CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan 1.1 Các nghiên cứu trên thế giới 1.1 Tình hình ngập lụt trên thế giới Thế giới đang phải chịu những tổn thất nặng nề do thiên tai, trong đó có lũ lụt. Con người bên cạnh việc phải đối phó và thích nghi với thiên nhiên thì cũng đang phải gánh chịu những hậu quả không nhỏ do chính mình tạo ra. Các thành phố vốn hình thành ở ven sông, biển phải đối mặt với nạn ngập úng. London (Anh) [15] với sông Thames bị thu hẹp lại gặp bão lớn từ biển Bắc, triều cường đã làm cho phần lớn thành phố ngập trong nước năm 1952.
Iowa (Hoa Kỳ) vào tháng 6/2008 [13] , mưa lớn xảy ra trên Iowa gây ra 85 quận bị ngập chìm trong nước. Thiệt hại tới 10 tỷ $, hơn 40.000 người bị ảnh hưởng, 2,5-3 triệu đất ngô và đậu ngập chìm trong nước. Khoảng 2,3 triệu đất canh tác bị xói mòn đất. Thái Lan vào năm 2011 [12] là đợt lũ lụt nghiêm trọng, tồi tệ nhất ở sông Chao Phraya cũng như ở lưu vực sông Mekong.
Lũ lụt đã gây ra 307 ca tử vong, hơn 2,3 triệu người bị ảnh hưởng, tràn ngập khoảng 6 triệu ha đất với thiệt hại ước tính lên tới 156,7 tỷ baht (5,1 tỷ USD). Bên cạnh các nguyên nhân đến từ tự nhiên như mưa nhiều hơn, bão gió thất thường hơn, nước biển dâng cao. tình trạng lũ lụt trên thế giới còn có chung nguyên nhân là đô thị hoá mạnh, tăng diện tích xây dựng nhà cửa và đường xá, đồng thời giảm diện tích ngập nước, các dòng sông thiên nhiên bị khai thác và hệ thống kênh rạch tiêu thoát bị thu hẹp. Các khu vực đô thị luôn hiện diện một số rủi ro lũ lụt khi mưa lớn xảy ra.
Nhà cửa, đường phố, cơ sở hạ tầng và những khu vực bê tông hóa khác ngăn chặn nước mưa thấm xuống mặt đất và do vậy tạo ra nuớc chảy tràn nhiều hơn. Mưa lớn và kéo dài lâu ngày tạo ra một lượng rất lớn nước chảy tràn bề mặt, và có thể dễ dàng làm ngập hệ thống thoát nước. Lũ lụt cũng đã và đang tác động lớn đến các thành phố và các đô thị nhỏ ở nhiều quốc gia Châu Phi [15] – ví dụ trận lụt ở Mozambique vào năm 2000 bao gồm lũ lớn ở Maputo và ở Algiers vào năm 2001 (900 nguời chết và 45.000 nguời bị ảnh hưởng); mưa lớn ở Ðông Phi vào năm 2002 đã gây ra lũ lụt và lở đất khiến cho 4 10.000 nguời phải rời bỏ nhà cửa ở Rwanda, Kenya, Burundi, Tanzania và Uganda, và một loạt các trận lụt ở Port Harcourt (Nigeria) và Addis Ababa (Ethiopia) năm 2006. Iowa ngập chìm trong nước.2 Tình hình nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt trên thế giới Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, các mô hình toán nhằm mô phỏng dòng chảy lũ trên một lưu vực hay một vùng ngập lũ cũng phát triển hết sức mạnh mẽ.
Tốc độ tính toán, phạm vi của việc mô hình hóa được mở rộng, nên các mô hình tính toán thực sự đang phát huy tác dụng trong việc đánh giá các tác động do việc phát triển các công trình hạ tầng như đường giao thông, cầu, đập dâng, hồ chứa, đê bao hay các khu đô thị, công nghiệp đến tình trạng ngập lũ. Một trong những mô hình dự báo lũ đang khá phổ biến hiện nay là mô hình của Danish Hydraulics Institute (DHI). Bộ mô hình bao gồm các mô hình Mike 11, Mike urban, Mike 21, Mike flood…Các công cụ phần mềm dùng để tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Mô hình toán này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế giới.
Một số dự án đã án đã áp dụng thành công mô hình: - Dự án “ Conducting flood hazard and risk mapping for the complex Evros River Basin, in Greek” [9] của Ioannis Niadas – MSc Hydrologist và project manager- Z&A P. Dự án đã ứng dụng thành công 5 mô hình MIKE FLOOD để phân tích nguy cơ ngập lụt và lập bản đồ ngập lụt cho vùng nghiên cứu. Từ bản đồ ngập ta có thể tính ra được số nhà dân, hệ thống đường giao thông, thủy lợi bị ảnh hưởng bởi lũ lụt của sông. Từ đó đề ra các kế hoạch quản lý, biện pháp giảm rủi ro do lũ lụt gây ra.
Bản đồ ngập lụt sông Evros với kịch bản 100 năm. - Dự án “Xây dựng thư viện bản đồ ngập lụt cho Iowa” [8] của các tác giả Nathan Young, Harvest Schroeder, Jesse Piotrowski và Yi – Jia Chang thuộc The Iowa Flood Center, IIHR—Hydroscience and Engineering, College of Engineering của đại học Iowa, 2011. Dự án đã xây dựng thành công thư viện bản đồ ngập lụt cho Iowa. Là công cụ quan trọng trong việc đánh giá nguy cơ lũ, điều tiết các vùng ngập, phân tích lũ chi tiết.
Từ bản đồ ngập lụt nghiên cứu các giải pháp phòng chống lũ lụt, xây dựng các kế hoạch quản lý, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra. Bản đồ ngập lụt của Iowa.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 1.1 Tình hình ngập lụt trong nước Trong những năm gần đây cùng với sự ảnh hưởng biến đổi khí hậu và nước biển dâng thì tình hình ngập lụt ở Việt Nam diễn ra càng ngày càng phức tạp theo cả không gian lẫn thời gian. Lũ xảy ra do nhiều loại hình, như bão và áp thấp nhiệt đới gây mưa lớn kéo dài. Đặc biệt là lũ lớn trên các hệ thống sông Hồng, Cầu, Thương, Mã, Vu Gia - Thu Bồn… đã gây thiệt hại lớn hàng năm cho vùng hạ du.
Lũ là tác nhân làm chậm tiến trình phát triển kinh tế xã hội, lũ không chỉ làm thiệt hại lớn tới tài sản của nhân dân, của xã hội mà còn gây thiệt hại tới cả tính mạng của nhân dân. Những năm gần đây trên toàn quốc nói chung đã ghi nhận được những trận mưa hình thành nên những trận lũ lớn bất thường. Trận mưa lịch sử 2 ngày 30 và 31 tháng 10 năm 2008 đã khiến thủ đô Hà Nội [11] chịu ngập lụt nghiêm trọng trên diện rộng. Tổng lượng mưa do đài khí tượng thủy văn đồng bằng Bắc Bộ thông báo như sau: Láng 417,3 mm, Hà Đông 612,9 mm, nội thành 399 mm, Long Biên 408 mm.
Toàn thành phố có 26 điểm bị ngập úng dài 100 - 300 m, sâu trên dưới 1 m gây thiệt hại nghiêm trọng. Ngoài 21 người chết, 78.000 hộ bị ngập nhà cửa, 7 nhà bị đổ sập thì 11.500 ha rau xanh bị chết do ngập, 40.950 ha ngô và đậu tương ngập mất trắng, diện tích các cây khác là 3.910 ha, diện tích lùa mùa muộn mất trắng 3.101 ha, diện tích cây ăn quả ngập úng 2.596 ha và diện tích hoa – cây cảnh mất trắng là 707 ha. Về chăn 7 nuôi thì toàn thành phố có 30 con trâu bò, 6.610 con heo và 339.942 gia cầm bị chết. Tổng diện tích thủy sản mất trắng là 13.
Diện tích mặt đường hư hại là 145.000 trạm biến áp bị nhấn chìm trong nước, và 700 trường học bị ngập, gây hư hại, hỏng hóc. Ước tính thiệt hại khoảng 3. Hà Nội ngập chìm trong nước, 2008. Đặc biệt là đợt lũ kép tháng 10/2010 do mưa lũ kéo dài nhiều ngày đã gây thiệt hại nặng về tài sản cho người dân các địa phương dải miền Trung [15], riêng Hà Tĩnh đã có 51 người chết, tổng thiệt hại về tài sản ước tính 6.374 tỷ đồng, các tỉnh Quảng Trị, Quảng Bình, Hà Tĩnh, Nghệ An và Thanh Hoá đã bị thiệt hại lớn với tổng số 143 người chết, hàng trăm người bị thương, tỉnh Quảng Ngãi có trên 50.000 ngôi nhà bị ngập, tỉnh Bình Định mưa lũ nhấn chìm 20.000 nhà dân, thành phố Quy Nhơn bị ngập nước với mức ngập sâu 0,5 – 2 m, tỉnh Phú Yên, nhiều tuyến đường ở thành phố Tuy Hoà đã bị ngập sâu 0,5 - 1,0 m.
Mưa lũ cũng gây sạt lở nặng các tuyến đường 1A, đường sắt, chia cắt mạng lưới đường giao thông liên huyện đặc biệt là các tuyến đường ở vùng hạ lưu các sông. Trận mưa kéo dài từ ngày 27/7/2015 đến 02/08/2015 diễn ra trên diện rộng ở hầu hết các tỉnh Bắc bộ, đặc biệt tại tỉnh Quảng Ninh [10] đã xảy ra đợt mưa lũ lịch sử lớn nhất trong 50 năm qua. Mưa lũ gây ra ngập lụt, sạt lở đất nghiêm trọng trên địa bàn của tỉnh, cụ thể lượng mưa lớn nhất trong 6 giờ là 249 mm tại Cửa Ông từ 13 giờ đến 8 19 giờ ngày 26/7. Lượng mưa lớn nhất trong 12 giờ là 296 mm tại Bãi Cháy từ 19 giờ ngày 27/7 đến 7 giờ ngày 28/7.
Lượng mưa 1 ngày max là 437 mm tại Cửa Ông từ 19 giờ ngày 25/7 đến 19 giờ ngày 26/7. Lượng mưa 3 ngày max là 865 mm tại Cửa Ông từ 19 giờ ngày 25/7 đến 19 giờ ngày 28/7. Tổng lượng mưa lớn nhất cả đợt là 1.400 mm tại Cửa Ông từ 19 giờ ngày 25/7 đến 19 giờ ngày 2/8. Mưa lũ, sạt lở đất đã gây thiệt hại nặng nề cho tỉnh Quảng Ninh làm 17 người chết, 32 người bị thương, 28 nhà đổ sập, 150 nhà tốc mái xiêu vẹo, 9.046 nhà bị ngập, 4.329 ha hoa màu bị thiệt hại, 2.079 con gia ầm bị chết, 1.070 ha nuôi thủy sản và 880 lồng bè nuôi tôm cá bị thiệt hại, 300.000 m3 đất đường quốc lộ, tỉnh lộ bị sạt lở.2 Tình hình nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt ở trong nước Để giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra, đề xuất ra các phương án, kế hoạch phòng chống lũ lụt thông qua cảnh báo, dự báo thì việc xây dựng các bản đồ ngập lụt trở thành một bài toán hết sức cần thiết cung cấp cơ sở cho công tác quản lý lũ.
Bản đồ ngập lụt là công cụ hữu hiệu trong công tác ứng phó chủ động với lũ lụt ở cả trong giai đoạn chuẩn bị và quy hoạch phòng chống thiên tai cũng như trong giai đoạn ứng phó khẩn cấp.