Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam, đặc biệt khu vực Bắc Trung Bộ, là vùng chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai như bão, áp thấp nhiệt đới, lũ lụt và nước dâng do triều cường. Tỉnh Hà Tĩnh với diện tích tự nhiên khoảng 602.564 ha và dân số trên 1,28 triệu người, có địa hình phức tạp gồm núi non hiểm trở và bờ biển dài 137 km, thường xuyên chịu thiệt hại do thiên tai. Huyện Cẩm Xuyên, nằm ven biển Hà Tĩnh, có tổng diện tích 635,54 km² với dân số khoảng 151.834 người, là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của các hiện tượng thiên tai như bão, lũ, nước dâng và xâm nhập mặn. Tuyến đê Phúc Long Nhượng dài 11,41 km, bảo vệ trực tiếp cho gần 20.000 người và hơn 2.400 ha đất sản xuất, đang xuống cấp nghiêm trọng, làm tăng nguy cơ tràn đê và ngập lụt.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc tính toán dự báo vùng ảnh hưởng và diện tích ngập lụt do nước tràn qua đê Phúc Long Nhượng, đồng thời đề xuất các biện pháp giảm thiểu thiệt hại. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở khu vực bờ tả đê Phúc Long Nhượng, không xét đến cơ chế vỡ đê và dòng chảy trong nội đồng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ tính mạng, tài sản của người dân, đồng thời hỗ trợ công tác quản lý, ứng phó thiên tai hiệu quả hơn, góp phần nâng cao chỉ số an toàn đê điều và giảm thiểu thiệt hại kinh tế xã hội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

  • Lý thuyết thủy lực đập tràn đỉnh rộng: Sử dụng công thức tính lưu lượng nước tràn qua đê trong các trường hợp chảy không ngập và chảy ngập, dựa trên các tham số như chiều dài đoạn đê có nước tràn, cột nước tràn, hệ số lưu tốc và gia tốc trọng trường.

  • Mô hình đặc tính Z-F-V của khu chứa: Xây dựng đường đặc tính mối quan hệ giữa mực nước (Z), diện tích mặt nước (F) và thể tích nước (V) trong khu vực nội đồng, giúp mô phỏng quá trình tích nước và ngập lụt trong vùng bảo vệ đê.

  • Phương pháp xây dựng bản đồ ngập lụt kết hợp GIS: Kết hợp mô phỏng thủy văn thủy lực với hệ thống thông tin địa lý để tạo bản đồ ngập lụt dự báo, phục vụ công tác quy hoạch và ứng phó thiên tai.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng tràn đê, cột nước tràn, đặc tính khu chứa, bản đồ ngập lụt, và hệ số lưu tốc.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Cẩm Nhượng (1966-2006), số liệu địa hình, địa chất, hiện trạng đê và các tài liệu liên quan đến thiên tai tại huyện Cẩm Xuyên, Hà Tĩnh.

  • Phương pháp chọn mẫu: Sử dụng toàn bộ dữ liệu quan trắc có sẵn của khu vực nghiên cứu để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng các công thức thủy lực để tính toán lưu lượng nước tràn qua đê, xây dựng đường đặc tính Z-F-V dựa trên dữ liệu địa hình, sử dụng phần mềm SWMM để mô phỏng diễn biến mực nước và diện tích ngập lụt.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2022 đến 2023, bao gồm thu thập số liệu, phân tích, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Phương pháp nghiên cứu tích hợp giữa lý thuyết thủy lực, mô hình toán học và công nghệ GIS nhằm đảm bảo kết quả chính xác, thực tiễn và có tính ứng dụng cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Quá trình mực nước tràn qua đê: Lưu lượng nước tràn qua đê Phúc Long Nhượng được tính toán theo công thức đập tràn đỉnh rộng, với chiều dài đoạn đê có nước tràn khoảng 11,41 km. Kết quả mô phỏng cho thấy lưu lượng tràn đạt đỉnh trong các trận lũ có tần suất từ 0,3 đến 0,5, với cột nước tràn dao động từ 0,5 đến 1,2 m.

  2. Diện tích vùng ngập lụt: Dựa trên đường đặc tính Z-F-V xây dựng từ dữ liệu địa hình, diện tích ngập lụt trong nội đồng có thể lên tới khoảng 2.471 ha khi mực nước tràn đạt mức cao nhất. Thời gian ngập lụt kéo dài từ 3 đến 7 ngày tùy theo cường độ lũ.

  3. Đánh giá sơ bộ thiệt hại: Ngập lụt do tràn đê ảnh hưởng trực tiếp đến gần 20.000 người và hơn 2.400 ha đất sản xuất, gây thiệt hại ước tính hàng chục tỷ đồng mỗi năm. Các ngành nông nghiệp, giao thông và cơ sở hạ tầng bị ảnh hưởng nặng nề, với thiệt hại về mùa vụ lúa hè thu lên tới 3.000 ha và hư hỏng các công trình đê điều, giao thông.

  4. Hiện trạng đê và công trình phụ trợ: Tuyến đê Phúc Long Nhượng đã xuống cấp nghiêm trọng sau hơn 20 năm sử dụng, với mái đê bị sạt lở, mặt đê nứt vỡ, cống dưới đê hư hỏng, làm giảm khả năng chống chịu với lũ lớn và bão.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng tràn đê và ngập lụt nghiêm trọng là do sự kết hợp giữa yếu tố tự nhiên như mưa lớn, bão, nước dâng do triều cường và yếu tố kỹ thuật như xuống cấp đê, mặt cắt đê nhỏ, cao trình thấp. So sánh với các nghiên cứu tương tự trong nước và quốc tế, kết quả mô phỏng lưu lượng tràn và diện tích ngập lụt phù hợp với các mô hình thủy lực đập tràn đỉnh rộng và mô hình đặc tính khu chứa.

Việc sử dụng phần mềm SWMM giúp mô phỏng chính xác diễn biến mực nước trong đồng, hỗ trợ xây dựng bản đồ ngập lụt dự báo có tính ứng dụng cao trong công tác phòng chống thiên tai. Bản đồ ngập lụt kết hợp GIS cung cấp thông tin trực quan, giúp các cơ quan quản lý và người dân có thể chủ động ứng phó.

Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy tu, nâng cấp hệ thống đê điều, đồng thời phát triển các biện pháp phi công trình nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra. Các số liệu cụ thể về lưu lượng tràn, diện tích ngập và thiệt hại kinh tế là cơ sở khoa học để xây dựng các kế hoạch ứng phó hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp, gia cố tuyến đê Phúc Long Nhượng: Tăng cao trình đê lên mức tối thiểu +3,5 m, mở rộng mặt đê từ 2-3 m lên 4-5 m, gia cố mái đê bằng kè đá và cây chắn sóng để giảm sạt lở. Thời gian thực hiện trong vòng 3 năm, do Ban Quản lý Đê điều và Phòng chống lụt bão tỉnh Hà Tĩnh chủ trì.

  2. Cải tạo và nâng cấp hệ thống cống dưới đê: Thay thế các cống hư hỏng, nâng cao khả năng tiêu thoát nước, đảm bảo vận hành thông suốt trong mùa mưa bão. Thời gian thực hiện 2 năm, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các đơn vị kỹ thuật.

  3. Xây dựng bản đồ ngập lụt dự báo và hệ thống cảnh báo sớm: Ứng dụng công nghệ GIS và phần mềm mô phỏng để cập nhật bản đồ ngập lụt theo từng trận lũ, kết hợp hệ thống cảnh báo sớm nhằm hỗ trợ công tác sơ tán và ứng phó kịp thời. Thời gian triển khai 1 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Trung tâm Khí tượng Thủy văn.

  4. Tuyên truyền, đào tạo nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các lớp tập huấn, diễn tập ứng phó thiên tai cho người dân vùng ven đê, xây dựng phương án sơ tán và bảo vệ tài sản. Thực hiện liên tục hàng năm, do UBND huyện Cẩm Xuyên và các xã liên quan đảm nhiệm.

  5. Phát triển các giải pháp phi công trình: Xây dựng nhà chống lũ, hệ thống kênh mương tiêu thoát nước nội đồng, trồng rừng chắn sóng ven biển để giảm thiểu tác động của sóng và nước dâng. Thời gian thực hiện 3-5 năm, phối hợp giữa các ngành nông nghiệp, thủy lợi và môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý đê điều và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch duy tu, nâng cấp đê, xây dựng hệ thống cảnh báo và ứng phó thiên tai hiệu quả.

  2. Chính quyền địa phương các xã ven biển huyện Cẩm Xuyên: Áp dụng bản đồ ngập lụt và các giải pháp đề xuất để tổ chức sơ tán dân cư, bảo vệ tài sản và phát triển kinh tế bền vững.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, thủy lợi: Tham khảo phương pháp tính toán lưu lượng tràn đê, mô hình đặc tính khu chứa và ứng dụng GIS trong xây dựng bản đồ ngập lụt.

  4. Người dân và cộng đồng sống trong vùng bảo vệ đê: Nắm bắt thông tin về nguy cơ ngập lụt, các biện pháp phòng tránh và ứng phó khi có sự cố tràn đê xảy ra, nâng cao ý thức tự bảo vệ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao tuyến đê Phúc Long Nhượng dễ bị tràn và ngập lụt?
    Do đê đã xuống cấp, cao trình thấp, mặt cắt nhỏ, kết hợp với tác động của bão, mưa lớn và nước dâng do triều cường, làm tăng nguy cơ nước tràn qua đê.

  2. Phương pháp tính lưu lượng nước tràn qua đê được áp dụng như thế nào?
    Sử dụng công thức thủy lực đập tràn đỉnh rộng, tính lưu lượng dựa trên chiều dài đoạn đê có nước tràn, cột nước tràn và hệ số lưu tốc, phân biệt trường hợp chảy ngập và không ngập.

  3. Bản đồ ngập lụt được xây dựng dựa trên dữ liệu nào?
    Kết hợp dữ liệu địa hình, mực nước, lưu lượng tràn đê và mô phỏng thủy văn thủy lực bằng phần mềm chuyên dụng, tích hợp với hệ thống GIS để tạo bản đồ dự báo.

  4. Các biện pháp giảm thiểu thiệt hại do tràn đê gồm những gì?
    Bao gồm nâng cấp đê, cải tạo cống tiêu thoát nước, xây dựng hệ thống cảnh báo sớm, tuyên truyền cộng đồng và phát triển các giải pháp phi công trình như nhà chống lũ và trồng rừng chắn sóng.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Phương pháp và kết quả có thể tham khảo để áp dụng cho các vùng đê ven biển và đồng bằng khác có điều kiện tương tự, giúp nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai.

Kết luận

  • Xác định chính xác quá trình lưu lượng nước tràn qua đê Phúc Long Nhượng và mô phỏng diễn biến mực nước trong đồng, diện tích ngập lụt với các trận lũ có tần suất từ 0,3 đến 0,5.
  • Đánh giá sơ bộ thiệt hại do ngập lụt gây ra cho các ngành nông nghiệp, giao thông và cơ sở hạ tầng, với thiệt hại ước tính hàng chục tỷ đồng mỗi năm.
  • Phát hiện tuyến đê và các công trình phụ trợ đã xuống cấp nghiêm trọng, làm giảm khả năng chống chịu thiên tai.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp đê, cải tạo hệ thống cống, xây dựng bản đồ ngập lụt dự báo và tăng cường tuyên truyền cộng đồng nhằm giảm thiểu thiệt hại.
  • Khuyến nghị triển khai các bước tiếp theo trong vòng 1-3 năm để nâng cao an toàn đê điều và bảo vệ người dân vùng ven biển.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực tiễn cho công tác quản lý, phòng chống thiên tai tại Hà Tĩnh, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực và GIS trong quản lý đê điều và giảm nhẹ thiên tai. Các cơ quan chức năng và cộng đồng được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai trong tương lai.