Tổng quan nghiên cứu

Vỡ đập là một trong những sự cố nghiêm trọng gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản, đặc biệt tại các vùng hạ du có mật độ dân cư và hoạt động kinh tế cao. Tỉnh Thái Nguyên, với vị trí địa lý nằm trong lưu vực sông Cầu và sông Công, có diện tích tự nhiên khoảng 353.318,9 ha, trong đó đất sản xuất nông nghiệp chiếm 108.074,68 ha, là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các sự cố vỡ đập. Theo ước tính, các hồ chứa tại đây, đặc biệt là hồ Núi Cốc, đóng vai trò quan trọng trong công tác phòng chống lũ lụt nhưng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro do biến đổi khí hậu và các hiện tượng thời tiết cực đoan.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng các kịch bản vỡ đập hồ Núi Cốc, mô phỏng quá trình thủy lực và ngập lụt vùng hạ du, từ đó đánh giá thiệt hại kinh tế - xã hội và đề xuất các giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng hạ du hồ Núi Cốc thuộc tỉnh Thái Nguyên, bao gồm các thành phố Sông Công, Thái Nguyên, thị xã Phổ Yên và các huyện Phú Bình, Đại Từ, Đồng Hỷ với tổng diện tích nghiên cứu khoảng 353.318,9 ha.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc trong việc nâng cao hiệu quả quản lý rủi ro thiên tai, bảo vệ an toàn công trình thủy lợi và phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho tỉnh Thái Nguyên và các vùng lân cận.

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 về vỡ đập và đánh giá thiệt hại, bao gồm:

  • Lý thuyết cơ học vỡ đập: Phân tích các nguyên nhân gây vỡ đập như vỡ tràn đỉnh (overtopping), vỡ xói ngầm (piping), và các yếu tố ảnh hưởng như biến đổi khí hậu, chất lượng vật liệu, thiết kế và thi công công trình.
  • Mô hình thủy lực mô phỏng vỡ đập: Sử dụng các mô hình thủy lực một chiều và hai chiều như MIKE 11, MIKE FLOOD, HEC-RAS để mô phỏng quá trình vỡ đập và truyền lũ xuống vùng hạ lưu.
  • Khái niệm thiệt hại do ngập lụt: Đánh giá thiệt hại dựa trên độ sâu ngập, loại đất sử dụng, và các đường cong thiệt hại tương ứng với từng loại đất và mức độ ngập.

Các khái niệm chính bao gồm: thông số vỡ đập (chiều sâu, chiều rộng vết vỡ, lưu lượng xả), mô hình thủy lực 1D và 2D, bản đồ ngập lụt, hàm thiệt hại và đường cong thiệt hại.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu khí tượng thủy văn (mưa, lưu lượng, mực nước), địa hình số hóa (DEM), đặc điểm địa chất, sử dụng đất và kinh tế xã hội vùng hạ du hồ Núi Cốc.
  • Phương pháp phân tích:
    • Xác định thông số vỡ đập bằng các công thức kinh nghiệm như Froehlich (2008), MacDonald & Langridge-Monopolis (1984).
    • Mô phỏng thủy lực vỡ đập và ngập lụt bằng mô hình MIKE 11 kết hợp MIKE FLOOD, mô hình 1-2 chiều kết hợp phù hợp với đặc điểm địa hình vùng nghiên cứu.
    • Xây dựng bản đồ ngập lụt sử dụng GIS dựa trên kết quả mô phỏng mực nước và độ sâu ngập.
    • Tính toán thiệt hại dựa trên hàm thiệt hại và đường cong thiệt hại theo từng loại đất, phân tích diện tích ngập và mức độ thiệt hại tương ứng.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm đo trong giai đoạn 1961-2008, dữ liệu địa hình và sử dụng đất cập nhật đến năm 2016, mô phỏng và phân tích thực hiện trong khoảng thời gian nghiên cứu luận văn.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ vùng hạ du hồ Núi Cốc với diện tích 353.318,9 ha, lựa chọn phương pháp mô hình thủy lực kết hợp GIS nhằm đảm bảo độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Kịch bản vỡ đập và mô phỏng thủy lực:

    • Mô hình MIKE FLOOD mô phỏng các kịch bản vỡ đập tràn đỉnh và vỡ xói ngầm cho thấy diện tích ngập lụt dao động từ khoảng 8.000 ha đến hơn 12.000 ha tùy theo kịch bản và mức độ lũ (P=1%, P=0.25%).
    • Lưu lượng xả đỉnh do vỡ đập có thể đạt tới hàng nghìn m³/s, gây sóng lũ truyền nhanh xuống vùng hạ lưu.

  2. Bản đồ ngập lụt và diện tích ngập theo loại đất:

    • Diện tích ngập lớn nhất thuộc các loại đất nông nghiệp và đất ở đô thị, với mức độ ngập sâu trên 1m chiếm khoảng 30-40% diện tích ngập.
    • Đất phục vụ phát triển mới và đất ở đô thị chịu thiệt hại lớn nhất khi độ sâu ngập tăng, đặc biệt ở các khu vực trung tâm thành phố Thái Nguyên và thị xã Phổ Yên.

  3. Đánh giá thiệt hại kinh tế - xã hội:

    • Tổng thiệt hại tiềm năng do vỡ đập xói ngầm (kịch bản KB1) ước tính khoảng hàng trăm tỷ đồng, trong khi kịch bản vỡ tràn đỉnh (KB2) có thể gây thiệt hại lớn hơn 20-30%.
    • Thiệt hại tập trung chủ yếu vào đất nông nghiệp, nhà cửa, cơ sở hạ tầng giao thông và công trình công cộng.
    • So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy kết quả mô phỏng và đánh giá thiệt hại có độ tin cậy cao, phù hợp với thực tế các sự cố vỡ đập đã xảy ra.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến thiệt hại lớn là do đặc điểm địa hình vùng hạ lưu hồ Núi Cốc có sự chuyển tiếp từ đồi núi sang đồng bằng, tạo điều kiện cho nước lũ lan rộng và gây ngập sâu. Việc sử dụng mô hình thủy lực kết hợp GIS giúp mô phỏng chính xác quá trình truyền lũ và phân bố ngập lụt theo không gian, hỗ trợ đánh giá thiệt hại chi tiết theo từng loại đất và khu vực hành chính.

So với các nghiên cứu trước đây, việc áp dụng mô hình MIKE FLOOD kết hợp với dữ liệu địa hình số hóa và đường cong thiệt hại được cập nhật đã nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng trong công tác quản lý rủi ro thiên tai. Kết quả nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xây dựng các kịch bản vỡ đập đa dạng để chuẩn bị phương án ứng phó phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh diện tích ngập lụt theo kịch bản, bảng thống kê thiệt hại theo loại đất và bản đồ phân vùng ngập lụt chi tiết, giúp các nhà quản lý dễ dàng nắm bắt và ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và kịch bản ứng phó vỡ đập: Thiết lập hệ thống giám sát liên tục các thông số an toàn đập, kết hợp với mô hình dự báo thủy lực để cảnh báo kịp thời khi có nguy cơ vỡ đập. Mục tiêu giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản trong vòng 1-2 năm tới, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thái Nguyên chủ trì.

  2. Nâng cấp và bảo trì công trình hồ chứa: Tăng cường kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa các hư hỏng, đặc biệt là các vị trí dễ bị xói mòn và thấm nước. Thực hiện trong 3 năm với sự phối hợp của Ban Quản lý dự án thủy lợi và các đơn vị thi công.

  3. Phát triển bản đồ ngập lụt và kế hoạch sử dụng đất phù hợp: Cập nhật bản đồ ngập lụt chi tiết theo từng kịch bản vỡ đập, từ đó quy hoạch lại sử dụng đất, hạn chế xây dựng tại các vùng có nguy cơ ngập sâu. Thời gian thực hiện 2 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các địa phương.

  4. Tuyên truyền, đào tạo nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình tập huấn, diễn tập phòng chống thiên tai cho người dân vùng hạ du, nâng cao khả năng ứng phó khi xảy ra sự cố vỡ đập. Thực hiện liên tục, do Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh triển khai.

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 kế hoạch ứng phó rủi ro vỡ đập hiệu quả.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy lợi, môi trường: Tham khảo phương pháp mô hình thủy lực kết hợp GIS và đánh giá thiệt hại để phát triển các nghiên cứu tiếp theo hoặc áp dụng cho các vùng khác.

  3. Đơn vị thiết kế, thi công và quản lý công trình thủy lợi: Áp dụng các kết quả về nguyên nhân vỡ đập và kịch bản mô phỏng để nâng cao chất lượng công trình và công tác bảo trì.

  4. Cộng đồng dân cư vùng hạ du hồ Núi Cốc và các vùng tương tự: Nắm bắt thông tin về nguy cơ và biện pháp phòng tránh, nâng cao nhận thức và khả năng ứng phó khi xảy ra sự cố.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vỡ đập có thể gây ra những thiệt hại gì cho vùng hạ du?
    Vỡ đập gây ngập lụt diện rộng, phá hủy nhà cửa, cơ sở hạ tầng, đất nông nghiệp và có thể gây thiệt hại về người. Ví dụ, sự cố vỡ đập Teton năm 1976 làm 11 người chết và 25.000 người mất nhà cửa.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để mô phỏng vỡ đập trong nghiên cứu?
    Luận văn sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11 kết hợp MIKE FLOOD, mô hình 1-2 chiều kết hợp phù hợp với địa hình vùng nghiên cứu, cho kết quả mô phỏng chính xác quá trình vỡ đập và ngập lụt.

  3. Làm thế nào để xác định thiệt hại do ngập lụt?
    Thiệt hại được xác định dựa trên độ sâu ngập, loại đất sử dụng và đường cong thiệt hại tương ứng. Đường cong này thể hiện mức độ thiệt hại theo tỷ lệ phần trăm giá trị tài sản khi ngập sâu tăng lên.

  4. Nguyên nhân chính dẫn đến vỡ đập là gì?
    Nguyên nhân bao gồm thiết kế không phù hợp, vật liệu xây dựng kém chất lượng, thi công sai kỹ thuật, biến đổi khí hậu gây mưa lớn bất thường và thiếu công tác bảo trì, giám sát.

  5. Các giải pháp phòng tránh vỡ đập hiệu quả là gì?
    Bao gồm nâng cấp công trình, xây dựng hệ thống cảnh báo sớm, quy hoạch sử dụng đất hợp lý, đào tạo cộng đồng và tổ chức diễn tập ứng phó kịp thời khi có sự cố.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công các kịch bản vỡ đập hồ Núi Cốc và mô phỏng quá trình thủy lực, ngập lụt vùng hạ du với độ chính xác cao.
  • Bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại chi tiết theo từng loại đất và mức độ ngập cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý rủi ro thiên tai.
  • Kết quả nghiên cứu làm rõ nguyên nhân vỡ đập và mức độ thiệt hại tiềm năng, góp phần nâng cao nhận thức và chuẩn bị ứng phó hiệu quả.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý phù hợp nhằm giảm thiểu thiệt hại do sự cố vỡ đập trong tương lai.
  • Khuyến nghị triển khai các bước tiếp theo trong 1-3 năm tới để hoàn thiện hệ thống cảnh báo, nâng cấp công trình và tăng cường đào tạo cộng đồng.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng trong công tác phòng chống và ứng phó sự cố vỡ đập tại Thái Nguyên và các vùng tương tự.