DÂY LƯNG & VÍ DA CHẤT LƯỢNG CAO THƯƠNG HIỆU H2


Ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị tại Việt Nam

Abstract: The rapid urbanization together with rapid urban population growth puts additional pressures on the existing urban infrastructures and urban services causing significant degradation of urban environment. The use of GIS technology can bring tremendous benefits to the urban sector and urban governments in systematically and effectively managing the urban infrastructures. In this paper, the author presents the results of applying GIS in urban infrastructure management, which the GeoViet Consulting had assisted the Ministry of Construction to implement for a number of cities, towns and townlets in the country, as well as proposes the GIS database framework for national management of urban infrastructures.
Keywords: GIS, urban infrastructure, urban management.
1. GIỚI THIỆU
Quá trình đô thị hóa đã và đang diễn ra nhanh chóng tại Việt Nam với tốc độ tăng khoảng 8.9% / năm. Hiện nay, cả nước có 755 đô thị (từ loại V trở lên) và được phân loại dựa vào số dân, hệ thống công trình hạ tầng và một số chỉ số đặc điểm đô thị khác, cũng như tầm quan trọng là trung tâm phát triển vùng trong mạng lưới đô thị của tỉnh và quốc gia (Nghị định 42/2009/NĐ-CP). Phát triển đô thị đạt được nhiều thành quả quan trọng và khu vực đô thị đóng góp khoảng 65-70% tổng GDP của cả nước. Tuy nhiên, cùng với sự tăng nhanh dân số đô thị, quá trình đô thị hóa đang làm tăng thêm sức ép lên hệ thống cơ sở hạ tầng và dịch vụ đô thị và dẫn đến tình trạng môi trường đô thị xuống cấp trầm trọng. Mặt khác, công tác quản lý đô thị hiện nay còn rất nhiều hạn chế và một trong những vấn đề nổi cộm nhất là chưa có được một hệ thống dữ liệu đô thị tổng hợp đầy đủ và cập nhật. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công nghệ hữu ích trong quản lý và xử lý tích hợp các dữ liệu đô thị có toạ độ (bản đồ) với các dạng dữ liệu khác để biến chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp các chính quyền đô thị trong lựa chọn địa điểm, quản lý cơ sở hạ tầng, cung cấp dịch vụ đô thị một cách hợp lý… Với những ưu điểm nổi trội, công nghệ GIS đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Tại Việt Nam, áp dụng công nghệ tin học được chú trọng trong quy hoạch và quản lý đô thị với việc quản lý bản đồ, bản vẽ trên AutoCAD và các mô-đun tính toán độc lập. Gần đây, đã có nhiều nghiên cứu và dự án ứng dụng thí điểm GIS trong ngành quy hoạch xây dựng đô thị, giao thông vận tải, cấp nước, quản lý và cấp phép xây dựng… Tuy nhiên, vẫn chưa thu được nhiều kết quả như mong đợi và hiện nay, ứng dụng GIS trong quản lý đô thị chưa được phát triển đồng bộ, chưa có sự thống nhất và hệ thống. Chính vì vậy, việc tăng cường xây dựng các cơ sở dữ liệu thông tin về đô thị và về quy hoạch trên GIS nhằm thực hiện chỉ thị số 09/2008/CT-TTg ngày 29/2/2008 là một trong những ưu tiên chính của Bộ Xây dựng và các chính quyền đô thị trên cả nước. Trong báo cáo này, tác giả giới thiệu kết quả và kinh nghiệm ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị do Công ty Tư vấn GeoViệt hỗ trợ Bộ Xây dựng thực hiện tại 7 thànhphố (Mỹ Tho, Bến Tre, Trà Vinh, Cà Mau, Rạch Giá, Tam Kỳ và Quảng Ngãi) và toàn bộ hệ thống đô thị (TP/TX/TT) của 4 tỉnh mục tiêu (Thái Nguyên, Phú Thọ, Hà Nam và Nghệ An). 
2. QUY ĐỊNH NHÀ NƯỚC VỀ QUẢN LÝ HẠ TẦNG ĐÔ THỊ
Việc quản lý nhà nước về đô thị cấp quốc gia được giao cho Bộ Xây dựng và Bộ đã phân công quản lý theo từng lĩnh vực như: lĩnh vực phát triển đô thị được giao cho Cục Phát triển đô thị, về hạ tầng kỹ thuật được giao cho Cục Hạ tầng kỹ thuật và về quy hoạch đô thị được giao cho Vụ Kiến trúc Quy hoạch. Vụ Khoa học công nghệ và Môi trường (KHCN&MT) có trách nhiệm quản lý các vấn đề khoa học công nghệ và môi trường đô thị. Tại địa phương, cơ quan quản lý ngành là Sở Xây dựng với sự hợp tác của chính quyền đô thị (ví dụ, Phòng quản lý đô thị của UBND TP/TX) và các doanh nghiệp dịch vụ công liên quan. Thể chế quản lý hạ tầng đô thị đã được xây dựng một cách thống nhất, tuy nhiên với việc phân quyền, phân cấp vẫn còn nhiều thiếu sót cũng như chồng chéo trong phối hợp giữa các cơ quan cùng cấp và giữa các cấp. Đặc biệt trong việc xây dựng, quản lý và chia sẻ phối hợp thông tin dữ liệu đô thị.
Những quy định nhà nước về quản lý hạ tầng đô thị được quy định trong những văn bản quy phạm sau: (1) Luật quy hoạch đô thị (2009); (2) Nghị định 42/2009/NĐ-CP và thông tư 34/2009/TT-BXD; (3) Hệ thống chỉ tiêu và báo cáo ngành Xây dựng, ban hành kèm theo QĐ số 28/2007/QĐ-BXD; (4) Hệ thống chỉ tiêu thống kê quốc gia (NSIS); (5) QCXDVN 01:2008: Quy chuẩn xây dựng Việt nam – Quy hoạch xây dựng; (6) QCVN 07:2010/BXD – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị; và (7) các văn bản quy định cấp Cục, Vụ của Bộ Xây dựng liên quan…
Thiết kế và xây dựng hệ thống GIS hạ tầng đô thị cần được dựa trên quy định và quy trình quản lý hiện hành để có thể hệ thống hóa công tác quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị một cách thống nhất và đồng bộ trên toàn quốc.
3. QUY TRÌNH ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ HẠ TẦNG ĐÔ THỊ
Mục tiêu dài hạn của hệ thống GIS hạ tầng đô thị là hỗ trợ chính quyền đô thị và các cơ quan liên quan nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và quy hoạch hạ tầng đô thị và các dịch vụ đô thị. Xây dựng CSDL GIS hạ tầng đô thị là bước đầu tiên rất quan trọng để chuẩn bị những nền tảng cho việc thiết lập và vận hành hệ thống GIS đô thị phục vụ yêu cầu quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị một cách bền vững. Nguyên tắc chủ đạo của hệ thống GIS hạ tầng đô thị là phải đáp ứng được tính đồng bộ, đồng thời phải phù hợp với các quy định quản lý ngành cũng như thực tế quản lý đô thị. Dựa trên kinh nghiệm áp dụng thử nghiệm tại một số đô thị, quy trình ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý hạ tầng đô thị được Tư vấn GeoViệt xác định bao gồm các bước sau:
1. Nghiên cứu đánh giá hiện trạng dữ liệu và nhu cầu sử dụng GIS trong công tác quản lý hạ tầng đô thị;
2. Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS hạ tầng đô thị với các nhóm lớp dữ liệu theo yêu cầu quản lý;
3. Khảo sát thu thập thông tin dữ liệu hạ tầng đô thị làm dữ liệu đầu vào cho CSDL GIS đô thị phục vụ công tác quản lý theo yêu cầu;
4. Tiếp nhận, xử lý biên tập và xây dựng CSDL GIS hạ tầng đô thị theo thiết kế đã được thống nhất;
5. Tích hợp hoàn thiện và xây dựng quy trình lưu trữ quản lý, khai thác CSDL GIS phục vụ quản lý hạ tầng đô thị;
6. Xây dựng sổ tay CSDL và hướng dẫn sử dụng, duy trì CSDL GIS hạ tầng đô thị;
7. Thiết lập hệ thống GIS hạ tầng đô thị bao gồm phần cứng, phần mềm, năng lực cán bộ kỹ thuật quản lý hệ thống GIS, quy trình khai thác và cập nhật dữ liệu thường kỳ cho CSDL GIS hạ tầng đô thị.
Cơ sở để thiết kế cấu trúc tổng thể CSDL GIS hạ tầng đô thị ngoài những quy định quản lý ngành mô tả ở mục trên, thì cần dựa trên các chuẩn dữ liệu không gian địa lý, chuẩn dữ liệu thuộc tính (thuộc chuẩn GIS quốc gia và quốc tế) nhằm đảm bảo hệ thống GIS hạ tầng đô thị có thể tương thích, dùng chung chia sẻ dữ liệu với các hệ CSDL khác. Các chuẩn GIS quốc gia cần được sử dụng trong thiết kế CSDL hạ tầng đô thị gồm:
• Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia do Bộ TN&MT ban hành theo Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT bao gồm (a) hệ quy chiếu tọa độ VN2000; (b) quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý; (c) Quy chuẩn trình bày dữ liệu địa lý; và các quy chuẩn khác;
• Các quy phạm, quy định kỹ thuật liên quan như qui định kỹ thuật số hoá bản đồ địa hình, qui phạm thành lập bản đồ địa chính…;
• Chuẩn mã tiếng Việt quốc gia do Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng quy định;
• Chuẩn các mã số do Tổng cục Thống kê ban hành;
• Chuẩn chuyên ngành xây dựng (do Bộ Xây dựng quy định) về hồ sơ quy hoạch, bản đồ, bản vẽ thiết kế và các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia liên quan…
Kết quả thiết kế và xây dựng hệ thống GIS hạ tầng đô thị với các nhóm lớp dữ liệu nền và dữ liệu hạ tầng đô thị theo yêu cầu quản lý trong một CSDL GIS tích hợp đối với một số TP/TX được trình bày dưới đây:
4. HỆ THỐNG GIS HẠ TẦNG ĐÔ THỊ TP PHỦ LÝ
Bộ CSDL GIS tích hợp cho TP Phủ Lý được xây dựng hoàn thiện và đưa vào vận hành bao gồm 3 nhóm lớp dữ liệu: (1) dữ liệu nền và hành chính đô thị (kèm thông tin chung đô thị); (2) dữ liệu đất đô thị; và (3) dữ liệu hạ tầng đô thị. Dữ liệu bản đồ được thu thập từ các định dạng khác nhau ở tỷ lệ 1:5.000 và 1:10.000 đã được biên tập, chuẩn hóa và chuyển đổi về định dạng ArcGIS (chuẩn ESRI) và hệ tọa độ VN2000 (múi chiếu 3 0 và kinh tuyến trục địa phương), sau đó tích hợp với thông tin thuộc tính để hoàn thiện bộ CSDL GIS hạ tầng đô thị.
Cấu trúc chi tiết của từng lớp dữ liệu nền hoặc hạ tầng đô thị được thiết kế dựa trên cơ sở: (1) quy định quản lý hạ tầng đô thị hiện hành; (2) cấu trúc CSDL chuẩn quốc gia về dữ liệu địa lý không gian, dữ liệu cơ sở hạ tầng, dữ liệu môi trường và kinh tế xã hội; (3) quy trình quy phạm và quy chuẩn kỹ thuật đối với các công trình hạ tầng đô thị; và (4) yêu cầu quản lý phối hợp giữa các ban ngành của TP Phủ Lý. Với cách thiết kế CSDL GIS và thiết kế các lớp dữ liệu không gian và thuộc tính tích hợp gồm các chi tiết về trường thông tin theo các quy trình quy phạm mới nhất của ngành xây dựng sẽ đảm bảo tính phù hợp và khả năng ứng dụng vào thực tế của sản phẩm.
Với thể chế phân cấp quản lý hạ tầng đô thị hiện hành, bộ dữ liệu hạ tầng đô thị TP Phủ Lý được quản lý tổng thể tập trung tại một đầu mối là Phòng quản lý đô thị thuộc UBND TP Phủ Lý. Đơn vị đầu mối quản lý toàn bộ hệ thống, cơ sở dữ liệu dùng chung và xây dựng tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật và quy chế phân cấp cho việc quản lý và chia sẻ các lớp dữ liệu chuyên ngành. Như vậy, dữ liệu sẽ gồm 2 phần: dữ liệu dùng chung (dữ liệu nền – khung tham chiếu không gian thống nhất cho toàn bộ CSDL và các lớp dữ liệu chuyên ngành mang tính tham khảo dùng chung trong cả hệ thống, ví dụ, lớp địa chính, lớp qui hoạch, giao thông…) và dữ liệu chuyên ngành dùng riêng. Các cơ quan chuyên ngành (ví dụ, Công ty cấp nước, Công ty thoát nước, URENCO và các công ty công ích khác tự xây dựng và quản lý các hệ thống GIS chuyên ngành của mình và chịu trách nhiệm cập nhật, chia sẻ các lớp dữ liệu chuyên ngành với đơn vị đầu mối và các cơ quan khác. Hệ thống GIS như vậy sẽ được vận hành trên hệ thống mạng (LAN hoặc WAN) như được trình bày tại Hình 2. Với khả năng phân tích của GIS, dữ liệu hạ tầng đô thị được tổ chức và quản lý trong CSDL GIS có thể được tích hợp theo chiều ngang và theo chiều dọc nhằm kết hợp dữ liệu giữa các ngành các chuyên đề hoặc tổng hợp theo đơn vị hành chính phục vụ công tác vận hành bảo dưỡng, lập và theo dõi thực hiện kế hoạch và quá trình lựa chọn và ra quyết định… 
Người dùng có thể tra cứu thông tin, hiển thị và in ấn bản đồ hạ tầng đô thị một cách dễ dàng và thông qua các công cụ xử lý không gian của GIS, các cơ quan quản lý có thể lập báo cáo hiện trạng hạ tầng đô thị (đất đô thị, giao thông, cấp nước, thoát nước, cây xanh…) theo các quy định ngành, đánh giá đất xây dựng và giới thiệu địa điểm, quản lý quy hoạch, quản lý xây dựng và làm cơ sở để điều chỉnh quy hoạch…
5. MỞ RỘNG QUẢN LÝ HỆ THỐNG HẠ TẦNG ĐÔ THỊ QUỐC GIA
Với việc công nghệ GIS đã được áp dụng thành công cho quản lý hạ tầng đô thị tại một số đô thị và khung cấu trúc được xây dựng và chuẩn hóa, việc nâng cấp áp dụng công nghệ GIS phục vụ quản lý toàn bộ hệ thống hạ tầng đô thị cấp quốc gia là việc làm cần thiết tiếp theo.
Mục tiêu đặt ra là nhằm hệ thống hóa và tổ chức khối lượng dữ liệu hạ tầng đô thị lớn và đa dạng vào một đầu mối thống nhất và tập trung phục vụ quản lý nhà nước tại Bộ Xây dựng và kết nối chia sẻ với các địa phương. Mô hình và giải pháp quản lý CSDL GIS trên nền Web đã được lựa chọn và xây dựng thành một hệ thống quản lý thông tin trực tuyến cho phép cơ quan đầu mối của Bộ Xây dựng quản lý tổng thể tình hình phát triển hạ tầng đô thị toàn quốc, lập kế hoạch, giám sát, đánh giá các diễn tiến, kết quả đầu tư và báo cáo / chia sẻ kết quả đánh giá các chỉ số hạ tầng đô thị cho các cơ quan liên quan và người dân. Người dùng có thể truy vấn tìm kiếm hoặc tổng hợp thông tin hạ tầng đô thị một cách tương tác dưới dạng biểu bảng, đồ thị và kết quả cũng như xuất báo cáo kết quả theo yêu cầu. Việc theo dõi tình hình phát triển đô thị một cách thường xuyên với tác động đến hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện có và các vấn đề môi trường liên quan sẽ giúp các cơ quan quản lý ngành và địa phương hoạch định chính sách và ra quyết định phù hợp kịp thời. Hiện hệ thống đang được vận hành thử nghiệm tại mạng LAN của Vụ KHCN&MT (Bộ Xây dựng) và dự kiến sẽ được tiếp tục hoàn thiện để đưa vào vận hành trong tương lai.
6. KẾT LUẬN VÀ LỜI CÁM ƠN
Công tác quy hoạch và quản lý đô thị đang đứng trước rất nhiều thử thách, đó là tình trạng hạ tầng đô thị không đáp ứng kịp tốc độ phát triển của đô thị, tình trạng ô nhiễm môi trường đô thị tăng nhanh… Để có thể quản lý và quy hoạch đô thị một cách hợp lý và hiệu quả, các thông tin về hiện trạng cơ sở hạ tầng đô thị cũng như các thông tin liên quan như thông tin kinh tế xã hội cần được quản lý để cung cấp một cách kịp thời chính xác.
Kết quả nghiên cứu và áp dụng công nghệ GIS trong quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị trong khuôn khổ Hợp phần SDU (do Đan Mạch tài trợ và Bộ Xây dựng chủ trì thực hiện) đã cho thấy tính ưu việt của công nghệ (và phần mềm GIS) và khả năng thực tế trong hỗ trợ công tác quản lý nhà nước. Đây cũng đã chứng tỏ là một cách tiếp cận có hệ thống khi thiết kế và xây dựng hệ thống GIS đã được dựa trên việc nghiên cứu kỹ càng các quy định pháp lý và thể chế cũng như quy trình quản lý hạ tầng đô thị thực tế tại cấp ngành và địa phương. Với phương pháp luận quản lý hạ tầng đô thị phải lồng ghép nhằm tăng thêm khả năng phối hợp giữa các ban ngành đã được hiện thực hóa trên chuẩn công nghệ GIS sẽ góp phần giải quyết tìm kiếm những giải pháp thích hợp cho những mâu thuẫn về lợi ích và lựa chọn ưu tiên trong phát triển đô thị bền vững… Sản phẩm và quy trình rút ra được từ nghiên cứu này có thể tiếp tục hoàn thiện và áp dụng nhân rộng ra toàn bộ hệ thống đô thị trên toàn quốc. Trong quá trình triển khai áp dụng GIS hạ tầng đô thị trong khuôn khổ Hợp phần SDU với kết quả trình bày trong bài báo này, Công ty Tư vấn GeoViệt đã nhận được nhiều sự hỗ trợ và hợp tác từ nhiều chuyên gia và cơ quan trên địa bàn cả nước. Chúng tôi xin cám ơn sự hỗ trợ tài chính của DANIDA, sự hỗ trợ kỹ thuật và hợp tác của Vụ KHCN&MT, các cơ quan Bộ Xây dựng, Sở Xây dựng, UBND và các Công ty Cấp thoát nước, Công ty Công trình đô thị, Công ty Môi trường đô thị, Ban quản lý khu công nghiệp, Ban quản lý đô thị… của các tỉnh và đô thị tham gia.
Chi tiết về quy trình thiết kế và xây dựng cũng như các hệ CSDL GIS hạ tầng đô thị các TP/TX/TT có thể tham khảo tại Sổ tay sử dụng công nghệ GIS trong quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị tại Việt Nam [3] hoặc liên hệ với Công ty TNHH Tư vấn GeoViệt (Địa chỉ: 6/17, Ngõ 139 Nguyễn Ngọc Vũ – Cầu Giấy, Hà Nội; ĐT/Fax: (04) 6269-8551; Email: geoviet@gmail.com; Web: http://www.geoviet.vn).
Tài liệu tham khảo 
1. Trần Hùng, 2011. Using GIS for urban infrastructure & environmental management in Mekong-Delta cities (in English). Presented at the Int’l Workshop on “Mekong Delta Coordination and Geo Data Standardization in the Water Sector”, Phu Quoc 28-29 April 2011.
2. Trần Hùng & Phạm Khánh Chi, 2010. GIS-based management of urban tree and green spaces in Vietnam’s cities. Paper for the Int’l Greener Cities Conference, Hanoi 16-17 December 2010.
3. Tư vấn GeoViệt, 2011. Sổ tay sử dụng công nghệ GIS trong quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị tại Việt Nam. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2011.
4. Tư vấn GeoViệt, 2011. Điều tra khảo sát, thu thập dữ liệu và xây dựng CSDL GIS trên nền Web phục vụ công tác quản lý HTKT đô thị & KCN cấp quốc gia – Mở rộng áp dụng cho toàn bộ hệ thống đô thị tại 4 tỉnh mục tiêu: Thái Nguyên, Phú Thọ, Hà Nam và Nghệ An. Báo cáo tư vấn cuối kỳ, Hợp phần SDU (Bộ Xây dựng).
5. Tư vấn GeoViệt, 2010. Điều tra khảo sát, thu thập dữ liệu và xây dựng CSDL GIS trên nền Web phục vụ công tác quản lý hạ tầng kỹ thuật môi trường đô thị & khu công nghiệp cấp quốc gia – Áp dụng thí điểm cho 5 đô thị Cà Mau, Rạch Giá, Trà Vinh, Bến Tre và Mỹ Tho. Báo cáo tư vấn cuối kỳ, Hợp phần SDU (Bộ Xây dựng). 

Download bài viết đầy đủ: DOWNLOAD
Trần Hùng - Công ty Tư vấn GeoViệt
http://geoviet.vn

Ứng dụng mô hình thủy lực và mô hình độ cao số tính toán ngập lụt thành phố Hồ Chí Minh

Tóm Tắt
Nghiên cứu này ứng dụng mô hình thủy lực để tính toán mực nước và lưu lượng trên các nhánh sông chính thành phố, kết quả mô phỏng thủy lực kết hợp với mô hình độ cao số của thành phố Hồ Chí Minh để mô phỏng bản đồ các khu vực ngập lụt hiện trạng và theo kịch bản mực nước biển dâng năm 2020 của thành phố.
Abstract
This study applied the hydraulic model to calculate water levels and flow on the main branch of the Ho Chi Minh city, hydraulic simulation results combined with digital elevation model of city to simulate the current flood map areas and the sea level rise scenario of the city in 2020.
Từ khóa:  mô hình, thủy lực, DEM, ngập lụt, nước biển dâng
1. GIỚI THIỆU
Thành phố Hồ Chí Minh có vị trí gần các cửa con sông thuộc một lưu vực sông lớn thứ 3 của Việt Nam, đó là hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai – Vàm Cỏ, lưu vực sông này có một mạng lưới sông dày đặc và phía cuối của hệ thống sông này là rừng ngập mặn Cần Giờ. Ngoài hệ thống sông tự nhiên dày đặc, thành phố còn có một hệ thống kênh rạch nhân tạo. Vì là một thành phố ven biển nên Tp. HCM chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều biển Đông.
Trong những năm gần đây thành phố phát triển và mở rộng, diện tích sông rạch dần dần bị thu hẹp, diện tích xây dựng tăng cao, bề mặt đất thành phố bị bê tông hóa, khi mưa hoặc triều cường làm nước sông dâng cao tràn bờ, nước không có nơi thấm giữ nên tiếp tục tràn và gây ra tình trạng ngập lụt cục bộ đô thị. Điều này trong những năm gần đây xảy ra thường xuyên hơn, khác với trước đây khi bề mặt đất thành phố còn có khả năng thấm và giữ nước đến khi bề mặt đất bão hòa nước thì mới gây ra tình trạng ngập lụt.
Hơn nữa, hệ thống cống thoát nước trong nhiều năm chưa được quan tâm bão dưỡng nên ngày càng xuống cấp, không thể xứng tầm với đời sống của hơn 7 triệu dân cư đô thị mà trước đây hệ thống cống này chỉ thiết kế cho một thành phố với mức dân khoảng 2 triệu.
Tháng 1/1998, Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản đã đến Việt Nam đã nghiên cứu lập dự án lập quy hoạch tổng thể đến năm 2020 cho thành phố, trong đó có một mục tiêu là cải thiện hệ thống thoát nước đô thị và nước thải đô thị. Ngoài ra, dự án quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh đã hoàn thành giai đoạn thiết kế quy hoạch. Mặc dù vậy, ngoài vấn đề về tình trạng quá tải giao thông, ô nhiễm môi trường, thì vấn đề ngập lụt của thành phố vẫn còn đang tồn tại và ngày càng nghiêm trọng hơn.
Vấn đề ngập lụt của thành phố có thể tạm xác định là do 3 nguyên nhân sau:
-      Lượng nước từ thượng nguồn của hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai – Vàm Cỏ trong mùa mưa lũ, nơi mà diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp.
-      Lượng mưa rơi trực tiếp trên bề mặt vùng đô thị vốn ngày càng bị bê tông hóa không còn khả năng thấm giữ nước, cộng với hệ thống tiêu thoát nước đã xuống cấp và một hệ thống đê bao chưa hợp lý làm nước mưa không thể thoát ra ngoài đê khi mưa cường độ cao.
-      Triều cường cũng gây ra ngập lụt khi mà diện tích sông hồ kênh rạch ngày càng bị thu hẹp để dành đất cho phát triển khu dân cư, khu công nghiệp và sản xuất nông nghiệp.
Vì vậy, việc tính toán bài toán ngập lũ để phục vụ việc quản lý và quy hoạch là rất cần thiết cho thành phố trong giai đoạn hiện nay.
2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2.1. Mục tiêu và phạm vi
Sử dụng dữ liệu bản đồ, dữ liệu vệ tinh và kỹ thuật GIS để mô phỏng địa hình dưới dạng số (Digital Elevation Model – DEM).
Áp dụng mô hình thủy lực để tính toán mực nước trên hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai – Vàm Cỏ.
Sử dụng kỹ thuật GIS kết hợp 2 mô hình để tạo lập bản đồ ngập của thành phố cả về diện tích và độ sâu ngập do triều.
Phạm vi tính toán ngập lụt nằm trong ranh giới hành chính thành phố Hồ Chí Minh.
2.2. Sơ lược các mô hình

2.2.1. Mô hình độ cao số

SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) là một dự án kết hợp giữa NASA và NGA (Cơ quan phòng vệ mặt đất, Mỹ) để vẽ bề mặt địa hình của Trái đất 3 chiều tại một mức độ chi tiết chưa từng có trước đây cho một vùng rộng lớn. Chuyến bay của Tàu vũ trụ Con thoi Endeavour của NASA từ ngày 11 đến ngày 22 tháng 2 năm 2000, đã hoàn thành việc thu thập dữ liệu hơn 80% diện tích bề mặt Trái Đất nằm chủ yếu từ 60o vĩ độ Bắc đến 56o vĩ độ Nam.

Thiết bị sử dụng trong nhiệm vụ này gồm 2 radar: Spaceborne Imaging Radar-C (SIR-C) và X-band Synthetic Aperture Radar (X-SAR), hệ thống radar này đã bay vào không gian 2 lần trước đây, trong một nhiệm vụ khác.

Dữ liệu SRTM được thu thập một cách cụ thể với các phương pháp kỹ thuật giao thoa mà nó cho phép dữ liệu hình ảnh từ anten kép của radar được xử lý tách ra độ cao của mặt đất.
Phòng thí nghiệm phản lực của NASA (NASA’s Jet Propulsion Laboratory – JPL) tại Pasadena, California đã xử lý hơn 12 terabyte dữ liệu SRTM ban đầu, và nghiên cứu chất lượng địa hình theo từng lục địa cơ bản.
Ngoài dữ liệu SRTM, dữ liệu GDEM (Global Digital Elevation Model) đuợc NASA và Nhật Bản công bố và phát hành tháng 6 năm 2009. Các dữ liệu trên được Bộ Kinh tế, Công nghiệp và Thương mại Nhật Bản (METI) thu nhập trong hơn 9 năm qua từ máy cảm biến lắp trên một vệ tinh của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), trong đó có thông tin chi tiết về độ cao trung bình so với mặt nước biển ở từng khu vực, dữ liệu có độ phân giải 30m x 30m. Các dữ liệu này có thể được sử dụng để vẽ bản đồ ba chiều và bản đồ dự báo thiệt hại do thiên tai như cháy rừng và lũ lụt…
Tuy nhiên, loại dữ liệu này theo 2 cơ quan công bố, là NASA và METI, dữ liệu phát hành chưa thực sự hoàn thiện, với phiên bản đầu tiên chỉ dùng để tham khảo.
Dữ liệu địa hình do Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh cung cấp có nguồn do Bộ Tài nguyên và Môi Trưòng phát hành, bao gồm các điểm đo đạc trực tiếp ngoài hiện trường được thể hiện thành bản đồ với tỷ lệ 1:2000 và 1:5000.
Bản đồ địa hình bao gồm các điểm và các đường bình độ được số hóa thành lớp bản đồ dạng điểm có kinh độ và vĩ độ, độ cao của mỗi điểm có giá trị Z, giá trị này đặc trưng cho độ cao tại điểm đó.
Các điểm độ cao với mức độ chi tiết ở tỷ lệ 1:2000 và 1:5000 được nội suy không gian theo một trong các phương pháp Spline hay IDW.
Dữ liệu đo đạc thực địa được số hóa từ bản đồ tỷ lệ 1:2000 và 1:5000 sau khi thử lựa chọn được nội suy theo phương pháp Spline với kích thước của ô phân giải là 10m x 10m. Các phần khiếm khuyết từ dữ liệu đo đạc thực tế được bổ sung từ dữ liệu SRTM.
2.2.2. Mô hình thủy lực
Mô hình MIKE 11 [2] là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được ứng dụng để mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. MIKE 11 bao gồm nhiều modul có các khả năng và nhiệm vụ khác nhau như: modul mưa dòng chảy (RR), modul thủy động lực (HD), modul tải – khuếch tán (AD), modul sinh thái (Ecolab) và một số modul khác…
Trong đó, modul thủy động lực (HD) được coi là phần trung tâm của mô hình, là hình thức cơ bản cho hầu hết các mô đun khác bao gồm dự báo lũ (Flood Forcasting), truyền tải – khuyếch tán (Advection – Dispersion), chất lượng nước (Water Quality) vận chuyển bùn cát dính và không dính…Modul thủy lực của  MIKE 11 giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng, như phương trình Saint Venant.
Mô đun thủy lực của MIKE 11 giải các phương trình liên tục và bảo toàn động lượng, ví dụ như các phương trình Saint Venant. Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 là cấu trúc modul tổng hợp với nhiều loại modul được thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. Ngoài các modul HD đã mô tả ở trên, MIKE bao gồm các modul bổ sung đối với: thủy văn, tải – khuyếch tán, các mô hình cho nhiều vấn đề về chất lượng nước, vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính), vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính)
Mục tiêu tính toán thủy lực là mực nước, lưu lượng.Các số liệu khí tượng thủy văn, thủy lực đuợc sử dụng làm dữ liệu đầu vào.
Hệ thống mạng lưới và các mặt cắt ở hệ tọa độ UTM (Zone 48) bao gồm:
-         70 nhánh sông
-         1207 mặt cắt
-         Biên trên bao gồm các dữ liệu trạm đo: Trị An, Dầu Tiếng và sông Bé (với dữ liệu là lưu lượng theo giờ), Gò Dầu Hạ và Tân An (với số liệu là mực nước theo giờ)
-         Biên dưới là số liệu mực nước lấy theo giờ của trạm Vũng Tàu.
-         Các biên còn lại tại các kênh còn lại đều chọn lưu lượng là hằng số.
3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
3.1. Kiểm định mô hình thủy lực
-               Với các thông số mô hình đã chọn như trên thì số liệu tính toán mực nước và lưu lượng có độ chính xác khá cao (theo kết quả so sánh từ ngày 18/4/03 đến ngày 20/4/03.
-               Kết quả khá tốt trong quá trình mực nước từ thấp lên cao và xuống, tuy nhiên ở các đỉnh và chân thì độ chính xác thấp hơn.
-               Sai số giữa mực nước tính toán và thực như sau: sai số trung bình: 40 cm; sai số lớn nhất là 16cm. Hệ số xác định: R2= 0.9703.
-               Sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo như sau: sai số trung bình: 400 m3/s; sai số lớn nhất: 1400 m3/s. Hệ số xác định: R2 = 0.8985. Trong nghiên cứu này, số liệu lưu lượng thực đo chỉ đại diện cho 1 điểm gần bờ và được tính toán từ số liệu vận tốc đo bằng cốc quay, nên việc so sánh số liệu khó đạt độ chính xác cao.
-               Trong tính toán trên, với hệ số Maning được chọn là M = 36, thì mực nước và lưu lượng tính toán có pha biến đổi gần với thực tế, nhưng sai số về biên độ còn khá lớn. Với hệ số Maning được chọn là M =50, thì mực nước tính toán (hình 7) có độ chính xác cao hơn (sai số Max = 24cm). Số liệu tính toán lưu lượng có sai số lớn hơn, nhất là đối với các đỉnh.
-               Kết quả nghiên cứu cho thấy cần chọn một hệ số Maning khoảng 44 chung cho cả mực nước và lưu lượng thì đạt kết quả đáng tin cậy và có thể tính toán cho bất kỳ năm nào cho hệ thống.
3.2. Bản đồ ngập lụt
3.2.1. Mô phỏng hiện trạng
Kết quả từ mô phỏng thủy lực bao gồm mực nước và lưu lượng được truy nhập vào GIS [3] theo các điểm trên các nhánh sông với khoảng cách 1000 mét theo không gian. Theo thời gian, cách 1 giờ là số liệu ở các điểm này lại thay đổi. Các điểm mô phỏng mực nước và lưu lượng để thể hiện trên hình 9
Kết quả nội ngoại suy khu vực ngập lụt là các lớp bản đồ ngập dạng raster, mỗi ô phân giải có giá trị là giá trị độ sâu mực nước tại 1 thời điểm.
Thời gian chọn để mô phỏng là tháng 11 là tháng điển hình trong mùa mưa và có mực nước tại các trạm thủy văn cao nhất trong năm.
Quá trình mô phỏng đã mô phòng theo không gian là khu vực nằm trong phạm vi ranh giới hành chính thành phố Hồ Chí Minh, theo thời gian là từ 1/11/2008 đến 30/11/2008, mỗi một giờ có 1 lớp độ sâu mực nước.
Kết quả mô phỏng bao gồm 697 lớp bản đồ theo chuỗi thời gian như hình 11.
Các khu vực bị ngập bao gồm các khu vực huyện Nhà Bè, phía Nam huyện Bình Chánh, Quận 2, Quận 7 và Quận 9, khu vực giáp ránh huyện Củ Chi và Hóc Môn.
3.2.2. Mô phỏng ngập lụt năm 2020
Tương tự như mô phỏng cho năm 2008, kết quả mô phỏng mực nước và lưu lượng năm 2020 đã có tính đến các yếu tố về xả lũ thượng nguồn ở biên trên và mực nước biển biên dưới cao thêm 12 cm, đuợc đưa vào GIS theo từng điểm.
Đồng thời, hệ thống đê quy hoạch chống ngập thành phố [1] cũng được đưa vào như là một điều kiện đầu vào để tính toán ngập lụt vào năm 2020.
Kết quả mô phỏng kịch bản ngập lụt năm 2020 minh họa trên hình 12.
4. KẾT LUẬN
Ở thành phố Hồ Chí Minh qua tính toán ngập cho thấy huyện Bình Chánh là huyện có diện tích ngập cao nhất, độ sâu ngập ở các khu vực hầu hết nằm trong khoảng 0 – 20 cm. Ở cả 2 kịch bản mô phỏng hiện trạng và năm 2020 thời gian ngập của các khu vực 1 – 2 giờ, điều này do quá trình mô phỏng thủy lực tính toán theo bước theo gian là 1 giờ. Các vùng ngập có thời điểm ngập khác nhau, không ngập cùng lúc do quá trình truyền triều vào sâu trong nội địa có độ trễ nhất định.
Đối với kịch bản mô phỏng ngập lụt vào năm 2020 có tính đến các yếu tố về xả lũ thượng nguồn ở biên trên, mực nước biển biên dưới cao thêm 12 cm và hệ thống đê quy hoạch chống ngập úng thành phố thì diện tích ngập có tăng lên đồng thời độ sâu ngập của các địa điểm cũng tăng nằm trong khoảng 0 – 40 cm.
Đối với kịch bản mô phỏng ngập lụt vào năm 2020 có tính đến các yếu tố về xả lũ thượng nguồn ở biên trên, mực nước biển biên dưới cao thêm 12 cm và hệ thống đê quy hoạch chống ngập úng thành phố thì diện tích ngập có tăng lên đồng thời độ sâu ngập của các địa điểm cũng tăng nằm trong khoảng 0 – 40 cm.
Qua kết quả mô phỏng ngập lụt năm 2020 cho thấy hiệu quả của hệ thống đê chưa được cao, do hệ thống đê và cống chỉ dừng ở mức độ quy hoạch, các thông số vận hành của các cửa cống chưa có chế độ vận hành cụ thể, nên trong mô phỏng chế độ vận hành nước ra vào ở các cửa cống, là điểm giao nhau của hệ thống đê – hệ thống sông rạch, vẫn là chế độ thủy văn tự nhiên, nghĩa là nước ra và vào không có sự can thiệp của các yếu tố công trình.
Để thấy rõ hiệu quả hệ thống công trình thủy lợi được quy hoạch để chống ngập úng thành phố vào năm 2020, cần có các thông số, chế độ vận hành cụ thể của các công trình.
Tài liệu tham khảo
[1] Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam, Dự án “Quy hoạch thủy lợi chống ngập ứng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” – Giai đoạn thiết kế quy hoạch, Tp. HCM, tháng 5/2008
[2] DHI Software, A Modelling System for River and Channels, Reference Manual, 2007.
[3] DHI Software, MIKE 11 GIS – Floodplain mapping and analysis, User Guide, 2001.
Nguồn: vietan-enviro.com

Xu thế xâm nhập mặn do nước biển dâng cho vùng ven biển Bắc Bộ

Tóm tắt          
Mực nước biển dâng cao do khí hậu thay đổi là một nguy cơ nghiêm trọng có tính toàn cầu, và nguy cơ này càng trở nên nghiêm trọng hơn đối với những nước có mật độ dân cư dày đặc ở những vùng đất thấp và ven biển như Việt Nam. Mực nước biển dâng cao làm quá trình xâm nhập mặn tại vùng cửa sông thuộc dải ven biển đồng bằng Bắc Bộ diễn biến phức tạp và càng lấn sâu vào trong đất liền, ảnh hưởng đến quá trình lấy nước phục vụ các ngành kinh tế. Vì vậy cần phải có tính toán xác định diễn biến quá trình thủy lực và xâm nhập mặn của hệ thống vùng cửa sông ven biển.
Báo cáo trình bày kết quả nghiên cứu về diễn biến xâm nhập mặn tại chín cửa sông chính vùng ven biển đồng bằng Bắc bộ để làm cơ sở xây dựng biện pháp ứng phó với mối hiểm họa này.
 
1. Đặt vấn đề
Vùng nghiên cứu gồm 14 huyện thuộc 5 tỉnh, thành gồm huyện Yên Hưng (Quảng Ninh), An Hải, An Lão, Đồ Sơn, Kiến Thụy, Thuỷ Nguyên, tiên Lãng và Vĩnh Bảo (Hải Phòng), Thái Thuỵ, Tiền Hải (Thái Bình ), Hải Hậu, giao Thủy, Nghĩa Hưng (Nam Định)  và Kim Sơn (Ninh Bình) thuộc dải ven biển đồng bằng Bắc Bộ đã đang và sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi quá trình xâm nhập mặn tại các cửa sông. Quá trình xâm nhập mặn sẽ diễn biến phức tạp và càng lấn sâu vào trong đất liền khi nước biển dâng cao. Báo cáo trình bày kết quả nghiên cứu, xác định diễn biến quá trình thủy lực và xâm nhập mặn của hệ thống sông  chảy qua các vùng nghiên cứu.
2. Phân tích đánh giá quá trình dòng chảy tại Sơn Tây.
Trạm thủy văn Sơn Tây nằm trên sông Hồng là tổ hợp dòng chảy của các nhánh Đà, Thao, Lô. Vì vậy quá trình lưu lượng tại Sơn Tây được chọn là đầu vào cho bài toán. Để đánh giá tình hình hạn hán trên lưu vực thông qua qua trình dòng chảy tại Sơn Tây. Cần khôi phục số liệu cho trạm Sơn Tây từ năm 1989 đến nay.  Sử dụng phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến để tiến hành hoàn nguyên quá trình dòng chảy ngày tại Sơn Tây.
Phương trình hồi quy tương quan nhiều biến có dạng:
Y = a + b1X1 + b2X2 + …+bNXN                     (1-1)
Trong đó: Y là biến phụ thuộc ; X là biến độc lập; a là hằng số hồi quy ; b là hệ số hồi quy.
Để hoàn nguyên dòng chảy tại Sơn Tây, trước tiên hoàn nguyên dòng chảy tại Hòa Bình.
2.1. Khôi phục số liệu tuyến Hòa Bình
Trạm thuỷ văn Hoà Bình được xây dựng từ năm 1902. Tuy nhiên, phải từ năm 1956 cho đến nay, trạm mới có số liệu quan trắc tương đối đầy đủ. Năm 1979, hồ Hoà Bình được bắt đầu xây dựng và đến năm 1988 bắt đầu đi vào hoạt động. Khi đó trạm Hoà Bình đã được chuyển xuống hạ lưu cách đập khoảng 5km, và còn có tên gọi là trạm Bến Ngọc. Như vậy, kể từ năm 1988 trở đi, trạm Hoà Bình đo các giá trị về lưu lượng nước sau khi đã có sự điều tiết của hồ Hoà Bình, tức là chịu sự ảnh hưởng hoàn toàn của việc vận hành hồ chứa. Để đánh giá dòng chảy thực sự tại trạm Hoà Bình, trước hết cần phải khôi phục lại số liệu từ năm 1989 đến nay.
Xem xét trạm thuỷ văn Tạ Bú nằm cách Hoà Bình khoảng 200km về phía thượng lưu. Đây là trạm có số liệu quan trắc cũng tương đối đầy đủ, từ năm 1961 cho đến nay. Hai trạm Hoà Bình và Tạ Bú có số liệu quan trắc đồng bộ khá dài. Hơn nữa, các điều kiện về địa hình, địa chất, thảm phủ thực vật ... đều tương đồng với nhau. Có thể lựa chọn trạm Tạ Bú để phân tích, tính toán khôi phục lại số liệu cho Hoà Bình.
Phục hồi số liệu tuyến Hoà Bình được thực hiện theo tài liệu bình quân ngày.
Phương trình tính lưu lượng bình quân ngày cho Hoà Bình theo giá trị tương ứng của Tạ Bú như sau:
QHB(i) = a + b.QTB(i)
Trong đó i là thời đoạn tính toán, QHB(i) và QTB(i) tương ứng là lưu lượng bình quân ngày của tuyến Hoà bình và Tạ Bú.
Căn cứ vào kết quả tính toán thì mức độ tương quan giữa lưu lượng hai trạm này là rất tốt đạt 0,94 (xét theo thời đoạn 1961-1987). Vì vậy có thể sử dụng quan hệ này để khôi phục lưu lượng dòng chảy ngày tại trạm Hoà Bình kể từ sau khi có hồ (từ năm 1988 đến năm 2006) theo phương trình:
QHB(i) = 88.347876724772 + 1.06755546714556*QTB(i)
2.2. Khôi phục số liệu tuyến Sơn Tây
Dòng chảy tự nhiên tại tuyến thuỷ văn Sơn tây được phục hồi theo số liệu thực đo tại Vụ quang (sông Lô), Yên bái (sông Thao), và số liệu khôi phục của tuyến Hoà bình (đã khôi phục trong mục trê) bằng cách sử dụng quan hệ tương quan nhiều chiều đặc trưng lưu lượng dòng chảy bình quân ngày tại các tuyến trên có dạng:
             QST (i) = a + b1*QHB (i) + b2*QYB (i) + b3*QVQ (i)  
Trong đó i là chỉ số thời đoạn tính toán,QST (i), QHB (i) ,QYB (i) ,QVQ (i) tương ứng là lưu lượng bình quân ngày tại các tuyến Sơn Tây, Hoà bình, Yên bái và Vụ quang.
Hệ số tương quan nhiều biến lưu lượng bình quân ngày trạm Sơn Tây với các tuyến Hoà Bình, Yên Bái, Vụ Quang cũng rất chặt chẽ đạt 0.96 (xét theo thời đoạn 1956-1987). Vì vậy có thể sử dụng quan hệ này để khôi phục lưu lượng dòng chảy ngày tại trạm Sơn Tây (từ năm 1988 đến năm 2006) theo phương trình:
         QST (i) = 92.3971343085038 + 0.987303802112804*QHB (i) + 0.830017555532403*QYB (i) + 1.14240719815005*QVQ (i)   
Kết quả phục hồi dòng chảy tại tuyến Sơn Tây thu được là quá trình lưu lượng bình quân ngày, sau đó tính lưu lượng bình quân tháng kiệt nhất, 3 tháng kiệt nhất, lưu lượng bình quân mùa kiệt và dòng chảy năm (tính theo năm thủy văn.
Tính tần suất dòng chảy kiệt nhất, 3 tháng kiệt nhất, bình quân mùa kiệt và dòng chảy năm ứng với tần suất 85 % tại Sơn Tây. Kết quả cho như bảng 1.
Bảng 1 : Đặc trưng lưu lượng trạm Sơn Tây trên sông Hồng
Đặc trưng (m3/s)
Ứng với tần suất P = 85 %
Q 1tháng min
789
Q 3tháng min
888
Q mùa cạn
1269
Q năm
3041

Trong báo cáo chọn năm tính toán là năm có dòng chảy mùa cạn và dòng chảy năm tại Sơn Tây xấp xỉ dòng chảy ứng với tần suất 85%.
Qua phân tích tính toán quá trình dòng chảy tại Sơn Tây thì năm có dòng chảy năm xấp xỉ dòng chảy ứng với 85 % là năm 2003-2004 và thời kỳ từ 10/1/2004 đến 3/2/2004 là thời kỳ cạn kiệt nhất được chọn làm thời đoạn tính toán dự báo xu thế diễn biến xâm nhập mặn do nước biển dâng. Năm có dòng chảy mùa cạn xấp xỉ dòng chảy ứng với 85 % là năm 2004-2005 và thời kỳ từ 16/2/2005 đến 14/3/2005 là thời kỳ cạn kiệt nhất được chọn làm thời đoạn tính toán dự báo xu thế diễn biến xâm nhập mặn do nước biển dâng.
3. Lựa chọn kịch bản và phương án tính toán.
Có nhiều nghiên cứu về kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng: đó là Ngân hàng thế giới (WB), Uỷ ban Liên Chính phủ về Thay đổi Khí hậu (IPCC), Trung tâm quản lý môi trường quốc tế(ICEM)…Nhưng tại thời điểm nghiên cứu đầu năm 2009, chưa có công bố mới về kịch bản nước biển dâng cho Việt Nam. Chính vì vậy trong phạm đề tài, nhóm nghiên cứu lựa chon tính toán cho 3 kịch bản:
a)            Kịch bản nền.
b)            Kịch bản nước biển tăng 0.5 m
c)            Kịch bản nước biển tăng 1m.
Mỗi một kịch bản được tính toán cho 2 năm điển hình như đã trình bày trong mục 2. Đó là năm:
- Năm 2003-2004 có dòng chảy năm xấp xỉ dòng chảy năm ứng với 85 % tại Sơn Tây.
- Năm 2004-2005 có dòng chảy mùa cạn xấp xỉ dòng chảy mùa cạn ứng với 85 % tại Sơn.
 
4. Ứng dụng mô hình Mike 11 mô phỏng dòng chảy kiệt vùng nghiên cứu.
4.1. Mô hình MIKE 11
MIKE 11 là mô hình động lực một chiều và dễ dàng với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho sông cũng như hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. MIKE 11 linh hoạt,  cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch.
Trong báo cáo sử dụng hai mô-đun 1 chiều: thủy động lực HD và xâm nhập mặn AD để mô phỏng chế độ thủy lực và xâm nhập mặn mùa kiệt trên hệ thống hạ lưu sông Hồng – Thái Bình. Khi bài toán thủy lực được mô phỏng, hiệu chỉnh tốt thông qua mô đun HD, khi đó tiếp tục sử dụng mô đun AD để tính toán diễn biến và xâm nhập mặn trên các sông chính của vùng nghiên cứu.
4.2. Lập sơ đồ mô phỏng hệ thống

1. Thiết lập mô hình

Căn cứ vào sơ đồ tính và các hiểu biết về mô hinh và các số liệu vùng nghiên cứu, báo cáo đã thiết lập các mô đun:
a)      Thiết lập mạng sông (NETWORK EDITOR):
b)      Thiết lập dữ liệu địa hình (CROSS-SECTION EDITOR):
c)      Thiết lập điều kiện biên (BOUNDARY EDITORS):
d)     Thiết lập file thông số mô hình (PARAMETER FILE EDITORS):
e)      Thiết lập một mô phỏng cho mô hình (SIMULATION EDITOR): Simulation ditor kết hợp tất cả các thông tin cần thiết cho MIKE 11 để thể hiện một mô phỏng. Tất cả các thông tin được lưu trong một tập tin  mô phỏng (*.sim11) ), đó chính là toàn bộ mạng thủy lực vùng nghiên cứu được xây dựng trong mô hình Mike 11 hình 3.

2. Số liệu Khí tượng Thủy văn.
Số liệu biên:Như đã trình bày ở trên, số liệu biên dùng trong tính toán gồm số liệu biên trên (Q), biên dưới (H), và biên dùng nước (Q).
Biên trên là số liệu quá trình dòng chảy thực đo tại các trạm khống chế phía thượng lưu.
Biên dưới là quá trình mực nước thực đo tại các trạm khống chế phía hạ lưu.
Điều kiện ban đầu trên mô hình được mô phỏng tại tất cả các nút bao gồm mực nước và độ mặn tại thời điểm bắt đầu tính toán. Các dữ liệu ban đầu được tính toán từ số liệu đo đạc thủy văn và độ mặn tại các trạm thủy văn và trạm đo mặn trên toàn lưu vực.
Biên dùng nước, vì điều kiện thu thập được số liệu lấy nước cụ thể của các công trình trên dòng chính khó khăn, biên dùng nước được lấy trên cơ sở lưu lượng yêu cầu cho các vùng đồng bằng và trung du được xác định tại các nút gắn vào lưới sông trục chính của năm 2000 và được thống kê trong bảng 2 dưới đây (lấy từ báo cáo ”Điều tra tài nguyên nước, tình hình khai thác và xả thải nguồn nước ở vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ” của cục QLTNN).
Bảng 2: Lưu lượng bơm tại các trạm bơm chính trên hệ thống sông Hồng- Thái Bình
Các trạm kiểm tra: Tài liệu thủy văn tại các trạm kiểm tra thu thập được gồm tài liệu thực đo của các trạm:
Quá trình H ~ t trạm Hà Nội, Hưng Yên trên sông Hồng.
Quá trình H ~ t trạm Quyết Chiến trên sông Trà Lý, trạm Trực Phương trên sông Ninh Cơ, trạm Trực Phương trên sông Ninh Cơ.
Tài liệu mặn được mô phỏng trên mô hình để kiểm tra bộ thông số tải khuyêch tán của mô hình. Các trạm mô phỏng bao gồm  Ba Lạt (Hồng), Dương Liễu            (Hồng), Ngũ Thôn (Trà Lý), Phuc Khê (Trà Lý), Đông Quý (Trà Lý), Phú Lễ     (Ninh Cơ), Như Tân  (Đáy), Vân Cù (Hoá), An Phụ (Kinh Môn), Bá Nha (Gùa).
4.3. Kiểm nghiệm hệ thống mô hình thủy lực Mike 11
Quá trình hiệu chỉnh thông số mô hình nhằm xác định các thông số nhám của mô hình để cho kết quả tính toán phù hợp nhất sô liệu thực đo. Việc hiệu chỉnh các thông số mô hình được tiến hành bằng phương pháp thử sai.
Mô hình xâm nhập mặn thực chất bao gồm 2 mô hình: mô hình tính thuỷ lực và mô hình tính xâm nhập mặn vì vậy việc hiệu chỉnh, kiểm định mô hình được tiến hành qua 2 bước: trước hết thực hiện với tính toán thuỷ lực; tiếp theo tính toán mô hình tính mặn.
Quá trình hiệu chỉnh được thực hiện với chuỗi từ 3/2-24/2/2002, kiểm định được thực hiện với chuỗi từ 10/1-3/2/2004 tương ứng với quá trình dòng chảy nhỏ nhất tại Sơn Tây.
Hệ số NASH được dùng để đánh giá sai số giữa tính toán và thực đo của quá trình thủy lực. Do số liệu mặn đo đạc không liên tục nên sai số tương đối và tuyệt đối được sử dụng để đánh giá kết quả mô phỏng mặn. Kết quả kiểm định thông số thuỷ lực đạt yêu cầu cần thiết thể hiện ở hệ số NASH lớn nhất đạt 0.97, nhỏ nhất đạt 0.7 ở bước hiệu chỉnh và lớn nhất đạt 0.96, nhỏ nhất dạt 0.68 ở bước kiểm định mô hình. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định thông số truyền tải- khuyếch tán cũng đảm bảo yêu cầu được thống kê chi tiết cho từng trạm trong các bảng và hình vẽ dưới đây:        
Bảng 3 : Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực tại các trạm trên lưu vực
TT
Trạm
Sông
Hiệu chỉnh
Kiểm định
NASH%
NASH%
1
Như Tân
Đáy
0.92
0.90
2
Phú Lễ
Ninh Cơ
0.92
0.91
3
Ba Lạt
Hồng
0.96
0.94
4
Định Cư
Trà Lý
0.97
0.96
5
Đông Xuyên
Thái Bình
0.94
0.95
6
Quang Phục
Văn Úc
0.80
0.79
7
Kiến An
Lạch Tray
0.81
0.68
8
Của Cấm
Cấm
0.78
0.79
9
Do Nghi
 Bạch Đằng
0.76
0.77
10
Đôn Sơn
Đá Bạch
0.89
0. 8
11
Cao Kênh
Kinh Thầy 
0.84
0.92
12
Trung Trang
Văn úc 
0.87
0.90
13
Chanh Chử
 Luộc
0.89
0.79
14
Phả Lại
Thái Bình 
0.88
0.83
15
Hưng Yên
Hồng 
0.70
0.73
16
Hà Nội
Hồng 
0.81
0.83
17
Nam Định
 Đào
0.75
0.72
18
Trực Phương
 Ninh Cơ
0.93
0.9

Bảng 4 : Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình truyền mặn tại các trạm trên lưu vực
TT
Trạm
Sông
Hiệu chỉnh
Kiểm định
Tính
Đo
Sai số%
Tính
Đo
Sai số%
1
Như Tân
Đáy
3.1
3.2
3.1
22.3
21.6
3.2
2
Phú Lễ
Ninh Cơ
22.4
22.8
1.8
29.5
28.8
2.4
3
Ba Lạt
Hồng
8.7
8.6
1.2
24
24.5
-2.0
4
Định Cư
Trà Lý
5.9
5.8
1.7
23.6
23
2.6
5
Đông Xuyên
Thái Bình
2
1.91
4.7
8.8
8.63
2.0
6
Quang Phục
Văn Úc
0.4
0.38
5.3
15.1
14.7
2.7
                                      
4.4. Kết quả tính toán các phương án
Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình đảm bảo độ chính xác cần thiết như đã thực hiện trên, tiến hành mô phỏng diễn biến chế độ thủy lực  và quá trình xâm nhập mặn trên toàn hệ thống như hình bảng 5.
Giải bài toán xâm nhập mặn giúp xác định nước mặn với một nồng độ xác định có thể lấn vào sâu trong sông đến bao xa trong một tổ hợp thủy lực nhất định. Độ dài xâm nhập mặn phụ thuộc vào các yếu tố chính là: độ mặn nước biển, độ lớn thủy triều, lưu lượng nước ngọt từ thượng lưu, quá trình lấy nước/cấp nước từ khu giữa và địa hình lòng dẫn. Trong nghiên cứu xem rằng địa hình là cố định, độ mặn tại biên ngoài cửa biển là không đổi (25%0) [1-4] thì khoảng cách xâm nhập mặn cực đại sẽ là hàm số của tổ hợp lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn và mực nước triều cửu sông vào thời kỳ kiệt nhất, nước lấy từ sông phục vụ các hoạt động dân sinh kinh tế và thời kỳ triều mạnh nhất.
 
 
5. Kết luận
Hệ thống sông Hồng và Thái Bình là một hệ thống sông lớn, nhưng tài liệu mặn trên hệ thống còn thiếu và không đồng bộ. Đây là khó khăn cho việc ứng dụng bất cứ một mô hình vào trong nghiên cứu chất lượng nước. Trên cơ sở số liệu không dài, không liên tục, được quan trắc với nhiều mục đích riêng, thì phần mô phỏng quá trình xâm nhập mặn chắc chắn khó cho độ chính xác cao được. Kết quả tính toán cho ta cái khái quát về quá trình mực nước và diễn biến mặn trên hệ thống. Kết quả là cơ sở cho việc tính toán dự báo xu thế diễn biến xâm nhập mặn do nước biển dâng khi xảy ra các tình huống giả định.
 
 
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1.  Viện Quy hoạch Thuỷ lợi, 2001. Tổng quan sử dụng nguồn nước lưu vực sông Hồng-sông Thái Bình. Báo cáo chính, 157 trang.
2.  Viện Quy hoạch Thuỷ lợi, 2006. Báo cáo tính toán thủy lực mùa cạn lưu vực sông Hồng-Thái Bình, Dự án quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước sông Hồng-Thái Bình.
3.  Trường đại học thủy lợi, 2007. Nghiên cứu cơ sở khoa học, thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng.
4.  Đỗ Thị Bính, 2007. Nghiên cứu đánh giá xâm nhập mặn và đề xuất các giải pháp giảm thiểu mặn, cấp nước cho đồng bằng sông Hồng-sông Thái Bình trong mùa cạn.
5.  http://www.thiennhien.net/news/140/ARTICLE/2281/2007-06-20.html
6. http://tintuc.timnhanh.com/doi-song/khoa-hoc/20090615/35A94768/ICEM-danh-gia-tac-dong-nuoc-bien-dang-tai-Viet-Nam.htm
Tiếng Anh
7.  DHI Water & Environment.  MIKE 11 A Modelling System for Rivers and Channels. Reference Manual, 472 pp.
8.  DHI Water & Environment.  MIKE 11 A Modelling System for Rivers and Channels. User Guide, 396 pp.
9.  http://www.ipcc.ch/
TS . Vũ Hoàng Hoa - Trường Đại học Thủy Lợi và ThS . Lương Hữu Dũng - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường thực hiện