặn Max, Min, TB tại 14 điểm - KB1 .......................................... 74 Hình 4.35: Biểu đồ mặn Max, Min, TB tại 14 điểm - KB2 .......................................... 74 Hình 4.36: Biểu đồ so sánh mặn Max KB1 VÀ Max KB2 ........................................... 75 Hình 4.37: Biểu đồ so sánh mặn Min KB1 và Min KB2 .............................................. 76 Hình 4.38: Biểu đồ so sánh mặn TB- KB1 VÀ TB- KB2 ............................................. 76 Hình 4.39: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn Max 06 kịch bản ........................................ 78 Hình 4.40: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn Min 06 kịch bản ........................................ 79 Hình 4.41: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn Trung bình 06 kịch bản ............................. 79 Hình 4.42: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn 06 kịch bản tại điểm 1 ............................... 80 Hình 4.43: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn 06 kịch bản tại điểm 5 ............................... 80 Hình 4.44: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn 06 kịch bản tại điểm 6 ............................... 81 Hình 4.45: Biểu đồ so sánh diễn biến mặn 06 kịch bản tại điểm 14 ............................. 81 xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Phân bố diện tích biến đổi theo cao độ của TPHCM theo cao trình (Nguồn: Viện Qui hoạch Thủy lợi Miền nam năm 2012) .............................................. 20 Bảng 2.2: Độ mặn (g/l) tại một số trạm thuộc khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (nguồn từ Chị cục Thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh) ................................................. 26 Bảng 2.3: Thông tin cơ bản về 7 cống ngăn triều (Nguồn Báo cáo thiết kế hệ thống ngăn triều từ Trung Nam BT 1547 năm 2016) .............................................................. 32 Bảng 4.1: Kết quả so sánh mực nước thực đo và mô phỏng ......................................... 52 Bảng 4.2: Kết quả so sánh mặn thực đo và mô phỏng .................................................. 53 Bảng 4.3: Kết quả so sánh mực nước thực đo và mô phỏng ......................................... 56 Bảng 4.4: Kết quả kiểm định độ mặn lớn nhất thực đo và dự báo ................................ 57 Bảng 4.5: Thống kê vị trí công trình ............................................................................. 59 Bảng 4.6: Thông số cơ bản về 7 cống ngăn triều .......................................................... 62 Bảng 4.7: Bảng thống kê các kịch bản nghiên cứu ....................................................... 63 Bảng 4.8: Bảng độ mặn Max, Min, TB tại 14 vị trí so sánh KB1- 07 cống mở ........... 73 Bảng 4.9: Bảng độ mặn Max, Min, TB tại 14 vị trí so sánh KB2- 07 cống đóng ......... 74 Bảng 4.10: Kết quả tăng, giảm mặn tính theo giá trị Max KB1 và KB2: ..................... 75 Bảng 4.11: Kết quả tăng, giảm mặn tính theo giá trị Min KB1 và KB2: ...................... 75 Bảng 4.12: Kết quả tăng, giảm mặn tính theo giá trị trung bình KB1 và KB2: ............ 76 Bảng 4.13: Kết quả diễn biến độ mặn tính theo giá trị Max 06 kịch bản...................... 78 Bảng 4.14: Kết quả diễn biến độ mặn theo giá trị Min 06 kịch bản ............................. 78 Bảng 4.15: Kết quả diễn biến mặn theo giá trị Trung bình 06 kịch bản: ...................... 79 xv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BĐKH: Biến đổi khí hậu XNM: Xâm nhập mặn KB: Kịch bản TB: Trung bình TBN: Trung bình năm QL: Quốc lộ HL: Hạ lưu CTTL: Công trình Thủy lợi CCTL: Chi cục Thủy lợi MHTL: Mô hình thủy lực TPHCM: Thành phố Hồ Chí Minh HM-BBC: Hóc Môn-Bắc Bình Chánh 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề Hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều biển Đông có biên độ lớn (3,5-4,0 m), lên xuống ngày 2 lần, với hai đỉnh xấp xỉ nhau và hai chân lệch nhau khá lớn. Thời gian giữa hai chân và hai đỉnh vào khoảng 12,0 -12,5 giờ và thời gian một chu kỳ triều ngày là 24,83 giờ. Hàng tháng, triều xuất hiện 2 lần nước cao (triều cường) và 2 lần nước thấp (triều kém) theo chu kỳ trăng. Dạng triều lúc cường và lúc kém cũng khác nhau, và trị số trung bình của các chu kỳ ngày cũng tạo thành một sóng có chu kỳ 14,5 ngày với biên độ (0,30-0,40) m. Trong năm, đỉnh triều có xu thế cao hơn trong thời gian từ tháng XII-I và chân triều có xu thế thấp hơn trong khoảng từ tháng VII-VIII. Đường trung bình của các chu kỳ nửa tháng cũng là một sóng có trị số thấp nhất vào tháng VII-VIII và cao nhất vào tháng XII-I. Biên độ cao tạo năng lượng lớn, cùng với lòng sông sâu và độ dốc thấp, thủy triều từ biển truyền vào rất sâu trên sông, nên xâm nhập mặn đã tác động đến cả thượng lưu lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, làm ảnh hưởng đáng kể đến việc khai thác nguồn nước ở lưu vực này Trong những năm gần đây, dưới tác động của BĐKH, xâm nhập mặn tiếp tục tăng trên các sông Sài Gòn - Đồng Nai và các sông rạch phía tây thuộc huyện Bình Chánh đang uy hiếp nguồn nước cho nông nghiệp và sinh hoạt trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, vấn đề XNM tiếp tục ảnh hưởng nặng nề hơn trong tương lai. Bài toán thủy lực về xâm nhập mặn ngày càng thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học cóthể xảy ra các biến cố thủy văn cực hạn do biến đổi khí hậu hiện . Về mặt lý thuyết, bài toán thủy lực về xâm nhập mặn đã được phát triển từ lâu, xuất phát từ hệ phương trình Saint-Venant 1D (dòng chảy một phương). Nhiều nhà khoa học đã cố gắng giải hệ phương trình đó bằng phương pháp giải tích. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và tin học, việc nghiên cứu bài toán xâm nhập mặn bằng mô hình toán số đã trở nên rất phổ biến, từ trường hợp 1D đến trường hợp 2DH (dòng chảy hai phương nằm ngang). 2 Hệ thống cống ngăn triều 1547 giai đoạn 1 nhằm mục đích ngăn triều cường cao và ngăn lũ thượng lưu trên các sông chính vào nội đô Sài Gòn (gồm các Quận 1,3,5,7, các huyện Bình Chánh, Nhà Bè…). Nên vấn đề xâm nhập mặn chưa được đánh giá chi tiết, để thấy được hiệu quả hệ thống cống ngăn triều đối với vấn đề xâm nhập mặn của hệ thống cống ngăn triều này, học viên chọn đề tài: “Ứng dụng mô hình toán số Telemac2D đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn khi vận hành các cống ngăn triều dự án 1547 với các kịch bản thủy lực khác nhau”. 3 Hình 1.1: Hệ thống sông rạch chảy qua Thành phố Hồ Chí Minh 4 1.2. Mục tiêu của đề tài 1.2.1. Mục tiêu chung Mục tiêu chung của đề tài là ứng dụng mô hình toán số mô phỏng, đánh giá diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản đóng, mở khác nhau của 06 cống ngăn triều: Bến Nghé, Tân Thuận, Phú Xuân, Mương Chuối, Cây Khô, Phú Định thuộc dự án 1547 kết hợp cống ngăn triều, ngăn mặn và trữ ngọt An Hạ. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán số giải bài toán lan truyền chất. - Đánh giá diễn biến xâm nhập mặn khi vận hành 07 cống ngăn triều với các kịch bản đóng, mở khác nhau tại 14 vị trí trong vùng nghiên cứu ảnh hưởng đến nông nghiệp, cấp nước cho thành phố trong đó có vị trí lấy nước thô tại trạm bơm Hòa Phú cung cấp nước cho nhà mày nước Tân Hiệp. - Thông qua kết quả nghiên cứu, từ đó nhà quản lý sẽ có giải pháp vận hành hiệu quả 07 cống ngăn triều trong mùa khô và mùa mưa đáp ứng mục tiêu kép vừa ngăn mặn và ngăn triều . 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là đánh giá diễn biến xâm nhập mặn và ảnh hưởng của nó trong quá trình vận hành việc đóng, mở 07 cống ngăn triều tới 14 vị trí trong vùng nghiên cứu. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu là vùng IA của dự án 1547, cụ thể: - Phía Bắc giáp rạch Tra; - Phía Nam giáp đường Long Thới - Nhơn Đức; - Phía Tây giáp các tuyến giao thông QL50, Nguyễn Văn Linh, Lê Văn Lượng, Mai Bá Hương, Thanh Niên và hệ thống đê bao dự án thủy lợi HM - BBC; - Phía Đông giáp sông Sài Gòn. 5 Hình 1.2: Phạm vi vùng nghiên cứu 1.4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Tiếp cận kế thừa tri thức, kinh nghiệm của các nghiên cứu đã có trước đó một cách chọn lọc, sáng tạo. - Ứng dụng mô hình toán để mô phỏng tính toán diễn biến xâm nhập mặn theo các kịch bản khác nhau. Phương pháp này được thực hiện trên cơ sở tận dụng tối đa sự phát triển của công nghệ thông tin trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển tài nguyên nước trong nước và trên thế giới, cụ thể là các mô hình toán mô phỏng. Trong luận văn sẽ ứng dụng mô hình toán số TELEMAC 2D để mô phỏng xâm nhập mặn. TELEMAC 2D được phát triển bởi Phòng Thí Nghiệm Thủy Lực và Môi Trường Quốc Gia thuộc trung tâm quốc gia nghiên cứu Thủy lực của Điện Lực Pháp. Hệ thống này trước đây khi sử dụng phải trả tiền như các mô hình thương mại khác nhưng gần đây đã trở thành nguồn mở và hoàn toàn miễn phí.