Tổng quan nghiên cứu

Ngập lụt do vỡ đập là một trong những thảm họa thiên nhiên gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, đặc biệt tại các vùng hạ lưu hồ chứa nước. Tại Việt Nam, hơn 200 đập thủy lợi đang hoạt động, trong đó hơn 95% không đạt yêu cầu về an toàn, làm gia tăng nguy cơ vỡ đập và ngập lụt. Vỡ đập hồ Đồng Mỏ, tỉnh Vĩnh Phúc, là một trong những sự cố tiềm ẩn với khả năng gây ra ngập lụt diện rộng vùng hạ lưu, ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất của hàng nghìn người dân.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng các kịch bản vỡ đập hồ Đồng Mỏ, mô phỏng diễn biến ngập lụt vùng hạ lưu bằng mô hình thủy động lực học MIKE FLOOD, từ đó xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại trực tiếp, gián tiếp đến các đối tượng chịu tổn thương như nhà cửa, nông nghiệp và giao thông. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng hạ lưu hồ Đồng Mỏ, với dữ liệu khí tượng thủy văn thu thập từ các trạm Tam Đảo, Vĩnh Yên, Đạo Tri, Quảng Cư trong giai đoạn 1960-2012.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao nhận thức về nguy cơ vỡ đập, hỗ trợ công tác quy hoạch sử dụng đất, xây dựng phương án phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra, góp phần bảo đảm an toàn cho người dân và phát triển kinh tế xã hội bền vững tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu vỡ đập và đánh giá thiệt hại do ngập lụt, bao gồm:

  • Lý thuyết vỡ đập: Phân loại nguyên nhân vỡ đập thành vỡ tràn đỉnh (overtopping) và vỡ xói ngầm (piping). Các công thức kinh nghiệm như MacDonald & Langridge-Monopolis (1984), Froehlich (1995, 2008), Xu & Zhang (2009) được sử dụng để xác định các thông số vết vỡ như chiều rộng, chiều cao và thời gian phát triển vết vỡ.

  • Mô hình thủy động lực học MIKE FLOOD: Kết hợp mô hình một chiều MIKE 11 và mô hình hai chiều MIKE 21 để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt vùng hạ lưu. MIKE 11 giải hệ phương trình Saint-Venant cho dòng chảy trong lòng sông, MIKE 21 mô phỏng dòng chảy trên mặt bằng vùng ngập lụt.

  • Phương pháp đánh giá thiệt hại do ngập lụt: Phân loại thiệt hại thành thiệt hại trực tiếp và gián tiếp, hữu hình và vô hình. Sử dụng hàm thiệt hại dựa trên độ sâu ngập và mức độ tổn thương của các đối tượng chịu ảnh hưởng, theo công thức:
    [ R = H \times V \times F = H \times D \times an ] trong đó (R) là thiệt hại tiềm năng, (H) là mức độ thiệt hại theo độ sâu ngập, (V) là mức độ tổn thương, (F) là đối tượng bị ảnh hưởng, (D) là mức độ thiệt hại.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm Tam Đảo, Vĩnh Yên, Đạo Tri, Quảng Cư (giai đoạn 1960-2012), dữ liệu địa hình số độ phân giải cao, số liệu lưu lượng dòng chảy, hiện trạng sử dụng đất và dân số vùng hạ lưu hồ Đồng Mỏ.

  • Phương pháp phân tích:

    • Phân tích thống kê các đặc trưng khí tượng thủy văn, lưu lượng dòng chảy, lượng mưa ngày lớn nhất theo tần suất bảo đảm.
    • Xây dựng các kịch bản vỡ đập với hai hình thức vỡ tràn đỉnh và vỡ xói ngầm dựa trên công thức kinh nghiệm xác định thông số vết vỡ.
    • Mô phỏng thủy lực và ngập lụt vùng hạ lưu bằng mô hình MIKE FLOOD, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với dữ liệu thực tế.
    • Kết hợp công nghệ GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt và bản đồ thiệt hại theo từng kịch bản vỡ đập.

  • Timeline nghiên cứu:

    • Thu thập và xử lý dữ liệu: 3 tháng
    • Xây dựng và hiệu chỉnh mô hình: 4 tháng
    • Mô phỏng kịch bản vỡ đập và xây dựng bản đồ: 3 tháng
    • Đánh giá thiệt hại và đề xuất giải pháp: 2 tháng

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diện tích ngập lụt vùng hạ lưu hồ Đồng Mỏ:

    • Kịch bản vỡ đập tràn đỉnh gây ngập khoảng 1.200 ha, trong đó có 65% diện tích là đất nông nghiệp và 20% là khu dân cư.
    • Kịch bản vỡ đập xói ngầm gây ngập khoảng 1.000 ha, diện tích ngập tập trung chủ yếu ở vùng thấp trũng hạ lưu.

  2. Mức độ thiệt hại về nhà cửa và nông nghiệp:

    • Thiệt hại nhà cửa ước tính khoảng 15 tỷ đồng trong kịch bản vỡ tràn đỉnh, giảm còn khoảng 12 tỷ đồng trong kịch bản vỡ xói ngầm.
    • Thiệt hại nông nghiệp, đặc biệt là cây lúa, chiếm khoảng 40% tổng thiệt hại, với mức thiệt hại ước tính 8 tỷ đồng trong kịch bản tràn đỉnh.

  3. Ảnh hưởng đến giao thông và cơ sở hạ tầng:

    • Đường giao thông bị ngập và hư hỏng với chi phí sửa chữa ước tính 5 tỷ đồng trong kịch bản vỡ tràn đỉnh.
    • Các công trình công cộng như kênh mương, trạm bơm cũng chịu thiệt hại đáng kể, làm gián đoạn hoạt động sản xuất và sinh hoạt.

  4. So sánh mức độ thiệt hại giữa các kịch bản:

    • Kịch bản vỡ tràn đỉnh có mức thiệt hại tổng thể cao hơn khoảng 20% so với kịch bản vỡ xói ngầm do diện tích ngập lớn hơn và độ sâu ngập sâu hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt về diện tích và mức độ thiệt hại giữa hai kịch bản là cơ chế hình thành vết vỡ và tốc độ phát triển vết vỡ. Vỡ tràn đỉnh tạo ra dòng chảy lớn, lan rộng nhanh, gây ngập sâu hơn vùng hạ lưu. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vỡ đập tại các hồ chứa tương tự ở Việt Nam và quốc tế.

Bản đồ ngập lụt và thiệt hại được trình bày qua các biểu đồ diện tích ngập theo cấp độ sâu và bảng tổng hợp thiệt hại theo từng nhóm đối tượng, giúp minh họa rõ ràng phạm vi ảnh hưởng và mức độ tổn thất. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc lập kế hoạch ứng phó khẩn cấp, quy hoạch sử dụng đất và thiết kế các công trình phòng chống lũ lụt.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và phương án di dời dân cư:

    • Thiết lập hệ thống cảnh báo dựa trên mô hình MIKE FLOOD để phát hiện sớm nguy cơ vỡ đập.
    • Lập kế hoạch di dời dân cư vùng ngập sâu trong vòng 24 giờ sau cảnh báo.
    • Chủ thể thực hiện: Ban chỉ huy phòng chống thiên tai tỉnh Vĩnh Phúc, UBND huyện Tam Đảo.
    • Thời gian: Triển khai trong 12 tháng.

  2. Tăng cường kiểm tra, bảo trì và nâng cấp công trình hồ chứa:

    • Thực hiện kiểm tra định kỳ, phát hiện và xử lý kịp thời các hư hỏng, đặc biệt là các vị trí dễ bị xói mòn và rò rỉ.
    • Nâng cấp hệ thống cửa van và cống lấy nước để đảm bảo khả năng xả lũ an toàn.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý hồ chứa Đồng Mỏ, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
    • Thời gian: 24 tháng.

  3. Quy hoạch sử dụng đất vùng hạ lưu phù hợp với bản đồ ngập lụt:

    • Hạn chế xây dựng nhà cửa và các công trình quan trọng trong vùng có nguy cơ ngập sâu trên 1m.
    • Phát triển các vùng đất cao làm khu vực an toàn và trung chuyển dân cư khi xảy ra sự cố.
    • Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Vĩnh Phúc, Sở Xây dựng.
    • Thời gian: 18 tháng.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về rủi ro vỡ đập và phòng tránh ngập lụt:

    • Tổ chức các lớp tập huấn, diễn tập phòng chống thiên tai cho người dân vùng hạ lưu.
    • Phát hành tài liệu hướng dẫn ứng phó khi có cảnh báo vỡ đập.
    • Chủ thể thực hiện: Ban chỉ huy phòng chống thiên tai, các tổ chức xã hội.
    • Thời gian: Liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai:

    • Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và phương án ứng phó với sự cố vỡ đập.

  2. Các nhà quy hoạch đô thị và nông thôn:

    • Áp dụng bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại để định hướng phát triển bền vững, hạn chế rủi ro thiên tai.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường:

    • Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy động lực học và đánh giá thiệt hại do ngập lụt.

  4. Cộng đồng dân cư vùng hạ lưu hồ chứa:

    • Nâng cao nhận thức về nguy cơ và các biện pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại khi xảy ra sự cố vỡ đập.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xây dựng các kịch bản vỡ đập khác nhau?
    Các kịch bản vỡ đập như tràn đỉnh và xói ngầm phản ánh các cơ chế vỡ khác nhau, giúp đánh giá toàn diện mức độ rủi ro và phạm vi ngập lụt, từ đó xây dựng phương án ứng phó phù hợp.

  2. Mô hình MIKE FLOOD có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE FLOOD kết hợp mô hình một chiều và hai chiều, mô phỏng chính xác dòng chảy trong lòng sông và vùng ngập lụt, cho phép xây dựng bản đồ ngập chi tiết và đánh giá thiệt hại hiệu quả.

  3. Làm thế nào để xác định mức độ thiệt hại do ngập lụt?
    Mức độ thiệt hại được xác định dựa trên độ sâu ngập, loại đối tượng bị ảnh hưởng và hàm thiệt hại tương ứng, kết hợp với dữ liệu thực tế về giá trị tài sản và sản xuất.

  4. Phạm vi nghiên cứu có thể áp dụng cho các hồ chứa khác không?
    Phương pháp và mô hình nghiên cứu có thể áp dụng cho các hồ chứa tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh dữ liệu đầu vào và đặc điểm địa phương để đảm bảo tính chính xác.

  5. Các biện pháp phòng tránh ngập lụt vùng hạ lưu có thể thực hiện ngay không?
    Một số biện pháp như tuyên truyền, xây dựng kế hoạch di dời có thể triển khai ngay, trong khi nâng cấp công trình và quy hoạch sử dụng đất cần thời gian và nguồn lực đầu tư.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xây dựng thành công các kịch bản vỡ đập hồ Đồng Mỏ và mô phỏng ngập lụt vùng hạ lưu bằng mô hình MIKE FLOOD, xác định phạm vi và mức độ ngập lụt chi tiết.
  • Đánh giá thiệt hại trực tiếp và gián tiếp cho nhà cửa, nông nghiệp và giao thông, với thiệt hại ước tính lên đến hàng chục tỷ đồng tùy theo kịch bản.
  • Kịch bản vỡ tràn đỉnh gây thiệt hại lớn hơn so với kịch bản vỡ xói ngầm do diện tích và độ sâu ngập lớn hơn.
  • Đề xuất các giải pháp cảnh báo sớm, nâng cấp công trình, quy hoạch sử dụng đất và tuyên truyền nâng cao nhận thức nhằm giảm thiểu thiệt hại khi xảy ra sự cố.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý và cộng đồng dân cư vùng hạ lưu hồ Đồng Mỏ áp dụng kết quả nghiên cứu để tăng cường an toàn và phát triển bền vững.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp đề xuất, cập nhật mô hình theo dữ liệu mới và mở rộng nghiên cứu cho các hồ chứa khác trong khu vực nhằm nâng cao hiệu quả quản lý rủi ro thiên tai.