Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của IPCC, đến cuối thế kỷ 21, mực nước biển toàn cầu dự kiến sẽ tăng đáng kể, ảnh hưởng đến khoảng 70% các vùng ven biển trên thế giới. Việt Nam, với hơn 3.260 km bờ biển và nhiều đảo lớn nhỏ, là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề từ biến đổi khí hậu và hiện tượng dâng nước do bão, đặc biệt là khu vực Hải Phòng. Trong giai đoạn 1990-2010, Việt Nam đã trải qua khoảng 74 trận lũ lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Riêng tại Hải Phòng, các cơn bão như Damrey năm 2015 đã gây ra sóng thần dâng cao 3-4 mét, ngập sâu 3-4 km vào đất liền, phá hủy hàng nghìn ngôi nhà và hàng trăm nghìn hecta lúa.

Luận văn tập trung mô hình hóa hiện tượng dâng nước do bão và xây dựng bản đồ ngập lụt cho hai huyện Kiến Thụy và Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Mục tiêu chính là dự báo mức nước dâng và phạm vi ngập lụt trong các kịch bản bão khác nhau, từ đó đề xuất các giải pháp phòng chống thiên tai phù hợp. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu địa hình độ phân giải 30x30m, dữ liệu thủy triều, khí tượng và hạ tầng hiện có, trong khoảng thời gian từ năm 1952 đến 2015, tập trung vào khu vực ven biển Hải Phòng.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ hoạch định chính sách quản lý rủi ro thiên tai, bảo vệ dân cư và phát triển kinh tế bền vững tại các vùng ven biển dễ bị tổn thương, đồng thời góp phần nâng cao năng lực ứng phó với biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết thủy động lực học: Mô tả các phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng trong môi trường thủy sinh, đặc biệt là phương trình thủy động lực hai chiều (2D) dùng để mô phỏng dòng chảy và biến động mực nước trong vùng ven biển.
  • Mô hình MIKE 21: Phần mềm mô phỏng thủy lực chuyên nghiệp của Viện Thủy lực Đan Mạch, được sử dụng để mô phỏng sóng, thủy triều, dâng nước do bão và ngập lụt. MIKE 21 bao gồm các module tính toán thủy triều, áp lực khí quyển và lực gió, giúp mô phỏng chính xác các hiện tượng thủy văn phức tạp.
  • Khái niệm về dâng nước do bão (storm surge): Là sự tăng cao đột ngột của mực nước biển do tác động của gió mạnh và áp suất khí quyển thấp trong cơn bão, kết hợp với thủy triều cao gây ngập lụt vùng ven biển.
  • Phân tích thống kê và mô hình hóa kịch bản bão: Sử dụng dữ liệu lịch sử về đường đi, cường độ và áp suất bão để xây dựng các kịch bản mô phỏng nhằm đánh giá mức độ rủi ro và phạm vi ngập lụt.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu địa hình số (DEM) độ phân giải 30x30m từ dự án SRTM, bản đồ hành chính tỷ lệ 1:50.000, dữ liệu thủy triều tại trạm Hòn Dấu, dữ liệu khí tượng và bão từ Trung tâm Cảnh báo Bão Hoa Kỳ (TTWC) giai đoạn 1952-2015, thông tin hạ tầng như đê biển, đê sông, đường giao thông.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình thủy lực MIKE 21 để mô phỏng thủy triều, sóng và dâng nước do bão. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng dữ liệu thực tế tại trạm Hòn Dấu với chỉ số Nash-Sutcliffe đạt mức chấp nhận được. Kỹ thuật lưới lồng ghép (nested grid) được áp dụng với mô hình lớn bao phủ vùng biển rộng và mô hình nhỏ chi tiết cho khu vực ven biển Kiến Thụy và Đồ Sơn.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu trong 6 tháng đầu, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình trong 4 tháng tiếp theo, mô phỏng các kịch bản bão và phân tích kết quả trong 3 tháng cuối cùng của năm nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mức dâng nước do bão tại khu vực nghiên cứu: Mô hình cho thấy trong các kịch bản bão mạnh nhất, mực nước dâng có thể đạt từ 3 đến 5 mét, tương đương với mức sóng thần gây ngập sâu 3-4 km vào đất liền. Ví dụ, trong kịch bản bão Damrey, mực nước dâng đạt 3,8 mét tại trạm Hòn Dấu, phù hợp với số liệu thực tế.
  2. Phạm vi ngập lụt: Bản đồ ngập lụt cho thấy diện tích bị ngập trong kịch bản bão mạnh nhất lên tới khoảng 1.200 ha, tập trung chủ yếu tại các vùng thấp ven biển thuộc huyện Kiến Thụy và Đồ Sơn. So với kịch bản bão trung bình, diện tích ngập tăng khoảng 35%.
  3. Ảnh hưởng của hệ thống đê biển: Mô phỏng cho thấy đê biển số 1 và số 2 đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu diện tích ngập lụt. Tuy nhiên, trong các kịch bản bão siêu mạnh, đê có nguy cơ bị vỡ hoặc tràn, làm tăng nguy cơ ngập sâu và lan rộng.
  4. Tác động của hướng và vận tốc bão: Phân tích thống kê cho thấy khoảng 44% các cơn bão ảnh hưởng đến Hải Phòng có hướng di chuyển từ Tây Nam sang Tây Bắc, với vận tốc gió trung bình trong các cơn bão mạnh dao động từ 25 đến 40 m/s, chiếm 74% tổng số bão. Các cơn bão có vận tốc gió trên 50 m/s chiếm khoảng 14%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mức dâng nước cao và diện tích ngập lớn là do sự kết hợp giữa thủy triều cao, gió mạnh và áp suất khí quyển thấp trong các cơn bão. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây tại khu vực và các sự kiện thực tế như bão Damrey năm 2015. So sánh với các nghiên cứu quốc tế sử dụng mô hình ADCIRC hay Delft3D, mô hình MIKE 21 cũng cho kết quả tương đương về độ chính xác và khả năng dự báo.

Việc sử dụng kỹ thuật lưới lồng ghép giúp tăng độ chi tiết cho vùng ven biển, đồng thời giảm thời gian tính toán cho vùng biển rộng. Bản đồ ngập lụt được xây dựng bằng phần mềm GIS giúp trực quan hóa rõ ràng các vùng nguy cơ cao, hỗ trợ công tác quản lý và ứng phó thiên tai.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh mực nước dâng theo từng kịch bản, bảng thống kê diện tích ngập lụt và bản đồ phân vùng ngập chi tiết theo từng mức độ sâu nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và gia cố hệ thống đê biển: Tăng cường khả năng chịu tải của đê biển số 1 và số 2 nhằm giảm thiểu nguy cơ vỡ đê trong các cơn bão siêu mạnh. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 3-5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hải Phòng chủ trì.
  2. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và bản đồ ngập lụt chi tiết: Áp dụng công nghệ GIS kết hợp mô hình thủy lực để cập nhật bản đồ ngập lụt theo thời gian thực, giúp chính quyền và người dân chủ động ứng phó. Triển khai trong 1-2 năm, phối hợp giữa Trung tâm Khí tượng Thủy văn và UBND các huyện.
  3. Quy hoạch phát triển đô thị và nông nghiệp thích ứng với rủi ro ngập lụt: Hạn chế xây dựng tại các vùng trũng thấp có nguy cơ ngập cao, đồng thời áp dụng các biện pháp canh tác thích ứng nhằm giảm thiểu thiệt hại. Thực hiện liên tục trong kế hoạch phát triển kinh tế xã hội địa phương.
  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về phòng chống thiên tai, đặc biệt là kỹ năng ứng phó với dâng nước do bão cho người dân vùng ven biển. Thời gian triển khai hàng năm, do các tổ chức chính quyền địa phương và các tổ chức phi chính phủ thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai và biến đổi khí hậu: Sử dụng kết quả mô hình và bản đồ ngập lụt để xây dựng chính sách, kế hoạch ứng phó thiên tai hiệu quả.
  2. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển hạ tầng ven biển: Áp dụng dữ liệu nghiên cứu để thiết kế các công trình phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu và giảm thiểu rủi ro ngập lụt.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật biển, thủy văn và môi trường: Tham khảo phương pháp mô hình hóa, phân tích dữ liệu và ứng dụng phần mềm MIKE 21 trong nghiên cứu khoa học.
  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và phát triển bền vững: Nắm bắt thông tin về rủi ro thiên tai để nâng cao nhận thức và tham gia các hoạt động phòng chống thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình MIKE 21 có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
    MIKE 21 là phần mềm chuyên dụng với khả năng mô phỏng thủy lực 2D chi tiết, tích hợp các yếu tố thủy triều, gió và áp suất khí quyển, giúp dự báo chính xác hiện tượng dâng nước do bão. Ví dụ, mô hình này đã được sử dụng thành công trong nhiều nghiên cứu tại Việt Nam và quốc tế.

  2. Dữ liệu đầu vào của mô hình được thu thập như thế nào?
    Dữ liệu bao gồm bản đồ địa hình số độ phân giải cao, dữ liệu thủy triều, khí tượng và lịch sử bão được thu thập từ các cơ quan chuyên ngành như Viện Hải dương học, Trung tâm Khí tượng Thủy văn và TTWC Hoa Kỳ, đảm bảo tính chính xác và đầy đủ.

  3. Phạm vi nghiên cứu có giới hạn gì không?
    Nghiên cứu tập trung vào khu vực ven biển huyện Kiến Thụy và Đồ Sơn, không bao gồm ảnh hưởng của nước dâng từ sông và sóng biển. Đây là giới hạn cần lưu ý khi áp dụng kết quả cho các vùng khác.

  4. Kết quả mô hình có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
    Kết quả giúp xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết, hỗ trợ quy hoạch phát triển đô thị, nâng cấp hệ thống đê điều và xây dựng kế hoạch ứng phó thiên tai, giảm thiểu thiệt hại cho người dân và tài sản.

  5. Làm thế nào để cập nhật mô hình khi có dữ liệu mới?
    Mô hình có thể được hiệu chỉnh và cập nhật định kỳ khi có dữ liệu mới về địa hình, khí tượng hoặc bão, đảm bảo độ chính xác và tính kịp thời trong dự báo và quản lý rủi ro.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng dâng nước do bão và bản đồ ngập lụt cho khu vực Kiến Thụy và Đồ Sơn, Hải Phòng với độ chính xác cao.
  • Mực nước dâng trong các kịch bản bão mạnh có thể lên tới 5 mét, gây ngập lụt diện rộng, đe dọa hệ thống đê biển và sinh kế người dân.
  • Hệ thống đê biển hiện tại cần được nâng cấp để ứng phó với các cơn bão siêu mạnh trong tương lai.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch, quản lý rủi ro thiên tai và phát triển bền vững vùng ven biển Hải Phòng.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể về nâng cấp đê, cảnh báo sớm, quy hoạch và tuyên truyền nhằm giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất, cập nhật mô hình định kỳ và mở rộng nghiên cứu sang các khu vực ven biển khác.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu nên phối hợp chặt chẽ để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, nâng cao năng lực phòng chống thiên tai và thích ứng với biến đổi khí hậu.