I. Tổng Quan Nghiên Cứu Mô Phỏng Ngập Lụt Đô Thị Đồng Hới
Tình trạng ngập lụt đô thị đang trở thành một vấn đề cấp bách tại nhiều thành phố, đặc biệt là tại Việt Nam. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng, quy hoạch chưa đồng bộ, và tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) đang gây áp lực lớn lên hệ thống hạ tầng, đặc biệt là hệ thống thoát nước. Thành phố Đồng Hới, một đô thị loại II ven biển miền Trung, không nằm ngoài xu hướng này. Vị trí địa lý đặc biệt, hệ thống sông ngòi phức tạp, và tác động của BĐKH khiến Đồng Hới dễ bị tổn thương bởi ngập lụt. Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp mô phỏng ngập lụt đô thị là vô cùng cần thiết để đưa ra các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu thiệt hại. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng mô hình thủy văn 2D để mô phỏng ngập lụt tại Đồng Hới, có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý và quy hoạch đô thị.Theo Nguyễn Thu Lan, luận văn thạc sỹ Khoa Học(2022), việc nghiên cứu để tìm ra các biện pháp giảm thiểu và ngăn chặn tác hại từ nguy cơ ngập lụt đô thị cho thành phố Đồng Hới là vô cùng cấp bách.
1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên của thành phố Đồng Hới
Đồng Hới nằm ở vị trí chiến lược trên Quốc lộ 1A, thuộc vùng đồng bằng duyên hải miền Trung. Thành phố có địa hình đa dạng, bao gồm vùng đồi, vùng đồng bằng, và vùng cát ven biển. Sông Nhật Lệ chia thành phố thành hai khu vực, ảnh hưởng lớn đến hệ thống thoát nước. Khí hậu mang tính chất chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam, với hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa. Lượng mưa tập trung vào mùa mưa, thường gây ra ngập lụt trên diện rộng.Theo Nguyễn Thu Lan (2022), Đồng Hới chịu ảnh hưởng của cả áp thấp nhiệt đới và gió mùa Đông Bắc, đặc biệt khi lũ trên sông Nhật Lệ gặp triều cường, khả năng tiêu thoát nước sẽ rất khó khăn.
1.2. Hiện trạng hệ thống thoát nước và tình hình ngập lụt tại Đồng Hới
Hệ thống thoát nước của Đồng Hới đang đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm thiết kế chưa đáp ứng nhu cầu thực tế, quá tải, và ảnh hưởng của chế độ thủy văn sông ngòi. Các trận ngập lụt đã xảy ra trong các năm gần đây (2012, 2013, 2016, 2020) gây thiệt hại không nhỏ về kinh tế và đời sống của người dân. Tình hình càng trở nên nghiêm trọng hơn do tác động của BĐKH, với dự báo về lượng mưa gia tăng và mực nước biển dâng.
II. Thách Thức Do Biến Đổi Khí Hậu Gây Ra Cho Đồng Hới
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang tạo ra những thách thức ngày càng lớn đối với các đô thị ven biển như Đồng Hới. Các kịch bản BĐKH cho Việt Nam dự báo về sự gia tăng nhiệt độ, lượng mưa, và mực nước biển. Điều này làm tăng nguy cơ ngập lụt đô thị, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống hạ tầng, kinh tế, và đời sống của người dân. Việc hiểu rõ và đánh giá tác động của BĐKH là vô cùng quan trọng để đưa ra các giải pháp ứng phó hiệu quả. Theo các chuyên gia Bộ Tài nguyên và Môi trường xây dựng, cuối thế kỷ 21, nhiệt độ nước ta có thể tăng thêm 3.20C so với trung bình thời kỳ 1986-2005. Chính vì sự cấp bách này, việc ứng dụng mô hình thủy văn 2 chiều mô phỏng ngập lụt cho thành phố Đồng Hới là vô cùng cần thiết.
2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến lượng mưa và mực nước biển tại Đồng Hới
Các nghiên cứu khoa học cho thấy rằng BĐKH có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể về lượng mưa và mực nước biển tại Đồng Hới. Lượng mưa có thể tăng lên, đặc biệt là trong mùa mưa, gây ra các trận mưa lớn và lũ lụt. Mực nước biển dâng cũng làm tăng nguy cơ ngập lụt ven biển, ảnh hưởng đến hệ thống thoát nước và các công trình ven biển. Những thay đổi này đòi hỏi các giải pháp quản lý và quy hoạch đô thị phải được điều chỉnh để thích ứng với BĐKH.
2.2. Rủi ro ngập lụt gia tăng do các hiện tượng thời tiết cực đoan
BĐKH cũng có thể làm gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, áp thấp nhiệt đới, và mưa lớn. Các hiện tượng này có thể gây ra các trận ngập lụt nghiêm trọng, vượt quá khả năng chống chịu của hệ thống hạ tầng hiện tại. Việc dự báo và cảnh báo sớm các hiện tượng thời tiết cực đoan là vô cùng quan trọng để giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt.
2.3. Đánh giá các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau cho Đồng Hới
Việc đánh giá các kịch bản BĐKH khác nhau (ví dụ: RCP4.5, RCP8.5) là cần thiết để hiểu rõ phạm vi biến động có thể xảy ra và chuẩn bị cho các tình huống khác nhau. Mỗi kịch bản có những tác động khác nhau đến lượng mưa, mực nước biển, và tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan. Dựa trên các kịch bản này, các nhà quản lý có thể đưa ra các quyết định đầu tư và quy hoạch phù hợp.
III. Phương Pháp Mô Phỏng Ngập Lụt Bằng Mô Hình Thủy Văn 2D
Mô hình thủy văn 2D là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và dự báo ngập lụt đô thị. Mô hình này cho phép mô tả chi tiết quá trình dòng chảy trên bề mặt, bao gồm cả dòng chảy tràn và dòng chảy trong hệ thống thoát nước. Ứng dụng mô hình thủy văn 2D giúp các nhà quản lý hiểu rõ hơn về cơ chế ngập lụt, xác định các khu vực dễ bị tổn thương, và đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt. Hiện nay có nhiều phần mềm hỗ trợ mô phỏng ngập lụt, bao gồm cả Mô hình Mike 21 và Mô hình HEC-RAS 2D. Áp dụng cách tiếp cận mô phỏng đồng thời kết nối hệ thống thủy lực kênh mương và tính toán chảy tràn 2 chiều của mô hình MIKE URBAN mô phỏng và tính toán ngập lụt cho thành phố Đồng Hới – Quảng Bình (Nguyễn Thu Lan, 2022).
3.1. Ưu điểm của mô hình thủy văn 2D so với mô hình 1D
Mô hình thủy văn 2D có nhiều ưu điểm so với mô hình 1D, bao gồm khả năng mô tả chi tiết dòng chảy trên bề mặt, xem xét ảnh hưởng của địa hình, và mô phỏng dòng chảy trong các khu vực phức tạp. Mô hình 2D cũng cho phép đánh giá chính xác hơn diện tích ngập lụt và độ sâu ngập, cung cấp thông tin quan trọng cho công tác quản lý rủi ro. Tuy nhiên, mô hình 2D đòi hỏi dữ liệu đầu vào chi tiết hơn và thời gian tính toán lâu hơn so với mô hình 1D.
3.2. Các bước xây dựng và hiệu chỉnh mô hình thủy văn 2D cho Đồng Hới
Việc xây dựng và hiệu chỉnh mô hình thủy văn 2D đòi hỏi một quy trình cẩn thận và tỉ mỉ. Các bước chính bao gồm thu thập dữ liệu đầu vào (địa hình, hệ thống thoát nước, lượng mưa), thiết lập mô hình, hiệu chỉnh các thông số mô hình, và kiểm định mô hình bằng dữ liệu thực tế. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.
3.3. Các loại dữ liệu đầu vào cần thiết cho mô hình
Mô hình thủy văn 2D đòi hỏi nhiều loại dữ liệu đầu vào khác nhau, bao gồm dữ liệu địa hình (DEM), dữ liệu hệ thống thoát nước (vị trí và kích thước cống, kênh), dữ liệu lượng mưa (cường độ, thời gian), và dữ liệu về các trận ngập lụt đã xảy ra (diện tích, độ sâu). Chất lượng của dữ liệu đầu vào có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả mô phỏng. Theo Nguyễn Thu Lan (2022), cần thu thập số liệu mạng lưới thoát nước, số liệu địa hình, số liệu mưa và mực nước để phục vụ việc thiết lập mô hình.
IV. Ứng Dụng GIS Hỗ Trợ Mô Phỏng Ngập Lụt Đô Thị Hiệu Quả
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ mô phỏng ngập lụt đô thị. GIS cung cấp các công cụ để quản lý, phân tích, và hiển thị dữ liệu không gian, giúp các nhà quản lý hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các yếu tố địa lý và ngập lụt. GIS cũng cho phép tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, tạo ra một bức tranh toàn diện về rủi ro ngập lụt trong đô thị. Ngoài ra, ứng dụng GIS kết hợp mô phỏng ngập lụt rất quan trọng trong quy hoạch đô thị.
4.1. Tích hợp dữ liệu không gian trong mô hình ngập lụt
GIS cho phép tích hợp dữ liệu không gian từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm dữ liệu địa hình, dữ liệu hệ thống thoát nước, dữ liệu sử dụng đất, và dữ liệu dân cư. Việc tích hợp này giúp tạo ra một mô hình ngập lụt chi tiết và chính xác hơn.GIS cũng hỗ trợ việc quản lý và cập nhật dữ liệu không gian, đảm bảo rằng mô hình luôn sử dụng dữ liệu mới nhất.
4.2. Phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng ngập lụt trên bản đồ
GIS cung cấp các công cụ để phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng ngập lụt trên bản đồ. Các bản đồ ngập lụt có thể được sử dụng để xác định các khu vực dễ bị tổn thương, đánh giá mức độ thiệt hại, và lập kế hoạch ứng phó. GIS cũng cho phép tạo ra các bản đồ tương tác, cho phép người dùng khám phá dữ liệu và tìm kiếm thông tin chi tiết.
4.3. Ứng dụng GIS trong quy hoạch đô thị và quản lý rủi ro ngập lụt
GIS có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các dự án quy hoạch đô thị đến nguy cơ ngập lụt. Bằng cách mô phỏng ngập lụt trong các kịch bản quy hoạch khác nhau, các nhà quy hoạch có thể đưa ra các quyết định sáng suốt để giảm thiểu rủi ro. GIS cũng hỗ trợ việc quản lý rủi ro ngập lụt bằng cách cung cấp thông tin về các khu vực dễ bị tổn thương, các tài sản có nguy cơ, và các tuyến đường thoát hiểm.
V. Giải Pháp Ứng Phó Ngập Lụt Dựa Trên Kết Quả Mô Phỏng
Kết quả mô phỏng ngập lụt cung cấp thông tin quan trọng để đưa ra các giải pháp ứng phó hiệu quả. Các giải pháp có thể bao gồm cải tạo hệ thống thoát nước, xây dựng hồ điều hòa, quy hoạch đô thị thích ứng, và nâng cao nhận thức cộng đồng. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm địa hình, khí hậu, và kinh tế - xã hội của từng khu vực. Điều này có thể giúp giảm thiểu ngập lụt và thiệt hại.
5.1. Cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước đô thị
Cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu ngập lụt đô thị. Các biện pháp có thể bao gồm tăng kích thước cống, nạo vét kênh mương, xây dựng các công trình thoát nước bổ sung, và sử dụng các công nghệ thoát nước tiên tiến. Việc thiết kế hệ thống thoát nước cần phải xem xét đến tác động của BĐKH và khả năng đáp ứng với các trận mưa lớn.
5.2. Xây dựng hồ điều hòa và các công trình trữ nước
Xây dựng hồ điều hòa và các công trình trữ nước là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu lũ lụt. Các công trình này có thể trữ nước trong mùa mưa và xả nước dần trong mùa khô, giúp điều hòa dòng chảy và giảm áp lực lên hệ thống thoát nước. Việc lựa chọn vị trí và quy mô của các công trình trữ nước cần phải được xem xét cẩn thận để đảm bảo hiệu quả và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
5.3. Quy hoạch đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu
Quy hoạch đô thị cần phải xem xét đến tác động của BĐKH và các nguy cơ thiên tai. Các khu vực dễ bị ngập lụt nên được hạn chế xây dựng, và các công trình hạ tầng cần phải được thiết kế để chịu được các tác động của BĐKH. Quy hoạch đô thị cũng cần phải tạo ra các không gian xanh để tăng khả năng thấm nước và giảm thiểu dòng chảy bề mặt.
VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Mô Phỏng Ngập Lụt Đô Thị Đồng Hới
Nghiên cứu mô phỏng ngập lụt đô thị tại Đồng Hới bằng mô hình thủy văn 2D và xét đến yếu tố biến đổi khí hậu đã cung cấp những thông tin quan trọng cho công tác quản lý và quy hoạch đô thị. Kết quả mô phỏng giúp xác định các khu vực dễ bị tổn thương, đánh giá hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt, và đưa ra các quyết định đầu tư phù hợp. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mô phỏng ngập lụt tiên tiến hơn, cũng như tăng cường hợp tác giữa các nhà khoa học, nhà quản lý, và cộng đồng để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và nguy cơ ngập lụt.
6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và các bài học kinh nghiệm
Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng và hiệu chỉnh mô hình thủy văn 2D cho Đồng Hới, đánh giá tác động của BĐKH đến nguy cơ ngập lụt, và đề xuất các giải pháp ứng phó hiệu quả. Các bài học kinh nghiệm từ nghiên cứu này có thể được áp dụng cho các đô thị khác có điều kiện tương tự.
6.2. Hướng phát triển trong tương lai cho nghiên cứu và ứng dụng
Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mô phỏng ngập lụt tiên tiến hơn, bao gồm sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (machine learning) để cải thiện độ chính xác và hiệu quả của mô hình. Cần đẩy mạnh việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau (ví dụ: dữ liệu viễn thám, dữ liệu mạng xã hội) để có được một bức tranh toàn diện về tình hình ngập lụt. Cần tăng cường hợp tác giữa các nhà khoa học, nhà quản lý, và cộng đồng để chia sẻ thông tin và kinh nghiệm.
6.3. Khuyến nghị cho công tác quản lý và quy hoạch đô thị
Nghiên cứu khuyến nghị rằng các nhà quản lý và quy hoạch đô thị cần xem xét đến tác động của BĐKH và nguy cơ ngập lụt trong mọi quyết định. Cần đầu tư vào việc cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước, xây dựng các công trình trữ nước, và quy hoạch đô thị thích ứng với BĐKH. Cần nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ ngập lụt và các biện pháp phòng ngừa.
