Thành phố Hồ Chí Minh là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của triểu biển Đông, thường xuyên bị ngập úng do triều cường kết hợp với mưa lớn trên diện rộng. Vấn đề dự báo biến động mực nước thủy triều trong hệ thống sông vì thể trở nên rất quan trọng, nhằm chủ động phòng chống lũ lụt ở các khu vực ven biển cũng như ngập úng tại các khu vực đô thị.
TÓM TẮT
Nghiên cứu trình bày ứng dụng mô hình thủy lực để dự báo biến động mực nước thủy triều kênh Tân Hòa - Lò Gốm, sử dụng phương pháp phân tích hằng số điều hòa. Kết quả cho thấy độ chính xác cao với sai số nằm trong giới hạn cho phép (không vượt quá 2%) ứng với biên độ triều tại khu vực TP. Hồ Chí Minh vào khoảng 3.5m. Nghiên cứu đã chứng minh khả năng vượt trội và tính khả thi về độ chính xác và tin cậy khi sử dụng mô hình toán trong dự báo so với các phương pháp truyền thống bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ quan.
GIỚI THIỆU
Hệ thống kênh rạch của TP. Hồ Chí Minh đóng một vai trò rất quan trọng trong giao thông đường thủy và tiêu thoát nước cho nội thành. Nhưng hiện nay tình hình ngập úng trên địa bàn TP. diễn ra với tần suất ngày càng nhiều và phức tạp, khi có các trận mưa lớn kết hợp với triều cường sẽ dẫn đến tình trạng ngập úng ở nhiều nơi. Để đối phó với vấn đề ngập úng do triều thì vấn đề dự báo thủy triều trở nên hết sức cần thiết. Công tác dự báo tốt sẽ giảm được rất nhiều những thiệt hại do ngập úng gây ra. Trong tương lai do tác động của biến đổi khí hậu, công tác dự báo lại càng trở nên quan trọng và cấp thiết.
Nghiên cứu này trình bày một số cơ sở lý thuyết về vấn đề nghiên cứu các dao động thủy triều bằng phương pháp phân tích hằng số điều hòa. Trên cơ sở đó chúng tôi tính toán và xác định dao động mực nước tại trạm hải văn Vũng Tàu và dự báo chế độ mực nước tại Vũng Tàu trong tương lai. Từ các kết quả đó và ứng dụng mô hình thủy lực phục vụ việc dự báo chế độ mực nước trên hệ thống Sài Gòn – Đồng Nai (SG - ĐN) và tính toán phục vụ cho việc tiêu thoát nước trong khu vực kênh Tân Hóa – Lò Gốm.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mô hình thuỷ văn - thủy lực
MIKE là hệ thống mô hình thủy lực do Viện Thủy lợi Đan Mạch (DHI) xây dựng. Đây là mô hình thủy lực và chất lượng nước, có độ tin cậy rất cao, thích ứng với các bài toán thực tế khác nhau. MIKE có thể áp dụng cho các hệ sông kênh lớn, không hạn chế về độ phức tạp. Đi kèm với MIKE bao gồm các mô hình phụ trợ để mô phỏng bài toán về nguồn nước một các toàn diện, bao gồm MIKE NAM, MIKE BASIN (Mô hình thủy văn lưu vực) và MIKE 11, MIKE 21 là mô hình thủy động lực [1]. Mặc dù được ứng dụng sau so với các mô hình khác vào đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), tuy nhiên với những tính vượt trội của MIKE, kết quả đáng tin cậy, cho phép thay đổi kịch bản linh hoạt và quản lý dữ liệu một cách khoa học, có hệ thống. Hiện nay, MIKE đã dần thay thế các phần mềm thủy lực khác được sử dụng thông dụng trong quá khứ tại đơn vị như HydroGIS, SAL, VSAP.
Quy trình dự báo
Hình 1. Quy trình dự báo mực nước tại khu vực nghiên cứu
.jpg)
Theo quy trình dự báo, cần tính toán ra bộ hằng số điều hoà từ chuỗi số liệu mực nước tại trạm Vũng Tàu. Sau đó sử dụng bộ hằng số điều hoà để tính toán ra mực nước dự báo tại trạm Vũng Tàu, tiếp tục so sánh số liệu dự báo với số liệu thực đo tại Vũng Tàu từ đó cho ra biên mực nước dự báo trạm Vũng Tàu. Mục đích tính toán biên mực nước tại Vũng Tàu kết hợp với biên lưu lượng nhằm sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho mô hình MIKE để tiến hành mô phỏng mực nước tại khu vực nghiên cứu (Tân Hoá - Lò Gốm).
Dự báo biên mực nước Vũng Tàu bằng phương pháp hằng số điều hòa
Phân tích và dự báo mực nước bằng phương pháp phân tích điều hòa
Có nhiều phương pháp có thể sử dụng cho việc phân tích điều hòa. Trong số đó thì phương pháp phân tích điều hòa thủy triều bằng phương pháp bình phương tối thiểu được áp dụng rộng rãi hơn cả vì nó cho phép phân tích ra bộ hằng số điều hòa có độ chính xác đến nhiều chục phân triều tùy thuộc vào độ dài chuỗi mực nước quan trắc liên tục từng giờ [2].
Độ cao mực nước thủy triều Z tại thời điểm bất kỳ t là tổng của các dao động triều thành phần (gọi là các phân triều hay các sóng triều):
Zt= A0 + Sri=1fi Hicos[qit + (V0 + u)i–gi] (1)
Trong đó: A0 là độ cao mực nước trung bình, fi là hệ số suy biến biên độ của phân triều i; Hi là hằng số điều hòa biên độ của phân triều i; qi là tốc độ góc không đổi của phân triều i; (V0 + u)i là những phần pha thiên văn của phân triều i biểu diễn các góc giờ của những tinh tú giả định tại thời điểm t; gi là hằng số điều hòa về pha của phân triều i; r là số lượng các phân triều; fi và (V0 + u)i phụ thuộc thời gian t.
Khi có n độ cao mực nước quan trắc Zt, nhiệm vụ của phân tích thủy triều là xác định bộ thông số gồm r cặp hằng số điều hòa không đổi H và g cho từng phân triều của trạm nghiên cứu.
Để thuận tiện áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, người ta có thể viết phương trình (1) thành:
Zt= A0 + Sri=1 [fi Hicos(qit)cos(gi - V0 + u)i)+ fi Hisin(qit)sin (gi - V0 + u)i)] (2)
Đặt:
Ai= fiHicos[giS (V0 + u)i]
Bi= fiHisin[giS (V0 + u)i]
Từ đó phương trình (2) thành:
Zt= A0+ Sri=1 (Aicosqit + Bisinqit) (3)
Biết mực nước tại n giờ, người ta có n phương trình đại số dạng (3) đối với các ẩn số Ai và Bi để giải bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Từ mỗi cặp ẩn Ai và Bi tìm được sẽ tính ra:
.jpg)
Chuỗi quan trắc càng dài, số phương trình dạng (2) càng nhiều, thì A0 và số cặp hằng số điều hòa H và g nhận được càng nhiều, càng chính xác. Với một năm quan trắc có thể xác định được khoảng 60-68 cặp hằng số điều hòa H và g của điểm quan trắc.
Phân tích, dự báo dao động mức nước thiên văn tại Vũng Tàu
Trên cơ sở kết quả tính toán bộ hằng số điều hòa của 69 phân triều theo chuỗi số liệu từ 1980 – 2015 [3], chúng tôi tiến hành tính toán dự báo mực nước thiên văn tại Vũng Tàu. Mực nước thực tế tại một trạm quan trắc hải văn, ngoài các thành phần mực nước thiên văn còn có thành phần mực nước do các yếu tố khác như: ảnh hưởng của địa hình, ảnh hưởng của các nhiễu động khí tượng và ảnh hưởng của các nhiễu động khác.
Trên hình 1 trình bày kết quả dự báo mực nước Vũng Tàu từ 27/10/2016 đến 5/11/2016, kết hợp so sánh với số liệu thực đo theo điện báo tại trạm Vũng Tàu cho thấy có sự tương quan cao giữa mực nước dự báo và mực nước thực đo. Tuy vẫn còn sai số ở một số giá trị đỉnh và chân triều nhưng sai số nằm trong giới hạn cho phép (sai số <2%).
Hình 2. Kết quả dự báo mực nước biên Vũng Tàu
.jpg)
Sai số dự báo tại Vũng Tàu phụ thuộc vào 2 vấn đề: (1) thời gian cập nhật hằng số điều hòa, (2) Chế độ gió tác động tới mực nước.
Biên lưu lượng
Trong sơ đồ tính toán các biên lưu lượng gồm có: (1) Biên lưu lượng từ các hồ chứa được xác định theo báo cáo vận hành của các hồ, có xét đến dòng chảy hồi quy; (2) Biên lưu lượng nhánh Thị Tính: được tính toán trên cơ sở số liệu dự báo mưa và mô hình mưa rào ~ dòng chảy (HEC – HMS); và (3) Biên lưu lượng từ phía sông Vàm Cỏ: (3.1) Mùa kiệt lấy theo tài liệu bình quân nhiều năm. Theo kinh nghiệm tính toán, trong mùa kiệt lưu lượng từ sông Vàm Cỏ không tác động lớn đến chế độ mức nước hệ thống SG – ĐN và (3.2) Mùa lũ được xác định từ mô hình thủy lực hệ thống ĐBSCL [4].
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Xử lý kết quả tính toán dự báo
Trên thực tế, do không thể đưa chính xác tất cả các yếu tố trên tự nhiên vào mô hình thủy lực nên sai số giữa kết quả tính toán thủy lực và số liệu thực đo là một điều không thể tránh khỏi. Nghiên cứu này tính toán cho 5 ngày quá khứ và 5 ngày dự báo. Sai số cho phép trong 5 ngày quá khứ khoảng 3 cm (tương đương 2 %) cho hệ thống SG – ĐN.
Sai số vượt quá 2 %, cần thiết phải chỉnh lý lại mô hình thủy lực, đến khi nào đảm bảo sai số trong giới hạn cho phép. Sai số trong phạm vi cho phép, tiến hành hiệu chỉnh kết quả dự báo theo sai số của kết quả tính toán 5 ngày quá khứ. Công tác hiệu chỉnh được thực hiện như sau: (1) Xác định mức sai số của các đặc trưng (đỉnh triều, chân triều) từ kết quả tính toán và số liệu thực đo cho từng ngày; (2) Hiệu chỉnh các giá trị đặc trưng (đỉnh triều và chân triều): mức hiệu chỉnh theo sai số trung bình của 5 ngày có tài liệu thực đo.
Kết quả dự báo thử nghiệm cho khu vực Tân Hóa – Lò Gốm
Hình 3. Kết quả dự báo mực nước tại khu vực Tân Hóa Lò Gốm
.jpg)
Trên cơ sở quy trình dự báo đã trình bày, tiến hành dự báo chế độ thủy triều cho khu vực hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai cụ thể là đoạn kênh Tân Hóa Lò Gốm. Với biên mức nước Vũng Tàu đã được dự báo ở trên và biên lưu lượng thượng nguồn của hồ Dầu Tiếng, hồ Trị An, Vàm Cỏ Tây... được lấy theo trung bình của nhiều năm.
Quá trình dự báo thử nghiệm cho thấy kết quả dự báo triều tại Vũng Tàu mang tính chất quyết định đến kết quả dự báo triều trên hệ thống. Vận hành công trình thượng lưu không tạo ra nhiều sai số cho kết quả dự báo. Hình 4 cho thấy kết quả dự báo mực nước từ 27/10/2016 đến 5/11/2016, mực nước dự báo khớp với số liệu mực nước thực đo [5] tại khu vực Tân Hoá – Lò Gốm (THLG), sai số ở một số thời điểm đỉnh và chân triều là diều khó tránh khỏi trong quá trình mô phỏng nhưng những sai số này nằm trong giới hạn cho phép và có thể chấp nhận được (sai số <2%).
KẾT LUẬN
Kết quả dự báo thử nghiệm mực nước tại Tân Hóa – Lò Gốm và Vũng Tàu là đáng tin cậy. Có thể ứng dụng phương pháp này vào dự báo chế độ mực nước trên hệ thống sông SG – ĐN, từ đó phục vụ cho việc vận hành tốt hệ thống tiêu thoát nước trong khu vực Tp. Hồ Chí Minh để hạn chế tình trạng ngập úng khi có triều cường và mưa to.
Độ tin cậy của kết quả dự báo phụ thuộc vào mức độ chính xác của kết quả dự báo biên mực nước Vũng Tàu. Việc kết hợp giữa phương pháp phân tích điều hòa và mô hình dự báo gió đã cho kết quả dự báo mực nước tại Vũng Tàu có độ chính xác cao, đủ tin cậy để làm biên cho mô hình số dự báo chế độ mực nước trên hệ thống SG – ĐN. Thời gian cập nhật hằng số điều hòa cho trạm Vũng Tàu tốt nhất là 1 tháng. Trong trường hợp số liệu thực đo không đủ thì có thể chấp nhận tới 3 tháng, nếu thời gian kéo dài hơn 3 tháng thì kết quả dự báo sẽ thiếu chính xác.
Mô hình thủy lực mạng lưới sông SG – ĐN, đã được áp dụng nhiều trong tính toán mô phỏng các kịch bản phục vụ nghiên cứu, quy hoạch, lập dự án đầu tư… và cho độ tin cậy cao. Tuy nhiên, để sử dụng vào công tác dự báo thì sơ đồ tính cần phải được cập nhật số liệu thường xuyên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đặng Văn Tỏ, 2008. “Phân tích và dự báo dao động mực nước”. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 11, số 04.
[2] Nguyễn Thị Hồng Hà, Đặng Hoà Vĩnh, 2009. “Phân tích và dự báo dao động mức nước thủy triều bằng phương pháp hằng số điều hòa”. Tuyển tập công trình nghiên cứu địa lý tài nguyên năm 2009, 9 tr., Viện Địa lý tài nguyên TP Hồ Chí Minh.
[3] Nguyễn Ngọc Thuỵ, Phạm Văn Huấn, Bùi Đình Khước 1996. “Thử nghiệm tính hằng số điều hòa thủy triều 68 sóng cho vùng biển Việt Nam theo bộ chương trình của TSLC (Mỹ)”. Tạp chí Khí tượng thủy văn, Tổng cục KTTV, số 06, 426.
[4] Lê Văn Dũng, Đặng Hoà Vĩnh, 2005. “Đánh giá nguồn nước đến hồ Dầu Tiếng nhằm nâng cao hiệu quả khai thác vận hành công trình”. Công ty khai thác công trình thủy lợi Dầu Tiếng, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ NN&PTNT.
[5] “Số liệu mực nước từ 1980-2015”. Đài Khí tượng thủy văn khu vực Nam Bộ.
NGUYỄN NGỌC ẨN, NGUYỄN AN BÌNH
HUỲNH SONG THỰT, TRẦN ANH PHƯƠNG
Viện Địa lý tài nguyên TP. Hồ Chí Minh
Luật Tài nguyên nước năm 2012 đã đưa ra nguyên tắc quản lý tài nguyên nước phải bảo đảm thống nhất theo lưu vực sông, theo nguồn nước, kết hợp với quản lý theo địa bàn hành chính. Kể từ khi Luật có hiệu lực thi hành từ ngày 1/1/2013, đây là Quy hoạch tổng hợp lưu vực sông đầu tiên được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt trong tổng số 15 nhiệm vụ quy hoạch về tài nguyên nước được Bộ Tài nguyên và Môi trường dự kiến triển khai xây dựng từ nay đến năm 2024. Quy hoạch này là nền tảng để xây dựng và thực hiện các quy hoạch có khai thác, sử dụng trên lưu vực sông Bằng Giang - Kỳ Cùng. Việc thực hiện Quy hoạch tổng hợp lưu vực sông Bằng Giang - Kỳ Cùng thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050 sẽ góp phần quan trọng đối với công cuộc phát triển kinh tế - xã hội tại các địa phương; đồng thời, quy hoạch này cũng là cơ sở, định hướng để triển khai các quy hoạch khác tại các địa phương thuộc lưu vực Bằng Giang - Kỳ Cùng.
Chất lượng nước tại một số khu vực thuộc lưu vực sông Mê Công đang có dấu hiệu ô nhiễm. Tình trạng suy thoái nguồn nước trong khu vực đã kéo theo những ảnh hưởng và tác động tiêu cực đến hệ sinh thái, sinh kế, đời sống của người dân. Đây là nội dung được nêu ra trong báo cáo “Kiểm toán việc quản lý nguồn nước lưu vực sông Mê Công” gắn với thực hiện các mục tiêu phát triển bền vững do Kiểm toán Nhà nước tại 3/6 quốc gia thuộc lưu vực sông Mê Công gồm: Việt Nam, Thái Lan, Myanma hợp tác thực hiện.
Sáng 22/12, tại Hà Nội, Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam tổ chức Hội nghị tổng kết công tác năm 2021 và triển khai nhiệm vụ năm 2022 theo hình thức trực tuyến. Thứ trưởng Nguyễn Thị Phương Hoa dự và phát biểu chỉ đạo tại Hội nghị.
Cục Quản lý tài nguyên nước vừa phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Kiên Giang tổ chức bàn giao các giếng khoan nghiên cứu trên đảo Hòn Lớn thuộc xã An Sơn, huyện Kiên Hải, tỉnh Kiên Giang thuộc dự án “Điều tra, đánh giá chi tiết tài nguyên nước phục vụ xây dựng công trình cấp nước cho các Đảo thuộc lãnh thổ Việt Nam”.
Phát triển khoa học và công nghệ là yêu cầu quan trọng để đảm bảo sự phát triển của lĩnh vực đo đạc và bản đồ. Đồng thời, khoa học và công nghệ được xác định là then chốt trong phát triển kinh tế - xã hội của đất nước trong điều kiện thế giới đang áp dụng những thành tựu to lớn của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0. Sự thay đổi công nghệ trong đo đạc và bản đồ như công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ số, công nghệ mạng,… đã làm thay đổi phương pháp thu nhận, xử lý thông tin và sử dụng sản phẩm đo đạc và bản đồ ngày càng chính xác, nhanh chóng và có hiệu quả, góp phần thúc đẩy việc sử dụng trí tuệ nhân tạo, kết nối vạn vật dựa trên cơ sở dữ liệu không gian địa lý.
