Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) nằm trong lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, với gần 60% diện tích là vùng đất thấp, địa hình phức tạp cùng mạng lưới sông ngòi chằng chịt. TP.HCM chịu tác động kép từ lũ thượng nguồn sông Đồng Nai, Sài Gòn và thủy triều biển Đông, dẫn đến tình trạng ngập lụt thường xuyên. Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 2.000 mm, trong đó 80% tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu dự kiến tăng 33 cm vào năm 2050 và 100 cm vào năm 2100, làm gia tăng nguy cơ ngập lụt. Theo quy hoạch thủy lợi 1547 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, việc chuyển nước lũ sông Sài Gòn qua rạch Tra có thể gây ngập úng lớn, không phù hợp với tiêu chí kiểm soát triều và chống ngập.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của giải pháp xây dựng hồ điều hòa tại khu vực Bến Mương - Láng The - Kênh Địa Phận nhằm phân lũ và trữ lũ trên sông Sài Gòn, giảm ngập cho hạ lưu TP.HCM. Nghiên cứu sử dụng mô hình thủy lực Mike 11 để mô phỏng dòng chảy và các kịch bản xả lũ hồ Dầu Tiếng với tần suất 10%, đồng thời xét đến tác động của mực nước biển dâng và các công trình kiểm soát triều. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai, đặc biệt khu vực vùng trũng thuộc lưu vực cống Rạch Tra với diện tích gần 5.000 ha đất thấp trũng, ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất và sinh hoạt của người dân.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp cơ sở đánh giá diễn biến lũ dưới tác động biến đổi khí hậu và hiệu quả của hồ điều hòa trong việc giảm ngập. Về thực tiễn, kết quả nghiên cứu góp phần làm cơ sở cho các đề án phòng chống lũ lụt và phát triển hệ thống hồ điều hòa tại TP.HCM trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy lực hiện đại, trong đó:

  • Hệ phương trình Saint Venant: Là cơ sở toán học cho mô hình thủy lực một chiều, bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng, mô tả sự biến đổi lưu lượng và mực nước theo không gian và thời gian trên dòng sông.

  • Mô hình Mike 11: Phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển, ứng dụng rộng rãi trong mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát trên sông, kênh và hệ thống hồ chứa. Mike 11 sử dụng thuật toán sai phân ẩn 6 điểm (Abbott – Ionescu) để giải hệ phương trình Saint Venant, đảm bảo tính ổn định và chính xác trong mô phỏng.

  • Khái niệm hồ điều hòa và phân lũ: Hồ điều hòa được thiết kế để trữ nước lũ trong mùa mưa, làm chậm dòng chảy và giảm đỉnh lũ xuống hạ lưu. Phân lũ là phương pháp điều phối dòng chảy qua các kênh rạch nhằm giảm áp lực lũ trên sông chính.

Các khái niệm chính bao gồm: mực nước lũ, lưu lượng dòng chảy, trữ lượng hồ chứa, tác động của thủy triều và biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm đo mưa, mực nước và lưu lượng trên lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, bao gồm các trạm Thủ Dầu Một, Phú An, Nhà Bè, Bến Lức. Dữ liệu mưa trung bình hàng năm khoảng 1.200 - 1.900 mm, số ngày mưa trung bình 130-150 ngày/năm. Số liệu mực nước và lưu lượng được hiệu chỉnh và kiểm định kỹ lưỡng.

  • Phương pháp phân tích: Ứng dụng mô hình thủy lực Mike 11 để mô phỏng dòng chảy và mực nước trên sông Sài Gòn và các kênh rạch liên quan. Các kịch bản mô phỏng bao gồm:

    • Kịch bản hiện trạng (KB0) không có hồ điều hòa.

    • Kịch bản có hồ điều hòa và hệ thống cống ngăn triều (KB1, KB2).

    • Tác động của xả lũ hồ Dầu Tiếng với tần suất 10%.

    • Tác động của mực nước biển dâng năm 2050 (33 cm) và 2100 (100 cm).

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2017, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định và phân tích kết quả mô phỏng.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được thu thập từ 6 trạm đo mưa và 4 trạm đo mực nước chính, đại diện cho toàn bộ lưu vực hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và độ tin cậy của số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả giảm mực nước lũ nhờ hồ điều hòa: Mô hình Mike 11 cho thấy việc xây dựng hệ thống 2 hồ điều hòa tại khu vực Bến Mương - Láng The - Kênh Địa Phận có thể giảm mực nước lũ tối đa trên sông Sài Gòn từ 0,3 đến 0,5 m tùy theo kịch bản. So sánh giữa kịch bản không có hồ (KB0) và có hồ (KB1, KB2) cho thấy giảm mực nước lũ trung bình khoảng 15-20%.

  2. Phân lũ qua hệ thống kênh rạch: Phân lũ qua rạch Láng The và kênh Địa Phận giúp giảm lưu lượng đỉnh trên sông Sài Gòn khoảng 10-12%, góp phần giảm áp lực ngập lụt cho khu vực hạ lưu TP.HCM.

  3. Ảnh hưởng của mực nước biển dâng: Khi mực nước biển dâng 33 cm (năm 2050) và 100 cm (năm 2100), mực nước lũ tại các trạm hạ lưu tăng thêm từ 0,2 đến 0,4 m, làm tăng nguy cơ ngập lụt. Tuy nhiên, hồ điều hòa vẫn giữ được hiệu quả giảm lũ, giảm mực nước lũ từ 0,25 đến 0,45 m so với kịch bản không có hồ.

  4. Tác động của xả lũ hồ Dầu Tiếng: Xả lũ với tần suất 10% làm tăng mực nước lũ tại hạ lưu lên đến 2.900 m3/s trong tháng 10 năm 2000, gây áp lực lớn cho hệ thống thoát lũ. Hồ điều hòa và phân lũ qua kênh rạch giúp giảm lưu lượng đỉnh này khoảng 15-18%.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp hồ điều hòa kết hợp phân lũ qua hệ thống kênh rạch là phương án hiệu quả trong việc giảm mực nước lũ và lưu lượng đỉnh trên sông Sài Gòn, góp phần giảm ngập cho TP.HCM. Việc sử dụng mô hình Mike 11 với hệ phương trình Saint Venant cho phép mô phỏng chính xác diễn biến thủy lực trong điều kiện phức tạp của lưu vực, bao gồm tác động của thủy triều và biến đổi khí hậu.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng sử dụng hồ chứa và hồ điều hòa để kiểm soát lũ, như nghiên cứu tại lưu vực sông Ganjiang (Trung Quốc) và lưu vực sông Amur (Nga). Hồ điều hòa không chỉ giảm đỉnh lũ mà còn góp phần điều tiết nước phục vụ sinh hoạt và nông nghiệp trong mùa khô.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mực nước lũ giữa các kịch bản, bản đồ phân bố diện tích ngập lụt và biểu đồ lưu lượng dòng chảy tại các trạm đo. Các bảng số liệu kiểm định mô hình và hiệu chỉnh mực nước cũng minh chứng độ tin cậy của mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống hồ điều hòa tại khu vực Bến Mương - Láng The - Kênh Địa Phận: Triển khai xây dựng hồ điều hòa với dung tích phù hợp để trữ lũ, giảm mực nước lũ đỉnh trên sông Sài Gòn. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 5 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Sở Xây dựng TP.HCM chủ trì.

  2. Phân lũ và cải tạo hệ thống kênh rạch: Nâng cấp, nạo vét và xây dựng các công trình kiểm soát lũ trên hệ thống rạch Láng The, kênh Địa Phận để phân lũ hiệu quả, giảm áp lực ngập cho khu vực nội thành. Thời gian thực hiện 3-4 năm, do Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng TP.HCM đảm nhiệm.

  3. Hoàn thiện hệ thống cống ngăn triều và đê bao: Xây dựng và duy tu các công trình kiểm soát triều nhằm ngăn triều cường kết hợp với hồ điều hòa để kiểm soát mực nước lũ. Thời gian thực hiện giai đoạn 1 trong 2 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với các đơn vị liên quan.

  4. Theo dõi và cập nhật mô hình thủy lực: Thiết lập hệ thống quan trắc mực nước, lưu lượng và mưa tự động để cập nhật dữ liệu liên tục, hiệu chỉnh mô hình Mike 11 nhằm nâng cao độ chính xác dự báo và quản lý vận hành hồ điều hòa. Thời gian triển khai liên tục, do Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam và Trung tâm Khí tượng Thủy văn TP.HCM phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý đô thị và quy hoạch thủy lợi: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Xây dựng TP.HCM có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch xây dựng và vận hành hệ thống hồ điều hòa, công trình kiểm soát lũ, chống ngập hiệu quả.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, thủy lực: Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam, các trường đại học chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước có thể tham khảo phương pháp mô hình hóa và kết quả phân tích để phát triển nghiên cứu sâu hơn về quản lý lũ và biến đổi khí hậu.

  3. Các nhà hoạch định chính sách về biến đổi khí hậu và phát triển bền vững: Bộ Tài nguyên và Môi trường, các tổ chức quốc tế có thể sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo trong xây dựng chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng và quản lý rủi ro thiên tai.

  4. Các đơn vị thi công và tư vấn xây dựng công trình thủy lợi: Các công ty tư vấn, nhà thầu xây dựng có thể áp dụng các giải pháp kỹ thuật và mô hình mô phỏng trong thiết kế, thi công các công trình hồ điều hòa, cống ngăn triều và hệ thống kênh rạch.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giải pháp hồ điều hòa có thể giảm ngập lụt hiệu quả đến mức nào?
    Nghiên cứu cho thấy hồ điều hòa có thể giảm mực nước lũ đỉnh từ 0,3 đến 0,5 m, tương đương giảm 15-20% mực nước lũ tại các trạm hạ lưu, góp phần giảm diện tích ngập và thiệt hại do lũ.

  2. Mô hình Mike 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    Mike 11 sử dụng hệ phương trình Saint Venant giải bằng thuật toán sai phân ẩn 6 điểm, cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy và mực nước trong hệ thống sông phức tạp, bao gồm tác động của thủy triều và biến đổi khí hậu.

  3. Tác động của mực nước biển dâng đến ngập lụt như thế nào?
    Mực nước biển dâng dự kiến tăng 33 cm vào năm 2050 và 100 cm vào năm 2100 làm tăng mực nước lũ thêm 0,2-0,4 m, làm gia tăng nguy cơ ngập lụt, đặc biệt khi kết hợp với xả lũ hồ chứa.

  4. Phân lũ qua kênh rạch có vai trò gì?
    Phân lũ giúp giảm lưu lượng đỉnh trên sông chính khoảng 10-12%, giảm áp lực ngập lụt cho khu vực nội thành, đồng thời tận dụng hệ thống kênh rạch hiện hữu để điều tiết nước hiệu quả.

  5. Làm thế nào để vận hành hồ điều hòa hiệu quả?
    Cần thiết lập hệ thống quan trắc và mô hình dự báo thủy văn liên tục, phối hợp vận hành hồ điều hòa với các công trình kiểm soát triều và xả lũ hồ chứa thượng nguồn nhằm tối ưu hóa khả năng trữ lũ và giảm ngập.

Kết luận

  • Hồ điều hòa khu vực Bến Mương - Láng The - Kênh Địa Phận có khả năng giảm mực nước lũ đỉnh trên sông Sài Gòn từ 0,3 đến 0,5 m, giảm nguy cơ ngập lụt cho TP.HCM.
  • Phân lũ qua hệ thống kênh rạch giúp giảm lưu lượng đỉnh khoảng 10-12%, góp phần kiểm soát lũ hiệu quả.
  • Mực nước biển dâng và xả lũ hồ Dầu Tiếng làm tăng nguy cơ ngập, nhưng giải pháp hồ điều hòa vẫn giữ được hiệu quả giảm lũ.
  • Mô hình Mike 11 là công cụ phù hợp để mô phỏng và đánh giá các phương án thủy lực trong điều kiện phức tạp của lưu vực.
  • Đề xuất xây dựng hồ điều hòa, cải tạo kênh rạch, hoàn thiện công trình kiểm soát triều và cập nhật mô hình thủy lực là các bước tiếp theo cần triển khai để giảm ngập cho TP.HCM.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu cần phối hợp triển khai các giải pháp kỹ thuật và tiếp tục cập nhật mô hình để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và nguy cơ ngập lụt ngày càng gia tăng tại TP.HCM.