Tổng quan nghiên cứu

Vùng hạ lưu sông Vệ, tỉnh Quảng Ngãi, với diện tích lưu vực khoảng 1.260 km² và dân số khoảng 317.271 người, chiếm hơn 25% dân số toàn tỉnh, là khu vực có địa hình thấp dần từ Tây sang Đông, nằm trong vùng đồng bằng ngập lũ. Khu đô thị Nam Sông Vệ dự kiến xây dựng trên bờ hữu sông Vệ với quy mô 618 ha, thuộc phạm vi 5 thôn xã Đức Nhuận, có cao trình san nền từ 5,72 đến 6,30 m, đắp vượt trên nền hiện trạng từ 1,50 đến 2,00 m. Việc san nền này có thể ảnh hưởng đáng kể đến quá trình thoát lũ và ngập lụt vùng hạ lưu.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc xây dựng khu đô thị Nam Sông Vệ đến các chỉ số thủy văn như mực nước, diện tích ngập và độ sâu ngập theo các tần suất lũ 5% và 10%. Nghiên cứu sử dụng các công cụ mô phỏng thủy văn và thủy lực hiện đại, kết hợp dữ liệu khí tượng thủy văn thu thập từ các trạm An Chỉ, Sông Vệ, Ba Tơ, Giá Vực, nhằm cung cấp bản đồ ngập lụt chi tiết và các kịch bản mô phỏng trước và sau khi xây dựng khu đô thị. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ chính quyền địa phương chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt, đồng thời làm cơ sở cho việc quy hoạch và phát triển bền vững vùng hạ lưu sông Vệ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai nhóm lý thuyết chính: mô hình thủy văn và mô hình thủy lực.

  • Mô hình thủy văn NAM (Nedbor-Afstromming-Model) mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính, gồm 5 bể chứa tương tác, phản ánh quá trình tích tụ, thấm, bốc hơi và dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm. Các thông số quan trọng như hệ số dòng chảy tràn (CQOF), hệ số dòng chảy sát mặt (CQIF), và các ngưỡng sinh dòng chảy được hiệu chỉnh để phù hợp với đặc điểm lưu vực.

  • Mô hình thủy lực MIKE 21 FM sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn không đều để giải hệ phương trình nước nông 2D, mô phỏng dòng chảy hai chiều trên vùng ngập lũ, bao gồm các hiện tượng như ngập và tiêu nước, tràn bãi, dòng qua công trình thủy lợi và thủy triều. Mô hình này cho phép mô phỏng chi tiết biến động mực nước và vận tốc dòng chảy trong vùng nghiên cứu.

Các khái niệm chính bao gồm: mực nước lũ, diện tích ngập, độ sâu ngập, tần suất lũ (5%, 10%), hệ số Nash-Sutcliffe (NSE) và tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chuẩn (RSR) dùng để đánh giá độ chính xác mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm An Chỉ, Sông Vệ, Ba Tơ, Giá Vực, Minh Long, Mộ Đức và Quảng Ngãi, cùng các bản đồ địa hình số (DEM) được xây dựng từ dữ liệu địa hình 1/10.000, 1/50.000 và 1/500, cập nhật hệ thống hạ tầng hiện có và quy hoạch khu đô thị Nam Sông Vệ.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Xây dựng DEM hiện trạng và DEM tương lai (sau khi xây dựng khu đô thị) với độ phân giải cao, phục vụ mô phỏng thủy lực.

  • Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn MIKE NAM dựa trên các trận lũ thực đo năm 1999 và 2013 tại trạm An Chỉ, sử dụng chỉ số NSE đạt trên 0,75 và hệ số tương quan R² trên 0,8 để đảm bảo độ tin cậy.

  • Hiệu chỉnh mô hình thủy lực MIKE 21 FM với dữ liệu mực nước và lưu lượng thực đo, đánh giá sai số mô phỏng qua chỉ số NSE và RSR.

  • Mô phỏng các kịch bản ngập lụt trước và sau khi xây dựng khu đô thị Nam Sông Vệ, phân tích biến động mực nước, diện tích và độ sâu ngập theo tần suất lũ 5% và 10%.

  • Thời gian nghiên cứu tập trung vào các trận lũ điển hình năm 1999 và 2013, phạm vi địa lý từ cầu sông Vệ đến cầu đường sắt, dài khoảng 5 km dọc sông.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tăng mực nước lũ tại vùng hạ lưu: Việc xây dựng khu đô thị Nam Sông Vệ làm tăng mực nước lũ tại cầu sông Vệ khoảng 59 cm đối với kịch bản tần suất 5% và 56 cm đối với kịch bản 10%. Mực nước tăng này kéo dài khoảng 5 km dọc sông từ cầu sông Vệ đến cầu đường sắt.

  2. Gia tăng diện tích và độ sâu ngập: Diện tích vùng ngập lụt tăng từ hàng trăm đến hàng nghìn ha tùy theo kịch bản, với độ sâu ngập cũng tăng tương ứng. Sự thay đổi này được thể hiện rõ qua bản đồ ngập lụt mô phỏng, cho thấy khu vực đồng bằng ven sông bị ảnh hưởng nặng nề hơn sau khi xây dựng khu đô thị.

  3. Độ chính xác mô hình: Mô hình thủy văn MIKE NAM đạt chỉ số NSE trên 0,8 và hệ số tương quan R² trên 0,85 trong hiệu chỉnh và kiểm định, cho thấy mô hình mô phỏng dòng chảy và mực nước lũ phù hợp với thực tế. Mô hình thủy lực MIKE 21 FM cũng đạt các tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác với RSR dưới 0,5 và NSE trên 0,75.

  4. Ảnh hưởng đến quá trình thoát lũ: Việc san nền cao độ từ 1,5 đến 2 m làm giảm khả năng thoát lũ tự nhiên, gây tích tụ nước và làm tăng thời gian ngập lụt tại vùng hạ lưu, ảnh hưởng đến hệ thống hạ tầng và sinh hoạt của người dân.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng mực nước và diện tích ngập là do sự thay đổi địa hình và giảm diện tích lưu vực thoát nước tự nhiên khi san nền khu đô thị. So với các nghiên cứu trước đây trên lưu vực sông Vệ, nghiên cứu này tập trung chi tiết vào ảnh hưởng của khu đô thị Nam Sông Vệ, sử dụng mô hình thủy lực 2 chiều MIKE 21 FM cho phép mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng tràn bãi và ngập lụt.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mực nước thực đo và mô phỏng tại các trạm An Chỉ và sông Vệ, cùng bảng thống kê diện tích và độ sâu ngập theo từng kịch bản. Bản đồ ngập lụt thể hiện rõ sự gia tăng diện tích ngập và độ sâu tại các khu vực dân cư và hạ tầng quan trọng.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh quy hoạch san nền, thiết kế hệ thống thoát lũ và xây dựng các công trình phòng chống ngập phù hợp, góp phần giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Điều chỉnh cao trình san nền: Khuyến nghị điều chỉnh cao trình san nền khu đô thị Nam Sông Vệ sao cho không vượt quá 1,5 m so với hiện trạng để giảm thiểu ảnh hưởng đến quá trình thoát lũ, đảm bảo cân bằng giữa phát triển đô thị và bảo vệ môi trường thủy văn. Thời gian thực hiện trong giai đoạn quy hoạch và thiết kế.

  2. Xây dựng hệ thống thoát lũ đồng bộ: Thiết kế và thi công hệ thống cống, kênh mương thoát lũ hiệu quả, đảm bảo lưu thông nước nhanh chóng trong mùa mưa lũ, giảm thiểu ngập úng khu vực hạ lưu. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý hạ tầng và nhà đầu tư dự án.

  3. Phát triển các công trình điều tiết nước: Xây dựng các hồ điều tiết, trạm bơm tại vùng hạ lưu để kiểm soát mực nước, giảm áp lực ngập lụt trong các trận lũ lớn. Thời gian triển khai trong vòng 3-5 năm tới, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các đơn vị chuyên môn.

  4. Cập nhật và ứng dụng mô hình mô phỏng: Thường xuyên cập nhật dữ liệu khí tượng thủy văn và mô hình thủy lực để theo dõi, dự báo ngập lụt, hỗ trợ công tác quản lý và ứng phó kịp thời. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu, cơ quan thủy lợi và phòng chống thiên tai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý quy hoạch đô thị và thủy lợi: Sử dụng kết quả nghiên cứu để điều chỉnh quy hoạch, thiết kế hệ thống thoát lũ, đảm bảo phát triển bền vững và an toàn cho khu đô thị Nam Sông Vệ.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy văn và thủy lực, quy trình hiệu chỉnh mô hình và phân tích tác động ngập lụt trong môi trường thực tế.

  3. Chính quyền địa phương và ban phòng chống thiên tai: Áp dụng bản đồ ngập lụt và các kịch bản mô phỏng để xây dựng kế hoạch ứng phó, giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra cho người dân và hạ tầng.

  4. Nhà đầu tư và doanh nghiệp xây dựng: Hiểu rõ tác động của dự án xây dựng đến môi trường thủy văn, từ đó thiết kế các giải pháp kỹ thuật phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

  1. Việc xây dựng khu đô thị Nam Sông Vệ ảnh hưởng như thế nào đến ngập lụt vùng hạ lưu?
    Việc san nền cao độ từ 1,5 đến 2 m làm giảm khả năng thoát lũ tự nhiên, dẫn đến tăng mực nước lũ khoảng 56-59 cm và mở rộng diện tích ngập từ hàng trăm đến hàng nghìn ha, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến vùng hạ lưu.

  2. Mô hình nào được sử dụng để mô phỏng ngập lụt trong nghiên cứu này?
    Nghiên cứu sử dụng mô hình thủy văn MIKE NAM để mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy và mô hình thủy lực 2 chiều MIKE 21 FM để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt chi tiết trên vùng đồng bằng.

  3. Độ chính xác của mô hình được đánh giá như thế nào?
    Mô hình đạt chỉ số Nash-Sutcliffe (NSE) trên 0,8 và hệ số tương quan R² trên 0,85, cùng tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chuẩn (RSR) dưới 0,5, cho thấy mô hình mô phỏng phù hợp và tin cậy với số liệu thực đo.

  4. Giải pháp nào được đề xuất để giảm thiểu tác động ngập lụt?
    Các giải pháp gồm điều chỉnh cao trình san nền, xây dựng hệ thống thoát lũ đồng bộ, phát triển công trình điều tiết nước và cập nhật mô hình mô phỏng để dự báo và ứng phó kịp thời.

  5. Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm những khu vực nào?
    Phạm vi nghiên cứu tập trung từ cầu sông Vệ đến cầu đường sắt, dài khoảng 5 km dọc sông, thuộc vùng hạ lưu sông Vệ, nơi dự kiến xây dựng khu đô thị Nam Sông Vệ.

Kết luận

  • Việc xây dựng khu đô thị Nam Sông Vệ làm tăng mực nước lũ tại vùng hạ lưu từ 56 đến 59 cm, kéo dài khoảng 5 km dọc sông.
  • Diện tích và độ sâu ngập lụt gia tăng đáng kể, ảnh hưởng đến hệ thống hạ tầng và sinh hoạt người dân.
  • Mô hình thủy văn MIKE NAM và thủy lực MIKE 21 FM được hiệu chỉnh và kiểm định đạt độ chính xác cao, phù hợp với điều kiện thực tế.
  • Nghiên cứu cung cấp bản đồ ngập lụt chi tiết và các kịch bản mô phỏng, hỗ trợ công tác quy hoạch và phòng chống ngập lụt.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu tác động ngập lụt, đảm bảo phát triển bền vững khu đô thị Nam Sông Vệ.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, cập nhật mô hình theo dữ liệu mới và mở rộng phạm vi nghiên cứu để bao quát toàn bộ lưu vực sông Vệ. Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư được khuyến nghị áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển vùng hạ lưu.