Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Thạch Hãn đóng vai trò huyết mạch đối với tỉnh Quảng Trị, bao phủ diện tích 2.727 km2 và chiếm tới 56% diện tích toàn tỉnh. Tuy nhiên, khu vực này nằm trong tâm điểm vùng mưa lớn Đông Trường Sơn với lượng mưa bình quân hằng năm đạt 2.400 đến 2.800 mm, trong đó lượng mưa tích tụ trong 3 đến 4 tháng mùa mưa chiếm từ 68% đến 70% tổng lượng cả năm. Với địa hình dốc đứng từ dãy Trường Sơn đổ về đồng bằng hẹp, độ dốc bình quân lưu vực lên tới 20,1% cùng mạng lưới sông suối có hệ số uốn khúc 3,5, thời gian tập trung dòng chảy diễn ra rất nhanh. Lũ lớn thường lên nhanh trong vòng 24 đến 60 giờ với cường suất nước dâng đạt tới 105 cm/h, gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ du.

Áp lực thiên tai tác động trực tiếp lên 582.793 người dân sinh sống trên lưu vực, nơi có mật độ dân số bình quân 863 người/km2 và có sự phân hóa mạnh mẽ, đạt đỉnh 8.229 người/km2 tại Phường 1 thuộc thành phố Đông Hà và thấp nhất 159 người/km2 tại xã Gio Quang thuộc huyện Gio Linh. Biến đổi khí hậu kết hợp hiện tượng nước biển dâng và triều cường Cửa Việt lên tới 171 cm đã làm trầm trọng thêm mức độ tàn phá của các đợt ngập lụt diện rộng.

Trước thực trạng đó, nghiên cứu hướng đến mục tiêu thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn để đánh giá định lượng tính dễ bị tổn thương do lũ lụt cho 60 xã ngập lụt trọng điểm thuộc lưu vực sông Thạch Hãn. Luận văn tiếp cận phương pháp tính toán chỉ số tổn thương lũ lụt theo mô hình Balica của Viện Giáo dục Ngành nước UNESCO-IHE, kết hợp thử nghiệm 2 quy trình chuẩn hóa dữ liệu và phương pháp xác định trọng số khách quan Iyengar-Sudarshan. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng vững chắc phục vụ công tác quy hoạch phân vùng rủi ro, hỗ trợ các nhà quản lý địa phương xây dựng giải pháp công trình và phi công trình tối ưu nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và kinh tế trong mùa mưa lũ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng khung lý thuyết đánh giá tính dễ bị tổn thương của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu kết hợp phương pháp chỉ số tổn thương lũ lụt FVI do Balica phát triển từ mô hình của Connor và Hiroki. Cấu trúc lý thuyết xác định tính dễ bị tổn thương là một hàm số tổng hợp giữa 3 tiêu chí cốt lõi: Độ phơi nhiễm, Tính nhạy và Khả năng phục hồi theo công thức FVI = (E * S) / R. Trong đó, 4 khái niệm nền tảng được định nghĩa và chuẩn hóa bao gồm:

  1. Độ phơi nhiễm (Exposure - E): Đại diện cho mức độ tiếp xúc của các yếu tố dân sinh, tài sản, cơ sở hạ tầng và điều kiện tự nhiên trước tác động trực tiếp của ngập lụt.
  2. Tính nhạy (Sensitivity - S): Phản ánh mức độ dễ bị ảnh hưởng hoặc tổn hại của hệ thống kinh tế, xã hội và môi trường khi đối mặt với hiểm họa lũ.
  3. Khả năng phục hồi (Coping and Adaptive Capacity - R): Thể hiện năng lực tự chống chịu, các biện pháp chuẩn bị, ứng phó khẩn cấp và tốc độ khôi phục sinh kế sau thảm họa.
  4. Chỉ số tổn thương tổng hợp FVI: Giá trị định lượng đa chiều được tích hợp từ 4 phân hệ độc lập gồm tổn thương xã hội, tổn thương kinh tế, tổn thương môi trường và tổn thương vật lý.

Phương pháp nghiên cứu

Để bảo đảm tính khách quan và chiều sâu khoa học, nghiên cứu đã huy động nguồn dữ liệu liên ngành đa dạng từ điều tra thực địa, thống kê nhà nước và mô phỏng thủy văn - thủy lực:

  • Dữ liệu xã hội học và cỡ mẫu: Thực hiện điều tra bảng hỏi trực tiếp với cỡ mẫu 1.080 hộ dân và 60 cán bộ chính quyền cơ sở tại 60 xã ngập lụt thuộc lưu vực, kết hợp kế thừa cơ sở dữ liệu chuyên sâu gồm 470 phiếu điều tra từ đề tài cấp nhà nước BĐKH-19. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên đại diện theo vùng địa hình (đồng bằng, cồn cát ven biển, bán sơn địa), phân tầng theo mức độ thu nhập (hộ nghèo, cận nghèo, khá giả) và cơ cấu nghề nghiệp (nông nghiệp, thủy sản, tiểu thủ công nghiệp, công chức).
  • Dữ liệu địa lý và viễn thám: Xử lý mô hình số độ cao DEM kích thước ô lưới 30x30m kết hợp bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 trên nền tảng ArcGIS để nội suy phân loại 6 cấp độ dốc lưu vực. Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất năm 2010 tỷ lệ 1:100.000 được phân tích bóc tách thành 5 nhóm, trong đó đất rừng chiếm 67,43%, đất nông nghiệp chiếm 14,76% và đất công nghiệp chiếm 1,68% diện tích lưu vực.
  • Mô hình hóa thủy lực và chuỗi thủy văn: Ứng dụng mô hình thủy lực 2 chiều mô phỏng lan truyền ngập lụt, hiệu chỉnh và kiểm định qua chuỗi số liệu quan trắc từ 11 trạm khí tượng thủy văn giai đoạn 1977 đến 2009 cùng các trận lũ lịch sử năm 2004, 2005 và 2009 để chiết xuất chính xác 3 thông số thủy lực tại từng nút mạng: độ sâu ngập lớn nhất (H), vận tốc dòng chảy (v) và thời gian ngập (t).
  • Phương pháp phân tích và xử lý toán học: Lựa chọn bộ 37 chỉ số đặc thù cho lưu vực sông Thạch Hãn. Dữ liệu được đưa qua 2 phương pháp chuẩn hóa để so sánh: chuẩn hóa chỉ số phát triển con người UNDP (tuyến tính Min-Max theo hướng tác động) và chuẩn hóa theo giá trị cực đại của Balica. Trọng số của từng biến và từng phân hệ được xác lập hoàn toàn tự động bằng thuật toán thống kê Iyengar-Sudarshan dựa trên phương sai dữ liệu, giúp loại bỏ triệt để tính chủ quan của các phương pháp chuyên gia truyền thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thử nghiệm tính toán bộ 37 chỉ số tổn thương cho 60 xã ngập lụt trên lưu vực sông Thạch Hãn mang lại những phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, trong phân hệ tổn thương xã hội, tiêu chí độ phơi nhiễm chịu tác động chi phối lớn nhất từ tỷ lệ diện tích đô thị hóa với trọng số 0,2269 và mật độ dân số với trọng số 0,2069. Ở tiêu chí tính nhạy, chỉ số chất lượng cung cấp lương thực nắm giữ trọng số áp đảo 0,5840, cho thấy an ninh lương thực là mắt xích xung yếu nhất khi lũ chia cắt địa bàn. Về khả năng phục hồi, hoạt động tập huấn phòng tránh lũ của chính quyền chiếm trọng số 0,2942 và kinh nghiệm quá khứ chiếm 0,2429, khẳng định tri thức bản địa đóng vai trò then chốt trong giảm thiểu tổn thương.

Thứ hai, ở phân hệ tổn thương kinh tế, tỷ lệ diện tích đất nông nghiệp chiếm trọng số 0,4050 trong nhóm phơi nhiễm, trong khi GDP bình quân đầu người giữ trọng số 0,4095 ở nhóm tính nhạy. Đối với năng lực phục hồi kinh tế, thời gian khắc phục sinh hoạt sau lũ chiếm trọng số 0,3040, cao hơn đáng kể so với thời gian phục hồi sản xuất (0,1274).

Thứ ba, phân hệ tổn thương vật lý ghi nhận sự tương tác mạnh mẽ giữa độ dốc địa hình và thủy lực dòng chảy lũ. Phân tích không gian raster cho thấy địa hình có độ dốc trên 35 độ chiếm 14,31% diện tích lưu vực tập trung ở thượng nguồn, tạo xung lực dòng chảy mạnh đổ dồn về vùng hạ lưu bằng phẳng có cao trình chỉ từ 0,5 đến 4,0 m.

Thứ tư, khi so sánh 2 trường hợp tính toán, phương pháp chuẩn hóa UNDP (Trường hợp 1) cho kết quả phân hạng tổn thương có độ phân giải không gian và tính tách biệt cao hơn rõ rệt so với phương pháp Balica (Trường hợp 2). Trường hợp chuẩn hóa UNDP phân bổ các xã đồng đều qua các cấp độ tổn thương từ thấp, trung bình, cao đến rất cao, phản ánh sát thực tế rủi ro tại các huyện Triệu Phong, Hải Lăng, Cam Lộ và thị xã Quảng Trị.

Thảo luận kết quả

Sự phân bố mức độ dễ bị tổn thương có mối liên hệ mật thiết với đặc điểm địa hình và sự phát triển kinh tế xã hội. Các xã đồng bằng hạ lưu dọc theo sông Thạch Hãn và sông Cánh Hòm như Triệu Thượng, Triệu Ái, Cam An chịu mức độ tổn thương tổng hợp ở mức cao do vừa phơi nhiễm trước mực nước ngập sâu, vừa có mật độ dân cư tập trung đông đúc và sinh kế phụ thuộc 14,76% vào canh tác lúa nước.

Khi đối chiếu với các công trình nghiên cứu trước đây tại miền Trung, cách tiếp cận này thể hiện bước tiến vượt bậc. Điển hình, nghiên cứu của Cấn Thu Văn trên lưu vực sông Thu Bồn hay Nguyễn Mai Đăng trên sông Đáy chủ yếu sử dụng phương pháp AHP với số lượng biến hạn chế từ 4 đến 8 tham số và dễ bị ảnh hưởng bởi nhận định chủ quan của chuyên gia. Ngược lại, việc tích hợp 37 biến số bao quát cả 3 giai đoạn trước, trong, sau lũ cùng trọng số thống kê Iyengar-Sudarshan đã phản ánh trung thực bản chất đa chiều của rủi ro.

Trong thực tế công bố khoa học, toàn bộ kết quả tính toán có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua hệ thống bản đồ chuyên đề GIS phân vùng 4 cấp độ tổn thương theo màu sắc, kết hợp biểu đồ hình quạt thể hiện tỷ lệ phần trăm số xã thuộc từng cấp tổn thương và biểu đồ radar đa trục so sánh tương quan giữa 4 phân hệ xã hội, kinh tế, môi trường và vật lý cho từng huyện thị.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân vùng chỉ số tổn thương FVI, 4 nhóm giải pháp chiến lược được đề xuất triển khai nhằm nâng cao khả năng thích ứng cho lưu vực sông Thạch Hãn:

  1. Kiên cố hóa và nâng cấp hệ thống công trình thoát lũ: Tiến hành nạo vét, khơi thông 169 km dòng chính sông Thạch Hãn và các nhánh phụ lưu cấp 1 như sông Vĩnh Phước, Rào Quán, sông Hiếu; tu bổ và tôn cao hệ thống đê bao ngăn lũ sớm tại các xã vùng thấp trũng ven biển huyện Triệu Phong và Gio Linh. Mục tiêu giảm độ sâu ngập cục bộ từ 15% đến 20% trong giai đoạn 2026-2030, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Quảng Trị chủ trì thực hiện.
  2. Ứng dụng bản đồ FVI vào hệ thống cảnh báo sớm thông minh: Tích hợp bản đồ số hóa tính dễ bị tổn thương 37 chỉ số vào nền tảng điều hành phòng chống thiên tai trực tuyến của tỉnh; kéo dài thời gian dự báo cảnh báo ngập lụt từ 24-60 giờ lên mức chủ động 72 giờ trước khi lũ đạt đỉnh. Mục tiêu giảm tối thiểu 30% thiệt hại tài sản dân sinh vào mùa mưa lũ hằng năm, do Chi cục Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh Quảng Trị vận hành.
  3. Chuyển đổi cơ cấu sinh kế và an sinh xã hội: Quy hoạch lại lịch thời vụ và chuyển đổi giống cây trồng, vật nuôi chịu ngập cho 14,76% diện tích đất nông nghiệp tại các vùng trũng; hỗ trợ gói tài chính vi mô và kỹ thuật gia cố nhà ở an toàn cho 100% hộ nghèo, cận nghèo tại các xã ven sông như Cam An, Gio Quang trước năm 2028, do Ủy ban nhân dân các huyện phối hợp Sở Lao động - Thương binh và Xã hội triển khai.
  4. Nâng cao năng lực tự phục hồi và quản lý rủi ro dựa vào cộng đồng: Định kỳ tổ chức tối thiểu 2 khóa tập huấn kỹ năng sơ tán, cứu hộ và bảo quản lương thực nước sạch hằng năm cho trên 80% hộ dân tại 60 xã vùng ngập trũng. Mục tiêu nâng chỉ số năng lực phục hồi xã hội thêm 25% trong giai đoạn 2026-2029, do Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai cấp xã làm nòng cốt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Lãnh đạo Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Trị, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai các cấp sử dụng kết quả phân vùng FVI để phân bổ ngân sách cứu trợ, phê duyệt kế hoạch phòng thủ dân sự và xây dựng quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội thích ứng với khí hậu.
  2. Chuyên gia, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Các nhà khoa học thuộc chuyên ngành Thủy văn học, Quản lý tài nguyên nước, Biến đổi khí hậu và Kỹ thuật công trình thủy khai thác quy trình phối hợp giữa mô hình thủy lực 2D với phương pháp trọng số Iyengar-Sudarshan làm tài liệu tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu trên các lưu vực sông miền Trung.
  3. Đơn vị tư vấn quy hoạch hạ tầng và đô thị: Các kiến trúc sư, kỹ sư quy hoạch xây dựng ứng dụng cơ sở dữ liệu số độ cao DEM 30x30m và các thông số ngập lụt (độ sâu, vận tốc, thời gian ngập) để tính toán cao độ nền xây dựng công trình giao thông, dân dụng và trạm y tế tại các đô thị như Đông Hà, Quảng Trị.
  4. Các tổ chức phi chính phủ và đối tác quốc tế: Các tổ chức hoạt động trong lĩnh vực hỗ trợ nhân đạo và thích ứng biến đổi khí hậu sử dụng bộ số liệu điều tra 1.080 hộ dân để xây dựng các dự án tài trợ sinh kế bền vững và chuyển giao mô hình quản lý rủi ro thiên tai dựa vào cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp Balica có điểm gì ưu việt hơn các công thức tính toán tổn thương truyền thống?

Phương pháp Balica tiếp cận toàn diện thông qua cấu trúc tích hợp 4 phân hệ (xã hội, kinh tế, môi trường, vật lý) trải dài qua 3 giai đoạn trước, trong và sau thiên tai. Thay vì chỉ xem xét 2 đến 3 yếu tố định tính đơn lẻ, phương pháp này cho phép liên kết trực tiếp các thông số thủy lực ngập lụt với các chỉ số kinh tế xã hội theo cấu trúc toán học FVI = (E * S) / R.

Tại sao nghiên cứu lựa chọn thuật toán Iyengar-Sudarshan để tính trọng số?

Thuật toán Iyengar-Sudarshan tính toán trọng số hoàn toàn khách quan dựa trên nghịch đảo phương sai của các biến số thống kê đã chuẩn hóa. Điều này triệt tiêu hoàn toàn sự sai lệch do cảm tính của chuyên gia trong phương pháp phân tích thứ bậc AHP, đồng thời đảm bảo không một biến số cá biệt nào chi phối quá mức lên chỉ số tổng hợp FVI.

Sự khác biệt cốt lõi giữa hai phương pháp chuẩn hóa UNDP và Balica trong luận văn là gì?

Chuẩn hóa theo công thức UNDP Min-Max phân loại rõ các biến tỷ lệ thuận và tỷ lệ nghịch với tổn thương, đưa toàn bộ giá trị về thang điểm từ 0 đến 1 với độ giãn cách tối ưu. Ngược lại, công thức Balica chia trực tiếp cho giá trị lớn nhất nên giữ nguyên khoảng cách tương đối, khiến độ phân tách giữa các xã bị nén lại và kém rõ nét hơn khi phân tầng rủi ro.

Đặc điểm tự nhiên nào của lưu vực sông Thạch Hãn khiến lũ lụt gây thiệt hại nghiêm trọng?

Lưu vực có độ dốc bình quân lớn 20,1% với 14,31% diện tích có độ dốc trên 35 độ ở thượng nguồn, kết hợp lượng mưa 3 tháng mùa mưa chiếm tới 70% cả năm. Khi mưa lớn do bão kết hợp không khí lạnh, nước dồn về đồng bằng hẹp với cường suất lên tới 105 cm/h, gặp triều cường Cửa Việt 171 cm cản dòng thoát, gây ngập sâu kéo dài từ 15 đến 43 giờ.

Bộ 37 chỉ số của luận văn có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác tại Việt Nam không?

Bộ chỉ số hoàn toàn có thể chuyển giao và áp dụng rộng rãi cho các lưu vực sông duyên hải miền Trung như sông Hương, sông Vu Gia - Thu Bồn. Khi triển khai tại địa bàn mới, người nghiên cứu chỉ cần cập nhật dữ liệu viễn thám, hiệu chỉnh mô hình thủy lực theo địa hình thực tế và thực hiện khảo sát xã hội học tương ứng.

Kết luận

  • Luận văn đã chuẩn hóa thành công khung phương pháp luận đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ lụt FVI cho lưu vực sông Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị thông qua hệ thống 37 chỉ số thuộc 3 tiêu chí và 4 phân hệ chức năng.
  • Quá trình thử nghiệm 1.080 mẫu điều tra xã hội học và mô phỏng thủy lực 2D cho 60 xã ngập lụt đã chứng minh phương pháp chuẩn hóa UNDP kết hợp trọng số khách quan Iyengar-Sudarshan mang lại độ chính xác và tính phân loại thực tế cao nhất.
  • Nghiên cứu đã làm sáng tỏ mối quan hệ phụ thuộc giữa độ dốc địa hình 20,1%, cường suất lũ 105 cm/h với các điểm nghẽn về an ninh lương thực và năng lực phục hồi sinh hoạt của cư dân hạ lưu.
  • Đề xuất lộ trình 4 giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ hướng tới mục tiêu giảm 15% đến 20% độ sâu ngập và cắt giảm 30% thiệt hại tài sản cho tỉnh Quảng Trị trong giai đoạn 2026-2030.
  • Để nâng cao hiệu quả phòng tránh thiên tai bền vững, các cấp chính quyền và cơ quan quản lý cần sớm tích hợp bộ bản đồ phân vùng FVI này vào quy hoạch phát triển không gian kinh tế xã hội và hệ thống cảnh báo sớm thời gian thực.