Tổng quan nghiên cứu

Ngập úng là một trong những thảm họa thiên nhiên phổ biến và gây thiệt hại nghiêm trọng trên toàn cầu, đặc biệt tại các khu vực có tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh như lưu vực sông Phan - Cà Lồ. Theo báo cáo của ngành thủy lợi tỉnh Vĩnh Phúc, lưu vực này có diện tích 1.229 km², trong đó 60% thuộc tỉnh Vĩnh Phúc và gần 15% thuộc thành phố Hà Nội, với dân số khoảng 838.743 người. Tình trạng ngập úng diễn ra thường xuyên, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, đời sống dân cư và phát triển kinh tế - xã hội của vùng. Năm 2008, diện tích ngập úng lên tới trên 15.000 ha, gây thiệt hại khoảng 150 triệu USD, trong đó 30% là thiệt hại về nông nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá đặc điểm, nguyên nhân gây ngập úng và đề xuất các giải pháp tiêu úng tổng thể cho lưu vực sông Phan - Cà Lồ nhằm phục vụ phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực với các đặc điểm địa hình phức tạp, khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa trung bình năm dao động từ 1.574,8 mm tại vùng đồng bằng đến trên 2.000 mm tại vùng núi Tam Đảo. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 1990 đến 2018, sử dụng số liệu khí tượng thủy văn, địa hình, hiện trạng công trình thủy lợi và ngập úng thực tế.

Việc nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng tiêu thoát nước, giảm thiểu thiệt hại do ngập úng gây ra, đồng thời góp phần vào công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên nước tại khu vực trọng điểm phía Bắc Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

  • Lý thuyết thủy văn và thủy lực: Giúp phân tích quá trình hình thành và diễn biến ngập úng dựa trên đặc điểm mưa lũ, địa hình và dòng chảy sông ngòi.
  • Mô hình MIKE NAM và MIKE FLOOD: Mô hình thủy văn và thủy lực được sử dụng để mô phỏng dòng chảy, tính toán lưu lượng tiêu thoát và diễn toán ngập úng trên lưu vực.
  • Khái niệm ngập úng và tiêu úng: Bao gồm các yếu tố ảnh hưởng như lượng mưa, địa hình dạng da báo, độ uốn khúc sông, ảnh hưởng của lũ sông Cầu và hệ thống công trình thủy lợi.
  • Phân vùng tiêu úng: Nguyên tắc phân vùng dựa trên đặc điểm địa hình, mạng lưới sông ngòi và khả năng tiêu thoát nước tự nhiên.
  • Phương pháp phân tích hệ thống: Nhận diện nguyên nhân chính gây ngập úng và đánh giá hiệu quả các giải pháp tiêu úng tổng thể.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ 13 trạm đo mưa và 3 trạm thủy văn trên lưu vực, số liệu địa hình, hiện trạng công trình thủy lợi, khảo sát thực địa và ảnh vệ tinh Landsat.
  • Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Thu thập số liệu về mưa, lũ, địa hình, hiện trạng tiêu thoát nước và tình hình ngập úng tại các khu vực trong lưu vực.
  • Phương pháp phân tích thống kê: Thống kê đặc điểm mưa lũ, phân tích tần suất và cường độ mưa lớn nhất trong các khoảng thời gian 1, 3, 5, 7 ngày, xác định mưa thiết kế với tần suất 10%.
  • Mô hình hóa thủy văn thủy lực kết hợp GIS: Ứng dụng mô hình MIKE NAM để xác định lưu lượng tiêu thoát tại các nút sông, mô hình MIKE FLOOD để diễn toán dòng chảy và ngập úng hạ lưu, kết hợp bản đồ GIS để phân vùng tiêu úng và đề xuất giải pháp.
  • Phương pháp kế thừa và phân tích hệ thống: Tổng hợp kết quả nghiên cứu trước đây, phân tích nguyên nhân ngập úng và đánh giá các giải pháp hiện có.
  • Cỡ mẫu và timeline nghiên cứu: Số liệu mưa và thủy văn được thu thập liên tục từ năm 1998 đến 2018; khảo sát thực địa và mô hình hóa thực hiện trong vòng 2 năm nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguyên nhân ngập úng chủ yếu: Địa hình thấp trũng dạng da báo chiếm phần lớn diện tích lưu vực, kết hợp với mưa lũ tập trung và lòng dẫn sông có độ uốn khúc lớn làm giảm khả năng tiêu thoát nước. Mực nước lũ sông Cầu tại cửa Phúc Lộc Phương thường xuyên dâng cao, gây cản trở dòng chảy tự nhiên của sông Phan - Cà Lồ.

  2. Đặc điểm mưa lớn: Các trận mưa lớn nhất thường kéo dài từ 3 đến 7 ngày, với lượng mưa 3 ngày lớn nhất tại trạm Đầm Cả đạt 360,54 mm, 5 ngày là 386,63 mm và 7 ngày là 415,39 mm (tần suất thiết kế 10%). Năm 2008 là năm có lượng mưa lớn nhất trong giai đoạn nghiên cứu, gây ngập úng diện rộng.

  3. Hiện trạng công trình tiêu thoát nước: Hệ thống đê điều và trạm bơm tiêu trên lưu vực chưa đồng bộ, nhiều công trình xuống cấp, công suất bơm không đáp ứng được yêu cầu. Khả năng tiêu thoát tự nhiên của sông Phan - Cà Lồ dưới 200 m³/s, chưa có công trình đầu mối điều tiết tổng thể.

  4. Diện tích ngập úng và thiệt hại: Trung bình hàng năm có khoảng 8.500 ha bị ngập úng, năm cao điểm lên đến 15.000 ha. Thiệt hại ước tính khoảng 150 triệu USD trong giai đoạn 2006-2013, ảnh hưởng nghiêm trọng đến nông nghiệp, công nghiệp và đời sống dân cư.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân ngập úng trên lưu vực sông Phan - Cà Lồ là sự kết hợp phức tạp giữa yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Địa hình dạng da báo với các vùng trũng xen kẽ đồi núi tạo thành các vùng chứa nước tự nhiên, làm giảm khả năng thoát nước nhanh. Mưa lớn tập trung trong mùa mưa, đặc biệt các trận mưa kéo dài 3-7 ngày với lượng mưa lớn vượt quá khả năng tiêu thoát hiện tại, gây ngập úng diện rộng.

Độ uốn khúc cao của sông Phan - Cà Lồ (hệ số uốn khúc trung bình 2,7, đoạn hạ lưu lên đến 4,0) làm giảm vận tốc dòng chảy, tăng nguy cơ bồi tụ và gây tắc nghẽn dòng chảy. Mực nước lũ sông Cầu dâng cao kéo dài làm giảm khả năng tiêu thoát tự nhiên của lưu vực, đặc biệt khi mực nước tại Phúc Lộc Phương vượt 6,0 m.

So sánh với các nghiên cứu về ngập úng tại các lưu vực khác trong nước và quốc tế, các yếu tố địa hình, mưa lớn và hệ thống công trình thủy lợi chưa đồng bộ là những nguyên nhân phổ biến gây ngập úng. Tuy nhiên, lưu vực sông Phan - Cà Lồ có đặc điểm riêng biệt về địa hình và mạng lưới sông ngòi, đòi hỏi giải pháp tiêu úng tổng thể và phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất theo từng năm, bản đồ phân vùng tiêu úng và sơ đồ mô hình dòng chảy thủy lực để minh họa khả năng tiêu thoát hiện tại và dự kiến.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống công trình tiêu thoát đồng bộ: Nâng cấp, xây mới các đê điều, cống điều tiết và trạm bơm tiêu với công suất phù hợp, đảm bảo khả năng tiêu thoát nước trên 300 m³/s trong vòng 5 năm tới. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Vĩnh Phúc phối hợp với UBND các huyện.

  2. Phân vùng tiêu úng và quy hoạch sử dụng đất: Áp dụng phân vùng tiêu úng dựa trên mô hình thủy lực kết hợp GIS để quản lý và quy hoạch phát triển đô thị, nông nghiệp phù hợp, giảm thiểu nguy cơ ngập úng. Thời gian thực hiện: 3 năm. Chủ thể: Sở Quy hoạch - Kiến trúc, Sở Tài nguyên và Môi trường.

  3. Tăng cường công tác quản lý và vận hành hệ thống thủy lợi: Thiết lập hệ thống quan trắc, cảnh báo sớm mưa lũ, tổ chức vận hành linh hoạt các công trình tiêu thoát, giảm thiểu ngập úng kéo dài. Chủ thể: Công ty TNHH MTV Thủy lợi Liễn Sơn, Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh.

  4. Giải pháp phi công trình: Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống ngập úng, trồng rừng phòng hộ đầu nguồn, cải tạo hệ thống kênh mương nội đồng, bảo vệ môi trường lưu vực. Thời gian triển khai liên tục. Chủ thể: UBND các xã, phường, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Giúp xây dựng các chính sách phát triển bền vững, quy hoạch sử dụng đất và quản lý tài nguyên nước hiệu quả tại lưu vực sông Phan - Cà Lồ.

  2. Các chuyên gia thủy lợi và kỹ sư môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học và mô hình thủy lực để thiết kế, cải tạo hệ thống công trình tiêu thoát nước phù hợp với đặc điểm địa hình và khí hậu.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy văn, môi trường: Là tài liệu tham khảo về phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa thủy văn thủy lực và phân tích nguyên nhân ngập úng trong lưu vực sông.

  4. Cộng đồng dân cư và doanh nghiệp trong lưu vực: Hiểu rõ nguyên nhân, tác động của ngập úng và các biện pháp phòng tránh, góp phần nâng cao nhận thức và tham gia bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Ngập úng tại lưu vực sông Phan - Cà Lồ do những nguyên nhân chính nào?
    Nguyên nhân chính gồm địa hình thấp trũng dạng da báo, mưa lũ tập trung kéo dài, độ uốn khúc lớn của sông và ảnh hưởng của lũ sông Cầu làm giảm khả năng tiêu thoát nước tự nhiên.

  2. Lượng mưa lớn nhất trong lưu vực được xác định như thế nào?
    Lượng mưa lớn nhất được thống kê từ số liệu 13 trạm đo mưa trong giai đoạn 1998-2018, với các khoảng thời gian 1, 3, 5, 7 ngày, áp dụng tần suất thiết kế 10% để tính toán mưa thiết kế phục vụ mô hình hóa.

  3. Hiện trạng công trình tiêu thoát nước trên lưu vực ra sao?
    Hệ thống đê điều và trạm bơm tiêu chưa đồng bộ, nhiều công trình xuống cấp, công suất bơm không đáp ứng yêu cầu, khả năng tiêu thoát tự nhiên dưới 200 m³/s, chưa có công trình đầu mối tổng thể.

  4. Mô hình thủy lực nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Mô hình MIKE NAM được dùng để tính toán lưu lượng tiêu thoát tại các nút sông, mô hình MIKE FLOOD để diễn toán dòng chảy và ngập úng hạ lưu, kết hợp GIS để phân vùng tiêu úng.

  5. Giải pháp tiêu úng nào được đề xuất?
    Bao gồm xây dựng hệ thống công trình tiêu thoát đồng bộ, phân vùng tiêu úng và quy hoạch sử dụng đất, tăng cường quản lý vận hành hệ thống thủy lợi, và các giải pháp phi công trình như trồng rừng phòng hộ và nâng cao nhận thức cộng đồng.

Kết luận

  • Lưu vực sông Phan - Cà Lồ có địa hình phức tạp, mưa lớn tập trung và hệ thống công trình tiêu thoát chưa đồng bộ, dẫn đến ngập úng thường xuyên và thiệt hại lớn.
  • Nguyên nhân ngập úng chủ yếu là do địa hình dạng da báo, mưa lũ kéo dài, độ uốn khúc sông cao và ảnh hưởng của lũ sông Cầu.
  • Lượng mưa thiết kế với tần suất 10% tại trạm Đầm Cả là lớn nhất, gây áp lực lớn lên hệ thống tiêu thoát hiện tại.
  • Đề xuất các giải pháp tổng thể bao gồm nâng cấp công trình thủy lợi, phân vùng tiêu úng, quản lý vận hành và giải pháp phi công trình nhằm giảm thiểu ngập úng.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho công tác quy hoạch, quản lý và phát triển bền vững lưu vực sông Phan - Cà Lồ.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất, tiếp tục cập nhật số liệu và mô hình hóa để điều chỉnh chính sách phù hợp.

Call to action: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện hiệu quả các biện pháp tiêu úng, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững.