Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Chu - sông Mã là một hệ thống sông lớn nằm ở vùng Bắc Trung Bộ Việt Nam, có diện tích lưu vực khoảng 28.000 km², trải dài qua nhiều tỉnh như Điện Biên, Sơn La, Hòa Bình, Thanh Hóa và Nghệ An. Trung bình mỗi năm, lưu vực này vận chuyển từ 23 đến 25 tỷ m³ nước ra biển, trong đó khoảng 17-18 tỷ m³ tập trung trong mùa lũ kéo dài 3 tháng, gây ra hiện tượng ngập lụt nghiêm trọng tại hạ du. Đặc biệt, tỉnh Thanh Hóa chiếm tới 1/3 diện tích lưu vực, chịu ảnh hưởng nặng nề từ các trận lũ lớn như năm 2007, khi mực nước tại một số trạm thủy văn đạt mức lịch sử, gây thiệt hại kinh tế lên đến hàng trăm tỷ đồng và ảnh hưởng đến hàng nghìn hộ dân.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tần suất và cường độ các trận lũ ngày càng gia tăng, đe dọa nghiêm trọng đến an toàn dân sinh và phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất các giải pháp phòng chống lũ hiệu quả cho hệ thống sông Chu - sông Mã, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng, nhằm giảm thiểu thiệt hại và nâng cao khả năng ứng phó thiên tai cho tỉnh Thanh Hóa. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hạ du hệ thống sông Chu từ hồ Cửa Đạt đến ngã ba Giang, sông Mã từ Cẩm Thủy đến cửa Hoàng Tân, cùng các phân lưu sông Lên và sông Lach Trường.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, quản lý và vận hành các công trình thủy lợi, đê điều, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống lũ, bảo vệ tài sản và tính mạng người dân trong 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 thủy văn, thủy lực hiện đại, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết thủy lực dòng chảy một chiều: Giải các phương trình Saint-Venant để mô phỏng dòng chảy lũ trên hệ thống sông, đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng.
  • Mô hình toán thủy văn MIKE 11: Phần mềm do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển, được sử dụng rộng rãi trên thế giới để mô phỏng dòng chảy, dự báo lũ, quy hoạch phòng chống lũ và quản lý tài nguyên nước.
  • Khái niệm biến đổi khí hậu và nước biển dâng (BDKH-NBD): Ảnh hưởng đến chế độ thủy văn, làm tăng tần suất và cường độ lũ, đồng thời gây xâm nhập mặn và thay đổi mực nước triều tại vùng hạ lưu.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng lũ thiết kế, mực nước thiết kế đê điều, tần suất xuất hiện lũ, và các giải pháp công trình và phi công trình phòng chống lũ.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ 31 trạm đo mưa và 14 trạm thủy văn trên lưu vực, bao gồm các trận lũ lớn trong các năm 1962, 1973, 1980, 1996 và 2007. Dữ liệu được chỉnh lý và kiểm định chất lượng bởi Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia.
  • Phương pháp phân tích: Ứng dụng mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy lũ, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực tế. Tính toán các kịch bản quy hoạch phòng chống lũ khác nhau, bao gồm vận hành hồ chứa Cửa Đạt, xây dựng đê điều trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn các năm thực tế đại diện cho các cấp báo động lũ (cấp 1, 2, 3) tại trạm Giảng làm cơ sở tính toán biên thủy lực tại các vị trí đầu vào như Cẩm Thủy, Kim Tân và Cảm Trướng.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong hơn một năm, từ thu thập số liệu, xây dựng mô hình, đến phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Phương pháp tiếp cận tổng hợp, liên ngành, kết hợp giữa mô hình toán hiện đại và phân tích thực tiễn nhằm đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng lũ và mực nước trên hệ thống sông Chu - sông Mã: Các trận lũ lớn trong các năm 1962, 1973, 1980, 1996 và 2007 đều vượt mức báo động II tại trạm Giảng, với mực nước cao nhất đạt 13,4 m (năm 1980 tại Xuân Khánh) và lưu lượng lũ lớn nhất tại Cửa Đạt lên đến 7.390 m³/s (năm 2007). Mực nước lũ tại các trạm thủy văn cho thấy sự gia tăng rõ rệt trong các năm gần đây, phản ánh tác động của biến đổi khí hậu.

  2. Hiệu quả mô hình MIKE 11 trong mô phỏng dòng chảy lũ: Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với các trận lũ thực tế, cho kết quả mô phỏng mực nước và lưu lượng phù hợp với số liệu quan trắc, sai số trung bình dưới 5%. Mô hình cho phép đánh giá chính xác các kịch bản phòng chống lũ, bao gồm vận hành hồ chứa và xây dựng đê điều.

  3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng: Tính toán quy hoạch phòng chống lũ trong điều kiện BDKH-NBD cho thấy mực nước thiết kế tăng từ 0,3 đến 0,5 m so với điều kiện hiện tại, làm tăng nguy cơ ngập lụt và áp lực lên hệ thống đê điều hiện có.

  4. Đánh giá các giải pháp phòng chống lũ: Việc vận hành hồ chứa Cửa Đạt kết hợp với xây dựng đê điều theo tiêu chuẩn mới giúp giảm mực nước lũ tại hạ du từ 0,5 đến 1,2 m, giảm diện tích ngập lụt và thiệt hại kinh tế. Các giải pháp phi công trình như trồng cây chắn sóng, nâng cao nhận thức cộng đồng cũng góp phần giảm nhẹ tác động của lũ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến các trận lũ lớn là do tổ hợp các yếu tố khí tượng như bão, áp thấp nhiệt đới kết hợp với gió mùa Đông Bắc, gây mưa lớn trên diện rộng và kéo dài. So sánh với các nghiên cứu trong khu vực và trên thế giới, kết quả mô phỏng và đánh giá giải pháp của luận văn phù hợp với xu hướng gia tăng lũ do biến đổi khí hậu.

Việc sử dụng mô hình MIKE 11 cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và mực nước, hỗ trợ hiệu quả cho công tác quy hoạch và vận hành hồ chứa, đê điều. Dữ liệu được trình bày qua các biểu đồ mực nước theo thời gian và bảng thống kê lưu lượng lũ, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả các phương án phòng chống lũ.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, cung cấp cơ sở khoa học cho các cơ quan quản lý trong việc xây dựng kế hoạch phòng chống lũ bền vững, đồng thời góp phần nâng cao năng lực ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại tỉnh Thanh Hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường vận hành hồ chứa Cửa Đạt theo kịch bản tối ưu nhằm giảm mực nước lũ tại hạ du, mục tiêu giảm mực nước lũ từ 0,5 đến 1 m trong mùa lũ, thực hiện ngay trong vòng 1-2 năm tới, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thanh Hóa chủ trì.

  2. Xây dựng và nâng cấp hệ thống đê điều đạt tiêu chuẩn chống lũ cấp II và III theo Quy phạm QP A6-77 và Quyết định 2534/QĐ-BNN, đảm bảo an toàn cho vùng hạ du, hoàn thành trong 5 năm tới, do Ban Quản lý Đê điều và Phòng chống Lụt bão tỉnh thực hiện.

  3. Phát triển các giải pháp phi công trình như trồng cây chắn sóng, cải tạo rừng ngập mặn nhằm giảm xói mòn bờ sông và tăng khả năng hấp thụ nước lũ, triển khai đồng bộ trong 3 năm, phối hợp giữa các sở ngành và địa phương.

  4. Tăng cường công tác tuyên truyền, giáo dục nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống lũ và ứng phó biến đổi khí hậu, tổ chức các chương trình đào tạo, diễn tập hàng năm, do các tổ chức chính quyền địa phương và các cơ quan truyền thông thực hiện.

  5. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và dự báo lũ chính xác hơn dựa trên mô hình MIKE 11 và dữ liệu quan trắc liên tục, nâng cao khả năng dự báo trước 1-2 ngày, hoàn thiện trong 2 năm, do Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia phối hợp với các đơn vị liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch phòng chống lũ phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp ứng dụng mô hình MIKE 11 trong mô phỏng thủy lực và quy hoạch phòng chống lũ, phục vụ cho các nghiên cứu chuyên sâu và luận văn.

  3. Các đơn vị thi công và quản lý công trình thủy lợi, đê điều: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và tiêu chuẩn thiết kế được đề xuất để nâng cao hiệu quả và an toàn công trình.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực môi trường và phát triển bền vững: Nắm bắt thông tin về tác động của biến đổi khí hậu và các biện pháp phòng chống lũ, từ đó tham gia tích cực vào công tác bảo vệ môi trường và giảm nhẹ thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nghiên cứu các giải pháp phòng chống lũ cho hệ thống sông Chu - sông Mã?
    Biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm tăng tần suất và cường độ lũ, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Nghiên cứu giúp đề xuất giải pháp hiệu quả, giảm thiểu rủi ro và bảo vệ phát triển kinh tế xã hội.

  2. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều được sử dụng rộng rãi, có khả năng mô phỏng chính xác dòng chảy và mực nước lũ, hỗ trợ hiệu quả trong quy hoạch và dự báo lũ.

  3. Các giải pháp phòng chống lũ được đề xuất gồm những gì?
    Bao gồm vận hành hồ chứa, xây dựng và nâng cấp đê điều, phát triển giải pháp phi công trình như trồng cây chắn sóng, và tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến hệ thống sông Chu - sông Mã như thế nào?
    Gây tăng mực nước thiết kế, làm gia tăng nguy cơ ngập lụt, xâm nhập mặn và áp lực lên hệ thống đê điều, đòi hỏi phải điều chỉnh quy hoạch phòng chống lũ phù hợp.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
    Cần phối hợp giữa các cơ quan quản lý, đơn vị thi công và cộng đồng dân cư để triển khai các giải pháp kỹ thuật và phi kỹ thuật, đồng thời xây dựng hệ thống cảnh báo và dự báo lũ hiệu quả.

Kết luận

  • Đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công mô hình thủy lực MIKE 11 cho hệ thống sông Chu - sông Mã, mô phỏng chính xác các trận lũ lớn trong lịch sử.
  • Phân tích tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho thấy cần điều chỉnh mực nước thiết kế và nâng cấp hệ thống phòng chống lũ.
  • Đề xuất các giải pháp tổng thể bao gồm vận hành hồ chứa, xây dựng đê điều, giải pháp phi công trình và nâng cao nhận thức cộng đồng.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, quản lý và vận hành phòng chống lũ tại tỉnh Thanh Hóa.
  • Khuyến nghị triển khai các giải pháp trong vòng 1-5 năm tới, đồng thời phát triển hệ thống cảnh báo sớm và dự báo lũ chính xác hơn.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng trong công tác phòng chống lũ và ứng phó biến đổi khí hậu tại lưu vực sông Chu - sông Mã. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp triển khai các giải pháp nhằm bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản người dân, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội bền vững.