Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng rõ nét, các hiện tượng thời tiết cực đoan như mưa lớn, lũ lụt, và sự cố vỡ đập ngày càng gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Tại Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Vĩnh Phúc, các công trình hồ chứa nước như hồ Đồng Mỏ đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết nước tưới, cấp nước sinh hoạt và công nghiệp cho hàng chục nghìn người dân. Hồ Đồng Mỏ có dung tích hữu ích 5,301 triệu m³, phục vụ tưới cho 531 ha đất canh tác và cấp nước cho khoảng 15.000 dân tại huyện Tam Đảo. Tuy nhiên, địa hình dốc, lượng mưa lớn và biến đổi khí hậu làm tăng nguy cơ vỡ đập hoặc xả lũ khẩn cấp, đe dọa an toàn vùng hạ du.

Mục tiêu nghiên cứu là mô phỏng diễn biến ngập lụt khi xảy ra các tình huống xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập hồ Đồng Mỏ, xây dựng bản đồ phân vùng ngập lụt hạ du, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu thiệt hại phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng hạ du hồ Đồng Mỏ gồm các xã Đạo Trù, Bồ Lý, Yên Dương và Đại Đình thuộc huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả quản lý an toàn hồ đập, giảm thiểu rủi ro thiên tai và bảo vệ đời sống người dân trong bối cảnh khí hậu biến đổi phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về biến đổi khí hậu, thủy văn và thủy lực, bao gồm:

  • Lý thuyết biến đổi khí hậu: Định nghĩa và các hiện tượng liên quan như hiệu ứng nhà kính, nước biển dâng, mưa lớn và lũ lụt theo Công ước khung về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc (UNFCCC) và báo cáo IPCC.
  • Mô hình thủy văn và thủy lực: Ứng dụng các mô hình toán học như MIKE NAM, MIKE 11HD, MIKE 21HD, MIKE FLOOD và HEC-RAS để mô phỏng dòng chảy, sóng vỡ đập và diễn biến ngập lụt.
  • Khái niệm chính: Ngập lụt do xả lũ khẩn cấp, vỡ đập, phân vùng ngập lụt, thiệt hại do thiên tai, thích ứng với biến đổi khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm Vĩnh Yên, Tam Đảo, Quảng Cư, Ngọc Thanh; dữ liệu địa hình, ảnh vệ tinh chất lượng cao; số liệu dân cư, kinh tế xã hội huyện Tam Đảo.
  • Phương pháp phân tích: Thống kê đặc trưng khí tượng thủy văn, phân tích dòng chảy năm thiết kế và kiểm tra theo tiêu chuẩn QCVN 04-05:2012/BNN PTNT.
  • Phương pháp mô hình toán:
    • Mô hình MIKE NAM để tính toán thủy văn đầu vào.
    • Mô hình HEC-RAS mô phỏng vỡ đập tổ hợp đập chính và đập phụ.
    • Mô hình MIKE FLOOD kết hợp mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11HD và 2 chiều MIKE 21HD để mô phỏng ngập lụt hạ du.
  • Phương pháp GIS: Sử dụng phần mềm MapInfo, ArcGIS để xây dựng bản đồ phân vùng ngập lụt dựa trên kết quả mô phỏng và số liệu thực địa.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia thủy lợi, khí tượng thủy văn để hiệu chỉnh mô hình và đánh giá thiệt hại.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu từ 2013-2016, mô phỏng và phân tích diễn biến ngập lụt trong năm 2017-2018, hoàn thiện luận văn năm 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diễn biến ngập lụt khi xả lũ khẩn cấp: Mô phỏng cho thấy diện tích ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ có thể lên tới khoảng 150 ha với độ sâu ngập trung bình từ 0,5 đến 1,5 m, tập trung chủ yếu tại các xã Đạo Trù, Bồ Lý và Yên Dương. Lưu lượng xả lũ thiết kế là 302,94 m³/s, lưu lượng kiểm tra 385,56 m³/s, tương ứng với tần suất 1% và 0,2%.

  2. Diễn biến ngập lụt theo các kịch bản vỡ đập:

    • Kịch bản vỡ đập chính (VĐ1) gây ngập lụt diện tích lớn nhất, lên đến khoảng 300 ha, độ sâu ngập có thể vượt 2 m tại một số điểm hạ du.
    • Kịch bản vỡ đập phụ số 2 (VĐ2) và tổ hợp vỡ đập (VĐ3) cũng gây ngập lụt nghiêm trọng, diện tích ngập tương ứng khoảng 200-250 ha.
    • Vận tốc dòng chảy tại các vị trí ngập lụt có thể đạt 3-4 m/s, gây nguy hiểm cho người và tài sản.

  3. Đánh giá thiệt hại:

    • Thiệt hại về nông nghiệp ước tính trên 50 ha đất canh tác bị ngập úng, thiệt hại về thủy sản khoảng 12 ha.
    • Thiệt hại về nhà cửa và công trình dân sinh có thể ảnh hưởng đến hơn 1.000 hộ dân.
    • Thiệt hại kinh tế ước tính lên đến hàng chục tỷ đồng, chưa kể thiệt hại về giao thông và hạ tầng.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu:

    • Nhiệt độ trung bình tại trạm Vĩnh Yên tăng khoảng 0,7°C trong giai đoạn 1973-2015.
    • Lượng mưa trung bình năm có xu hướng giảm nhẹ nhưng mưa tập trung mạnh vào mùa mưa, làm tăng nguy cơ lũ lớn.
    • Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ các hiện tượng thời tiết cực đoan, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn hồ đập.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng là do địa hình dốc, lưu vực nhỏ nhưng có lượng mưa lớn tập trung, kết hợp với các kịch bản xả lũ hoặc vỡ đập. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng sử dụng mô hình MIKE FLOOD và HEC-RAS cho phép mô phỏng chi tiết hơn về diễn biến ngập lụt và vận tốc dòng chảy, giúp đánh giá thiệt hại chính xác hơn. Bản đồ phân vùng ngập lụt được xây dựng có thể làm cơ sở cho công tác dự báo, cảnh báo và lập kế hoạch ứng phó khẩn cấp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mực nước, diện tích ngập theo thời gian, bản đồ phân vùng ngập lụt với các mức độ sâu ngập khác nhau, và bảng thống kê thiệt hại theo từng khu vực xã. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao nhận thức và năng lực quản lý rủi ro thiên tai tại địa phương, đồng thời hỗ trợ xây dựng các phương án vận hành hồ chứa an toàn trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và dự báo lũ: Triển khai hệ thống quan trắc, cảnh báo tự động tại hồ Đồng Mỏ và vùng hạ du nhằm phát hiện kịp thời các tình huống xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: UBND huyện Tam Đảo phối hợp Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

  2. Hoàn thiện quy trình vận hành hồ chứa: Rà soát, cập nhật quy trình vận hành hồ Đồng Mỏ phù hợp với các kịch bản biến đổi khí hậu và tình huống khẩn cấp, đảm bảo an toàn công trình và giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du. Thời gian: 6-12 tháng; Chủ thể: Ban quản lý hồ chứa, Viện Khoa học Thủy lợi.

  3. Xây dựng và phổ biến bản đồ phân vùng ngập lụt: Sử dụng bản đồ phân vùng ngập lụt tỷ lệ 1/25.000 để hướng dẫn công tác quy hoạch, xây dựng và di dời dân cư vùng nguy hiểm, đồng thời làm cơ sở cho công tác cứu hộ cứu nạn. Thời gian: 1 năm; Chủ thể: UBND huyện Tam Đảo, Sở Tài nguyên và Môi trường.

  4. Tăng cường công tác tuyên truyền và đào tạo cộng đồng: Nâng cao nhận thức người dân về rủi ro ngập lụt, kỹ năng ứng phó khi xảy ra sự cố vỡ đập hoặc xả lũ, đặc biệt tại các xã hạ du hồ Đồng Mỏ. Thời gian: liên tục; Chủ thể: UBND xã, các tổ chức xã hội.

  5. Đầu tư nâng cấp công trình hồ chứa: Kiểm tra, bảo trì, nâng cấp các tuyến đập chính và phụ, hệ thống tràn xả lũ, cống lấy nước nhằm đảm bảo an toàn công trình trong điều kiện biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp. Thời gian: 2-3 năm; Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban quản lý hồ chứa.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy trình vận hành hồ chứa, kế hoạch ứng phó thiên tai và quản lý rủi ro ngập lụt.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, thủy lực: Tham khảo phương pháp mô hình hóa, dữ liệu khí tượng thủy văn và kết quả mô phỏng để phát triển các nghiên cứu liên quan về an toàn hồ đập và biến đổi khí hậu.

  3. Đơn vị thiết kế, thi công và quản lý công trình thủy lợi: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật, quy trình vận hành và bản đồ phân vùng ngập lụt để nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành công trình.

  4. Cộng đồng dân cư vùng hạ du hồ Đồng Mỏ và các vùng tương tự: Nắm bắt thông tin về nguy cơ ngập lụt, các biện pháp phòng tránh và kỹ năng ứng phó khi xảy ra sự cố, góp phần giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nghiên cứu diễn biến ngập lụt do vỡ đập hồ Đồng Mỏ?
    Nghiên cứu giúp đánh giá chính xác phạm vi và mức độ thiệt hại khi xảy ra sự cố, từ đó xây dựng các phương án phòng tránh, cảnh báo và ứng phó kịp thời, bảo vệ an toàn cho người dân và tài sản.

  2. Phương pháp mô hình nào được sử dụng để mô phỏng vỡ đập và ngập lụt?
    Luận văn sử dụng mô hình HEC-RAS để mô phỏng vỡ đập tổ hợp và mô hình MIKE FLOOD kết hợp thủy lực 1 chiều và 2 chiều để mô phỏng diễn biến ngập lụt vùng hạ du, đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao.

  3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến an toàn hồ chứa?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan, gây áp lực lớn lên công trình hồ chứa, làm tăng nguy cơ vỡ đập và ngập lụt nghiêm trọng.

  4. Các giải pháp giảm thiểu thiệt hại được đề xuất là gì?
    Bao gồm xây dựng hệ thống cảnh báo sớm, hoàn thiện quy trình vận hành hồ, xây dựng bản đồ phân vùng ngập lụt, tuyên truyền cộng đồng và nâng cấp công trình hồ chứa.

  5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư vùng hạ du có thể ứng phó hiệu quả khi xảy ra sự cố?
    Cần được đào tạo kỹ năng ứng phó, nắm rõ bản đồ ngập lụt, tuân thủ hướng dẫn của chính quyền địa phương và tham gia các chương trình diễn tập phòng chống thiên tai.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã mô phỏng thành công diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo các kịch bản xả lũ khẩn cấp và vỡ đập, xác định phạm vi ngập và mức độ thiệt hại cụ thể.
  • Bản đồ phân vùng ngập lụt tỷ lệ 1/25.000 được xây dựng làm cơ sở cho công tác dự báo, cảnh báo và quy hoạch vùng hạ du.
  • Biến đổi khí hậu làm gia tăng rủi ro an toàn hồ chứa, đòi hỏi các giải pháp thích ứng đồng bộ và kịp thời.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quản lý và cộng đồng nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt và sự cố vỡ đập.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng dân cư sử dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và bảo vệ an toàn vùng hạ du.

Hành động tiếp theo: Triển khai hệ thống cảnh báo sớm, hoàn thiện quy trình vận hành hồ chứa, phổ biến bản đồ ngập lụt và tổ chức đào tạo cộng đồng ứng phó. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ với Viện Khoa học Thủy lợi hoặc Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Vĩnh Phúc.