Luận văn thạc sĩ quy hoạch phòng chống lũ sông cầu phục vụ phát triển kinh tế xã hội và ổn định dân cư khu vực tỉnh bắc ninh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quy hoạch phòng chống lũ sông Cầu, hỗ trợ phát triển kinh tế - xã hội tại Bắc Ninh hiệu quả và bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Phú
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Việt Hòa
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Quy hoạch phòng chống lũ sông Cầu phục vụ phát triển kinh tế xã hội và ổn định dân cư khu vực tỉnh Bắc Ninh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• Kết quả đạt được
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu
• 1.1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu trong nước
• 1.1.2. Tổng quan về các giải pháp phòng chống lũ lưu vực sông của các nước
• 1.2. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu
• 1.2.1. Đặc điểm vị trí địa lý
• 1.2.2. Đặc điểm địa hình
• 1.2.3. Đặc điểm địa chất
• 1.2.4. Đặc điểm thổ nhưỡng
• 1.2.5. Đặc điểm hệ thống sông ngòi
• 1.2.6. Đặc điểm khí tượng, khí hậu
• 1.2.7. Đặc điểm thủy văn, dòng chảy
• 1.3. Tình hình dân sinh kinh tế và các yêu cầu phát triển của vùng
• 1.3.1. Tình hình phát triển kinh tế
• 1.3.2. Mục tiêu phát triển kinh tế xã hội chủ yếu
• 1.4. Tình hình lũ lụt, úng ngập và các nguyên nhân gây ra lũ lụt cho các tuyến sông Cầu có đê khu vực tỉnh Bắc Ninh
• 1.4.1. Hiện trạng và diễn biến lũ lụt gây ngập úng
• 1.4.2. Nguyên nhân gây ra lũ lụt cho các tuyến sông Cầu
• 1.5. Vấn đề còn tồn tại và cần nghiên cứu trên sông Cầu vùng có đê
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG LŨ CHO CÁC TUYẾN SÔNG CẦU CÓ ĐÊ KHU VỰC TỈNH BẮC NINH
• 2.1. Phân tích ảnh hưởng của định hướng phát triển kinh tế - xã hội đến yêu cầu phòng tránh lũ lụt của vùng
• 2.1.1. Định hướng phát triển các ngành kinh tế chính
• 2.1.2. Một số ảnh hưởng của phát triển kinh tế - xã hội đến yêu cầu phòng chống lũ sông Cầu
• 2.2. Công tác phòng chống lũ và hiện trạng các công trình phòng chống lũ tuyến sông Cầu khu vực tỉnh Bắc Ninh
• 2.2.1. Yêu cầu đặt ra đối với công tác phòng lũ
• 2.2.2. Hiện trạng các công trình phòng chống lũ trên Sông Cầu
• 2.3. Phân tích dòng chảy lũ
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG LŨ CHO CÁC TUYẾN SÔNG CẦU CÓ ĐÊ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BẮC NINH
• 3.1. Phân vùng phòng chống lũ cho các tuyến sông Cầu có đê
• 3.1.1. Khái niệm về phân vùng bảo vệ chống lũ
• 3.1.2. Cơ sở phân vùng phòng chống lũ, lụt
• 3.1.3. Các phương pháp phân vùng phòng chống lũ, lụt và kết quả phân vùng
• 3.2. Tiêu chuẩn quy hoạch phòng chống lũ cho tuyến sông Cầu có đê khu vực tỉnh Bắc Ninh
• 3.3. Lựa chọn mô hình tính toán thuỷ lực
• 3.3.1. Giới thiệu mô hình MIKE 11
• 3.3.2. Giới thiệu nguyên lý tính toán trong mô hình MIKE 11
• 3.3.3. Thiết lập mô hình tính toán thủy lực
• 3.4. Xác định mức bảo đảm phòng chống lũ cho các tuyến sông Cầu có đê trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh
• 3.5. Quy hoạch phân cấp, nâng cấp các tuyến đê đến năm 2020
• 3.6. Đánh giá khả năng chống lũ của các tuyến đê sông Cầu theo quy hoạch đến năm 2020
• 3.7. Xác định lũ thiết kế của tuyến sông Cầu có đê gồm lưu lượng lũ thiết kế và mực nước lũ thiết kế
• 3.8. Xác lập được tuyến hành lang thoát lũ trên sông Cầu và đánh giá mức độ ảnh hưởng của hành lang thoát lũ đến khả năng thoát lũ của lòng dẫn
• 3.9. Xác định chỉ giới thoát lũ đối với tuyến sông Cầu có đê
• 3.10. Quy hoạch khai thác, sử dụng bãi sông
• 3.11. Tính toán và lựa chọn phương án phục vụ quy hoạch tuyến thoát lũ cho sông Cầu khu vực tỉnh Bắc Ninh
• 3.11.1. Các phương án tuyến thoát lũ
• 3.11.2. Kết quả tính toán
• 3.11.3. Phân tích kết quả
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu và vùng nghiên cứu

Phần này cung cấp cái nhìn tổng quan về lũ lụt và quy hoạch phòng chống lũ tại Bắc Ninh, đặc biệt tập trung vào sông Cầu. Tác giả phân tích các nghiên cứu trong nước và quốc tế về quản lý lũ lụt, đồng thời đánh giá các giải pháp hiện có. Bắc Ninh là một tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ lụt. Các nghiên cứu trước đây đã đề cập đến việc sử dụng các mô hình thủy văn như MIKE 11 để dự báo và quản lý lũ. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hạn chế trong việc áp dụng các công nghệ này vào thực tế.

1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước về lũ lụt đã tập trung vào việc dự báo và quản lý lũ tại các lưu vực sông lớn như sông Hồng và sông Thái Bình. Các mô hình như MIKE 11 đã được sử dụng để tính toán dòng chảy và dự báo lũ. Tuy nhiên, các nghiên cứu này thường chỉ tập trung vào một phạm vi hẹp và chưa có sự kết hợp toàn diện giữa các giải pháp công trình và phi công trình.

1.2. Tổng quan về các giải pháp phòng chống lũ lưu vực sông của các nước

Trên thế giới, các nước phát triển như Đan Mạch và Pháp đã áp dụng các mô hình thủy văn tiên tiến như MIKE 11 và TELEMAC để quản lý lũ lụt. Các mô hình này không chỉ giúp dự báo lũ mà còn hỗ trợ trong việc quy hoạch và thiết kế các công trình phòng chống lũ. Tại các nước đang phát triển, việc áp dụng các công nghệ này còn gặp nhiều khó khăn do thiếu nguồn lực và cơ sở hạ tầng.

II. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu

Phần này mô tả các đặc điểm tự nhiên của sông Cầu và khu vực Bắc Ninh, bao gồm địa hình, khí hậu, thủy văn và hệ thống sông ngòi. Sông Cầu là một trong những con sông quan trọng tại Bắc Ninh, có vai trò cung cấp nước tưới tiêu và sinh hoạt. Tuy nhiên, sông cũng thường xuyên gây ra lũ lụt, đặc biệt là vào mùa mưa. Các đặc điểm tự nhiên này là cơ sở quan trọng để đề xuất các giải pháp phòng chống lũ hiệu quả.

2.1. Đặc điểm vị trí địa lý

Sông Cầu chảy qua địa bàn tỉnh Bắc Ninh với chiều dài khoảng 69 km, bắt đầu từ Tam Giang (huyện Yên Phong) đến Châu Phong (huyện Quế Võ). Sông có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước tưới tiêu và sinh hoạt cho khu vực. Tuy nhiên, sông cũng là nguồn gây ra lũ lụt thường xuyên, đặc biệt là vào mùa mưa.

2.2. Đặc điểm khí tượng và thủy văn

Khu vực Bắc Ninh có khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.500 mm. Mùa mưa thường kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, gây ra lũ lụt trên sông Cầu. Các trận lũ lớn thường xảy ra với tần suất cao, gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và đời sống người dân.

III. Nghiên cứu cơ sở đề xuất giải pháp phòng chống lũ

Phần này tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt tại sông Cầu và đề xuất các giải pháp phòng chống lũ. Tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu như phân tích số liệu, mô hình toán học và khảo sát thực địa để đưa ra các giải pháp công trình và phi công trình. Các giải pháp này nhằm mục đích giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra, đồng thời đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực.

3.1. Phân tích ảnh hưởng của phát triển kinh tế xã hội đến yêu cầu phòng chống lũ

Sự phát triển kinh tế - xã hội tại Bắc Ninh đã tạo ra nhiều áp lực lên hệ thống sông Cầu, đặc biệt là việc khai thác bãi sông và lòng sông không có quy hoạch. Điều này làm giảm khả năng thoát lũ của sông, dẫn đến nguy cơ lũ lụt cao hơn. Các giải pháp phòng chống lũ cần được thiết kế dựa trên sự cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.

3.2. Đề xuất giải pháp phòng chống lũ

Các giải pháp được đề xuất bao gồm việc nâng cấp hệ thống đê điều, xây dựng các công trình thoát lũ và quy hoạch sử dụng đất hợp lý. Tác giả cũng đề xuất việc sử dụng các mô hình thủy lực như MIKE 11 để tính toán và dự báo lũ, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực.

IV. Kết luận và kiến nghị

Phần kết luận tóm tắt các kết quả chính của luận văn thạc sĩ, đồng thời đưa ra các kiến nghị để cải thiện hiệu quả của các giải pháp phòng chống lũ tại sông Cầu. Tác giả nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kết hợp giữa các giải pháp công trình và phi công trình, cũng như sự cần thiết của việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong quản lý lũ lụt. Các kiến nghị này nhằm mục đích đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực Bắc Ninh trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bắc Ninh có mật độ dân số năm 2010 lên tới 1.261 người/km2, cao thứ ba cả nước và gấp 4,78 lần bình quân toàn quốc. Với tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm địa bàn (GDP) giai đoạn 2006–2010 đạt bình quân 15,3%/năm cùng quá trình đô thị hóa mạnh mẽ, tỉnh phải đối mặt với áp lực to lớn về an toàn phòng chống thiên tai. Địa phương sở hữu mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ 1,0–1,2 km/km2, trong đó tuyến sông Cầu chảy qua địa bàn dài 69 km (từ Tam Giang, huyện Yên Phong đến Châu Phong, huyện Quế Võ) đóng vai trò huyết mạch nhưng luôn tiềm ẩn nguy cơ lũ lụt khốc liệt. Trong mùa mưa lũ, mực nước sông Cầu dao động cao hơn bình thường từ 3–6 m, đỉnh lũ lịch sử có thể lên tới 8 m, vượt cao trình mặt ruộng nội đồng từ 1–2 m. Trận lũ lịch sử năm 2008 đã làm ngập úng hơn 10.000 ha lúa, hoa màu và nuôi trồng thủy sản, gây tổn thất kinh tế ước tính 119 tỷ đồng.

Vấn đề cấp bách đặt ra là Bắc Ninh chưa có quy hoạch phòng chống lũ chi tiết cho các tuyến sông Cầu có đê, dẫn đến tình trạng khai thác cát sỏi trái phép, đắp đê bối tự phát và xây dựng nhà cửa lấn chiếm lòng dẫn nghiêm trọng. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là phân tích toàn diện đặc điểm thủy văn, đánh giá hiện trạng công trình bảo vệ bờ đê, ứng dụng mô hình thủy lực để tính toán mực nước lũ thiết kế, từ đó xác lập chỉ giới hành lang thoát lũ và đề xuất các giải pháp kỹ thuật công trình cũng như phi công trình đồng bộ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ lưu vực sông Cầu ảnh hưởng trực tiếp đến 69 km đê điều Bắc Ninh với chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn kéo dài hơn 50 năm (1960–2010) và định hướng quy hoạch đến năm 2020. Nghiên cứu mang ý nghĩa chiến lược nhằm bảo vệ an toàn tính mạng cho hơn 1,03 triệu dân, bảo vệ 17 khu công nghiệp tập trung với quy mô 8.693 ha, bảo đảm sự phát triển kinh tế – xã hội bền vững cho vùng Kinh Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của hệ thống lý thuyết thủy lực dòng hở một chiều không dừng (Saint-Venant 1D) kết hợp với lý thuyết chuyển hóa mưa – dòng chảy mặt lưu vực sông. Mô hình thủy lực toán học MIKE 11 (gồm mô-đun mưa dòng chảy NAM và mô-đun thủy lực HD do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển) được lựa chọn làm công cụ tính toán cốt lõi. Khung phân tích vận dụng các khái niệm chuyên ngành nền tảng:

• Mực nước lũ thiết kế: Cao trình mực nước tính toán ứng với tần suất lũ quy chuẩn để làm cơ sở xác định chiều cao đỉnh đê.
• Tuyến hành lang thoát lũ: Phạm vi không gian lòng dẫn và bãi sông cần được bảo tồn nguyên vẹn để bảo đảm khả năng chuyển tải lưu lượng lũ lớn nhất theo thiết kế.
• Chỉ giới thoát lũ: Đường ranh giới pháp lý phân định không gian cấm xây dựng công trình gây cản trở dòng chảy trên bãi sông.
• Độ cao gia thăng an toàn của đê: Khoảng dự phòng cao trình bổ sung nhằm chống sóng, nước dềnh và biến động bất thường của dòng lũ.
• Phân cấp bảo vệ chống lũ: Quy định cấp kỹ thuật công trình đê điều dựa trên tầm quan trọng kinh tế – xã hội của khu vực được bảo vệ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập và xử lý toàn diện nguồn dữ liệu quan trắc từ 3 trạm khí tượng (Bắc Ninh, Hà Nội, Hải Dương), 7 trạm đo mưa chuyên dùng (Yên Phong, Quế Võ, Từ Sơn, Thuận Thành, Thứa, Tiên Sơn, Nhân Thắng) và mạng lưới trạm thủy văn chủ lực (Đáp Cầu, Phúc Lộc Phương, Phả Lại, Thượng Cát, Bến Hồ) trong giai đoạn 1959–2008.

Phương pháp mô hình hóa thủy lực được thiết lập trên quy mô toàn bộ hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Cỡ mẫu địa hình tính toán gồm 792 mặt cắt ngang phân bố trên 25 tuyến sông chính và 52 nhánh sông, kết hợp bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 toàn tỉnh Bắc Ninh. Phương pháp chọn mẫu chuỗi thủy văn sử dụng các trận lũ điển hình lịch sử (năm 1971, 1986, 2006, 2008) để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11. Lý do lựa chọn bộ công cụ này là khả năng mô phỏng vượt trội đối với mạng lưới sông phân lưu phức tạp, xử lý đồng thời tác động của triều truyền từ hạ du Vịnh Bắc Bộ và nước vật dềnh từ sông Đuống ngược về ngã ba Phả Lại. Timeline phân tích bao quát quá trình phát triển tự nhiên và nhân sinh trong hơn nửa thế kỷ, dự báo chính xác các kịch bản thủy lực đến năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu chỉ ra sự phân hóa sâu sắc của chế độ dòng chảy theo mùa trên lưu vực sông Cầu. Mùa lũ kéo dài 5 tháng (tháng VI đến tháng X) nhưng chiếm từ 70% đến 80% tổng lượng dòng chảy cả năm, trong đó lưu lượng riêng tháng VIII đã chiếm tới 30% tổng lượng năm (cao hơn toàn bộ 7 tháng mùa kiệt cộng lại với 22%). Sự chênh lệch mực nước giữa hai mùa rất lớn: mực nước mùa cạn chỉ đạt 0,5–0,8 m trong khi mùa lũ vọt lên 6,0–8,0 m.

Thứ hai, kết quả mô phỏng cho thấy toàn bộ tuyến đê hữu sông Cầu dài 69 km đang chịu tải trọng thủy lực vượt ngưỡng tại nhiều vị trí. Khi lũ trên mức báo động III, nhiều đoạn đê xuất hiện hiện tượng sủi đùn, thẩm lậu và sạt trượt mái nghiêm trọng. Điển hình như trận lũ tháng 8/2008 đã gây cung sạt trượt dài 50–60 m tại K45+500 (Tam Đa, Yên Phong) và các vết nứt bề mặt đê tại Km39 và Km69 vào năm 2010.

Thứ ba, sự lấn chiếm vùng bãi sông và hoạt động xây dựng đê bối tự phát làm co hẹp mặt cắt thoát lũ từ 15% đến 25%, làm dềnh mực nước thượng lưu thêm 0,2–0,4 m so với trạng thái tự nhiên. Hoạt động khai thác cát trái phép bằng xà lan công suất lớn gây biến đổi sâu sắc lòng dẫn, tạo hố xói sâu và sạt lở bờ nghiêm trọng, như sự cố sạt lở kè Việt Thống phải xử lý khẩn cấp với kinh phí hơn 3 tỷ đồng.

Thứ tư, nghiên cứu phát hiện hiện tượng nước vật dềnh ngược từ sông Đuống và sông Hồng qua Phả Lại làm chậm tốc độ tiêu thoát của sông Cầu. Trong những trận lũ lớn như tháng 8/1969, lưu lượng thoát tại Phả Lại bị kẹt chỉ còn 1.820 m3/s, khiến mực nước tại trạm Đáp Cầu ngâm cao trên mức báo động III nhiều ngày liên tục.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các rủi ro ngập lụt ven sông Cầu xuất phát từ sự kết hợp bất lợi giữa các yếu tố tự nhiên và hoạt động nhân sinh. Về tự nhiên, địa hình lưu vực thượng nguồn dốc (2,5–5,3‰) khiến thời gian tập trung dòng chảy rất nhanh, tạo đỉnh lũ nhọn, kết hợp mưa tập trung 200–300 mm/tháng trong tháng VII và VIII. Khi gặp triều cường hạ lưu Vịnh Bắc Bộ (biên độ triều 2,6–3,6 m), dòng chảy bị cản trở mạnh mẽ. Về nhân sinh, diện tích đất nông nghiệp giảm từ 49.998 ha (2010) xuống dự kiến 37.000 ha (2020) để nhường chỗ cho đô thị hóa, làm giảm bề mặt thấm và tăng hệ số dòng chảy tràn.

Kết quả này hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu thủy văn trước đây trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình, đồng thời cung cấp thêm bức tranh chi tiết ở cấp địa phương. Về mặt trình bày học thuật, các dữ liệu diễn biến thủy lực này được trực quan hóa xuất sắc thông qua các biểu đồ đường mặt nước dọc sông (so sánh cao trình đỉnh đê hiện trạng với đường mực nước lũ thiết kế) và hệ thống bảng thông số thủy lực mặt cắt ngang, giúp các nhà quản trị dễ dàng nhận diện các nút thắt dòng chảy cần giải tỏa.

Đề xuất và khuyến nghị

Để bảo đảm mục tiêu phát triển bền vững của tỉnh Bắc Ninh, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể:

1. Quy hoạch nâng cấp và cứng hóa hệ thống đê điều: Tiến hành gia cố, tôn cao và cứng hóa toàn bộ 69 km đê hữu sông Cầu đạt tiêu chuẩn chống lũ cấp II và cấp III trước năm 2020. Mục tiêu target metric là bảo đảm độ cao gia thăng an toàn từ 0,7 m đến 1,0 m so với mực nước lũ thiết kế tần suất 1%–2%. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bắc Ninh phối hợp với Chi cục Quản lý Đê điều.

2. Xác lập và cắm mốc chỉ giới hành lang thoát lũ: Ban hành và số hóa bản đồ chỉ giới hành lang thoát lũ tỷ lệ 1/25.000 cho toàn tuyến sông Cầu. Thực hiện giải tỏa 100% các công trình xây dựng trái phép, bãi tập kết vật liệu và đê bối lấn chiếm lòng dẫn trong giai đoạn 2016–2020. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Bắc Ninh, Sở Tài nguyên và Môi trường cùng UBND các huyện Yên Phong, Quế Võ, thành phố Bắc Ninh.

3. Hiện đại hóa hệ thống công trình tiêu thoát úng nội đồng: Nâng công suất và cải tạo các cống tiêu Vọng Nguyệt, trạm bơm tiêu Đặng Xá (sông Ngũ Huyện Khê), bảo đảm vận hành tiêu chủ động khi mực nước sông Cầu vượt ngưỡng khống chế 6,8 m. Mục tiêu bảo vệ chống úng tuyệt đối cho 10.000 ha diện tích canh tác trũng thấp. Chủ thể thực hiện: Công ty TNHH Một thành viên Khai thác Công trình Thủy lợi Bắc Đuống.

4. Thiết lập hệ thống quan trắc và cảnh báo lũ tự động: Ứng dụng công nghệ viễn thám và tích hợp phần mềm MIKE 11 vào vận hành dự báo tác nghiệp theo thời gian thực, nâng thời gian dự báo sớm lên 24–48 giờ với độ chính xác đạt trên 85%. Chủ thể thực hiện: Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Đồng bằng Bắc Bộ phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bắc Ninh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Cơ quan quản lý nhà nước và cơ quan chuyên trách đê điều: Chi cục Thủy lợi, Chi cục Phòng chống thiên tai tỉnh Bắc Ninh và các tỉnh lân cận thuộc lưu vực sông Cầu. Use case: Sử dụng luận văn làm cơ sở pháp lý và căn cứ kỹ thuật để thẩm định quy hoạch sử dụng đất bãi sông, cấp phép xây dựng công trình thủy lợi và ban hành chỉ giới hành lang thoát lũ.

2. Các viện nghiên cứu, trường đại học chuyên ngành Thủy lợi và Tài nguyên nước: Cán bộ nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước, Thủy văn học. Use case: Khai thác bộ thông số hiệu chỉnh mô hình MIKE 11, phương pháp tính toán thủy lực dòng hở và mô hình chuỗi số liệu thủy văn vùng đồng bằng Bắc Bộ để phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu mở rộng.

3. Kỹ sư tư vấn quy hoạch hạ tầng và phát triển khu công nghiệp: Các công ty tư vấn thiết kế xây dựng hạ tầng đô thị và khu công nghiệp. Use case: Tra cứu cao trình mực nước lũ thiết kế và lưu lượng đỉnh lũ để xác định cốt nền xây dựng an toàn cho 17 khu công nghiệp (như KCN Yên Phong, Quế Võ, VSIP) và các khu đô thị mới ven sông.

4. Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn các cấp: Cán bộ lãnh đạo cấp huyện, xã dọc tuyến đê sông Cầu. Use case: Ứng dụng bản đồ xác định các điểm đê xung yếu (K45, Km39, Km69) để xây dựng kịch bản ứng phó khẩn cấp, phân bổ vật tư hộ đê và lập phương án di dời dân cư vùng trũng khi xuất hiện lũ trên báo động III.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao sông Cầu đoạn qua Bắc Ninh lại có nguy cơ ngập lụt và sạt lở đê nghiêm trọng?

Lưu vực sông Cầu có độ dốc thượng nguồn lớn khiến lũ đổ về rất nhanh, lượng dòng chảy 5 tháng mùa mưa chiếm tới 70%–80% cả năm. Khi đến Bắc Ninh, địa hình bằng phẳng kết hợp nước vật dềnh từ sông Đuống và triều cường hạ lưu khiến nước lũ ứ đọng kéo dài, gây áp lực thẩm lậu và xói lở chân đê.

Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì nổi bật trong quy hoạch phòng chống lũ sông Cầu?

MIKE 11 mô phỏng chính xác chế độ dòng chảy không ổn định trên toàn hệ thống 792 mặt cắt ngang của 25 sông chính thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Mô hình xử lý tốt mối tương tác thủy lực phức tạp giữa lũ thượng nguồn, dòng chảy nội đồng và ảnh hưởng của thủy triều biển Đông.

Việc người dân tự ý tôn tạo đê bối và bãi bồi ven sông gây ra hệ lụy gì?

Việc tự ý đắp đê bối và xây dựng trên bãi sông đã làm co hẹp mặt cắt lòng dẫn từ 15% đến 25%. Điều này cản trở đường thoát lũ tự nhiên, làm dềnh mực nước lũ thượng lưu thêm 0,2–0,4 m và gia tăng áp lực trực tiếp lên hệ thống đê chính.

Tuyến đê hữu sông Cầu được quy hoạch bảo vệ theo cấp tiêu chuẩn kỹ thuật nào?

Theo định hướng quy hoạch đến năm 2020, tuyến đê hữu sông Cầu dài 69 km được phân cấp đê kỹ thuật cấp II và cấp III, ứng với tần suất lũ thiết kế từ 1% đến 2%, bảo đảm biên độ an toàn đỉnh đê cao hơn mực nước lũ tính toán từ 0,7 m đến 1,0 m.

Làm thế nào để cân bằng giữa phát triển công nghiệp và bảo đảm an toàn thoát lũ tại Bắc Ninh?

Giải pháp then chốt là kiểm soát nghiêm ngặt chỉ giới thoát lũ đã quy hoạch, kiên quyết không cấp phép phát triển cụm công nghiệp trong hành lang thoát lũ, đồng thời hiện đại hóa các trạm bơm tiêu công suất lớn như Đặng Xá để chủ động tiêu úng khi sông Cầu lên cao.

Kết luận

• Đã lượng hóa toàn diện quy luật dòng chảy lưu vực sông Cầu với 70%–80% lượng nước tập trung vào mùa lũ, tạo cơ sở thực tiễn cho bài toán điều tiết.
• Ứng dụng thành công mô hình MIKE 11 thiết lập mạng lưới thủy lực 792 mặt cắt ngang, mô phỏng chính xác các kịch bản lũ lịch sử và tương lai.
• Xác định chính xác mực nước lũ thiết kế và hoàn thành phương án phân cấp bảo vệ an toàn cho 69 km tuyến đê hữu sông Cầu đến năm 2020.
• Xác lập chỉ giới hành lang thoát lũ khoa học, đưa ra giải pháp giải tỏa vật cản nhằm khôi phục tối đa dung tích thoát lũ lòng sông.
• Đề xuất đồng bộ hệ thống công trình nâng cấp đê, cải tạo trạm bơm tiêu Đặng Xá kết hợp giải pháp quản lý cắm mốc chỉ giới trên bản đồ 1/25.000.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là cung cấp cơ sở khoa học và công cụ tính toán thủy lực có độ tin cậy cao, giải quyết hài hòa bài toán an toàn đê điều với mục tiêu phát triển kinh tế – xã hội của một tỉnh công nghiệp trọng điểm. Lộ trình tiếp theo cần tập trung số hóa dữ liệu mốc giới và tích hợp hệ thống quan trắc tự động theo thời gian thực giai đoạn 2020–2030. Các nhà quản lý đô thị, cơ quan thủy lợi và doanh nghiệp hạ tầng cần nhanh chóng áp dụng các chỉ số quy hoạch này vào thực tiễn để bảo vệ an toàn tuyệt đối cho cộng đồng dân cư và hạ tầng kinh tế tỉnh Bắc Ninh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu trong nước. Nước ta là một trong năm nước trên thế giới chịu tác động nhiều nhất của sự biến đổi khí hậu toàn cầu.

Liên tiếp trong những năm gần đây do ảnh hưởng của sự biến đổi khí hậu, hiện tượng lũ lớn, lũ quét đã xảy ra với tần suất, qui mô và cường độ ngày càng gia tăng. Lũ lụt miền Bắc nói chung và tỉnh Bắc Ninh nói riêng đã trở thành một tai hoạ tự nhiên thường xuyên đe doạ cuộc sống của người dân trong vùng. Tỉnh Bắc Ninh là một trong những tỉnh nằm trong vùng đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế và dân sinh quan trọng của cả nước. Nhận thức rõ tính bức xúc và tầm quan trọng của vấn đề lũ lụt, Nhà nước và một số Bộ, ngành và các địa phương đã triển khai một loạt các chương trình, đề tài, đề án điều tra, nghiên cứu về lũ lụt nhằm đưa ra các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra.

Có thể nêu một số công trình tiêu biểu như: - Đề tài "Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo dòng chảy lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng" (Lê Bắc Huỳnh, TT DBKTTVTƯ) Hình 1.1: Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng (Nguồn:TTQGDBKTTVTW) -4- Thành quả: Đã xây dựng được hệ thống dự báo thủy văn cho các lưu vực sông Đà, Thao, Lô, vận hành hồ chứa Hoà Bình và diễn toán lũ về hạ lưu đến trạm Sơn Tây, Hà Nội. Đề tài đã tạo dựng được nền tảng cho việc áp dụng mô hình thủy văn để dự báo lũ, kết quả tính toán của đề tài khá tốt và đã được TTDBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp. Cần nghiên cứu tiếp: (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) vì thiếu số liệu phía Trung Quốc cho nên đã phải xử lý biên trên bằng phương pháp hồi qui, vì thế có hạn chế về độ chính xác; (3) số liệu dùng trong tính toán và hiệu chỉnh mô hình là đến năm 1996, cần được cập nhật số liệu; (4) hơn nữa, nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến các trạm Sơn Tây và Hà Nội chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sông Hồng-Thái Bình. - Đề tài cấp Bộ “Xây dựng công nghệ tính toán dự báo lũ lớn hệ thống sông Hồng – Thái Bình” do PGS.

Trần Thục (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường) làm chủ nhiệm. Đề tài bước đầu đã xây dựng công nghệ hoàn chỉnh cho tính toán dự báo lũ tác nghiệp cho toàn hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Mô hình MIKE 11 được nghiên cứu áp dụng để tính toán dự báo lũ lớn cho hệ thống sông Hồng-Thái Bình với 25 sông chính và chia thành 52 nhánh sông bao gồm 792 mặt cắt. Như vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu và nhiều mô hình tính toán dự báo lũ và diễn toán lũ cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình và đã giải quyết được từng mục tiêu cụ thể trong nghiên cứu lũ và phòng chống thủy tai đồng bằng sông Hồng - Thái Bình, các kết quả của các nghiên cứu này là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo.

Tuy nhiên mỗi nghiên cứu chỉ chú trọng đến một lĩnh vực, một phạm vi nhất định và chưa có một công nghệ hoàn chỉnh cho tính toán dự báo lũ cho toàn hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Các nghiên cứu này là cơ sở cho việc quy hoạch hành lang thoát lũ và các biện pháp cải tạo, chỉnh trị lòng sông trong quy hoạch hệ thống công trình phòng -5- chống lũ, hệ thống đê sông Hồng, sông Thái Bình thu được nhiều kết quả có giá trị về mặt khoa học và thực tiễn góp phần phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai bão lũ. Tổng quan về các giải pháp phòng chống lũ lưu vực sông của các nước. Thế giới hiện nay đang ở trong thời kỳ biến đổi khí hậu, những trận lũ lớn xuất hiện ngày càng nhiều (Ấn Độ, Banlades, Trung Quốc, Philipin, Mianma, Mỹ,.) đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của.

Thiên tai lũ lụt đang có xu thế gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ. Nhiều nhà khoa học, nhiều tổ chức quốc tế đã tập trung nghiên cứu nhằm tìm ra các giải pháp phòng chống và phòng tránh hữu hiệu giảm thiệt hại do lũ lụt gây ra. Đối với các nước phát triển các nghiên cứu về lũ lụt thường gắn với quản lý tài nguyên, môi trường theo lưu vực sông. Đối với các nước đang phát triển việc dự báo, cảnh báo lũ lụt còn gặp nhiều khó khăn, các nghiên cứu chủ yếu phục vụ cho công tác phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai.

Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho các mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mô hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng lũ. Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau: - Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần mềm dự báo lũ bao gồm: Mô hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô hình Mike 11, Mike 21 tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh, và Indonesia.

Hiện nay, công ty tư vấn CTI của Nhật Bản đã mua bản quyền của mô hình, thực hiện những cải tiến để mô hình có thể phù hợp với điều kiện thuỷ văn của Nhật Bản. - Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài toán thuỷ lực 1 và 2 chiều. TELEMAC-2D là phần mềm tính toán thủy lực 2 chiều, nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC. TELEMAC-2D đã được kiểm -6- nghiệm theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp dụng tính toán rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới.

Ở Việt Nam, mô hình đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện, Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử nghiệm để tính toán dòng chảy tràn vùng Vân Cốc- Đập Đáy, lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội, và tính toán ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng. - Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha, Roelevink và cộng sự đã kết hợp sử dụng mô đun mưa - dòng chảy Mike 11-NAM và mô đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo. Các mô hình này đã được hiệu chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006. Kết quả từ hai mô hình này được kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các cảnh báo tại các điểm xác định.

Kết quả cho thấy rằng, số liệu đầu vào quyết định độ lớn của thời gian dự kiến. Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và ngược lại. Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và lưu lượng tính toán theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu.

Đặc điểm vị trí địa lý. Dòng chính sông Cầu bắt nguồn từ dãy núi Vạn On ở độ cao 1.175m thuộc Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn. Chiều dài sông tính tới Phả Lại là 290km, diện tích lưu vực 6. Nếu tính các phụ lưu có chiều dài 10km trở lên thì từ thượng nguồn về đến chỗ nhập lưu các sông Thương với sông Cầu có tất cả 27 phụ lưu, trong đó chỉ có khoảng 5 phụ lưu lớn có diện tích lưu vực từ vài trăm đến trên 1000km2 còn lại là những phụ lưu nhỏ.

Sông Cầu chảy qua địa bàn tỉnh Bắc Ninh bắt đầu từ Tam Giang (H. Yên Phong) đến Châu Phong (H. Quế Võ) có chiều dài là 69km. Sông Cầu là nguồn cấp nước tưới, nước sinh hoạt và cũng là nơi nhận nước tiêu cho vùng phía Bắc tỉnh Bắc Ninh và các tỉnh.2: Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh.3: Điểm cuối Sông Cầu nhập lưu với Sông Thương tỉnh Bắc Ninh -8- Hình 1.4: Khu vực nghiên cứu sông Cầu tỉnh Bắc Ninh -9- 1.

Đặc điểm địa hình. Địa hình của tỉnh nhìn chung có hướng dốc từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông, vùng đồng bằng chiếm tới khoảng 99,5% diện tích toàn tỉnh thường có cao độ từ 3-7 m, 0,5% diện tích còn lại là địa hình đồi núi thấp cao độ trong khoảng 100-200 m, ngoài ra còn một số đồi bát úp nằm rải rác ở một số huyện Quế Võ, Tiên Du và Gia Bình. Các khu trũng thấp ở các huyện: Yên Phong, Từ Sơn, Tiên Du, Quế Võ, Gia Bình, Lương Tài khó tiêu thoát, hay bị úng ngập vào mùa mưa. Với dạng địa hình như trên nên Bắc Ninh có điều kiện thuận lợi phát triển đa dạng cây trồng, vật nuôi, luân canh nhiều cây trồng và canh tác nhiều vụ trong năm.

Song cũng có khó khăn là phải xây dựng các công trình tưới, tiêu cục bộ và đòi hỏi lựa chọn cơ cấu cây trồng vật nuôi thích hợp đối với từng dạng địa hình mới phát huy được hết tiềm năng đất đai của tỉnh. Đặc điểm địa chất. Cấu trúc địa chất tỉnh Bắc Ninh mang những nét đặc trưng của vùng sụt trũng sông Hồng, bề dày trầm tích đệ tứ chịu ảnh hưởng rõ rệt của cấu trúc mỏng và Bắc Ninh cũng nằm trong miền kiến tạo Đông Bắc, Bắc Bộ nên cấu trúc địa chất còn mang tính chất của vòng cung Đông Triều vùng Đông Bắc. Toàn tỉnh có mặt các loại đất đá có tuổi Cambri đến đệ tứ, song nhìn chung có thành tạo Kainozoi phủ trên các thành tạo cổ.

Đây là thành tạo chiếm ưu thế về địa tầng lãnh thổ. Các thành tạo Triat phân bố trên hầu hết các dãy núi, thành phần thạch học chủ yếu là cát kết, sạn kết. Bề dày các thành tạo đệ tứ biến đổi theo quy luật trầm tích từ Bắc xuống Nam.