CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ LŨ QUÉT VÀ CẢNH BÁO, DỰ BÁO LŨ QUÉT 1.1 Một số khái niệm sử dụng trong Luận án 1.1 Khái niệm về lũ quét Khái niệm về lũ quét cho đến nay vẫn chưa thống nhất về một một định nghĩa chung do lũ quét là một quá trình tự nhiên phức tạp về nguyên nhân, thành phần, sự xuất hiện và còn do bởi cách tiếp cận khác nhau của các nghiên cứu. Theo WMO (1981) [1]: lũ quét (flash flood) Một trận lũ xảy ra trong thời gian ngắn với đỉnh lũ tương đối lớn. Theo Hội khí tượng Mỹ (AMS) (2005) [2]: lũ quét là một trận lũ mà thời gian lũ lên và thời gian lũ xuống rất nhanh và có ít hoặc không có những cảnh báo trước, thông thường nó là kết quả của những đợt mưa có cường độ lớn rơi trên toàn lưu vực nhỏ. Theo Vụ Nhân đạo – Liên Hiệp Quốc DHA (1992) [3]: lũ quét là lũ có thời đoạn ngắn và đỉnh lũ cao, khi có bão, mưa lớn tập trung nhanh sinh ra lũ trên các sườn dốc, sóng lũ có thể truyền rất nhanh gây bất ngờ và có sức tàn phá lớn.
Do lũ hình thành trong một thời gian ngắn nên việc dự báo rất khó khăn. Theo Cơ quan Dịch vụ Thời tiết Quốc gia Mỹ (US NWS) (2018) [4]: lũ quét là một dòng chảy nhanh và cực mạnh do khối nước cao tới khu vực thường xuyên khô hoặc sự dâng mực nước rất nhanh trong suối, kênh, sông vượt quá mức lũ định trước và thường xảy ra trong vòng 6 giờ của sự cố (mưa lớn, vỡ đập, tan băng). Tuy nhiên, ngưỡng thời gian thực có thể khác nhau theo từng vùng, từng lưu vực vực. Các trận lũ đang diễn ra làm tăng mạnh khả năng lũ quét khi gặp mưa lớn làm dâng đột ngột mức lũ.
Theo Georgakakos (1984) [5]: lũ quét thường xảy ra ở các lưu vực miền núi có diện tich lưu vực từ vài chục km2 đến vài trăm km2. Lũ quét có thời gian đạt đỉnh ít hơn 3 giờ trong lưu vực 5-10 km2 ở Anh, trong khi ở Mỹ thời gian đạt đỉnh lên đến 6 giờ đối với lưu vực 400 km2 được coi là lưu vực lũ quét tiềm năng. Theo Quyết định số 46/2014/QĐ-TTg ngày 15/8/2014 của Thủ tướng chính phủ [6] quy định về dự báo, cảnh báo và truyền tin thiên tai: Lũ quét là một loại lũ xảy ra bất ngờ trên các lưu vực sông suối nhỏ miền núi, dòng chảy xiết, thường kèm theo bùn đá, lũ lên nhanh, xuống nhanh, có sức tàn phá lớn. Theo Cao Đăng Dư và nnk (2000) [7]: cho rằng: lũ quét là một loại lũ lớn, xảy ra bất ngờ, duy trì trong một thời gian ngắn (lên nhanh và xuống nhanh) và có sức tàn phá lớn.
Theo Vũ Minh Cát và nnk (2007) [8]: lũ quét là loại lũ lớn, xảy ra bất ngờ trên một diện tích nhỏ, duy trì trong một thời gian ngắn, và có sức tàn phá lớn. Theo Ngô Đình Tuấn (2006) [9]: lũ quét là loại lũ có tốc độ rất lớn (quét), xảy ra bất thần (thường xuất hiện vào ban đêm; nơi xảy ra có khi mưa lũ bé – lũ ống.) trên một diện tích nhỏ hay lớn, duy trì trong một thời gian ngắn hay dài (tùy từng trận mưa lũ), mang nhiều bùn cát, có sức tàn phá lớn. Theo Lã Thanh Hà và nnk (2009) [10]: lũ quét là lũ hình thành do mưa kết hợp với các tổ hợp bất lợi về điều kiện mặt đệm ( địa hình, địa mạo, lớp phủ…) sinh ra dòng chảy bùn đá trên các sườn dốc (lưu vực, sông suối), dòng chảy lũ truyền rất nhanh gây ra những tàn phá bất ngờ và nghiêm trọng ở khu vực sườn núi và dọc sông mà nó tràn qua. Theo Nguyễn Hiệu (2008) [11]: lũ quét là lũ xuất hiện đột ngột, hoạt động trong khoảng thời gian ngắn, lan truyền với tốc độ cao và có sức công phá rất lớn.
Từ những liệt kê kể trên nhận thấy rằng trong tất cả các định nghĩ về lũ quét, hầu hết các tác giả, tổ chức đều nhận định chung các đặc điểm của lũ quét là một trận lũ xuất hiện nhanh, bất ngờ trên các lưu vực sông suối miền núi từ vài chục đến vài trăm km2. Trong nghiên cứu của mình, tác giả tiếp cận: lũ quét là những trận lũ xảy ra bất ngờ trong thời gian ngắn với đỉnh lũ tương đối lớn, xuất hiện trên sông và gây tràn bờ. Đây cũng là khái niệm phù hợp với định nghĩa của WMO về lũ quét. Định nghĩa này tạo cơ sở thuận lợi, có chỉ tiêu rõ ràng để thực hiện các cảnh báo về lũ quét.2 Khái niệm về tràn bờ, lưu lượng tràn bờ Trong luận án tác giả tiếp cận lũ quét là những trận lũ xảy ra bất ngờ trong thời gian ngắn với đỉnh lũ tương đối lớn, xuất hiện trên sông và gây tràn bờ.
Theo hướng tiếp cận này yếu tố tràn bờ là cơ sở quan trọng để cảnh báo lũ quét. Do đó khái niệm “tràn bờ (bankfull)” và lưu lượng tràn bờ (Q bankfull), yếu tố đặc trưng cho nó có ý nghĩa rất quan trọng đối với nghiên cứu. Tràn bờ được hiểu là hiện tượng dòng sông/dòng suối bắt đầu tràn bờ tự nhiên lên vùng đồng bằng lũ lụt đang hoạt động Wolman và nnk (1957) [12], Woodyer (1968) [13] và Nixon (1959) [14], để đặc trưng cho hiện tượng tràn bờ ta có ngưỡng tràn bờ (SBF) được định nghĩa là độ cao của vùng ngập lụt đang hoạt động. Williams (1978) [15], Wolman và nnk (1957) [12], Schumm (1960) [16] và Bray (1972) [17] cho rằng ngưỡng tràn bờ là độ cao của "bãi thấp", trong khi đối với Woodyer (1968) [13], Bray (1972) [18] thì ngưỡng tràn bờ là độ cao của "bãi giữa" đối với các sông có ba hoặc bốn các bề mặt tràn (Hình 1.1 Mô tả các loại cao trình bãi khác nhau Theo nghiên cứu của Wolman và nnk [12], [19], [20] lại xem ngưỡng tràn bờ là độ cao trung bình của các bề mặt cao nhất của các bờ chắn của sông hoặc kênh.
Bên cạnh đó cũng có tác giả tiếp cận xem ngưỡng tràn bờ là độ cao của giới hạn trên của các hạt có kích thước như cát trong trầm tích ranh giới Leopold (1967) [21]. Cuối cùng, một số 7 h tác giả định nghĩa ngưỡng tràn bờ tương ứng đến sự thay đổi của bờ sông như thay đổi của mặt cắt ngang sông, Wolman và nnk (1957) và Pickup và nnk (1976) [22] định nghĩa ngưỡng tràn bờ là độ cao mà tại đó tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu (W/D) của mặt cắt ngang nhỏ nhất. Đối với phương pháp xác định ngưỡng tràn bờ, Riley (1972) [23] cũng đề xuất đo tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu của mặt cắt ở các mực nước khác nhau. Tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu giảm khi mực nước ngày càng tăng, và tăng lại với mực nước dâng cao khi dòng chảy qua vùng lũ.
Riley (1972) [23] kết luận rằng mực nước tương ứng với điểm chuyển của mối tương quan giữa tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu với mức nước là ngưỡng tràn bờ. Tuy nhiên trong thực tế khi mặt cắt ngang của kênh không đều đặn, hoặc các con sông miền núi vùng cao không có đồng bằng lũ lụt, v., việc xác định chính xác ngưỡng tràn bờ là khó khăn. Một đặc trưng có nghĩa quan trọng để mô tả về khái niệm tràn bờ là lưu lượng tràn bờ (Q bankfull). Định nghĩa về lưu lượng tràn bờ (Q bankfull) chỉ có một số ít tác giả đưa ra định nghĩa, thậm chí có rất ít mô tả cách tính giá trị của nó.
Cách định nghĩa đơn giản và phổ biến trong nhiều nghiên cứu về lưu lượng tràn bờ là phương pháp được mô tả bởi Williams (1978) [15], người đã định nghĩa lưu lượng tràn bờ (Q bankfull) là một dòng chảy chỉ lấp đầy kênh đến độ cao ngang bằng với ngưỡng tràn bờ sông. Vấn đề là trên thực tế, việc xác định chính xác vị trí “bờ sông” gặp rất nhiều khó khăn. Việc đo lường chính xác giá trị tràn bờ là rất khó, vì nó rất hiếm khi xảy ra và khả năng nó xảy ra tại các trạm đo đạc được là rất hiếm. Một cách tiếp cận khác, lưu lượng tràn bờ thường được gọi là “lưu lượng hiệu quả” hoặc “lưu lượng tạo kênh”.
Khái niệm “lưu lượng tạo kênh” khó tiếp cận vì không có kênh hình thành đơn lẻ nhưng thay vào đó cách tiếp cận lưu lượng hiệu quả khả thi hơn, dòng chảy có thể được coi là hiệu quả khi có tác dụng trong việc hình thành kênh chính. Một cách thích hợp hơn, lưu lượng tràn bờ có thể được coi là đại diện cho dòng chảy hình thành các kênh sông tự nhiên Emmett (2004) [24]. Trong năm, dòng chảy lũ có tác động di chuyển phù sa và hình thành kênh chính Leopold (1964) [25]. Lũ lớn di chuyển một lượng lớn trầm tích, nhưng chúng rất hiếm; lũ nhỏ thường xuyên xảy ra nhưng di chuyển lượng trầm tích ít hơn Wolman và Miller (1960) [26].
Trong điều kiện trung bình, lưu 8 h lượng tràn bờ có thể xảy ra khoảng 1 đến 2 năm một lần. Khi lũ chảy vượt qua các bờ suối, tốc độ giảm đột ngột trên các vùng đồng bằng lũ lụt hoạt động gây ra lắng đọng trầm tích dẫn đến việc hình thành các con đê tự nhiên (Hình 1.2 Mô tả ngưỡng tràn bờ Nguồn: Sherwood (2002) [27] Từ dữ liệu thực nghiệm và thực địa chỉ ra rằng vận tốc trên sông kênh tăng lên khi mực nước dâng. Ảnh hưởng đến hình thành kênh là lớn nhất khi mực nước ở độ cao của vùng ngập. Dòng chảy phân tán và ảnh hưởng đến kênh sự hình thành bị suy yếu khi mực nước tăng thêm.
Andrew (1980) [28] cũng kết luận rằng lưu lượng tràn bờ tương ứng với dòng chảy khi vận chuyển bùn cát là lớn nhất. Thực sự là hợp lý khi xem xét rằng lưu lượng tràn bờ có thể được sử dụng như là một lưu lượng đặc trưng gắn liền với quá trình hình thành kênh và phụ thuộc vào các đặc trưng của lưu vực. Khi xác định lưu lượng tràn bờ của một đoạn sông. Đoạn sông phải đủ dài, và một số mặt cắt mà mực nước tương ứng của chúng phải được đo đạc đầy đủ để tránh những thiếu sót do sử dụng dữ liệu chỉ có một hoặc hai mặt cắt.
Lưu lượng tràn bờ được xác định trực tiếp theo mực nước tương ứng với các cao trình của vùng ngập lụt dọc theo đoạn sông. Phương pháp này tương tự như Leopold (1964) [25] đề xuất.