Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang gây ra nhiều tác động nghiêm trọng, trong đó hiện tượng nước biển dâng là một trong những thách thức lớn đối với các vùng ven biển, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) – khu vực có diện tích đê biển lên đến khoảng 408 km. Theo các kịch bản nước biển dâng được Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố, mực nước biển có thể tăng từ 30 cm đến 100 cm vào giữa đến cuối thế kỷ 21, gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống đê biển ĐBSCL. Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến cao trình đỉnh đê và khối lượng tam bê tông gia cố mái đê trên 6 tuyến đê biển chính của vùng.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là: (1) phân tích các kịch bản nước biển dâng tại Việt Nam; (2) thu thập và tổng hợp số liệu kỹ thuật của hệ thống đê biển ĐBSCL; (3) ứng dụng mô hình truyền sóng SWAN-1D để tính toán cao trình đỉnh đê và lưu lượng tràn; (4) đánh giá sự thay đổi các tham số kỹ thuật của đê khi xét đến nước biển dâng; (5) đề xuất quy luật chung và giải pháp nâng cấp hệ thống đê phù hợp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 6 tuyến đê biển với tổng chiều dài 408 km tại ĐBSCL, trong giai đoạn từ năm 2012 đến 2050, phù hợp với các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng được phê duyệt.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện ở việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch, thiết kế và nâng cấp hệ thống đê biển nhằm ứng phó hiệu quả với nước biển dâng, góp phần bảo vệ an sinh xã hội, phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường sinh thái vùng ven biển ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai tiêu chuẩn thiết kế đê biển chính: Tiêu chuẩn 14TCN 130-2002 và Tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012. Hai tiêu chuẩn này cung cấp công thức xác định cao trình đỉnh đê dựa trên các tham số như mực nước triều thiên văn, chiều cao nước dâng do bão, chiều cao sóng leo và chiều cao an toàn. Sự khác biệt chính giữa hai tiêu chuẩn nằm ở cách xác định mực nước tổng hợp và chiều cao an toàn, trong đó tiêu chuẩn 2012 có cách tính khoa học hơn và yêu cầu chiều cao an toàn cao hơn đối với các cấp đê.

Mô hình truyền sóng SWAN-1D được ứng dụng để mô phỏng quá trình truyền sóng từ vùng nước sâu vào bờ, từ đó xác định chiều cao sóng leo tại chân đê – một yếu tố quan trọng trong tính toán cao trình đỉnh đê và thiết kế lớp bê tông gia cố mái. Mô hình này dựa trên phương trình cân bằng năng lượng phổ sóng, sử dụng phổ JONSWAP và tính đến các yếu tố như khúc xạ, tán xạ và suy giảm năng lượng sóng do rừng ngập mặn.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Cao trình đỉnh đê (Z_ap): tổng hợp các thành phần mực nước thiết kế, sóng leo, nước dâng do bão và chiều cao an toàn.
  • Chiều cao sóng leo (R_y): chiều cao sóng trên mái nghiêng đê, ảnh hưởng đến khả năng chống tràn.
  • Lưu lượng tràn đơn vị: lưu lượng nước tràn qua đỉnh đê khi cao trình đỉnh không đủ.
  • Khối lượng tam bê tông gia cố mái: khối lượng vật liệu cần thiết để gia cố mái đê chống xói lở do sóng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu kỹ thuật của 6 tuyến đê biển ĐBSCL (tổng chiều dài 408 km), số liệu mực nước biển dâng theo các kịch bản phát thải thấp, trung bình và cao của Việt Nam, cùng các thông số sóng và gió thiết kế được thu thập từ các dự án đầu tư và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Ứng dụng mô hình SWAN-1D để tính toán truyền sóng và xác định chiều cao sóng leo tại chân đê trong các kịch bản nước biển dâng 30 cm, 75 cm và 100 cm.
  • Tính toán cao trình đỉnh đê theo công thức tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012, có bổ sung thành phần nước dâng do sóng.
  • Đánh giá lưu lượng tràn đơn vị khi cao trình đỉnh đê không tăng theo mực nước biển dâng.
  • Tính toán khối lượng tam bê tông gia cố mái đê tương ứng với từng kịch bản nước biển dâng.
  • So sánh kết quả giữa các kịch bản và rút ra quy luật chung áp dụng cho quy hoạch nâng cấp đê biển.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ 6 tuyến đê biển chính tại ĐBSCL, được lựa chọn do tính đại diện và quy mô chiều dài lớn. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn đến năm 2050, phù hợp với các kịch bản biến đổi khí hậu được phê duyệt. Phương pháp phân tích số liệu kết hợp mô hình toán học và thống kê nhằm đảm bảo tính chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng đến cao trình đỉnh đê:
    Kết quả tính toán cho thấy, với các mức nước biển dâng 30 cm, 75 cm và 100 cm, cao trình đỉnh đê trung bình cần tăng thêm khoảng 0,3 m, 1,3 m và 1,8 m tương ứng để đảm bảo khả năng chống tràn sóng. Mức tăng này khác nhau tùy theo từng tuyến đê, nhưng quy luật trung bình này có thể áp dụng trong quy hoạch nâng cấp đê biển ĐBSCL.

  2. Lưu lượng tràn đơn vị khi không nâng cao trình đê:
    Nếu cao trình đỉnh đê không được nâng lên theo mực nước biển dâng, lưu lượng tràn đơn vị trung bình sẽ tăng mạnh, từ 0,05 lít/s/m (30 cm dâng) lên 3,82 lít/s/m (75 cm dâng) và 39,93 lít/s/m (100 cm dâng), gây nguy cơ ngập lụt và sạt lở nghiêm trọng.

  3. Khối lượng tam bê tông gia cố mái đê:
    Khối lượng tam bê tông cần thiết để gia cố mái đê tăng đáng kể theo mức nước biển dâng, với tỷ lệ tăng lần lượt là 111%, 339% và 468% so với trường hợp không xét đến nước biển dâng. Điều này phản ánh chi phí gia cố và bảo trì đê sẽ tăng cao trong tương lai.

  4. Tác động của rừng ngập mặn:
    Rừng ngập mặn ven biển có vai trò giảm sóng và bảo vệ đê, tuy nhiên mật độ và chiều rộng rừng khác nhau giữa các tuyến đê, ảnh hưởng đến hệ số chiết giảm sóng và do đó ảnh hưởng đến tính toán cao trình đỉnh đê và khối lượng gia cố.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự khác biệt về mức tăng cao trình đỉnh đê giữa các tuyến đê chủ yếu do đặc điểm địa hình, chiều dài tuyến, mật độ rừng ngập mặn và điều kiện sóng gió khác nhau. So sánh với các nghiên cứu quốc tế và trong nước cho thấy kết quả phù hợp với xu hướng chung về ảnh hưởng của nước biển dâng đến công trình ven biển.

Việc tăng cao trình đỉnh đê và khối lượng gia cố mái đê là cần thiết để đảm bảo an toàn cho hệ thống đê biển trong điều kiện biến đổi khí hậu. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa mức nước biển dâng và cao trình đỉnh đê, cũng như bảng so sánh lưu lượng tràn và khối lượng tam bê tông gia cố theo từng kịch bản.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc lập kế hoạch nâng cấp đê biển ĐBSCL, đồng thời cảnh báo về chi phí gia cố tăng cao nếu không có biện pháp ứng phó kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao cao trình đỉnh đê theo quy luật trung bình:
    Thực hiện nâng cấp cao trình đỉnh đê trung bình tăng thêm 0,3 m, 1,3 m và 1,8 m tương ứng với các kịch bản nước biển dâng 30 cm, 75 cm và 100 cm. Thời gian thực hiện ưu tiên trong giai đoạn đến năm 2050. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý đê biển và địa phương.

  2. Tăng cường gia cố mái đê bằng tam bê tông:
    Đầu tư gia cố mái đê với khối lượng tam bê tông tăng tương ứng với mức nước biển dâng để đảm bảo ổn định và chống xói lở. Cần có kế hoạch tài chính dài hạn và ưu tiên các đoạn đê có nguy cơ cao.

  3. Bảo vệ và phục hồi rừng ngập mặn ven biển:
    Tăng cường trồng mới và bảo vệ rừng ngập mặn nhằm giảm sóng và bảo vệ đê, đồng thời nâng cao hệ số chiết giảm sóng trong mô hình tính toán. Chủ thể thực hiện là các ban quản lý rừng và chính quyền địa phương.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo sớm:
    Thiết lập hệ thống quan trắc mực nước biển, sóng và tình trạng đê để kịp thời phát hiện nguy cơ tràn và hư hỏng, từ đó có biện pháp ứng phó nhanh chóng. Thời gian triển khai ngay trong giai đoạn hiện tại.

  5. Nghiên cứu bổ sung và cập nhật mô hình:
    Tiếp tục nghiên cứu, cập nhật các mô hình tính toán truyền sóng và tác động nước biển dâng phù hợp với điều kiện thực tế, bao gồm cả tác động của sóng vỡ và biến đổi địa hình ven biển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý và quy hoạch thủy lợi, đê biển:
    Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch nâng cấp, bảo trì hệ thống đê biển, dự báo chi phí và đánh giá rủi ro do nước biển dâng.

  2. Các nhà thiết kế và kỹ sư xây dựng công trình ven biển:
    Áp dụng các công thức và mô hình tính toán cao trình đỉnh đê, lưu lượng tràn và khối lượng gia cố mái đê trong thiết kế công trình mới hoặc nâng cấp.

  3. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và tài nguyên nước:
    Tham khảo số liệu, phương pháp và kết quả nghiên cứu để phát triển các mô hình dự báo tác động biến đổi khí hậu đến công trình ven biển.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư ven biển:
    Hiểu rõ mức độ ảnh hưởng của nước biển dâng đến an toàn đê biển, từ đó phối hợp với các cơ quan chức năng trong công tác phòng chống thiên tai và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hiện tượng nước biển dâng ảnh hưởng như thế nào đến đê biển ĐBSCL?
    Nước biển dâng làm tăng mực nước thiết kế, gây áp lực lớn hơn lên đê, đòi hỏi nâng cao cao trình đỉnh đê và gia cố mái đê để chống tràn và xói lở.

  2. Mức nước biển dâng nào được xem xét trong nghiên cứu?
    Ba kịch bản chính gồm nước biển dâng 30 cm, 75 cm và 100 cm, tương ứng với các kịch bản phát thải khí nhà kính thấp, trung bình và cao.

  3. Mô hình SWAN-1D có vai trò gì trong nghiên cứu?
    Mô hình này giúp tính toán truyền sóng từ vùng nước sâu vào bờ, xác định chiều cao sóng leo tại chân đê – yếu tố quan trọng trong thiết kế cao trình đỉnh đê và lớp gia cố mái.

  4. Khối lượng tam bê tông gia cố mái đê tăng bao nhiêu khi nước biển dâng?
    Khối lượng tam bê tông cần tăng lần lượt khoảng 111%, 339% và 468% cho các mức nước biển dâng 30 cm, 75 cm và 100 cm so với trường hợp không xét đến nước biển dâng.

  5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để ứng phó với nước biển dâng?
    Kết hợp nâng cao cao trình đỉnh đê, gia cố mái đê bằng tam bê tông, bảo vệ rừng ngập mặn và xây dựng hệ thống giám sát cảnh báo sớm là các giải pháp toàn diện và hiệu quả.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định được quy luật trung bình về mức tăng cao trình đỉnh đê cần thiết ứng với các kịch bản nước biển dâng 30 cm, 75 cm và 100 cm lần lượt là 0,3 m, 1,3 m và 1,8 m.
  • Lưu lượng tràn đơn vị tăng mạnh nếu không nâng cao trình đê, gây nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng.
  • Khối lượng tam bê tông gia cố mái đê cần tăng đáng kể, phản ánh chi phí gia cố và bảo trì tăng theo mức nước biển dâng.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho quy hoạch, thiết kế và nâng cấp hệ thống đê biển ĐBSCL trong điều kiện biến đổi khí hậu.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp đê, bảo vệ rừng ngập mặn và xây dựng hệ thống giám sát nhằm ứng phó hiệu quả với hiện tượng nước biển dâng trong tương lai.

Luận văn khuyến khích các cơ quan quản lý, nhà thiết kế và cộng đồng ven biển áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao khả năng thích ứng và giảm thiểu rủi ro do biến đổi khí hậu gây ra.