Tổng quan nghiên cứu

Khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa, nằm trong vùng duyên hải Nam Trung Bộ, có địa hình bán sơn địa với độ dốc lớn từ Bắc xuống Nam, đỉnh núi cao hơn 600m và các vùng dân cư, khu công nghiệp có cao độ thấp từ 3-6m. Theo số liệu quan trắc từ năm 1976 đến nay, lượng mưa trung bình năm tại Nha Trang dao động khoảng 1.368 mm đến 2.552 mm, trong đó mùa mưa chiếm tới 80% tổng lượng mưa năm, tập trung chủ yếu từ tháng 9 đến tháng 12. Lũ lụt xảy ra thường xuyên, đặc biệt là trận lũ năm 2007 đã gây ngập sâu từ 1-1,5 mét tại khu dân cư xã Vĩnh Phương, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và sản xuất của người dân. Lưu vực sông Cái Nha Trang có diện tích khoảng 1.900 km² với lưu lượng dòng chảy trung bình năm đạt khoảng 79 m³/s, tổng lượng dòng chảy khoảng 2,5 tỷ m³ nước.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích nguyên nhân gây ngập lụt, xây dựng mô hình toán mô phỏng lũ kết hợp GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt, từ đó đề xuất các giải pháp tiêu thoát lũ hiệu quả cho khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang. Nghiên cứu tập trung vào phạm vi xã Vĩnh Phương, khu vực Đắc Lộc, với thời gian khảo sát và thu thập dữ liệu từ năm 1990 đến 2008. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt, nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước và phát triển bền vững kinh tế - xã hội địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn, thủy lực hiện đại nhằm mô phỏng và phân tích dòng chảy lũ trong lưu vực sông và khu vực ngập lụt. Hai mô hình chính được áp dụng là:

  • Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 HD: Giải hệ phương trình Saint-Venant mô tả bảo toàn khối lượng và động lượng dòng chảy trong sông, kênh với khả năng mô phỏng các công trình thủy lợi, điều khiển vận hành hồ chứa và hệ thống kênh dẫn.

  • Mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 HD: Mô phỏng dòng chảy không ổn định theo hai chiều không gian, thích hợp cho việc mô phỏng dòng chảy tràn bãi, vùng cửa sông và các vùng ngập lụt phức tạp.

Ngoài ra, mô hình Mike Flood được sử dụng để kết hợp mô hình một chiều và hai chiều, cho phép mô phỏng đồng thời dòng chảy trong sông và dòng chảy tràn bãi, đồng thời mô phỏng các công trình thủy lực và vận hành hệ thống tiêu thoát lũ.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng dòng chảy, mực nước, tần suất lũ, phân phối dòng chảy năm, mô hình thủy lực, bản đồ ngập lụt, và các công trình tiêu thoát lũ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm đo mưa, đo dòng chảy, mực nước, độ đục và bùn cát trong lưu vực sông Cái Nha Trang từ năm 1976 đến 2008. Dữ liệu địa hình, địa chất và sử dụng đất được thu thập qua khảo sát thực địa và các báo cáo quy hoạch.

Phương pháp nghiên cứu gồm:

  • Thu thập và điều tra khảo sát thực địa: Đánh giá hiện trạng công trình thủy lợi, địa hình, sử dụng đất và dân cư khu vực nghiên cứu.

  • Phân tích thống kê thủy văn: Tính toán tần suất mưa, dòng chảy, mực nước lũ thiết kế theo các tiêu chuẩn hiện hành.

  • Ứng dụng mô hình toán Mike Flood: Xây dựng mô hình thủy lực kết hợp một chiều và hai chiều để mô phỏng dòng chảy lũ, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực tế.

  • Phân tích và đề xuất giải pháp tiêu thoát lũ: Dựa trên kết quả mô phỏng, đánh giá hiệu quả các phương án tiêu thoát lũ và xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực nghiên cứu.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 1990 đến 2008, với cỡ mẫu dữ liệu khí tượng thủy văn và thủy lực đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các trạm quan trắc tiêu biểu trong lưu vực. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm chuyên dụng MIKE FLOOD, kết hợp GIS để trực quan hóa kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm khí tượng thủy văn và dòng chảy lũ: Lượng mưa trung bình năm tại khu vực nghiên cứu dao động từ 1.368 mm đến 2.552 mm, trong đó mùa mưa chiếm khoảng 80% tổng lượng mưa năm. Lũ chính vụ thường xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 12, chiếm 40-50% tổng lượng dòng chảy năm. Lưu lượng đỉnh lũ tại trạm Đồng Trăng đạt tới 4.299 m³/s với tần suất xuất hiện 1% (bảng 1-14).

  2. Hiện trạng công trình tiêu thoát lũ: Hệ thống kênh tiêu dài khoảng 5.250 m, chủ yếu đã bê tông hóa, nhưng các cống tiêu thoát nước mặt có cao trình ngưỡng thấp hoặc bị bồi lấp làm giảm hiệu quả tiêu thoát. Kênh tiêu của khu công nghiệp ngắn và đổ thẳng vào hệ thống cũ, gây tắc nghẽn dòng chảy.

  3. Hiệu quả mô hình Mike Flood trong mô phỏng lũ: Mô hình kết hợp một chiều và hai chiều cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy trong sông và dòng chảy tràn bãi, phản ánh đúng diễn biến mực nước và lưu lượng trong các trận lũ thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy các vùng ngập lụt sâu nhất tập trung tại khu dân cư xã Vĩnh Phương với độ sâu ngập từ 1 đến 1,5 m (bảng 4-11, hình 4-17).

  4. Đề xuất giải pháp tiêu thoát lũ: Các phương án nạo vét kênh tiêu, nâng cao cống thoát nước, xây dựng hồ chứa điều tiết và cải tạo hệ thống thoát nước khu công nghiệp được mô phỏng và đánh giá hiệu quả. Phương án tối ưu giúp giảm diện tích ngập lụt khoảng 30% và giảm độ sâu ngập trung bình 0,5 m so với hiện trạng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây ngập lụt là do lượng mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn, địa hình dốc và hệ thống tiêu thoát lũ hiện tại không đáp ứng được lưu lượng dòng chảy lớn. Việc xây dựng các công trình thủy lợi chưa đồng bộ, nhiều cống bị bồi lấp hoặc có cao trình ngưỡng thấp làm giảm khả năng tiêu thoát nước. Kết quả mô hình Mike Flood phù hợp với số liệu thực tế, thể hiện qua biểu đồ mực nước và lưu lượng tại các trạm quan trắc, cho thấy mô hình có độ tin cậy cao trong dự báo và đánh giá các phương án thoát lũ.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, kết quả này tương đồng về đặc điểm khí tượng thủy văn và các giải pháp kỹ thuật đề xuất. Việc ứng dụng mô hình kết hợp một chiều và hai chiều giúp mô phỏng chính xác hơn so với mô hình một chiều truyền thống, đặc biệt trong việc mô phỏng dòng chảy tràn bãi và vùng ngập lụt phức tạp.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp công cụ khoa học để quản lý và vận hành hệ thống tiêu thoát lũ, giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt, đồng thời hỗ trợ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nạo vét và nâng cấp hệ thống kênh tiêu thoát lũ: Thực hiện nạo vét các kênh tiêu hiện có, đặc biệt là các kênh bị bồi lấp, đồng thời nâng cao cống thoát nước mặt để tăng khả năng tiêu thoát nước. Mục tiêu giảm diện tích ngập lụt ít nhất 25% trong vòng 3 năm, do Ban Quản lý Đô thị và Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

  2. Xây dựng hồ chứa điều tiết lũ: Thiết kế và xây dựng hồ chứa nhỏ tại các vị trí đầu nguồn để điều tiết dòng chảy, giảm đỉnh lũ xuống hạ lưu. Thời gian thực hiện dự kiến 5 năm, phối hợp giữa UBND thành phố Nha Trang và các đơn vị tư vấn thủy lợi.

  3. Cải tạo hệ thống tiêu thoát nước khu công nghiệp Đắc Lộc: Mở rộng và xây dựng mới các kênh tiêu, đảm bảo không đổ thẳng nước thải vào hệ thống cũ, tránh gây tắc nghẽn. Thực hiện trong 2 năm, do Ban Quản lý Khu công nghiệp và Sở Xây dựng phối hợp thực hiện.

  4. Ứng dụng mô hình Mike Flood trong quản lý vận hành: Sử dụng mô hình để dự báo lũ, xây dựng bản đồ ngập lụt và hỗ trợ ra quyết định vận hành các công trình thủy lợi. Đào tạo cán bộ kỹ thuật và xây dựng hệ thống cảnh báo sớm trong vòng 1 năm, do Trung tâm Khí tượng Thủy văn và Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam phối hợp thực hiện.

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 lụt hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng.

  2. Các nhà quy hoạch và thiết kế công trình thủy lợi: Áp dụng mô hình Mike Flood và các giải pháp kỹ thuật đề xuất để thiết kế, cải tạo hệ thống tiêu thoát lũ phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Thủy văn, Thủy lợi: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình toán và kết quả phân tích khí tượng thủy văn, thủy lực để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

  4. Cộng đồng dân cư và doanh nghiệp tại khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang: Hiểu rõ nguyên nhân và giải pháp thoát lũ, từ đó phối hợp với chính quyền trong việc phòng tránh và ứng phó với lũ lụt, bảo vệ tài sản và sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang thường xuyên bị ngập lụt?
    Nguyên nhân chính là do lượng mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn, địa hình dốc, hệ thống tiêu thoát lũ hiện tại không đáp ứng được lưu lượng dòng chảy lớn, cùng với các công trình tiêu thoát bị bồi lấp hoặc có cao trình ngưỡng thấp.

  2. Mô hình Mike Flood có ưu điểm gì trong mô phỏng lũ?
    Mike Flood kết hợp mô hình thủy lực một chiều và hai chiều, cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy trong sông và dòng chảy tràn bãi, đồng thời mô phỏng các công trình thủy lực và vận hành hệ thống tiêu thoát lũ, giúp đánh giá hiệu quả các phương án thoát lũ.

  3. Giải pháp nào được đề xuất để giảm ngập lụt tại khu vực nghiên cứu?
    Các giải pháp gồm nạo vét và nâng cấp hệ thống kênh tiêu, xây dựng hồ chứa điều tiết lũ, cải tạo hệ thống tiêu thoát nước khu công nghiệp, và ứng dụng mô hình Mike Flood trong quản lý vận hành hệ thống tiêu thoát lũ.

  4. Dữ liệu khí tượng thủy văn được sử dụng trong nghiên cứu như thế nào?
    Dữ liệu được thu thập từ các trạm quan trắc trong lưu vực sông Cái Nha Trang từ năm 1976 đến 2008, bao gồm lượng mưa, dòng chảy, mực nước, độ đục và bùn cát, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao cho việc xây dựng và hiệu chỉnh mô hình.

  5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Phương pháp nghiên cứu và mô hình toán có thể áp dụng cho các khu vực có điều kiện địa hình và khí tượng thủy văn tương tự, giúp đánh giá và đề xuất giải pháp tiêu thoát lũ phù hợp, góp phần quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

Kết luận

  • Khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang có đặc điểm địa hình dốc, lượng mưa lớn tập trung trong mùa mưa, gây ra ngập lụt nghiêm trọng tại các khu dân cư và khu công nghiệp.
  • Mô hình Mike Flood kết hợp thủy lực một chiều và hai chiều là công cụ hiệu quả để mô phỏng dòng chảy lũ và xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết.
  • Hiện trạng hệ thống tiêu thoát lũ chưa đáp ứng được lưu lượng dòng chảy lớn, nhiều công trình bị bồi lấp hoặc có cao trình ngưỡng thấp làm giảm hiệu quả tiêu thoát.
  • Các giải pháp kỹ thuật như nạo vét kênh tiêu, nâng cao cống thoát nước, xây dựng hồ điều tiết và cải tạo hệ thống tiêu thoát khu công nghiệp được đề xuất và đánh giá hiệu quả qua mô hình.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý, quy hoạch và vận hành hệ thống tiêu thoát lũ, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho khu vực phía Bắc thành phố Nha Trang.

Tiếp theo, cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và đào tạo cán bộ kỹ thuật vận hành mô hình. Mời các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng địa phương phối hợp ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả phòng chống lũ lụt.