Luận văn thạc sĩ về bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Hồng và sông Đáy

• Tác giả: Trần Thị Mai Sứ
• Người hướng dẫn: TS. Lê Viết Sơn
• Trường học: Trường Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Bản Đồ Ngập Lụt Vùng Hạ Lưu Sông Hồng Và Sông Đáy
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan
• 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG PHÒNG CHỐNG LŨ VÙNG HẠ LƯU SÔNG ĐÁY
• 2.1. Hiện trạng công trình phòng chống lũ
• 2.1.1. Trìn và cổng Vân Cốc
• 2.1.2. Long hồ Vân Cốc (khu chứa Vân Cốc)
• 2.1.3. Đập Đáy
• 2.1.4. Hệ thống đê
• 2.1.5. Lòng dẫn thoát lũ
• 2.2. Định hướng phát triển công trình phòng chống lũ theo quy hoạch
• 2.2.1. Các công trình đầu mối + tạo lòng dẫn và bãi sông Đây
• 2.2.2. Xây dựng mới, nâng cấp các tuyến đê
• 2.2.3. Nâng cao chất lượng đê
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÙNG HẠ DU KHI XẢ LŨ TỪ SÔNG HỒNG VÀO SÔNG ĐÁY
• 3.1. Xây dựng các kịch bản chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy
• 3.1.1. Chuẩn bị các yếu tố thủy văn theo các kịch bản
• 3.1.2. Số liệu biến động chảy lũ với tần suất 1%, 5%, 10%
• 3.1.3. Số liệu mực nước biên sông Hồng
• 3.1.4. Số liệu biến động chảy theo các cấp báo động
• 3.1.5. Số liệu với biến đổi khí hậu tính đến năm 2030
• 3.2. Xây dựng mô hình thủy lực cho vùng nghiên cứu
• 3.2.1. Xây dựng mô hình 1 chiều MIKE 11 cho vùng nghiên cứu
• 3.2.2. Xây dựng mô hình 2 chiều
• 3.2.3. Kết nối mô hình một chiều và hai chiều
• 3.2.4. Hiệu chỉnh và xác định bộ thông số cho mô hình
• 3.2.5. Kiểm định mô hình
• 3.3. Kết quả tính toán thủy lực theo các kịch bản. Xây dựng bản đồ ngập lụt
• 3.3.1. Cơ sở dữ liệu nền
• 3.3.2. Xây dựng bản đồ, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp giảm thiệt hại
• 3.3.3. Mức độ ngập lụt với hệ thống công trình phòng chống lũ như hiện trạng
• 3.3.4. So sánh kết quả giữa kịch bản khi công trình phòng chống lũ như hiện trạng và kịch bản sau khi cải tạo
• 3.3.5. So sánh kết quả giữa kịch bản có tính đến biến đổi khí hậu
• 3.3.6. Giải pháp giảm thiểu thiệt hại
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu ngập lụt vùng hạ lưu sông Hồng và sông Đáy là cần thiết nhằm ứng phó với tình trạng ngập lụt ngày càng gia tăng do biến đổi khí hậu và phát triển đô thị. Tình hình ngập lụt ở Việt Nam đã diễn ra phức tạp, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội, nơi có nhiều khu vực dễ bị tổn thương. Theo Nghị định số 04/2011/NĐ-CP, việc chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đến đời sống và sản xuất của người dân. Nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin cần thiết cho các cơ quan chức năng trong việc quy hoạch vùng ngập lụt và phòng chống ngập lụt hiệu quả hơn.

II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tình hình ngập lụt tại vùng hạ lưu khi chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các khu vực thuộc địa phận Hà Nội và Hà Nam, nơi có nguy cơ ngập lụt cao do sự thay đổi dòng chảy và lượng nước từ sông Hồng. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phân tích các kịch bản ngập lụt khác nhau theo các mức độ lưu lượng nước, từ đó xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết cho từng khu vực. Điều này giúp đánh giá mức độ rủi ro và đề xuất các giải pháp ứng phó kịp thời.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài bao gồm các phương pháp kế thừa, điều tra, và mô hình hóa. Kế thừa các tài liệu và kết quả nghiên cứu trước đó sẽ giúp định hướng giải quyết vấn đề một cách khoa học. Việc thu thập dữ liệu hiện trạng về điều kiện tự nhiên, thủy văn và phát triển kinh tế xã hội cũng rất quan trọng. Đặc biệt, việc sử dụng mô hình thủy lực một chiều và hai chiều sẽ cho phép tính toán chính xác quá trình ngập lụt và dự báo tình hình trong các kịch bản khác nhau. Các công cụ GIS cũng sẽ được sử dụng để phân tích và trực quan hóa dữ liệu một cách hiệu quả.

IV. Kết quả dự kiến đạt được

Nghiên cứu dự kiến sẽ cung cấp các kết quả quan trọng như phân tích điều kiện tự nhiên, xác định các kịch bản chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy, và xây dựng bản đồ ngập lụt cho khu vực nghiên cứu. Kết quả sẽ giúp các cơ quan chức năng có cái nhìn tổng quan về mức độ rủi ro và thiệt hại do ngập lụt gây ra, từ đó đề xuất các biện pháp phòng chống ngập lụt hiệu quả. Việc xây dựng bản đồ cũng sẽ là cơ sở cho việc lập kế hoạch phát triển bền vững và ứng phó với thiên tai trong tương lai.

V. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc trong việc ứng phó với ngập lụt. Bằng cách cung cấp thông tin chi tiết về tình hình ngập lụt, nghiên cứu sẽ hỗ trợ các nhà quản lý trong việc ra quyết định và xây dựng các chính sách phù hợp. Các giải pháp được đề xuất từ nghiên cứu sẽ giúp bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân, đồng thời đảm bảo phát triển bền vững cho các khu vực dễ bị tổn thương. Qua đó, nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ ngập lụt và tầm quan trọng của việc quản lý ngập lụt hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngập lụt là một trong những thách thức lớn đối với các vùng hạ lưu sông, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển đô thị nhanh chóng. Tại vùng hạ lưu sông Đáy, việc chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy với lưu lượng có thể lên đến 2.500 m³/s tiềm ẩn nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hơn 700.000 dân cư và hàng chục nghìn hécta đất nông nghiệp. Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu khi chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy với các mức lưu lượng khác nhau, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, phòng chống và ứng phó ngập lụt.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm vùng hạ lưu sông Đáy thuộc địa phận Hà Nội và Hà Nam, với diện tích nghiên cứu khoảng 74.368,9 ha, trải dài từ xã Xuân Phú (huyện Phúc Thọ, Hà Nội) đến thị trấn Kiện Khê (huyện Thanh Liêm, Hà Nam). Nghiên cứu tập trung vào phân tích điều kiện tự nhiên, đặc điểm thủy văn, hiện trạng công trình phòng chống lũ và xây dựng các kịch bản chuyển lũ phù hợp với quy hoạch hiện hành. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc đánh giá chính xác mức độ ngập lụt, từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu thiệt hại, bảo vệ an toàn dân cư và phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy lực hiện đại nhằm mô phỏng quá trình truyền lũ và ngập lụt trong hệ thống sông ngòi phức tạp. Hai mô hình chính được áp dụng là mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 và mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21, cho phép mô phỏng dòng chảy lũ theo không gian và thời gian với độ chính xác cao. Các khái niệm chính bao gồm:

• Chuyển lũ (Flood Diversion): Quá trình điều tiết dòng chảy từ sông chính sang sông phụ nhằm giảm áp lực lũ.
• Bản đồ ngập lụt (Flood Inundation Map): Biểu diễn không gian vùng bị ngập với các mức độ sâu khác nhau.
• Kịch bản lũ (Flood Scenario): Các tình huống giả định về lưu lượng lũ và điều kiện vận hành công trình.
• Biến đổi khí hậu (Climate Change): Tác động làm thay đổi đặc điểm thủy văn, ảnh hưởng đến tần suất và cường độ lũ.
• Hệ thống công trình phòng chống lũ (Flood Control Infrastructure): Bao gồm đê điều, cống, đập và các công trình điều tiết nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn, số liệu mực nước và lưu lượng lũ tại các vị trí trọng yếu trên sông Hồng và sông Đáy, cùng với dữ liệu địa hình, sử dụng đất và hiện trạng công trình phòng chống lũ. Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn kéo dài từ năm 1960 đến 2013, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích thống kê thủy văn: Xác định tần suất, đặc điểm lũ lớn, biến động mực nước và lưu lượng.
• Mô hình hóa thủy lực: Xây dựng và hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 (một chiều) và MIKE 21 (hai chiều) để mô phỏng quá trình truyền lũ và ngập lụt.
• Xây dựng kịch bản chuyển lũ: Bao gồm các mức lưu lượng 450 m³/s, 800 m³/s, 2.500 m³/s và kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2030.
• Phân tích kết quả mô phỏng: Đánh giá diện tích ngập, độ sâu ngập, thời gian ngập và ảnh hưởng đến các khu vực dân cư, nông nghiệp.
• Sử dụng công nghệ GIS: Để xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết, phục vụ công tác quản lý và ra quyết định.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 1 năm, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ ngập lụt theo các kịch bản chuyển lũ:

   • Với lưu lượng chuyển lũ 450 m³/s, diện tích ngập lụt khoảng 3.000 ha, chủ yếu tập trung tại khu vực bãi sông Đáy và vùng bãi chứa Vân Cốc.
   • Khi lưu lượng tăng lên 800 m³/s, diện tích ngập lụt mở rộng lên khoảng 5.000 ha, độ sâu ngập trung bình từ 1,5 đến 3 m, ảnh hưởng đến nhiều khu dân cư và đất canh tác.
   • Ở kịch bản tối đa 2.500 m³/s, diện tích ngập lụt lên đến hơn 10.000 ha, với độ sâu ngập có thể vượt 5 m tại một số vùng thấp như Chương Mỹ, Mỹ Đức và Hữu Đáy (Hà Nam).

2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu:

   • Dự báo đến năm 2030, lưu lượng lũ có thể tăng từ 10% đến 15% so với hiện tại, làm gia tăng diện tích và mức độ ngập lụt.
   • Kịch bản tính đến biến đổi khí hậu cho thấy diện tích ngập lụt tăng thêm khoảng 1.500 ha so với kịch bản hiện trạng.

3. Hiệu quả của hệ thống công trình phòng chống lũ:

   • Hệ thống đê điều, cống và đập hiện tại chỉ đáp ứng được lưu lượng phân lũ tối đa khoảng 2.800 - 4.000 m³/s, thấp hơn so với yêu cầu quy hoạch 5.000 m³/s.
   • Các công trình như cổng Vân Cốc và đập Đáy cần được nâng cấp để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả trong điều kiện lũ lớn.

4. Thời gian truyền lũ và thoát lũ:

   • Thời gian truyền lũ từ đập Đáy đến các điểm hạ lưu như Ba Thá khoảng 2 ngày, trong khi thời gian thoát lũ kéo dài do địa hình thấp và hệ thống thoát nước chưa hoàn chỉnh.
   • Các khu vực bãi sông có vai trò điều tiết lũ, giảm lưu lượng đỉnh nhưng cũng là vùng dễ bị ngập sâu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ngập lụt nghiêm trọng là do địa hình vùng hạ lưu thấp, độ dốc nhỏ, cùng với việc chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy với lưu lượng lớn. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng cho thấy mức độ ngập lụt có xu hướng gia tăng do tác động của biến đổi khí hậu và phát triển đô thị, phù hợp với xu hướng toàn cầu về gia tăng rủi ro lũ lụt tại các vùng đồng bằng ven sông.

Việc sử dụng mô hình thủy lực một chiều kết hợp hai chiều và công nghệ GIS đã giúp mô phỏng chính xác hơn quá trình truyền lũ và phân bố ngập lụt theo không gian, thời gian. Kết quả có thể được trình bày qua các bản đồ ngập lụt chi tiết, biểu đồ độ sâu ngập và bảng thống kê diện tích ngập theo từng kịch bản, hỗ trợ công tác quản lý rủi ro và quy hoạch phát triển.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra hạn chế về dữ liệu địa hình chi tiết và số liệu kiểm chứng thực tế, cần được bổ sung trong các nghiên cứu tiếp theo để nâng cao độ chính xác mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp hệ thống công trình phòng chống lũ:

   • Tiến hành cải tạo, nâng cấp cổng Vân Cốc và đập Đáy để đảm bảo vận hành an toàn với lưu lượng phân lũ tối đa 5.000 m³/s.
   • Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể: Ban Quản lý đê điều và các cơ quan chức năng.

2. Cải tạo và nạo vét lòng dẫn sông Đáy:

   • Nạo vét, điều chỉnh lòng sông tại các đoạn hẹp, uốn cong nhằm tăng khả năng thoát lũ, giảm ngập úng.
   • Thời gian thực hiện: 2-4 năm. Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các địa phương liên quan.

3. Xây dựng hệ thống bản đồ ngập lụt và cảnh báo sớm:

   • Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình thủy lực để xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết, cập nhật thường xuyên.
   • Phát triển hệ thống cảnh báo sớm ngập lụt cho các khu vực nguy cơ cao.
   • Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: Trung tâm Khí tượng Thủy văn, Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai.

4. Tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng:

   • Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về phòng chống ngập lụt cho người dân và chính quyền địa phương.
   • Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể: UBND các huyện, xã, các tổ chức xã hội.

5. Phát triển quy hoạch sử dụng đất phù hợp:

   • Hạn chế xây dựng tại các vùng bãi sông dễ bị ngập, ưu tiên phát triển nông nghiệp sinh thái và các mô hình sản xuất thích ứng với ngập lụt.
   • Thời gian thực hiện: dài hạn. Chủ thể: Sở Quy hoạch Kiến trúc, các địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai:

   • Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch nâng cấp công trình, xây dựng phương án ứng phó lũ lụt hiệu quả.

2. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển hạ tầng:

   • Áp dụng bản đồ ngập lụt và kịch bản lũ để thiết kế các dự án phát triển phù hợp, giảm thiểu rủi ro ngập úng.

3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường:

   • Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy lực kết hợp GIS, dữ liệu thủy văn và phân tích rủi ro ngập lụt.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội tại vùng hạ lưu sông Đáy:

   • Nâng cao nhận thức về nguy cơ ngập lụt, tham gia các hoạt động phòng chống và ứng phó thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Đáy?
   Bản đồ ngập lụt giúp xác định chính xác khu vực nguy cơ, mức độ ngập và thời gian ngập, từ đó hỗ trợ quản lý rủi ro, quy hoạch phát triển và ứng phó kịp thời khi có lũ.

2. Mô hình thủy lực nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu sử dụng mô hình MIKE 11 (một chiều) và MIKE 21 (hai chiều) của Danish Hydraulics Institute, cho phép mô phỏng dòng chảy và ngập lụt với độ chính xác cao.

3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến ngập lụt như thế nào?
   Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và cường độ mưa lớn, dẫn đến lưu lượng lũ tăng khoảng 10-15% đến năm 2030, làm gia tăng diện tích và mức độ ngập lụt.

4. Các công trình phòng chống lũ hiện tại có đáp ứng được yêu cầu không?
   Hệ thống công trình hiện tại chỉ đáp ứng được lưu lượng phân lũ tối đa khoảng 2.800 - 4.000 m³/s, thấp hơn so với quy hoạch 5.000 m³/s, cần được nâng cấp để đảm bảo an toàn.

5. Làm thế nào để giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt?
   Kết hợp nâng cấp công trình, cải tạo lòng sông, xây dựng hệ thống cảnh báo sớm, quy hoạch sử dụng đất hợp lý và nâng cao nhận thức cộng đồng là các giải pháp hiệu quả.

Kết luận

• Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Đáy khi chuyển lũ từ sông Hồng là nhiệm vụ cấp thiết, giúp đánh giá chính xác rủi ro ngập lụt.
• Mô hình thủy lực một chiều và hai chiều kết hợp GIS đã mô phỏng hiệu quả quá trình truyền lũ và ngập lụt theo các kịch bản lưu lượng khác nhau.
• Biến đổi khí hậu làm gia tăng lưu lượng lũ và diện tích ngập, đòi hỏi các giải pháp phòng chống lũ phải được điều chỉnh phù hợp.
• Hệ thống công trình phòng chống lũ hiện tại cần được nâng cấp để đáp ứng yêu cầu quy hoạch và đảm bảo an toàn cho vùng hạ lưu.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai nâng cấp công trình, hoàn thiện bản đồ ngập lụt, xây dựng hệ thống cảnh báo và tăng cường công tác tuyên truyền phòng chống lũ.

Kêu gọi hành động: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để triển khai các giải pháp đề xuất, bảo vệ an toàn cho người dân và phát triển bền vững vùng hạ lưu sông Đáy.