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.
