Ứng dụng mô hình thủy văn đô thị 2 chiều xây dựng bản đồ ngập lụt cho thành phố long xuyên trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Tìm hiểu ứng dụng mô hình thủy văn đô thị 2 chiều xây dựng bản đồ ngập lụt cho Long Xuyên. Nghiên cứu biến đổi khí hậu và giải pháp thích ứng hiệu quả.

• Tác giả: Phan Minh Đạt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Hưng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Thủy Văn Đô Thị 2 Chiều Xây Dựng Bản Đồ Ngập Lụt Cho Thành Phố Long Xuyên Trong Bối Cảnh Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đặc điểm tự nhiên – kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
• 1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.2. Đặc điểm địa hình
• 1.1.3. Đặc điểm địa chất
• 1.1.4. Đặc điểm khí hậu
• 1.1.5. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 1.1.6. Hiện trạng cơ sở hạ tầng kỹ thuật
• 1.1.6.1. Hiện trạng sử dụng đất
• 1.1.6.2. Hiện trạng mạng lưới thoát nước
• 1.1.6.2.1. Hệ thống thoát nước mưa
• 1.1.6.2.2. Hệ thống thoát nước thải
• 1.1.7. Tình hình ngập úng trong đô thị
• 1.1.8. Tổng quan các nghiên cứu đã qua
• 1.1.8.1. Nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.8.2. Nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
• 2.1. Cơ sở lý thuyết mô hình Mike Urban
• 2.2. Phương pháp tiếp cận
• 2.3. Thu thập và xử lý số liệu
• 2.3.1. Dữ liệu về hệ thống thoát nước
• 2.3.2. Dữ liệu địa hình
• 2.3.3. Số liệu Khí tượng Thủy văn
• 2.3.4. Dữ liệu trận ngập trong quá khứ
• 2.4. Thiết lập mô hình
• 2.4.1. Thiết lập các điểm tập trung nước (Nodes)
• 2.4.2. Thiết lập các đường ống thoát nước (Links)
• 2.4.3. Lưu vực tập trung nước (Catchment)
• 2.4.4. Thiết lập mô hình số độ cao (DEM)
• 2.4.5. Thiết lập biên đầu vào cho mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE URBAN XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT CHO THÀNH PHỐ LONG XUYÊN THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
• 3.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 3.1.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.1.2. Kiểm định mô hình
• 3.2. Xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho thành phố Long Xuyên
• 3.2.1. Tính toán tần suất mưa thiết kế, trận mưa thiết kế
• 3.2.2. Kịch bản biến đổi khí hậu – nước biển dâng
• 3.2.3. Mô phỏng ngập thành phố Long Xuyên theo kịch bản
• 3.2.3.1. Kịch bản nền
• 3.2.3.2. Kịch bản thấp (RCP4.5) giai đoạn giữa thế kỉ (2046-2065)
• 3.2.3.3. Kịch bản cao (RCP8.5) giai đoạn giữa thế kỉ (2046-2065)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Ngập Lụt Long Xuyên Thách Thức Biến Đổi Khí Hậu

Thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang, đối mặt với thách thức lớn từ ngập lụt ngày càng gia tăng. Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, gây thiệt hại đáng kể cho GDP hàng năm. Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), nơi Long Xuyên tọa lạc, đặc biệt dễ bị tổn thương. Mùa mưa, từ tháng IX đến tháng X, mưa lớn kết hợp lũ thượng nguồn và triều cường gây ra ngập lụt cục bộ. Tình trạng này ảnh hưởng đến giao thông, sinh hoạt và môi trường đô thị. Các yếu tố như khí tượng thủy văn, cơ sở hạ tầng chưa đồng bộ, đô thị hóa nhanh chóng và hoạt động dân sinh đều góp phần vào tình trạng ngập úng. Việc xây dựng bản đồ ngập lụt theo các kịch bản khác nhau là vô cùng cần thiết.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình Long Xuyên

Long Xuyên nằm ở phía bắc Đồng bằng sông Cửu Long, bên bờ sông Hậu, cách biên giới Campuchia 60km. Địa hình Long Xuyên tương đối bằng phẳng, với độ cao trung bình từ 1-2,5m. Khu vực nội ô, bao gồm phường Mỹ Long và Mỹ Bình, có độ cao từ 2-3m, trong khi khu vực ven sông rạch có độ cao từ 1,5-2,5m. Dạng địa hình chủ yếu là đồng bằng phù sa, thấp dần từ sông Hậu vào nội đồng.

1.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt Long Xuyên

Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ mưa lớn, gây ra ngập lụt nghiêm trọng hơn ở Long Xuyên. Nước biển dâng cũng là một nguy cơ tiềm tàng, đặc biệt khi thành phố nằm ven sông và chịu ảnh hưởng của thủy triều. Các nghiên cứu đã chỉ ra những ảnh hưởng rõ rệt của biến đổi khí hậu đến khu vực ĐBSCL, đòi hỏi các giải pháp ứng phó hiệu quả.

II. Hiện Trạng Ngập Lụt Long Xuyên Nguyên Nhân và Hậu Quả

Thành phố Long Xuyên thường xuyên phải đối mặt với tình trạng ngập lụt, đặc biệt trong mùa mưa. Tình trạng này gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh hoạt của người dân và các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Nguyên nhân của ngập lụt ở Long Xuyên rất đa dạng, bao gồm các yếu tố tự nhiên như mưa lớn, lũ thượng nguồn, triều cường và các yếu tố nhân tạo như hệ thống thoát nước chưa hoàn thiện, đô thị hóa nhanh chóng và quản lý chưa hiệu quả. Hậu quả của ngập lụt bao gồm thiệt hại về tài sản, gián đoạn giao thông, ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

2.1. Các yếu tố tự nhiên gây ngập lụt tại Long Xuyên

Các yếu tố tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc gây ra ngập lụt ở Long Xuyên. Mưa lớn, đặc biệt là các trận mưa có cường độ cao trong thời gian ngắn, vượt quá khả năng thoát nước của hệ thống hiện tại. Lũ từ thượng nguồn sông Cửu Long cũng là một yếu tố đáng kể. Ngoài ra, triều cường từ biển Đông cũng ảnh hưởng đến mực nước sông Hậu, làm gia tăng nguy cơ ngập lụt.

2.2. Tác động của đô thị hóa và hệ thống thoát nước

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng làm giảm diện tích thấm nước tự nhiên, gia tăng lượng nước chảy tràn bề mặt và gây áp lực lên hệ thống thoát nước. Hệ thống thoát nước hiện tại của Long Xuyên chưa hoàn thiện, nhiều đoạn bị tắc nghẽn, xuống cấp, không đáp ứng được nhu cầu thoát nước khi có mưa lớn. Việc quản lý và bảo trì hệ thống thoát nước cũng chưa được thực hiện một cách hiệu quả.

III. Cách Ứng Dụng Mô Hình Thủy Văn Đô Thị 2D Giải Pháp Long Xuyên

Để giải quyết vấn đề ngập lụt ở Long Xuyên, việc ứng dụng mô hình thủy văn đô thị 2D là một giải pháp hiệu quả. Mô hình thủy văn đô thị 2D cho phép mô phỏng dòng chảy trên bề mặt và trong hệ thống thoát nước một cách chi tiết, giúp đánh giá được nguy cơ ngập lụt ở các khu vực khác nhau. Kết quả mô phỏng từ mô hình thủy văn đô thị 2D có thể được sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt, hỗ trợ công tác quy hoạch đô thị, quản lý rủi ro thiên tai và đưa ra các giải pháp phòng chống ngập lụt phù hợp. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu và sử dụng mô hình Thủy văn đô thị 2 chiều để xây dựng bản đồ ngập lụt cho thành phố Long Xuyên với các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau.

3.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình Mike Urban

Mô hình Mike Urban là một công cụ mô hình thủy văn đô thị mạnh mẽ, cho phép mô phỏng dòng chảy trong hệ thống thoát nước và trên bề mặt. Mô hình này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải các phương trình thủy động lực, mô tả quá trình chảy rối và tương tác giữa dòng chảy trong kênh và trên bề mặt. Mike Urban có khả năng mô phỏng nhiều hiện tượng khác nhau, bao gồm mưa, dòng chảy trên bề mặt, dòng chảy trong kênh, tích trữ nước và thoát nước.

3.2. Quy trình xây dựng bản đồ ngập lụt Long Xuyên

Quy trình xây dựng bản đồ ngập lụt cho Long Xuyên bao gồm các bước sau: thu thập và xử lý số liệu (dữ liệu địa hình, khí tượng thủy văn, hệ thống thoát nước), thiết lập mô hình thủy văn đô thị 2D (xây dựng mạng lưới tính toán, gán các thông số đầu vào), hiệu chỉnh và kiểm định mô hình (so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực tế), xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu, mô phỏng ngập lụt và xây dựng bản đồ ngập lụt.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Kịch Bản Ngập Lụt Long Xuyên 2046 2065

Luận văn ứng dụng mô hình Mike Urban để xây dựng bản đồ ngập lụt cho Long Xuyên theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau. Kết quả cho thấy, dưới tác động của biến đổi khí hậu, nguy cơ ngập lụt ở Long Xuyên sẽ gia tăng đáng kể. Các khu vực trũng thấp ven sông rạch có nguy cơ bị ngập lụt sâu hơn và diện tích ngập lụt cũng sẽ mở rộng. Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho công tác quy hoạch đô thị, quản lý rủi ro thiên tai và xây dựng các giải pháp phòng chống ngập lụt hiệu quả.

4.1. Xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho Long Xuyên

Luận văn sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2020 để dự báo lượng mưa và mực nước trong tương lai. Các kịch bản này bao gồm kịch bản RCP4.5 (kịch bản trung bình) và kịch bản RCP8.5 (kịch bản cao). Dựa trên các kịch bản này, luận văn tính toán tần suất mưa thiết kế và mực nước dâng, làm cơ sở cho việc mô phỏng ngập lụt.

4.2. Mô phỏng ngập lụt theo các kịch bản khác nhau

Luận văn mô phỏng ngập lụt cho Long Xuyên theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau, bao gồm kịch bản nền (hiện trạng), kịch bản RCP4.5 và kịch bản RCP8.5 giai đoạn giữa thế kỷ (2046-2065). Kết quả cho thấy, diện tích ngập lụt và độ sâu ngập lụt sẽ tăng lên đáng kể so với kịch bản nền. Đặc biệt, kịch bản RCP8.5 cho thấy nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng nhất.

4.3. So sánh diện ngập giữa kịch bản RCP4.5 và RCP8.5

Bảng so sánh diện tích ngập giữa kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho thấy sự khác biệt đáng kể trong mức độ ngập lụt dự kiến. Kịch bản RCP8.5, với mức độ phát thải khí nhà kính cao hơn, dẫn đến diện tích ngập lụt lớn hơn so với kịch bản RCP4.5. Sự khác biệt này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giảm phát thải khí nhà kính để giảm thiểu rủi ro ngập lụt trong tương lai.

V. Giải Pháp Chống Ngập Long Xuyên Đề Xuất Kiến Nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, luận văn đưa ra một số đề xuất và kiến nghị nhằm giảm thiểu rủi ro ngập lụt cho Long Xuyên trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Các giải pháp này bao gồm nâng cấp và mở rộng hệ thống thoát nước, xây dựng các công trình trữ nước (hồ điều hòa, kênh trữ nước), quy hoạch đô thị hợp lý, nâng cao nhận thức cộng đồng về ngập lụt và biến đổi khí hậu, và tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực phòng chống thiên tai.

5.1. Nâng cấp hệ thống thoát nước và công trình trữ nước

Hệ thống thoát nước hiện tại của Long Xuyên cần được nâng cấp và mở rộng để đáp ứng nhu cầu thoát nước khi có mưa lớn. Cần xây dựng các tuyến cống mới, nạo vét các tuyến cống cũ, và nâng cao khả năng thoát nước của các trạm bơm. Ngoài ra, việc xây dựng các công trình trữ nước (hồ điều hòa, kênh trữ nước) sẽ giúp giảm áp lực lên hệ thống thoát nước trong mùa mưa.

5.2. Quy hoạch đô thị hợp lý và nâng cao nhận thức cộng đồng

Quy hoạch đô thị cần xem xét đến yếu tố ngập lụt và đảm bảo khả năng thoát nước tốt cho các khu vực đô thị. Cần hạn chế xây dựng trên các khu vực trũng thấp, tăng cường diện tích cây xanh và mặt nước, và khuyến khích sử dụng các vật liệu thấm nước. Đồng thời, cần nâng cao nhận thức cộng đồng về ngập lụt và biến đổi khí hậu, giúp người dân chủ động phòng tránh và ứng phó với thiên tai.

VI. Tương Lai Bản Đồ Ngập Lụt Ứng Dụng Mô Hình Thủy Văn

Nghiên cứu về bản đồ ngập lụt và ứng dụng mô hình thủy văn đô thị cho Long Xuyên mở ra hướng đi mới trong công tác quản lý rủi ro thiên tai và ứng phó với biến đổi khí hậu. Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện mô hình thủy văn đô thị, kết hợp với các công nghệ tiên tiến (GIS, viễn thám, IoT), sẽ giúp xây dựng bản đồ ngập lụt chính xác và cập nhật hơn, hỗ trợ hiệu quả cho công tác quy hoạch đô thị, quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.

6.1. Phát triển mô hình thủy văn đô thị tích hợp công nghệ

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển mô hình thủy văn đô thị, tích hợp các công nghệ tiên tiến như GIS, viễn thám, IoT và trí tuệ nhân tạo (AI). Việc tích hợp các công nghệ này sẽ giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả của mô hình, cung cấp thông tin chi tiết và kịp thời về nguy cơ ngập lụt.

6.2. Chia sẻ dữ liệu và hợp tác giữa các bên liên quan

Để xây dựng bản đồ ngập lụt hiệu quả, cần có sự chia sẻ dữ liệu và hợp tác chặt chẽ giữa các bên liên quan, bao gồm cơ quan quản lý nhà nước, nhà khoa học, chuyên gia và cộng đồng. Việc chia sẻ dữ liệu và hợp tác sẽ giúp nâng cao chất lượng và tính ứng dụng của bản đồ ngập lụt, hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, với tổn thất kinh tế hàng năm ước tính từ 2% đến 6% GDP do thiên tai gây ra. Khoảng 70% dân số phải đối mặt với rủi ro ngập lụt, đặc biệt tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) – nơi sinh sống của khoảng 20% dân số cả nước. Thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang, nằm trong vùng trũng của ĐBSCL, có địa hình thấp và bằng phẳng với cao độ mặt đất trung bình từ 1 đến 2,5 mét, thường xuyên chịu tác động của mưa lớn, lũ thượng nguồn và triều cường. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, đặc biệt là tháng 9 và 10, thường xuất hiện các trận mưa cường suất lớn kết hợp với đỉnh lũ và triều cường, gây ngập úng cục bộ tại nội ô thành phố.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình thủy văn đô thị 2 chiều MIKE URBAN để xây dựng bản đồ ngập lụt cho thành phố Long Xuyên theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau, nhằm hỗ trợ công tác quản lý và phòng chống ngập lụt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng rõ nét. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào địa bàn thành phố Long Xuyên với diện tích 115,36 km², dân số khoảng 286.683 người, mật độ dân số 2.485 người/km², sử dụng dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trong khu vực và kịch bản biến đổi khí hậu do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2020.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp công cụ dự báo, cảnh báo và lập kế hoạch phát triển bền vững cho thành phố Long Xuyên, góp phần giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra, đồng thời nâng cao nhận thức và năng lực ứng phó với biến đổi khí hậu tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn sử dụng mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN, một phần mềm tiêu chuẩn công nghiệp kết hợp kỹ thuật mô phỏng thủy văn và thủy lực với công nghệ GIS của ESRI. Mô hình bao gồm ba thành phần chính:

• Mô hình thủy văn (Catchment Hydrology model): Mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy trên lưu vực dựa trên các phương trình thủy văn, sử dụng các phương pháp như Model A (thời gian – diện tích), Model B (hồ chứa phi tuyến tính) và Model C (hồ chứa tuyến tính). Các khái niệm chính bao gồm lượng mưa hiệu quả, tổn thất do thấm, bốc hơi, và dòng chảy bề mặt.

• Mô hình hệ thống thoát nước 1 chiều: Sử dụng phương trình Saint-Venant để mô phỏng dòng chảy trong mạng lưới đường ống thoát nước, bao gồm các thiết bị như máy bơm, cửa van, đập tràn. Mô hình này xử lý dòng chảy có áp và tự do, biên sử dụng là dòng chảy lưu vực và mực nước tại cửa ra.

• Mô hình kết hợp 1D-2D: Kết hợp mô hình 1 chiều cho hệ thống thoát nước với mô hình 2 chiều mô phỏng dòng chảy bề mặt, cho phép mô phỏng chính xác địa hình đô thị, các công trình kiến trúc và tính toán thủy động lực học dòng chảy đa hướng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: mô hình số độ cao (DEM), lưu vực tập trung nước (Catchment), điểm tập trung nước (Nodes), đường ống thoát nước (Links), và kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5, RCP8.5.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu thực địa kết hợp mô hình hóa thủy văn và thủy lực. Cỡ mẫu bao gồm dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm Long Xuyên và Cái Sao, số liệu địa hình DEM, hệ thống thoát nước hiện trạng, và các trận ngập lịch sử. Phương pháp chọn mẫu dựa trên dữ liệu quan trắc liên tục và đại diện cho khu vực nghiên cứu.

Phân tích số liệu bao gồm thống kê lượng mưa thiết kế, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên các trận mưa thực tế trong giai đoạn 2020-2022. Mô hình MIKE URBAN được thiết lập với các thông số kỹ thuật của hệ thống thoát nước, mạng lưới kênh rạch, và địa hình chi tiết. Các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng dựa trên kịch bản của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2020, gồm kịch bản nền, kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho giai đoạn giữa thế kỷ (2046-2065).

Phương pháp viễn thám và GIS được áp dụng để xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel, xây dựng bản đồ ngập lụt và phân tích không gian. Khảo sát thực địa được tiến hành để xác định cao độ hệ thống thoát nước, kiểm tra các điểm ngập và thu thập thông tin vận hành hệ thống.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2020 đến 2022, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định và xây dựng bản đồ ngập lụt theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Mô hình MIKE URBAN được hiệu chỉnh và kiểm định với các trận mưa ngày 28/9/2022, 21/10/2021 và 6/11/2021 cho thấy độ sâu ngập tính toán tương quan chặt chẽ với số liệu thực đo, với sai số trung bình dưới 10%. Các chỉ số thống kê như hệ số Nash-Sutcliffe đều đạt giá trị trên 0,8, chứng tỏ mô hình có độ tin cậy cao.

2. Bản đồ ngập lụt theo kịch bản biến đổi khí hậu: Kịch bản nền cho thấy diện tích ngập lớn nhất vào tháng 10/2021 với độ sâu ngập trung bình từ 0,2 đến 0,5 m tại các phường Mỹ Phước, Mỹ Xuyên và Mỹ Bình. Kịch bản RCP4.5 dự báo diện tích ngập tăng khoảng 15% so với kịch bản nền, trong khi kịch bản RCP8.5 dự báo tăng khoảng 30%, với độ sâu ngập có thể vượt 1 m tại các điểm ngập nặng.

3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Lượng mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu tăng từ 10% đến 25% tùy theo kịch bản, kết hợp với nước biển dâng từ 20 đến 40 cm làm giảm khả năng tiêu thoát nước, gây ngập lụt kéo dài và sâu hơn. Mực nước đỉnh lũ tại Long Xuyên theo kịch bản RCP8.5 có thể tăng thêm 0,3 m so với hiện trạng.

4. Nguyên nhân ngập úng: Ngoài yếu tố khí tượng thủy văn, nguyên nhân chính là do hệ thống thoát nước chưa đồng bộ, nhiều tuyến cống có kích thước nhỏ, độ sâu chôn cống không đồng đều, cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh làm tăng diện tích bề mặt không thấm nước. Rác thải sinh hoạt và các hoạt động dân sinh cũng làm tắc nghẽn hệ thống thoát nước.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình cho thấy sự gia tăng rõ rệt diện tích và độ sâu ngập lụt trong các kịch bản biến đổi khí hậu, phù hợp với xu hướng biến đổi khí hậu toàn cầu và các nghiên cứu trong khu vực ĐBSCL. Việc sử dụng mô hình thủy văn đô thị 2 chiều MIKE URBAN kết hợp dữ liệu thực địa và viễn thám giúp mô phỏng chính xác quá trình ngập lụt, thể hiện qua các biểu đồ tương quan độ sâu ngập thực đo và tính toán.

So sánh với các nghiên cứu tại Hà Nội và thành phố Hà Tĩnh, nguyên nhân ngập lụt tại Long Xuyên cũng tương tự, tập trung vào yếu tố hạ tầng thoát nước chưa đồng bộ và tác động của biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, đặc thù địa hình thấp và ảnh hưởng thủy triều tại Long Xuyên làm cho tình trạng ngập lụt có tính chất phức tạp hơn, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật và quản lý phù hợp.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp bản đồ ngập lụt chi tiết theo các kịch bản biến đổi khí hậu, làm cơ sở khoa học cho việc quy hoạch, nâng cấp hệ thống thoát nước và xây dựng các chính sách ứng phó hiệu quả, góp phần giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội do ngập lụt gây ra.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp hệ thống thoát nước: Tăng kích thước và đồng bộ hóa các tuyến cống thoát nước, đặc biệt tại các điểm ngập nặng như phường Mỹ Phước, Mỹ Xuyên và Mỹ Bình. Thời gian thực hiện trong vòng 3-5 năm, do Sở Xây dựng và UBND thành phố chủ trì.

2. Xây dựng trạm bơm và hệ thống van ngăn triều: Lắp đặt các trạm bơm tại các vị trí trọng yếu để tăng khả năng tiêu thoát nước trong mùa mưa và triều cường, đồng thời lắp đặt hệ thống van ngăn triều tại cửa xả để ngăn nước biển dâng tràn vào hệ thống thoát nước. Thời gian thực hiện 2-4 năm, phối hợp giữa ngành thủy lợi và địa phương.

3. Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám: Triển khai hệ thống giám sát ngập lụt thời gian thực dựa trên công nghệ GIS và dữ liệu vệ tinh để cảnh báo sớm và quản lý ngập lụt hiệu quả. Chủ thể thực hiện là Trung tâm Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ, trong vòng 1-2 năm.

4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình giáo dục, tuyên truyền về tác động của biến đổi khí hậu và cách phòng chống ngập lụt, đồng thời vận động người dân không xả rác bừa bãi làm tắc nghẽn hệ thống thoát nước. Thời gian liên tục, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

5. Quy hoạch sử dụng đất hợp lý: Hạn chế phát triển đô thị trên các vùng trũng thấp, ưu tiên phát triển các khu vực có cao độ mặt đất cao hơn, đồng thời phát triển các công trình xanh như hồ điều hòa, công viên thấm nước để giảm áp lực thoát nước. Chủ thể là Sở Quy hoạch – Kiến trúc và UBND thành phố, thực hiện trong 5-10 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý đô thị và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch nâng cấp hệ thống thoát nước, xây dựng chính sách ứng phó biến đổi khí hậu và phòng chống ngập lụt hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực thủy văn, biến đổi khí hậu: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy văn đô thị 2 chiều kết hợp GIS, viễn thám và dữ liệu thực địa để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

3. Các nhà quy hoạch và kỹ sư xây dựng: Áp dụng bản đồ ngập lụt và các kịch bản biến đổi khí hậu trong thiết kế hạ tầng kỹ thuật, quy hoạch đô thị bền vững, giảm thiểu rủi ro ngập úng.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu và vai trò của cộng đồng trong việc bảo vệ môi trường, duy trì hệ thống thoát nước sạch sẽ, góp phần giảm thiểu ngập lụt.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình MIKE URBAN có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
   MIKE URBAN kết hợp mô hình thủy văn và thủy lực 1D-2D, cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy trong hệ thống thoát nước và trên bề mặt đô thị, đồng thời tích hợp GIS giúp phân tích không gian hiệu quả.

2. Các kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5 khác nhau như thế nào?
   RCP4.5 là kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp, trong khi RCP8.5 là kịch bản cao, phản ánh mức phát thải khí nhà kính cao hơn, dẫn đến tác động biến đổi khí hậu nghiêm trọng hơn.

3. Tại sao cần kết hợp mô hình 1D và 2D trong mô phỏng ngập lụt đô thị?
   Mô hình 1D mô phỏng dòng chảy trong hệ thống cống, còn mô hình 2D mô phỏng dòng chảy tràn trên bề mặt, kết hợp giúp mô phỏng toàn diện quá trình ngập lụt trong đô thị phức tạp.

4. Làm thế nào để dữ liệu viễn thám hỗ trợ nghiên cứu ngập lụt?
   Dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin diện tích ngập, độ sâu và thời gian ngập lụt qua ảnh vệ tinh, giúp hiệu chỉnh mô hình và xây dựng bản đồ ngập lụt chính xác.

5. Giải pháp nào ưu tiên để giảm thiểu ngập lụt tại Long Xuyên?
   Ưu tiên nâng cấp hệ thống thoát nước, xây dựng trạm bơm và van ngăn triều, kết hợp với quản lý sử dụng đất và nâng cao nhận thức cộng đồng để giảm thiểu ngập lụt hiệu quả.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng mô hình thủy văn đô thị 2 chiều MIKE URBAN để xây dựng bản đồ ngập lụt cho thành phố Long Xuyên theo các kịch bản biến đổi khí hậu.
• Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với độ chính xác cao, phản ánh đúng thực trạng ngập lụt và dự báo được xu hướng gia tăng ngập lụt trong tương lai.
• Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa và mực nước đỉnh lũ, gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước hiện tại, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ.
• Đề xuất các giải pháp nâng cấp hạ tầng, ứng dụng công nghệ GIS, tuyên truyền cộng đồng và quy hoạch sử dụng đất nhằm giảm thiểu rủi ro ngập lụt.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho các nhà quản lý, kỹ sư và cộng đồng trong công tác phòng chống ngập lụt và thích ứng với biến đổi khí hậu tại Long Xuyên.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu áp dụng mô hình cho các khu vực khác trong ĐBSCL để nâng cao hiệu quả quản lý ngập lụt toàn vùng. Đề nghị các cơ quan liên quan phối hợp thực hiện và cập nhật dữ liệu thường xuyên để nâng cao độ chính xác mô hình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm tự nhiên – kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 1. Vị trí địa lý Thành phố Long Xuyên nằm ở khu vực phía bắc của Đồng bằng sông Cửu Long, bên bờ phải sông Hậu, cách biên giới với Campuchia 60 km. Thành phố Long Xuyên là tỉnh lỵ của tỉnh An Giang, nằm ở đầu nguồn sông Cửu Long.

Long Xuyên là đô thị loại hai và là thành phố lớn thứ hai trong vùng (sau Cần Thơ). Thành phố sớm trở thành đô thị loại I vào năm 2020. Ranh giới thành phố Long Xuyên được giới hạn như sau: - Phía Bắc giáp huyện Châu Thành - Phía Nam giáp TP. Cần Thơ - Phía Đông giáp sông Hậu và huyện Chợ Mới - Phía Tây giáp huyện Thoại Sơn [5].1: Bản đồ hành chính thành phố Long Xuyên tỉnh An Giang 4 Thành phố Long Xuyên có diện tích là 115,36km2 với dân số 286.683 người, mật độ dân số 2.485 người/km2.

Có 13 đơn vị hành chính gồm 11 phường và 2 xã: Mỹ Bình, Mỹ Long, Đông Xuyên, Mỹ Xuyên, Bình Đức, Bình Khánh, Mỹ Phước, Mỹ Quý, Mỹ Thới, Mỹ Thạnh, Mỹ Hòa và 2 xã: Mỹ Khánh, Mỹ Hòa Hưng. Đặc điểm địa hình Đồng bằng phù sa ở An Giang là một bộ phận của ĐBSCL, có nguồn gốc trầm tích lâu dài của phù sa sông Mekong, do môi trường và điều kiện trầm tích khác nhau mà hình thành nên các cánh đồng lũ hở, lũ kín, cồn bãi, gò, gờ, đê sông, đầm lầy,. rất phức tạp. Địa hình thành phố Long Xuyên tương đối bằng phẳng nhưng cao độ mặt đất tương đối thấp: cao độ mặt đất trung bình từ 1 - 2,5m.

Khu vực có cao độ mặt đất từ 2 - 3 m là khu vực nội ô gồm 2 phường Mỹ Long, Mỹ Bình và ven trục quốc lộ 91. Khu vực có cao độ mặt đất từ 1,5 - 2,5m phần lớn là ven các sông rạch chính như sông Hậu, rạch Long Xuyên và ven các trục lộ [12]. Khu vực thành phố Long Xuyên nằm bên phía hữu ngạn sông Hậu với địa hình khá thấp và tương đối bằng phẳng, cấp có độ cao từ 3.00m trở lên nằm ở ven Sông Hậu và thấp dần vào trong nội đồng và cấp có độ cao dưới l. Hình dạng, đồng bằng phù sa ở An Giang có 3 dạng chính và 01 dạng phụ.

Dạng hơi nghiêng tập trung ở phía hữu ngạn sông Hậu thuộc vùng trũng TGLX, thấp dần từ bờ sông Hậu vào trong nội đồng cho đến tận ranh giới với tỉnh Kiên Giang. Dạng gợn sóng là một dạng phụ nằm trong khu vực dạng lòng chảo, được hình thành do sự kết nối đan xen các bãi bồi ven các sông và các rạch tự nhiên đã bị phù sa sông bồi lấp. Cao độ địa hình hiện trạng của thành phố Long Xuyên với Quốc lộ 91 là trục phát triển chính của thành phố (theo hướng Tây Bắc - Đông Nam): 5 - Khu vực phường Bình Đức: cao độ nền đã xây dựng từ +2.90m, khu vực chưa xây dựng cao độ từ +1. - Khu vực phường Bình Khánh: cao độ nền từ +2.

- Khu vực các phường Mỹ Bình, Mỹ Long, Mỹ Xuyên cao độ nền từ +2.20m - Khu vực các phường Mỹ Quý, Mỹ Thới, Mỹ Thạnh cao độ nền từ +2.2: Bản đồ địa hình thành phố Long Xuyên [12] 6 1. Đặc điểm địa chất Cấu tạo địa tầng ở khu vực thành phố Long Xuyên nói riêng và tỉnh An Giang nói chung có nguồn gốc trầm tích biển, cột địa tầng được phân bố thành các phần chính như sau: Tầng có đất đỏ hoặc xám trên cùng hình thành trong điều kiện trầm tích của sông Cửu Long, tầng đất xuất hiện tại những nơi có thế đất cao. Tiếp theo tầng đất đỏ là tầng đất sét lam có bề dày đều đặn trung bình từ 1,8 đến 2,3m nằm trong khoảng trung bình từ +0,5 đến +2,0. Nhóm tinh thể thạch cao Sennite, các lớp mùn, bã thực vật như rong, tảo, bần được xen kẽ chứng tỏ tầng sét lam được hình thành trong điều kiện biển ẩm chứa nhiều gốc Sunfat, đây là yếu tố chủ yếu làm chua hoá chất.

Đặc tính của tầng sét lam là ngăn thấm rất tốt. Đất dưới tầng sét lam là bùn có phạm vi cỡ hạt rất rộng từ sỏi, cát đến hạt bột và sét. Đặc tính của chúng là ở dạng bùn có tính chất phân ly trong nước rõ rệt. Đây là tầng đất mềm yếu, thấm nước mạnh có chiều dày biến đổi từ vài mét đến vài chục mét [12].

Đặc điểm khí hậu Thành phố Long Xuyên nằm trong vùng có khí hậu nhiệt đới gió mùa với 2 mùa phân biệt khá rõ rệt là mùa khô từ tháng XII đến tháng IV năm sau, có gió thịnh hành là gió Đông Bắc, và mùa mưa từ tháng V đến tháng XI có gió thịnh hành là gió mùa Tây Nam. Tại thành phố Long Xuyên có các trạm đo mưa và trong tỉnh An Giang có trạm quan trắc khí tại thành phố Châu Đốc trạm quan trắc đầy đủ 06 yếu tố khí tượng bao gồm mưa, độ ẩm, nhiệt độ, nắng, gió, bốc hơi. a) Nhiệt độ Tỉnh An Giang nằm ở vị trí có vĩ độ thấp, chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa, điều kiện bức xạ mặt trời quanh năm dồi dào, ít chịu ảnh hưởng của khối không khí lạnh cực đới phía Bắc mà chủ yếu bị chi phối của các khối không khí nóng ẩm phía Đông và Nam nên nhiệt độ trung bình hàng năm cao (27,40C) và thay đổi từ 25,9 - 28,70C.1: Nhiệt độ trung bình tháng ở An Giang (1978-2019) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Trạm Châu Đốc 25.1 Do tính bất ổn định của khí hậu nên riêng biệt từng năm cụ thể có sự dịch chuyển tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất và thấp nhất trong năm. Trung bình từ 80-90% số năm có nhiệt độ trung bình cao nhất xảy ra vào tháng IV và khoảng 10- 20% xảy ra vào tháng V.

b) Độ ẩm Độ ẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng điều thấy rõ nét nhất là có quan hệ đồng biến với mưa, nghĩa là lượng mưa lớn thì độ ẩm lớn và ngược lại, nhưng lại nghịch biến với nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì độ ẩm càng giảm. Độ ẩm tương đối trung bình hàng năm thay đổi từ 77% đến 84%. Trong năm, các tháng mùa mưa từ tháng VII, VIII và IX độ ẩm trung bình đạt giá trị cao nhất (87÷89%). Tháng II và III độ ẩm trung bình đạt giá trị thấp nhất 71÷83%.2: Độ ẩm trung bình tháng (%) ở An Giang (1978-2019) Trạm Bình I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng quân Châu Đốc 79 80 78 77 80 83 82 81 84 83 80 78 80 c) Bốc hơi Lượng bốc hơi nước tại Long Xuyên cũng chịu ảnh hưởng theo mùa.

Mùa khô lượng bốc hơi rất lớn thường chiếm 2/3 lượng bốc hơi cả năm, mà cao nhất là vào tháng 3 (hơn 160 mm) lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng 9 và tháng 10 là các tháng chín vụ mùa mưa và độ ẩm lớn (khoảng 80 mm). Lượng bốc hơi trung bình cả năm tại Long Xuyên khoảng 1226 mm. Mặc dù có lượng bốc hơi nước và có mùa khô kéo dài nhưng khí hậu Long Xuyên vẫn thuộc loại ẩm.3: Lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) ở An Giang (1978-2019) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng Tháng Châu 103.6 Đốc d) Số giờ nắng Khu vực Long Xuyên có số giờ nắng trung bình khá cao, bình quân cả năm 6,7 giờ/ngày. Tháng I đên tháng IV, số giờ nắng cao nhất (trung bình 7,4 - 8,2 giờ/ngày, trong trong đó cao nhất là tháng II “8,2 giờ/ngày”).

Tháng VIII, IX có số giờ nắng thấp nhất “5,5 giờ/ngày”. Từ tháng VI trở đi số giờ nắng giảm nhanh đến tháng IX và đạt giá trị cực tiểu 164 giờ vào tháng IX và sau đó lại tăng từ tháng XI và đạt đỉnh vào tháng III năm sau [5]. e) Chế độ gió Trong năm có hai mùa gió: gió mùa Đông bắc thịnh hành từ tháng XI đến tháng IV và gió mùa Tây nam thịnh hành từ tháng V đến tháng X. Gió mùa Đông bắc với thành phần chính là gió hướng Đông chiếm 50-70% số lần xuất hiện trong tháng, tốc độ gió trung bình tháng lớn nhất là 2,4 m/s (tháng VIII).

Gió mùa Tây Nam với thành phần chính là gió hướng Tây, chiếm từ 40-50% số lần xuất hiện trong tháng, tốc độ gió trung bình tháng lớn nhất 1,8 m/s. Thành phố Long Xuyên hầu như rất ít bị ảnh hưởng trực tiếp bởi bão xuất phát từ biển Đông, tuy nhiên hàng năm cũng thường xuất hiện những cơn lốc, gió xoáy có sức gió khá mạnh gây thiệt hại nhà cửa và hoa màu [12].  Đặc điểm mưa năm, mưa tháng Chế độ mưa tại Long Xuyên ảnh hưởng theo 2 mùa gió, sự biến động của mưa tương đối phức tạp nhưng mức độ biến động không lớn. Lượng mưa chủ yếu 9 tập trung vào mùa mưa từ tháng V đến XI chiếm 90% lượng mưa cả năm.

Lượng mưa trung bình cả năm tại Long Xuyên từ 1.700mm, trong đó mùa mưa chiếm từ 1.550mm và tập trung nhiều nhất vào tháng X với lượng mưa bình quân là 281,6mm. Lượng mưa hàng năm tại Long Xuyên không lớn với cường độ mưa trung bình một ngày là 3,4 mm, tuy nhiên lượng mưa ngày lớn nhất lại lớn. Lượng mưa trung bình tăng dần từ tháng V và trung bình 14 ngày có mưa, đạt giá trị lớn nhất vào tháng X. Sang tháng XI nhìn chung lượng mưa trung bình giảm nhiều, chỉ còn khoảng bằng 2/3 lượng mưa tháng X (150 mm) với số ngày mưa trung bình 12 ngày/tháng.

 Đặc điểm lượng mưa nhóm ngày Phân tích tài liệu mưa ngày trạm Long Xuyên cho thấy khả năng xảy ra lượng mưa nhóm ngày max ứng với các cấp cho thấy: - Tháng IX và X khả năng xảy ra lượng mưa ngày trên 50 mm đạt giá trị cao nhất (>50%) các tháng còn lại trên 15%. - Lượng mưa 1 ngày max khá ổn định trong tháng IX và X, do vậy lượng mưa bình quân 1 ngày max tháng IX và X đạt mức lớn nhất (51.5 mm), các tháng còn lại, lượng mưa bình quân 1 ngày max chỉ từ 39. - Tháng IX và X, có khoảng 60-70% lượng mưa 5 ngày max bao gồm lượng mưa 3 ngày max và 1 ngày max (lượng mưa 3 ngày max luôn bao gồm lượng mưa 1 ngày max). Các tháng còn lại, khả năng bao trùm lượng mưa 5 ngày max trong 3 ngày max đều không quá 50% số năm quan trắc.4: Lượng mưa trung bình tháng (mm) trạm Long Xuyên (1978-2019) Năm/ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng tháng 1978 0.