Tổng quan nghiên cứu

Lũ lụt là một trong những thiên tai nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và phát triển kinh tế - xã hội của nhiều vùng đô thị ven sông, đặc biệt là tại thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế. Theo ước tính, hàng năm, các trận lũ tại Huế gây thiệt hại lớn về người và tài sản, làm gián đoạn hoạt động sản xuất và sinh hoạt của người dân. Thành phố Huế nằm ở hạ lưu sông Hương, với địa hình thấp và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của biến đổi khí hậu, đặc biệt là sự gia tăng mực nước biển và biến động lượng mưa. Mùa lũ tại đây thường kéo dài khoảng 4 tháng (từ tháng 9 đến tháng 12), chiếm 70-75% tổng lượng nước năm, trong đó tháng 11 là tháng có lượng lũ lớn nhất, chiếm 30-35% tổng lượng nước lũ hàng năm.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm mô phỏng dòng chảy lũ tại thành phố Huế bằng mô hình thủy động lực 2 chiều MIKE 21 FM, xây dựng cấu trúc phân cấp thông qua phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để xác định và định lượng các tham số ảnh hưởng đến nguy cơ lũ, đồng thời sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để lập bản đồ các thành phần lũ và tích hợp các phương pháp trên nhằm tạo bản đồ chỉ số nguy cơ lũ cho lưu vực sông Hương. Nghiên cứu cũng xem xét các kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2030, bao gồm các kịch bản phát thải thấp, trung bình và cao, để đánh giá sự thay đổi nguy cơ lũ trong tương lai.

Phạm vi nghiên cứu tập trung tại thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế, với dữ liệu thu thập từ các cơ quan chuyên ngành và các sự kiện lũ lịch sử. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ công tác quản lý rủi ro lũ, lập kế hoạch phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do lũ gây ra, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà hoạch định chính sách và cộng đồng địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên ba lý thuyết và mô hình chính:

  1. Mô hình thủy động lực 2 chiều MIKE 21 FM: Đây là mô hình mô phỏng dòng chảy thủy lực hai chiều, sử dụng lưới tam giác không cấu trúc, cho phép mô phỏng chi tiết sự biến đổi mực nước, vận tốc dòng chảy và quá trình ngập lụt trong lưu vực sông. Mô hình được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) và đã được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu thủy văn và quản lý lũ lụt.

  2. Phương pháp Phân tích Thứ bậc (AHP): AHP là phương pháp ra quyết định đa tiêu chí, giúp xác định trọng số tương đối của các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ lũ thông qua so sánh cặp đôi. Phương pháp này cho phép chuyển đổi các đánh giá định tính thành giá trị định lượng, đồng thời kiểm tra tính nhất quán của các đánh giá.

  3. Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS): GIS được sử dụng để quản lý, phân tích và trực quan hóa dữ liệu không gian liên quan đến địa hình, mực nước, vận tốc dòng chảy và thời gian ngập lụt. GIS hỗ trợ việc xây dựng bản đồ nguy cơ lũ chi tiết và chính xác.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: độ sâu lũ, vận tốc dòng chảy lũ, thời gian ngập lụt, chỉ số nguy cơ lũ (Flood Hazard Index - FHI), và các kịch bản biến đổi khí hậu (B1, B2, A1).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thủy văn, địa hình, khí tượng và xã hội - kinh tế được thu thập từ Viện Thủy văn và Môi trường, Viện Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, các báo cáo thống kê địa phương và các nghiên cứu trước đây. Dữ liệu lịch sử về các trận lũ lớn năm 1983 và 1999 được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

  • Phương pháp phân tích: Mô hình MIKE 21 FM được sử dụng để mô phỏng quá trình dòng chảy và ngập lụt trong lưu vực sông Hương. Quá trình hiệu chỉnh mô hình dựa trên phương pháp thử và sai, sử dụng dữ liệu mực nước quan trắc tại các trạm thủy văn. Phân tích AHP được áp dụng để xác định trọng số của các thành phần nguy cơ lũ (độ sâu, vận tốc, thời gian ngập) dựa trên ý kiến chuyên gia và khảo sát thực địa. GIS được dùng để xây dựng bản đồ các thành phần lũ và bản đồ chỉ số nguy cơ lũ.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu và phân tích từ năm 2014 đến 2016; mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình trong năm 2015; xây dựng bản đồ và phân tích chỉ số nguy cơ lũ trong năm 2016; đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn cuối năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy động lực: Mô hình MIKE 21 FM được hiệu chỉnh với sự kiện lũ năm 1983 và kiểm định với sự kiện lũ năm 1999 cho kết quả phù hợp với dữ liệu quan trắc, sai số đỉnh mực nước dưới 5%, hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe đạt trên 0.8, đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

  2. Bản đồ thành phần lũ: Bản đồ độ sâu lũ, vận tốc dòng chảy và thời gian ngập lụt được xây dựng cho lưu vực sông Hương tại thành phố Huế. Khu vực có độ sâu lũ trên 2m chiếm khoảng 30% diện tích thành phố, vận tốc dòng chảy lớn hơn 1.5 m/s tập trung tại các vùng hạ lưu và khu vực cửa sông, thời gian ngập lụt kéo dài từ 4 đến 9 ngày tại các vùng trũng thấp.

  3. Chỉ số nguy cơ lũ (FHI): Qua phân tích AHP, trọng số các thành phần nguy cơ được xác định lần lượt là độ sâu lũ (0.5), thời gian ngập (0.3) và vận tốc dòng chảy (0.2). Bản đồ FHI cho thấy vùng nguy cơ cao chiếm 45.3% diện tích nghiên cứu trong kịch bản phát thải cao (A1), tăng đáng kể so với kịch bản phát thải thấp (B1) với 25% diện tích. Vùng nguy cơ trung bình và thấp chiếm lần lượt 19% và phần còn lại.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2030, mực nước biển dâng và lượng mưa tăng làm mở rộng diện tích vùng nguy cơ lũ cao, đặc biệt trong kịch bản phát thải cao. Mức độ sâu lũ, vận tốc và thời gian ngập đều có xu hướng tăng, làm gia tăng nguy cơ thiệt hại về người và tài sản.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình thủy động lực 2D MIKE 21 FM cho thấy khả năng mô phỏng chính xác quá trình dòng chảy và ngập lụt tại lưu vực sông Hương, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về lũ lụt tại khu vực miền Trung Việt Nam. Việc kết hợp AHP và GIS giúp định lượng và trực quan hóa các yếu tố nguy cơ lũ một cách toàn diện hơn so với chỉ sử dụng độ sâu lũ truyền thống. So sánh với các nghiên cứu tại các lưu vực sông khác trong khu vực Đông Nam Á, trọng số các thành phần nguy cơ tương đồng, khẳng định tính khách quan của phương pháp.

Việc mở rộng vùng nguy cơ lũ trong các kịch bản biến đổi khí hậu phản ánh rõ tác động tiêu cực của hiện tượng này đến an toàn đô thị và phát triển bền vững. Bản đồ chỉ số nguy cơ lũ có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố diện tích theo mức độ nguy cơ, bảng so sánh các chỉ số lũ giữa các kịch bản, giúp các nhà quản lý dễ dàng đánh giá và ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường hệ thống cảnh báo sớm lũ: Xây dựng và vận hành hệ thống cảnh báo dựa trên mô hình thủy động lực và dữ liệu thời gian thực, nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban chỉ huy Phòng chống thiên tai tỉnh.

  2. Quy hoạch đô thị thích ứng với nguy cơ lũ: Áp dụng bản đồ chỉ số nguy cơ lũ trong quy hoạch phát triển đô thị, hạn chế xây dựng tại các vùng nguy cơ cao, ưu tiên phát triển các khu vực an toàn. Thời gian thực hiện: 3-5 năm; chủ thể: UBND thành phố Huế, Sở Xây dựng.

  3. Phát triển các giải pháp phi cấu trúc: Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống lũ, xây dựng kế hoạch ứng phó khẩn cấp, đào tạo kỹ năng sơ tán và cứu trợ. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: Ban chỉ huy Phòng chống thiên tai, các tổ chức xã hội.

  4. Nâng cấp và bảo trì hệ thống thoát lũ: Cải tạo kênh rạch, nâng cao năng lực thoát nước đô thị, kết hợp với các công trình kiểm soát mực nước biển dâng. Thời gian thực hiện: 5 năm; chủ thể: Sở Giao thông Vận tải, Sở Xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý và hoạch định chính sách: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chính sách phòng chống và quản lý rủi ro lũ hiệu quả, phù hợp với điều kiện địa phương và biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực thủy văn, môi trường và biến đổi khí hậu: Tham khảo phương pháp tích hợp mô hình thủy động lực, AHP và GIS trong đánh giá nguy cơ lũ, áp dụng cho các lưu vực sông khác.

  3. Cơ quan phòng chống thiên tai và cứu hộ cứu nạn: Áp dụng bản đồ nguy cơ lũ và các kịch bản biến đổi khí hậu để xây dựng kế hoạch ứng phó, giảm thiểu thiệt hại trong các sự kiện lũ.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội tại vùng lũ: Nâng cao nhận thức về nguy cơ lũ, tham gia vào các hoạt động phòng chống và ứng phó thiên tai dựa trên thông tin khoa học và bản đồ nguy cơ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình MIKE 21 FM có ưu điểm gì so với các mô hình thủy văn khác?
    Mô hình MIKE 21 FM sử dụng lưới tam giác không cấu trúc, cho phép mô phỏng chi tiết biến động dòng chảy hai chiều, phù hợp với địa hình phức tạp và các vùng đô thị ven sông. Ví dụ, mô hình này đã được hiệu chỉnh thành công với dữ liệu lũ năm 1983 và 1999 tại sông Hương.

  2. Phương pháp AHP giúp gì trong việc đánh giá nguy cơ lũ?
    AHP giúp xác định trọng số tương đối của các yếu tố nguy cơ lũ như độ sâu, vận tốc và thời gian ngập, từ đó xây dựng chỉ số nguy cơ lũ tổng hợp. Phương pháp này đảm bảo tính khách quan và có thể kiểm tra tính nhất quán của các đánh giá.

  3. Tại sao cần kết hợp GIS trong nghiên cứu này?
    GIS hỗ trợ quản lý và phân tích dữ liệu không gian, giúp trực quan hóa các bản đồ thành phần lũ và chỉ số nguy cơ lũ, từ đó hỗ trợ ra quyết định và truyền thông hiệu quả đến cộng đồng.

  4. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến nguy cơ lũ tại Huế?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, lượng mưa và mực nước biển, dẫn đến gia tăng tần suất và cường độ lũ, mở rộng diện tích vùng nguy cơ cao, đặc biệt trong các kịch bản phát thải cao như A1.

  5. Các giải pháp phi cấu trúc có vai trò gì trong quản lý rủi ro lũ?
    Giải pháp phi cấu trúc như nâng cao nhận thức cộng đồng, xây dựng kế hoạch ứng phó và đào tạo kỹ năng giúp giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản, đồng thời tăng cường khả năng thích ứng của cộng đồng với thiên tai.

Kết luận

  • Mô hình thủy động lực 2D MIKE 21 FM được hiệu chỉnh và kiểm định thành công, cho phép mô phỏng chính xác quá trình lũ tại lưu vực sông Hương.
  • Phương pháp AHP kết hợp GIS giúp xác định và trực quan hóa chỉ số nguy cơ lũ dựa trên ba thành phần chính: độ sâu, vận tốc và thời gian ngập lụt.
  • Kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2030 dự báo sự gia tăng đáng kể diện tích vùng nguy cơ lũ cao tại thành phố Huế.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý rủi ro lũ, quy hoạch đô thị và xây dựng các giải pháp phòng chống thiên tai hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai hệ thống cảnh báo sớm, hoàn thiện bản đồ nguy cơ lũ chi tiết và tăng cường công tác tuyên truyền, đào tạo cộng đồng.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ thành phố Huế trước nguy cơ lũ lụt ngày càng gia tăng!