Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Kỳ Lộ, thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, tỉnh Phú Yên, có diện tích khoảng 2.058 km² với chiều dài sông chính 102 km và mật độ sông suối 0,14/km². Khu vực này nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 1 đến tháng 8 và mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12. Mưa lớn kết hợp với địa hình đồi núi dốc, lòng sông hẹp và các biến động do biến đổi khí hậu đã làm thay đổi đặc trưng thủy động lực, gây ra nhiều trận lũ lớn và ngập lụt nghiêm trọng. Ví dụ, trận lũ lịch sử tháng 11/2009 đã làm mực nước sông Kỳ Lộ tại trạm Hà Bằng đạt 13,47 m, vượt mức báo động III và gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng thoát lũ cho khu vực hạ lưu sông Kỳ Lộ, đề xuất các giải pháp chỉnh trị nhằm tăng cường khả năng thoát lũ, đồng thời thiết kế sơ bộ giải pháp chọn lọc. Phạm vi nghiên cứu tập trung từ trạm thủy văn Hà Bằng đến cửa Tiên Châu, giới hạn phía Nam bởi đường Trần Hưng Đạo và phía Bắc bởi Quốc lộ 1A. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, bảo vệ dân sinh và phát triển kinh tế bền vững cho khu vực hạ lưu sông Kỳ Lộ.

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 động lực học hiện đại, trong đó nổi bật là mô hình toán thủy động lực hai chiều (2D) MIKE 21 Flow Model FM do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển. Mô hình này dựa trên phương trình Navier-Stokes trung bình với hệ số Reynolds không nén, mô phỏng chính xác dòng chảy, mực nước và vận tốc trong hệ thống sông, cửa sông và vùng ven biển. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Thủy động lực học 2 chiều (2D): Mô phỏng dòng chảy theo không gian và thời gian, phân bố vận tốc và mực nước.
  • Phương trình Navier-Stokes: Cơ sở toán học mô tả chuyển động chất lỏng.
  • Mô hình số phần tử hữu hạn: Phân chia miền nghiên cứu thành các phần tử nhỏ để giải phương trình.
  • Thông số thủy lực cơ bản: Hệ số nhám Manning, điều kiện biên, điều kiện ban đầu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu địa hình (bản đồ 1/5.000, 1/10.000, mô hình số độ cao DEM độ phân giải 12,5 m), số liệu thủy văn từ trạm Hà Bằng (1995-2019), số liệu triều từ trạm Quy Nhơn (2002-2020) và các số liệu khảo sát bổ sung năm 2019. Các công trình thủy lợi, đập dâng và kè bờ cũng được khảo sát chi tiết.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Phân tích thống kê: Tổng hợp và xử lý số liệu mưa, lũ, mực nước, lưu lượng.
  • Mô hình toán thủy động lực 2D: Thiết lập mô hình MIKE 21FM, hiệu chỉnh và kiểm định bằng số liệu thực tế.
  • Xây dựng kịch bản lũ: Tính toán với tần suất 5% và các kịch bản biến đổi địa hình, công trình.
  • Phân tích chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia để hoàn thiện giải pháp.

Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn là 25 năm, lựa chọn phương pháp mô hình 2D nhằm đảm bảo độ chính xác cao trong mô phỏng phân bố dòng chảy và mực nước, đặc biệt trong khu vực cửa sông phức tạp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng thoát lũ hiện trạng: Mô hình mô phỏng cho thấy khu vực hạ lưu sông Kỳ Lộ có khả năng thoát lũ hạn chế do cửa sông nhỏ hẹp và các công trình đập dâng. Mực nước lũ tại trạm Hà Bằng trong kịch bản tần suất 5% đạt khoảng 13,3 m, gần bằng mức lũ lịch sử 2009.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi địa hình và công trình: Việc thu hẹp cửa Tiên Châu do bồi lắng và các công trình xây dựng làm giảm lưu lượng thoát lũ khoảng 15-20%, làm tăng nguy cơ ngập úng kéo dài tại vùng đồng bằng hạ lưu.

  3. Hiệu quả các giải pháp chỉnh trị: Các giải pháp như nạo vét khơi thông dòng chảy kết hợp mở rộng cửa sông có thể giảm mực nước lũ tối đa từ 0,5 đến 0,8 m, tăng lưu lượng thoát lũ lên 10-15%. Mô hình cho thấy vận tốc dòng chảy tại cửa Tiên Châu tăng trung bình 20% sau khi thực hiện giải pháp.

  4. Thiết kế sơ bộ giải pháp chọn: Giải pháp nạo vét kết hợp mở rộng cửa Tiên Châu với chiều rộng mở rộng 100 m và nạo vét sâu đến -3,5 m được đánh giá là tối ưu, đảm bảo thoát lũ an toàn cho khu vực trong vòng 10 năm tới.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của khả năng thoát lũ hạn chế là do sự kết hợp của địa hình dốc, lòng sông hẹp, biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ mưa lũ, cùng với tác động của các công trình thủy lợi và hoạt động kinh tế như hút cát, xây dựng trái phép. So sánh với các nghiên cứu quốc tế như chương trình “Room for the River” tại Hà Lan hay “River Restoration Programme” tại Hàn Quốc, việc áp dụng mô hình thủy động lực 2D và giải pháp chỉnh trị tổng thể đã được chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu rủi ro lũ lụt.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ mực nước theo thời gian, bản đồ phân bố vận tốc dòng chảy và bảng so sánh lưu lượng thoát lũ trước và sau khi thực hiện giải pháp. Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến thoát lũ và cung cấp cơ sở khoa học cho việc lập quy hoạch, thiết kế công trình thủy lợi tại khu vực.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thực hiện nạo vét khơi thông dòng chảy cửa Tiên Châu: Tăng chiều rộng cửa sông thêm 100 m, nạo vét sâu đến -3,5 m nhằm tăng lưu lượng thoát lũ, giảm mực nước lũ tối đa khoảng 0,8 m. Thời gian thực hiện trong 2 năm, chủ thể là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Phú Yên.

  2. Xây dựng và nâng cấp hệ thống đập dâng, kè bờ: Cải tạo các công trình hiện có như đập Tam Giang, Hà Yến, Đồng Kho để đảm bảo khả năng điều tiết lũ hiệu quả, giảm thiểu ngập úng vùng hạ lưu. Thời gian thực hiện 3-5 năm, phối hợp giữa các đơn vị quản lý thủy lợi và địa phương.

  3. Tăng cường công tác quản lý và giám sát khai thác tài nguyên: Kiểm soát hoạt động hút cát, xây dựng trái phép ven sông, bảo vệ rừng đầu nguồn nhằm duy trì ổn định địa hình và thủy lực dòng chảy. Chủ thể là các cơ quan quản lý tài nguyên môi trường, thời gian liên tục.

  4. Phát triển hệ thống cảnh báo và dự báo lũ: Ứng dụng công nghệ mô hình toán và dữ liệu quan trắc để nâng cao độ chính xác dự báo, cảnh báo sớm cho người dân và chính quyền địa phương. Thời gian triển khai trong 1-2 năm, do Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh chủ trì.

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 quy hoạch, thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi, nâng cao hiệu quả phòng chống lũ lụt.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, thủy lực: Tham khảo phương pháp mô hình toán 2D và dữ liệu thực tế để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về quản lý tài nguyên nước và biến đổi khí hậu.

  3. Chính quyền địa phương và các tổ chức cộng đồng: Áp dụng các giải pháp đề xuất để giảm thiểu rủi ro thiên tai, bảo vệ dân sinh và phát triển kinh tế bền vững tại khu vực hạ lưu sông Kỳ Lộ.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp xây dựng công trình thủy lợi: Tham khảo thiết kế sơ bộ và đánh giá hiệu quả giải pháp để triển khai các dự án chỉnh trị phù hợp với điều kiện thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn mô hình thủy động lực 2D MIKE 21 cho nghiên cứu này?
    Mô hình 2D MIKE 21 cho phép mô phỏng chi tiết phân bố dòng chảy và mực nước theo không gian và thời gian, phù hợp với khu vực cửa sông phức tạp như hạ lưu sông Kỳ Lộ, giúp đánh giá chính xác khả năng thoát lũ và hiệu quả các giải pháp chỉnh trị.

  2. Khả năng thoát lũ hiện tại của khu vực hạ lưu sông Kỳ Lộ như thế nào?
    Khả năng thoát lũ còn hạn chế do cửa sông nhỏ hẹp, bồi lắng và các công trình đập dâng. Mực nước lũ có thể đạt đến mức lịch sử 13,3 m trong kịch bản tần suất 5%, gây ngập lụt kéo dài.

  3. Các giải pháp chính trị nào được đề xuất để tăng cường thoát lũ?
    Giải pháp chủ yếu là nạo vét khơi thông dòng chảy kết hợp mở rộng cửa sông Tiên Châu, cải tạo đập dâng, nâng cấp kè bờ và tăng cường quản lý khai thác tài nguyên, đồng thời phát triển hệ thống cảnh báo lũ.

  4. Hiệu quả của giải pháp mở rộng cửa Tiên Châu được đánh giá ra sao?
    Giải pháp này có thể giảm mực nước lũ tối đa từ 0,5 đến 0,8 m, tăng lưu lượng thoát lũ lên 10-15% và tăng vận tốc dòng chảy tại cửa sông khoảng 20%, góp phần giảm thiểu ngập úng vùng hạ lưu.

  5. Nghiên cứu có áp dụng cho các khu vực khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể tham khảo áp dụng cho các lưu vực sông có đặc điểm tương tự về địa hình, khí hậu và biến đổi khí hậu, đặc biệt các khu vực ven biển miền Trung Việt Nam.

Kết luận

  • Lưu vực sông Kỳ Lộ có đặc điểm địa hình dốc, lòng sông hẹp và chịu ảnh hưởng mạnh của biến đổi khí hậu, dẫn đến nguy cơ lũ lụt nghiêm trọng tại khu vực hạ lưu.
  • Mô hình thủy động lực 2D MIKE 21 được thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định thành công, phản ánh chính xác đặc trưng dòng chảy và mực nước thực tế.
  • Các giải pháp chỉnh trị như nạo vét và mở rộng cửa sông Tiên Châu được đề xuất, có hiệu quả rõ rệt trong việc tăng khả năng thoát lũ và giảm thiểu ngập úng.
  • Thiết kế sơ bộ giải pháp chọn đã được hoàn thiện, làm cơ sở cho các bước triển khai tiếp theo.
  • Khuyến nghị triển khai các giải pháp trong vòng 2-5 năm, đồng thời tăng cường quản lý và phát triển hệ thống cảnh báo lũ nhằm bảo vệ dân sinh và phát triển kinh tế bền vững.

Để tiếp tục, các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời cập nhật dữ liệu và mô hình để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai.