Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Lệ Kỳ, một phụ lưu quan trọng của sông Nhật Lệ, có diện tích khoảng 168 km², nằm trong địa phận thành phố Đồng Hới và huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình. Với dân số khoảng 162.000 người, trong đó 121.000 người sống ở khu vực nội thị, lưu vực này đóng vai trò thiết yếu trong phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp và đảm bảo an ninh nguồn nước. Tuy nhiên, lưu vực đang đối mặt với thách thức nghiêm trọng về thoát lũ và ngập lụt, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng. Trận lũ lịch sử năm 2010 đã gây thiệt hại nặng nề cho thành phố Đồng Hới, làm nổi bật sự cấp thiết của việc nghiên cứu các giải pháp thoát lũ hiệu quả.

Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá thực trạng thoát lũ, ngập lụt và ảnh hưởng của các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Lệ Kỳ, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng thoát lũ, giảm thiểu ngập úng cho vùng hạ du. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực sông Lệ Kỳ và hai hồ chứa lớn là Phú Vinh và Troóc Trâu, với dữ liệu thu thập từ năm 2003 đến 2015. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ an toàn dân cư, phát triển bền vững kinh tế - xã hội và ứng phó với biến đổi khí hậu tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình thủy lực hiện đại để mô phỏng dòng chảy lũ và đánh giá khả năng thoát lũ của lưu vực. Hai mô hình chính được sử dụng là MIKE 11 và MIKE 21:

  • Mô hình MIKE 11: Mô hình thủy lực một chiều dựa trên hệ phương trình Saint Venant, giải các phương trình liên tục và động lượng để tính toán lưu lượng và mực nước tại các mặt cắt ngang sông. Mô hình này phù hợp để mô phỏng dòng chảy trong kênh và sông có địa hình biến đổi không quá phức tạp.

  • Mô hình MIKE 21: Mô hình thủy lực hai chiều sử dụng lưới phi cấu trúc (lưới tam giác) để mô phỏng dòng chảy phức tạp, đặc biệt tại các vùng bờ sông, cửa sông và vùng ngập lụt. Mô hình này cho phép mô phỏng chính xác sự biến đổi địa hình và dòng chảy đa chiều, phù hợp với nghiên cứu vùng lưu vực có địa hình phức tạp như sông Lệ Kỳ.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng lũ, mực nước lũ, hệ số thu phóng lưu lượng, cao trình đê điều, và ảnh hưởng của công trình thủy lợi đến dòng chảy.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thủy văn, khí tượng từ trạm Đồng Hới (1956-2015), số liệu mực nước và lưu lượng thực đo tại hồ Phú Vinh (2003-2014), cùng các tài liệu kỹ thuật về công trình thủy lợi trên lưu vực. Cỡ mẫu dữ liệu được lựa chọn dựa trên các trận lũ đại diện, đặc biệt là trận lũ năm 2010 với lưu lượng đỉnh đạt trên 1.200 m³/s tại hồ Phú Vinh.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Phân tích thủy văn: Sử dụng công thức cường độ giới hạn để tính toán lưu lượng lũ thiết kế, áp dụng hệ số thu phóng lưu lượng dựa trên đặc điểm lưu vực.

  • Mô hình toán thủy lực: Thiết lập và kiểm định mô hình MIKE 11 và MIKE 21 với dữ liệu thực tế, mô phỏng các kịch bản lũ khác nhau (lũ 10%, 2%, 1%, 0.2%) để đánh giá hiện trạng thoát lũ và ngập lụt.

  • Phân tích ảnh hưởng công trình thủy lợi: Đánh giá tác động của các hồ chứa Phú Vinh, Troóc Trâu và các đập dâng đến khả năng thoát lũ và ngập úng vùng hạ du.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2014 đến 2016, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng thoát lũ và ngập lụt: Mô hình thủy lực cho thấy trong trận lũ năm 2010, mực nước trên sông Lệ Kỳ dâng cao vượt mức đỉnh đê, gây ngập úng diện tích khoảng 450 ha tại vùng hạ du, ảnh hưởng trực tiếp đến hơn 12.000 hộ dân. Diện tích ngập lụt tăng lên 30% so với các trận lũ trước năm 1995 khi chưa có hồ chứa Phú Vinh.

  2. Ảnh hưởng của hồ chứa Phú Vinh và Troóc Trâu: Việc vận hành hai hồ chứa này đã góp phần giảm lưu lượng đỉnh lũ xuống khoảng 15-20%, tuy nhiên do quy trình vận hành chưa tối ưu và dung tích hữu ích còn hạn chế (22,36 triệu m³ và 11,53 triệu m³), khả năng giảm thiểu ngập lụt vẫn chưa đạt hiệu quả cao.

  3. Tình trạng đê điều và lòng dẫn sông: Hệ thống đê điều hiện tại chỉ đáp ứng được lũ tiểu mãn với tần suất 10%, chưa đủ khả năng chống chịu các trận lũ chính vụ với tần suất 1-2%. Một số đoạn đê bị xuống cấp nghiêm trọng, cao trình đê thấp hơn mực nước lũ thiết kế từ 0,5 đến 1,2 m, làm tăng nguy cơ vỡ đê và ngập lụt.

  4. Phân tích các phương án giải pháp: So sánh các phương án nâng cao cao trình đê, bỏ đập dâng Phú Hải và cải tạo lòng dẫn cho thấy phương án nâng cao đê kết hợp cải tạo lòng dẫn giảm diện tích ngập lụt đến 40%, trong khi bỏ đập dâng Phú Hải chỉ giảm được khoảng 15% diện tích ngập.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập lụt là do sự kết hợp của biến đổi khí hậu làm tăng cường suất mưa, mực nước biển dâng, cùng với sự xuống cấp của hệ thống đê điều và quy trình vận hành hồ chứa chưa đồng bộ. Kết quả mô hình thủy lực được trình bày qua các bản đồ ngập lụt và biểu đồ lưu lượng cho thấy rõ sự khác biệt giữa các kịch bản vận hành và phương án kỹ thuật.

So với các nghiên cứu trước đây tập trung vào lưu vực sông Nhật Lệ, nghiên cứu này đi sâu vào phân tích chi tiết lưu vực sông Lệ Kỳ, cung cấp dữ liệu và giải pháp cụ thể hơn cho vùng hạ du Đồng Hới. Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt mà còn góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước và phát triển bền vững khu vực.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao cao trình đê điều: Củng cố và nâng cao đê sông Lệ Kỳ lên mức cao trình tối thiểu +4,5 m, đảm bảo chống chịu được lũ thiết kế với tần suất 1%. Thời gian thực hiện dự kiến trong 3-5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì phối hợp với chính quyền địa phương.

  2. Cải tạo lòng dẫn sông: Thực hiện nạo vét, mở rộng lòng sông tại các đoạn hẹp, đặc biệt khu vực gần đập dâng Phú Hải để tăng khả năng thoát lũ. Giải pháp này cần triển khai song song với nâng cấp đê, hoàn thành trong vòng 2 năm.

  3. Tối ưu quy trình vận hành hồ chứa: Xây dựng quy trình vận hành phối hợp giữa hồ Phú Vinh và Troóc Trâu nhằm giảm lưu lượng đỉnh lũ xuống mức thấp nhất có thể, đồng thời đảm bảo an toàn hồ chứa. Thời gian áp dụng ngay trong mùa mưa lũ tiếp theo, do Ban Quản lý hồ chứa phối hợp với Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh.

  4. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và quản lý rủi ro: Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình thủy lực để xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết, kết hợp hệ thống cảnh báo sớm nhằm giảm thiểu thiệt hại cho người dân. Dự kiến hoàn thành trong 1-2 năm, do Sở Thông tin và Truyền thông phối hợp với các đơn vị liên quan.

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 lập kế hoạch nâng cấp hệ thống đê điều, hồ chứa và xây dựng quy trình vận hành phù hợp.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp mô hình thủy lực MIKE 11 và MIKE 21 trong nghiên cứu dòng chảy và ngập lụt, áp dụng cho các lưu vực tương tự.

  3. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư vùng hạ du: Hiểu rõ về nguy cơ ngập lụt và các giải pháp kỹ thuật để phối hợp trong công tác phòng chống thiên tai.

  4. Các tổ chức phát triển và nhà đầu tư hạ tầng: Đánh giá hiệu quả các dự án thủy lợi, đề xuất đầu tư nâng cấp hệ thống thoát lũ nhằm phát triển bền vững khu vực.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao lưu vực sông Lệ Kỳ lại dễ bị ngập lụt nghiêm trọng?
    Lưu vực có địa hình dốc, sông ngắn, mưa lớn tập trung vào mùa mưa bão, cùng với hệ thống đê điều chưa đồng bộ và xuống cấp, khiến dòng chảy lũ không thoát kịp, gây ngập úng.

  2. Mô hình MIKE 21 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE 21 sử dụng lưới tam giác phi cấu trúc, mô phỏng chính xác dòng chảy hai chiều và biến đổi địa hình phức tạp, phù hợp với vùng cửa sông và khu vực ngập lụt đa dạng.

  3. Ảnh hưởng của hồ chứa Phú Vinh và Troóc Trâu đến ngập lụt như thế nào?
    Hai hồ chứa giúp giảm lưu lượng đỉnh lũ khoảng 15-20%, nhưng do dung tích hữu ích và quy trình vận hành chưa tối ưu, hiệu quả giảm ngập vẫn còn hạn chế.

  4. Giải pháp nâng cao đê điều có thể giảm ngập lụt bao nhiêu phần trăm?
    Nâng cao đê kết hợp cải tạo lòng dẫn có thể giảm diện tích ngập lụt đến 40%, giúp bảo vệ an toàn cho khu dân cư và sản xuất nông nghiệp.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
    Cần phối hợp giữa các cơ quan quản lý, chính quyền địa phương và cộng đồng trong việc nâng cấp công trình, vận hành hồ chứa và xây dựng hệ thống cảnh báo sớm dựa trên mô hình thủy lực đã xây dựng.

Kết luận

  • Lưu vực sông Lệ Kỳ đang đối mặt với nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng do biến đổi khí hậu, mưa lũ bất thường và hệ thống đê điều chưa đáp ứng yêu cầu.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11 và MIKE 21 được xây dựng và kiểm định thành công, cung cấp công cụ đánh giá chính xác hiện trạng thoát lũ và ngập lụt.
  • Hồ chứa Phú Vinh và Troóc Trâu có vai trò giảm lưu lượng đỉnh lũ nhưng cần tối ưu quy trình vận hành để nâng cao hiệu quả.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật gồm nâng cao đê điều, cải tạo lòng dẫn, tối ưu vận hành hồ chứa và xây dựng hệ thống cảnh báo sớm nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho công tác quản lý tài nguyên nước, phòng chống thiên tai và phát triển bền vững tại lưu vực sông Lệ Kỳ trong giai đoạn tiếp theo.

Để tiếp tục, các cơ quan liên quan nên triển khai ngay các giải pháp đề xuất và cập nhật mô hình theo dữ liệu mới nhằm nâng cao khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu.