Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Ba là một trong chín lưu vực sông lớn nhất Việt Nam với diện tích tự nhiên khoảng 13.417 km², trải dài trên địa bàn 22 huyện, thị và một thành phố thuộc các tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk và Phú Yên. Hàng năm, lưu vực này nhận được lượng mưa trung bình khoảng 1.880 mm, với tổng lượng nước đổ ra biển Đông lên tới hơn 10 tỷ m³. Vùng hạ lưu sông Ba, đặc biệt là khu vực đồng bằng rộng gần 25.000 ha đất canh tác, thường xuyên chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của lũ lụt, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Điển hình là trận lũ lịch sử tháng 10/1993 làm 41 người chết, hơn 2.000 ngôi nhà bị hư hỏng và thiệt hại trên 5.000 ha hoa màu; hay trận bão Mirinae năm 2009 gây thiệt hại hàng nghìn tỷ đồng và nhiều người thương vong.

Mục tiêu nghiên cứu là tính toán phạm vi và mức độ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng với các trận lũ lịch sử và các kịch bản lũ có tần suất 5% và 10%, từ đó xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết phục vụ công tác phòng chống thiên tai và quy hoạch phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên địa bàn 5 huyện và 1 thành phố thuộc tỉnh Phú Yên, trong giai đoạn từ năm 1977 đến 2017, với trọng tâm là các trận lũ lớn đã xảy ra và các mô hình dự báo hiện đại.

Việc xây dựng bản đồ ngập lụt có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao nhận thức cộng đồng, hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc ra quyết định vận hành hồ chứa, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt, đồng thời góp phần phát triển kinh tế xã hội vùng hạ lưu sông Ba một cách bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai khung lý thuyết chính: lý thuyết thủy văn và mô hình thủy lực. Lý thuyết thủy văn tập trung vào quá trình mưa – dòng chảy, phân tích đặc điểm mưa sinh lũ, biến đổi dòng chảy lũ và các yếu tố ảnh hưởng như địa hình, khí hậu và thủy triều. Mô hình thủy lực được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên sông và mặt đất, xác định phạm vi, mức độ ngập lụt dựa trên các thông số thủy lực và địa hình.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Mô hình mưa – dòng chảy: mô phỏng quá trình chuyển đổi lượng mưa thành dòng chảy trên lưu vực.
  • Mô hình thủy lực 1 chiều và 2 chiều: mô phỏng dòng chảy trên mặt cắt sông và trên mặt đất, giúp xác định mực nước và vùng ngập.
  • Bản đồ ngập lụt: bản đồ thể hiện phạm vi và mức độ ngập lụt tại một thời điểm hoặc theo kịch bản lũ nhất định.
  • Tần suất lũ: xác định xác suất xuất hiện các trận lũ với mức độ khác nhau trong một khoảng thời gian nhất định.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu địa hình (bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000, bản đồ cao độ số DEM 10x10m), số liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, mực nước, lưu lượng tại các trạm thủy văn như Củng Sơn, Phú Lâm), số liệu điều tra vết lũ các trận lũ lịch sử, và dữ liệu công trình thủy lợi, thủy điện trên lưu vực.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán thủy văn MIKE NAM để mô phỏng mưa – dòng chảy, kết hợp mô hình thủy lực MIKE 11 (1 chiều), MIKE 21 (2 chiều) và MIKE FLOOD (kết hợp 1D-2D) để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt. Quá trình nghiên cứu gồm các bước: xây dựng mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực đo các trận lũ năm 1993 và 2009, sau đó tính toán phạm vi và mức độ ngập lụt theo các kịch bản lũ tần suất 5% và 10%.

Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn được chọn là toàn bộ số liệu từ 1977 đến 2017 tại các trạm chính, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các trận lũ lớn có số liệu đầy đủ và các kịch bản lũ thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Lý do lựa chọn mô hình MIKE là do khả năng mô phỏng chi tiết dòng chảy trên mạng lưới sông ngòi phức tạp và mặt đất đồng thời, phù hợp với đặc điểm địa hình và thủy văn lưu vực sông Ba.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phạm vi và mức độ ngập lụt trận lũ lịch sử 1993: Kết quả mô phỏng cho thấy diện tích ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba lên tới khoảng 24.500 ha, với độ sâu ngập trung bình từ 0,5 đến 2 m, phù hợp với số liệu điều tra thực địa. Mực nước đỉnh lũ tại trạm Củng Sơn đạt 9,9 m, vượt báo động cấp III 0,64 m.

  2. Phạm vi ngập lụt theo kịch bản lũ tần suất 5% và 10%: Diện tích ngập lụt tương ứng là khoảng 22.000 ha và 20.000 ha, với mức độ ngập giảm dần so với trận lũ lịch sử. Mực nước đỉnh lũ tại các trạm thủy văn giảm tương ứng khoảng 10-15% so với trận lũ 1993.

  3. Hiệu quả mô hình thủy lực: Hệ số R² giữa số liệu thực đo và mô phỏng đạt trên 0,85, cho thấy mô hình có độ chính xác cao trong việc tái hiện diễn biến mực nước và lưu lượng lũ. Thời gian lũ lên nhanh, biên độ lũ lớn, dạng lũ nhọn được mô phỏng chính xác.

  4. Ảnh hưởng của công trình thủy lợi, thủy điện: Tổng dung tích phòng lũ của 6 hồ chứa chính khoảng 537 triệu m³, chiếm 22,4% tổng lượng lũ 7 ngày tần suất 10%. Việc vận hành hồ chứa có tác động giảm lũ cho hạ du nhưng còn nhiều bất cập do phụ thuộc vào độ chính xác dự báo và quy trình vận hành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây ngập lụt nghiêm trọng vùng hạ lưu sông Ba là do đặc điểm địa hình đồng bằng thấp, độ chênh cao độ giữa lòng sông và mặt ruộng nhỏ (khoảng 1,5 m), kết hợp với lượng mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn và thủy triều bán nhật không đều. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng của luận văn có độ chính xác cao hơn nhờ sử dụng mô hình thủy lực kết hợp 1D-2D và dữ liệu địa hình chi tiết.

Biểu đồ so sánh diện tích ngập và mực nước đỉnh lũ giữa các kịch bản lũ cho thấy sự khác biệt rõ rệt, giúp các nhà quản lý lựa chọn phương án phòng chống phù hợp. Bảng tổng hợp hiệu quả giảm ngập lụt của các phương án vận hành hồ chứa cũng được trình bày chi tiết, làm cơ sở cho đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu khẳng định vai trò quan trọng của bản đồ ngập lụt trong công tác phòng chống thiên tai, giúp dự báo chính xác phạm vi và mức độ ngập, từ đó nâng cao khả năng ứng phó kịp thời và hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và cập nhật thường xuyên bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba: Sử dụng mô hình thủy văn – thủy lực kết hợp GIS để cập nhật dữ liệu mới, phục vụ công tác dự báo và quy hoạch. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Phú Yên, thời gian: hàng năm.

  2. Tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện, thủy lợi: Áp dụng các kịch bản vận hành dựa trên bản đồ ngập lụt và dự báo mưa lũ để giảm thiểu thiệt hại cho vùng hạ lưu. Chủ thể: Ban Quản lý hồ chứa, Sở Công Thương, thời gian: 1-2 năm.

  3. Đầu tư xây dựng hệ thống đê điều, kè chắn và công trình thoát lũ tại các khu vực trọng điểm: Ưu tiên các vùng dân cư đông đúc và đất canh tác bị ngập sâu. Chủ thể: UBND tỉnh Phú Yên, thời gian: 3-5 năm.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo kỹ năng ứng phó lũ lụt: Tổ chức các chương trình tuyên truyền, tập huấn cho người dân vùng hạ lưu về rủi ro và biện pháp phòng tránh. Chủ thể: Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh, thời gian: liên tục.

  5. Phát triển hệ thống cảnh báo sớm và dự báo lũ chính xác: Ứng dụng công nghệ viễn thám, mô hình toán hiện đại để cung cấp thông tin kịp thời cho các cấp chính quyền và người dân. Chủ thể: Viện Quy hoạch Thủy lợi, thời gian: 2 năm.

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 để xây dựng chính sách, quy hoạch và vận hành hồ chứa hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy văn – thủy lực kết hợp GIS, áp dụng cho các lưu vực sông khác.

  3. Đơn vị thiết kế và thi công công trình thủy lợi, đê điều: Dựa trên bản đồ ngập lụt và phân tích mức độ ngập để thiết kế công trình phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

  4. Cộng đồng dân cư vùng hạ lưu sông Ba và các tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về rủi ro lũ lụt, chủ động trong công tác phòng tránh và ứng phó thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bản đồ ngập lụt có vai trò gì trong công tác phòng chống thiên tai?
    Bản đồ ngập lụt giúp xác định phạm vi và mức độ ngập tại các khu vực, hỗ trợ dự báo, quy hoạch và ra quyết định vận hành hồ chứa, từ đó giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra.

  2. Phương pháp mô hình thủy lực nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Luận văn sử dụng mô hình MIKE 11 (1 chiều), MIKE 21 (2 chiều) và MIKE FLOOD (kết hợp 1D-2D) để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt, đảm bảo độ chính xác cao trong điều kiện địa hình phức tạp.

  3. Tại sao cần xây dựng bản đồ ngập lụt theo các kịch bản lũ khác nhau?
    Việc xây dựng bản đồ theo các tần suất lũ khác nhau giúp đánh giá rủi ro đa kịch bản, từ đó lựa chọn giải pháp phòng chống phù hợp với từng mức độ nguy hiểm.

  4. Các công trình thủy điện có ảnh hưởng thế nào đến ngập lụt vùng hạ lưu?
    Các hồ chứa thủy điện có dung tích phòng lũ khoảng 537 triệu m³, giúp điều tiết giảm lũ cho hạ du nhưng hiệu quả còn hạn chế do dung tích nhỏ so với tổng lượng lũ và quy trình vận hành chưa tối ưu.

  5. Làm thế nào để nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống lũ lụt?
    Thông qua các chương trình tuyên truyền, tập huấn kỹ năng ứng phó, sử dụng bản đồ ngập lụt và cảnh báo sớm để người dân chủ động phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng với trận lũ lịch sử 1993 và các kịch bản lũ tần suất 5% và 10%, với độ chính xác cao (R² > 0,85).
  • Phạm vi ngập lụt vùng hạ lưu có thể lên tới gần 25.000 ha, với mức độ ngập sâu từ 0,5 đến 2 m, gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất và dân cư.
  • Các công trình thủy điện và thủy lợi hiện có chỉ đáp ứng khoảng 22,4% dung tích phòng lũ so với tổng lượng lũ 7 ngày tần suất 10%, cần tối ưu hóa vận hành để giảm thiểu rủi ro.
  • Đề xuất các giải pháp đồng bộ về xây dựng bản đồ, vận hành hồ chứa, đầu tư công trình phòng chống và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt.
  • Khuyến nghị tiếp tục cập nhật dữ liệu, mở rộng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai trong giai đoạn tới.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu cần phối hợp triển khai áp dụng bản đồ ngập lụt vào công tác quy hoạch và vận hành hồ chứa, đồng thời đẩy mạnh công tác tuyên truyền, đào tạo cộng đồng nhằm nâng cao khả năng ứng phó với lũ lụt.