Nghiên cứu về bản đồ ngập lụt và biện pháp giảm thiểu lũ tại lưu vực Xebangfai, tỉnh Khammouane, Lào

• Tác giả: Khumphon Sengsouliya
• Người hướng dẫn: Dr. Vu Thanh Tu
• Trường học: Thuy Loi University
• Chuyên ngành: Disaster Management
• Đề tài: Bản Đồ Ngập Lụt Và Biện Pháp Giảm Thiểu Lũ Cho Lưu Vực Xebangfai, Khammouane, Lào
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Khammouane

• ABSTRACT
• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENT
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. THE PROBLEM STATEMENT
• 1.2. OBJECTIVES
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. THE STUDIED OF FLOOD SIMULATION AND ASSESSMENT
• 2.2. GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS IN HYDROLOGY AND WATER RESOURCES
• 3. CHAPTER 3: FLOOD FREQUENCY ANALYSIS
• 3.1. Pearson type 3 distribution
• 3.2. Estimating design hyetographs/hydrograph
• 3.3. RAINFALL RUNOFF MODEL
• 3.6. FLOOD ROUTING BY MIKE 11
• 3.6.1. Governing equations
• 3.6.2. Boundary condition
• 3.7. MIKEGIS
• 3.9. FLOOD HAZARD ASSESSMENT
• 4. CHAPTER 4: DESCRIPTION OF THE STUDY AREA AND DATA ANALYSIS
• 4.1. INTRODUCTION ABOUT THE STUDY AREA
• 4.1.2. Location
• 4.1.3. Topography
• 4.1.4. District location and geography
• 4.1.5. Water Resources Status
• 4.1.6. Bathymetric data
• 4.1.7. Maps and information
• 4.2. METEO-HYDROLOGICAL CONDITION
• 4.2.1. Climate
• 4.2.2. Data collection
• 4.3. FREQUENCY ANALYSIS AND DEVELOPING DESIGN AND HYETOGRAPH
• 4.3.1. Frequency Analysis
• 4.3.2. Estimating Design Hyetographs and Developing Design Hyetographs
• 5. CHAPTER 5: FLOOD HAZARD ASSESSMENT AND MITIGATION PROCEDURES
• 5.1. CALIBRATION AND VERIFICATION OF NAM MODEL
• 5.2. CALIBRATION AND VERIFICATION OF MIKE-11
• 5.3. FLOOD SIMULATION ALONG RIVERS NETWORK
• 5.4. CONSTRUCTING FLOOD INUNDATION MAPS AND HAZARD ASSESSMENT
• 5.4.1. Constructing Flood Inundation Maps
• 5.4.2. Hazard Assessment
• 5.5. FLOOD MITIGATION PROCEDURE
• 5.5.1. Background
• 5.5.2. Disaster Management Institutional Arrangement for Lao PDR
• 5.5.3. Priority Areas
• 5.6. STRUCTURE COMMITTEE OF DISASTER MANAGEMENT FOR NONG BOK DISTRICT
• 5.6.1. Committee for disaster management of district level
• 5.6.2. The roles and responsibilities of key sectors
• 5.7. PREPAREDNESS MEASURES AGAINST THE FLOODING
• 5.7.1. Disaster Preparedness Activities
• 5.8. IMPLEMENTATION RESPONSE FOR DISASTER
• 5.8.1. Preparation disaster response
• 5.8.2. Practice disaster response
• 6. CHAPTER 6: CONCLUSION AND RECOMMENDATION
• REFERENCE
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLE
• ABBREVIATION

I. Tổng quan về tình hình ngập lụt tại lưu vực Xebangfai

Lưu vực sông Xebangfai, nằm chủ yếu trong tỉnh Khammouane, Lào, thường xuyên phải đối mặt với các vấn đề ngập lụt do ảnh hưởng của lượng mưa lớn và sự gia tăng mực nước sông Mekong. Ngập lụt đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng, gây thiệt hại cho cơ sở hạ tầng, nông nghiệp và đời sống của người dân. Theo thống kê, hơn 80% các trường hợp ngập lụt trong khu vực này là do nước từ sông Xebangfai tràn vào trong mùa mưa, đặc biệt là từ cuối tháng 7 đến hết tháng 8. Một số khu vực nhạy cảm như Banepongkiew và Banesayphong thường xuyên bị ảnh hưởng nặng nề. Nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng bản đồ ngập lụt để hỗ trợ quyết định trong quản lý và ứng phó với thiên tai.

1.1 Nguyên nhân gây ra ngập lụt

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng ngập lụt tại lưu vực Xebangfai. Một trong những nguyên nhân chính là sự gia tăng lượng mưa trong mùa mưa, kết hợp với việc nước từ sông Mekong dâng cao. Ngoài ra, việc thiếu các kênh thoát nước cũng góp phần làm tình trạng ngập lụt thêm nghiêm trọng. Theo một nghiên cứu, các khu vực không có cống thoát nước thường xuyên bị ngập do nước mưa không thể thoát ra ngoài. Điều này đã dẫn đến thiệt hại lớn về tài sản và ảnh hưởng đến đời sống của người dân trong khu vực.

II. Phân tích rủi ro thiên tai và đánh giá mức độ ngập lụt

Việc đánh giá rủi ro thiên tai là rất quan trọng trong việc lập kế hoạch ứng phó với ngập lụt. Nghiên cứu này đã áp dụng phương pháp phân tích tần suất lũ lụt, sử dụng mô hình Pearson Type III để xác định lượng mưa tối đa trong 7 ngày cho các chu kỳ quay vòng khác nhau. Kết quả cho thấy rằng mức độ rủi ro ngập lụt tại khu vực này có sự biến đổi lớn tùy thuộc vào chu kỳ quay vòng. Các bản đồ thiên tai được xây dựng sẽ giúp các nhà quản lý có cái nhìn rõ hơn về mức độ nguy hiểm và từ đó đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời.

2.1 Tác động của ngập lụt đến môi trường

Ngập lụt không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn tác động tiêu cực đến môi trường. Nước lũ có thể làm ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và làm giảm chất lượng đất canh tác. Hơn nữa, sự biến đổi khí hậu cũng đã làm tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của các hiện tượng ngập lụt. Việc hiểu rõ về những tác động này sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp giảm thiểu hiệu quả hơn.

III. Biện pháp giảm thiểu ngập lụt

Để giảm thiểu tác động của ngập lụt, một loạt các biện pháp đã được đề xuất. Trong đó, việc xây dựng các cống thoát nước và hệ thống cảnh báo lũ là rất cần thiết. Các biện pháp này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại mà còn nâng cao khả năng ứng phó của cộng đồng. Ngoài ra, việc phát triển các kế hoạch quản lý lưu vực sông cũng là một phần quan trọng trong chiến lược giảm thiểu rủi ro thiên tai. Việc áp dụng công nghệ như GIS trong việc lập bản đồ ngập lụt cũng sẽ hỗ trợ rất nhiều trong công tác quản lý.

3.1 Vai trò của cộng đồng trong việc ứng phó với ngập lụt

Cộng đồng địa phương đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của ngập lụt. Sự tham gia của người dân trong việc xây dựng kế hoạch ứng phó và các hoạt động phòng ngừa sẽ giúp nâng cao nhận thức và khả năng ứng phó với thiên tai. Các chương trình đào tạo và nâng cao nhận thức về thiên tai cũng cần được triển khai để trang bị cho người dân những kỹ năng cần thiết trong việc đối phó với ngập lụt.

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Xebangfai, một trong những nhánh chính của sông Mekong, nằm chủ yếu trên địa bàn hai tỉnh Khammouan và Savannakhet, Lào, với diện tích khoảng 10.064 km². Khu vực này thường xuyên chịu ảnh hưởng bởi lũ lụt do mưa lớn kết hợp với sự dâng cao của nước sông Mekong. Theo số liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn trong giai đoạn 1998-2011, lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1.422 đến 3.500 mm, trong đó khoảng 83% lượng mưa tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 9. Lũ lụt tại hạ lưu sông Xebangfai gây thiệt hại nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, cơ sở hạ tầng và đời sống người dân, đặc biệt tại huyện Nong Bok, nơi hơn 80% các trận lũ xuất phát từ tràn bờ sông Xebangfai.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá mức độ nguy hiểm lũ lụt tại hạ lưu lưu vực sông Xebangfai, từ đó đề xuất các biện pháp giảm nhẹ thiệt hại. Nghiên cứu tập trung vào phân tích tần suất lũ sử dụng phương pháp phân phối Pearson Type III, mô hình hóa thủy văn bằng NAM và mô hình thủy động lực MIKE 11, với các kịch bản lũ có chu kỳ trở lại 5, 10, 50, 100 và 200 năm. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ ra quyết định quản lý rủi ro thiên tai và phát triển bền vững tại khu vực nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai mô hình chính: mô hình thủy văn NAM (Nedbor Afstromnings Model) và mô hình thủy động lực MIKE 11. Mô hình NAM là mô hình khái niệm, lumped, mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy qua bốn kho chứa liên kết gồm tuyết, bề mặt, tầng đất mặt và tầng nước ngầm. Mô hình này được hiệu chỉnh tự động dựa trên dữ liệu quan trắc để tối ưu hóa các tham số mô hình như khả năng giữ nước bề mặt, hệ số dòng chảy bề mặt, và thời gian trễ dòng chảy. Mô hình MIKE 11 giải các phương trình Saint-Venant cho dòng chảy không ổn định trong sông và vùng trũng, cho phép mô phỏng các điều kiện dòng chảy dưới tới siêu tới, đồng thời tính đến ma sát đáy và các điều kiện biên động.

Ngoài ra, phương pháp phân tích tần suất lũ sử dụng phân phối Pearson Type III để ước lượng lượng mưa cực đại trong 7 ngày tương ứng với các chu kỳ trở lại khác nhau. Các khái niệm chính bao gồm: tần suất lũ, thiết kế hyetograph (biểu đồ phân bố mưa theo thời gian), bản đồ ngập lụt, và đánh giá mức độ nguy hiểm lũ lụt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm dữ liệu mưa, mực nước và lưu lượng dòng chảy thu thập từ 5 trạm mưa và 2 trạm đo lưu lượng trên lưu vực sông Xebangfai trong giai đoạn 1992-2011. Cỡ mẫu dữ liệu mưa và thủy văn được chọn nhằm đảm bảo tính đại diện cho các mùa mưa và các sự kiện lũ lớn. Phương pháp phân tích tần suất lũ sử dụng phân phối Pearson Type III để xác định lượng mưa cực đại trong 7 ngày cho các chu kỳ trở lại 5, 10, 50, 100 và 200 năm.

Mô hình NAM được hiệu chỉnh và xác nhận bằng dữ liệu lũ thực tế tại trạm Xebangfai Bridge No 13, với các chỉ số hiệu suất như sai số trung bình và sai số gốc bình phương nhỏ, đảm bảo độ chính xác mô phỏng. Mô hình MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và xây dựng bản đồ ngập lụt cho các kịch bản lũ tương ứng các chu kỳ trở lại. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ thu thập dữ liệu, phân tích tần suất, hiệu chỉnh mô hình, mô phỏng lũ đến xây dựng bản đồ và đề xuất giải pháp giảm nhẹ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân tích tần suất lũ: Lượng mưa cực đại trong 7 ngày tại trạm Mahaxay cho chu kỳ trở lại 5 năm là khoảng 248 mm, tăng lên đến 669 mm cho chu kỳ 200 năm. Lưu lượng cực đại tại trạm Mahaxay dao động từ 226 m³/s (5 năm) đến 258 m³/s (200 năm), trong khi tại trạm Xebangfai Bridge No 13, lưu lượng tương ứng là 208 m³/s đến 483 m³/s.

2. Hiệu chỉnh mô hình NAM và MIKE 11: Mô hình NAM đạt độ chính xác cao với sai số lưu lượng dưới 10% trong giai đoạn hiệu chỉnh và xác nhận. Mô hình MIKE 11 mô phỏng chính xác mực nước và lưu lượng dòng chảy, cho phép xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết với độ sâu ngập từ 0,5 đến trên 3 mét tùy theo chu kỳ lũ.

3. Bản đồ ngập lụt và mức độ nguy hiểm: Diện tích ngập lụt tại huyện Nong Bok tăng từ khoảng 1.000 ha (chu kỳ 5 năm) lên đến hơn 5.000 ha (chu kỳ 200 năm). Các khu vực ven sông và vùng trũng thấp có mức độ nguy hiểm cao, chiếm khoảng 30% tổng diện tích nghiên cứu. Bản đồ ngập lụt thể hiện rõ sự ảnh hưởng của lũ kết hợp từ sông Xebangfai và sông Mekong.

4. Ảnh hưởng của dự án thủy điện Nam Theun 2: Dòng chảy bổ sung từ dự án thủy điện này làm tăng lưu lượng trung bình khoảng 220 m³/s, gây ảnh hưởng đáng kể đến mức độ và phạm vi ngập lụt tại hạ lưu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của lũ lụt là sự kết hợp giữa mưa lớn kéo dài và sự dâng cao mực nước sông Mekong, đặc biệt trong mùa mưa từ tháng 7 đến tháng 9. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tần suất lũ và mô hình thủy văn tại lưu vực sông Mekong. Việc sử dụng đồng thời mô hình NAM và MIKE 11 giúp mô phỏng chính xác quá trình dòng chảy và ngập lụt, cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc lập kế hoạch quản lý rủi ro thiên tai.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ hyetograph, hydrograph và bản đồ ngập lụt minh họa mức độ và phạm vi ngập theo từng chu kỳ lũ, giúp các nhà quản lý dễ dàng đánh giá và ra quyết định. So với các phương pháp truyền thống, mô hình thủy động lực kết hợp GIS cho phép đánh giá chi tiết hơn về nguy cơ và mức độ thiệt hại do lũ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt: Triển khai hệ thống giám sát mưa và mực nước tự động tại các trạm trọng điểm, nhằm nâng cao khả năng dự báo và cảnh báo sớm, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban chỉ huy phòng chống thiên tai tỉnh.

2. Phát triển bản đồ ngập lụt chi tiết và cập nhật định kỳ: Sử dụng mô hình thủy văn và thủy động lực để cập nhật bản đồ ngập lụt hàng năm, phục vụ công tác quy hoạch sử dụng đất và xây dựng công trình phòng chống lũ. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: Viện nghiên cứu thủy lợi, địa phương.

3. Tăng cường công tác quản lý và bảo vệ rừng đầu nguồn: Bảo vệ rừng tự nhiên và trồng rừng mới nhằm giảm thiểu dòng chảy bề mặt và hạn chế xói mòn đất, góp phần giảm thiểu lũ lụt. Thời gian thực hiện: dài hạn; chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cộng đồng dân cư.

4. Xây dựng và nâng cấp hệ thống thoát nước, kênh mương: Cải tạo hệ thống thoát nước tại các vùng trũng thấp, đặc biệt tại huyện Nong Bok, nhằm giảm thiểu ngập úng sau mưa lớn. Thời gian thực hiện: 2-3 năm; chủ thể: Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng, chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý thiên tai và phòng chống lũ lụt: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch ứng phó, cảnh báo sớm và giảm nhẹ rủi ro thiên tai tại lưu vực sông Xebangfai.

2. Các nhà quy hoạch đô thị và nông thôn: Áp dụng bản đồ ngập lụt và đánh giá nguy cơ để quy hoạch sử dụng đất, phát triển hạ tầng phù hợp, tránh xây dựng tại vùng nguy hiểm.

3. Các tổ chức nghiên cứu và đào tạo: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy văn và thủy động lực kết hợp GIS để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về quản lý tài nguyên nước và thiên tai.

4. Cộng đồng dân cư và các tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về nguy cơ lũ lụt, tham gia vào các hoạt động phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại, đồng thời hỗ trợ xây dựng các phương án ứng phó phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phân phối Pearson Type III được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu này?
   Phương pháp này được dùng để phân tích tần suất lũ, ước lượng lượng mưa cực đại trong 7 ngày tương ứng với các chu kỳ trở lại khác nhau, giúp xác định các kịch bản lũ thiết kế phục vụ mô hình hóa.

2. Mô hình NAM có ưu điểm gì trong mô phỏng dòng chảy?
   NAM là mô hình khái niệm, lumped, có khả năng mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy với yêu cầu dữ liệu vừa phải, dễ hiệu chỉnh và phù hợp với các lưu vực có điều kiện khí hậu và địa hình đa dạng.

3. Tại sao cần kết hợp mô hình NAM và MIKE 11 trong nghiên cứu?
   NAM mô phỏng quá trình chuyển đổi mưa thành dòng chảy, trong khi MIKE 11 mô phỏng dòng chảy thủy động lực và ngập lụt chi tiết trên mạng lưới sông, kết hợp giúp mô phỏng toàn diện quá trình lũ lụt.

4. Bản đồ ngập lụt có vai trò gì trong quản lý rủi ro thiên tai?
   Bản đồ này giúp xác định vùng nguy cơ cao, hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất, xây dựng công trình phòng chống lũ và lập kế hoạch ứng phó, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra.

5. Ảnh hưởng của dự án thủy điện Nam Theun 2 đến lũ lụt như thế nào?
   Dự án này làm tăng lưu lượng bổ sung khoảng 220 m³/s vào lưu vực Xebangfai, góp phần làm tăng mức độ và phạm vi ngập lụt tại hạ lưu, cần được tính đến trong quản lý và quy hoạch vùng.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công bản đồ ngập lụt và đánh giá mức độ nguy hiểm lũ lụt tại lưu vực sông Xebangfai với các chu kỳ trở lại từ 5 đến 200 năm.
• Mô hình NAM và MIKE 11 được hiệu chỉnh và xác nhận chính xác, phù hợp với điều kiện thực tế của lưu vực.
• Kết quả cho thấy diện tích và mức độ ngập lụt tăng theo chu kỳ lũ, ảnh hưởng lớn đến huyện Nong Bok và các vùng lân cận.
• Đề xuất các giải pháp cảnh báo sớm, quản lý rừng, cải tạo hệ thống thoát nước và cập nhật bản đồ ngập lụt định kỳ nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, nâng cao năng lực quản lý rủi ro và mở rộng nghiên cứu sang các lưu vực khác trong khu vực.

Hành động ngay: Các cơ quan chức năng và cộng đồng cần phối hợp triển khai các biện pháp giảm nhẹ lũ lụt dựa trên kết quả nghiên cứu để bảo vệ tài sản và sinh mạng người dân.