Nghiên Cứu Dự Báo Lũ Hệ Thống Sông Đáy - Hà Nội

Luận văn thạc sĩ ứng dụng mô hình Mike 11 trong dự báo lũ hệ thống sông Đáy Hoàng Long, mang lại giải pháp hiệu quả cho quản lý nước.

• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thanh Mai
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học tự nhiên
• Đề tài: Nghiên Cứu Dự Báo Lũ Hệ Thống Sông Đáy - Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ BÁO LŨ VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu chung về dự báo lũ
• 1.2. Một số nghiên cứu mô phỏng và dự báo lũ trên thế giới
• 1.3. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam
• 1.4. Giới thiệu về dự báo lũ tại Đài KTTTV tỉnh Hà Nam, Đài KTTTV tỉnh Ninh Bình
• 1.5. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIK̟E11
• 2.1. Giới thiệu mô hình PAM
• 2.2. Cơ sở lý thuyết của mô hình thủy văn MIK̟E11
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIK̟E11 PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ HỆ THỐNG SÔNG ĐÁY – HÒÀNG LONG
• 3.1. Cơ sở dữ liệu
• 3.2. Thiết lập mô hình MIK̟E11
• 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 3.4. Ứng dụng mô hình MIK̟E11 đã xây dựng vào dự báo thử nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Dự Báo Lũ Sông Đáy Hà Nội

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, thiên tai và các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng khó lường. Lũ lụt luôn là một trong những mối nguy cơ khó lường nhất, đe dọa đời sống người dân và sự phát triển kinh tế xã hội. Dự báo lũ là vấn đề quan trọng và cần thiết đối với công tác phòng chống thiên tai và ứng phó với biến đổi khí hậu. Lũ lụt ở miền Bắc nói chung và lưu vực sông Đáy, sông Hoàng Long nói riêng luôn có diễn biến phức tạp, khó lường, đòi hỏi công tác dự báo ngày càng được chú trọng hơn. Hiện nay, Đài Khí tượng Thủy văn (KTTTV) tỉnh Hà Nam và Đài KTTTV tỉnh Ninh Bình đang thực hiện công tác dự báo lũ trên lưu vực sông Đáy và sông Hoàng Long.

1.1. Tầm quan trọng của dự báo lũ lụt Hà Nội

Dự báo lũ lụt đóng vai trò then chốt trong việc giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thông tin dự báo chính xác và kịp thời giúp người dân và chính quyền địa phương chủ động ứng phó, di dời dân cư, bảo vệ cơ sở hạ tầng và tài sản. Nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao chất lượng dự báo lũ cho hệ thống sông Đáy, một khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng bởi lũ lụt, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng.

1.2. Các phương pháp dự báo lũ hiện tại ở Hà Nội

Hiện tại, việc dự báo lũ trên sông Đáy tại Phủ Lý chủ yếu dựa vào phương pháp thống kê và theo xu thế. Các phương án dự báo hiện tại chỉ áp dụng được khi diễn biến mực nước lũ theo xu thế lên đều hoặc xuống đều. Kết quả của phương án không thể hiện được tính đột biến khi có tổ hợp của các yếu tố thời tiết thủy văn bất thường tác động tới dòng chảy lũ. Đối với dự báo lũ trên sông Hoàng Long, cần tiến hành xây dựng thêm phương án dự báo mực nước lũ trên sông Hoàng Long tại Gián Khẩu.

II. Thách Thức Trong Dự Báo Lũ Hệ Thống Sông Đáy

Việc dự báo lũ trên hệ thống sông Đáy gặp nhiều thách thức do đặc điểm địa hình phức tạp, chế độ mưa thất thường và ảnh hưởng của các công trình thủy lợi. Các phương pháp dự báo truyền thống thường không đủ khả năng mô tả chính xác diễn biến lũ trong điều kiện thời tiết cực đoan. Do đó, cần có những nghiên cứu chuyên sâu để xây dựng các mô hình dự báo lũ tiên tiến, có khả năng thích ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau. Theo tài liệu gốc, việc ứng dụng công nghệ dự báo mới là rất cần thiết để nâng cao chất lượng dự báo.

2.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lũ lụt Hà Nội

Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ của các trận mưa lớn, gây ra lũ lụt nghiêm trọng hơn. Nước biển dâng cũng làm giảm khả năng thoát lũ của các sông ven biển, làm tăng nguy cơ ngập lụt ở các khu vực hạ lưu. Các kịch bản biến đổi khí hậu cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình xây dựng mô hình dự báo lũ.

2.2. Khó khăn trong thu thập và xử lý dữ liệu quan trắc

Việc thu thập và xử lý dữ liệu quan trắc thủy văn, khí tượng đầy đủ và chính xác là một thách thức lớn. Mạng lưới quan trắc hiện tại có thể chưa đủ dày đặc, đặc biệt ở các khu vực vùng núi, vùng sâu vùng xa. Dữ liệu quan trắc cũng có thể bị thiếu hoặc sai sót do các yếu tố khách quan. Việc ứng dụng công nghệ thông tin và viễn thám có thể giúp cải thiện khả năng thu thập và xử lý dữ liệu.

2.3. Thiếu hụt mô hình dự báo lũ phù hợp cho sông Đáy

Các mô hình dự báo lũ hiện có có thể chưa phù hợp với đặc điểm riêng của sông Đáy. Cần có những nghiên cứu để xây dựng các mô hình dự báo lũ chuyên biệt, có khả năng mô tả chính xác các quá trình thủy văn, thủy lực diễn ra trên sông Đáy. Các mô hình này cần được kiểm định và hiệu chỉnh thường xuyên để đảm bảo độ tin cậy.

III. Ứng Dụng Mô Hình MIKE11 Dự Báo Lũ Sông Đáy Hiệu Quả

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng mô hình MIKE11 để mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đáy và sông Hoàng Long. MIKE11 là một mô hình thủy lực một chiều mạnh mẽ, có khả năng mô tả chính xác các quá trình dòng chảy trong sông. Mô hình này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới để dự báo lũ và quản lý nguồn nước. Việc ứng dụng MIKE11 cho sông Đáy sẽ giúp nâng cao khả năng dự báo lũ, cung cấp thông tin kịp thời cho công tác phòng chống thiên tai.

3.1. Giới thiệu về mô hình thủy lực MIKE11

MIKE11 là một phần mềm mô hình hóa thủy lực được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI). Nó được sử dụng rộng rãi để mô phỏng dòng chảy trong sông, kênh, và các hệ thống thoát nước. MIKE11 có khả năng mô phỏng các quá trình thủy lực phức tạp, bao gồm dòng chảy ổn định và không ổn định, dòng chảy rối, và dòng chảy có bùn cát.

3.2. Các bước xây dựng mô hình MIKE11 cho sông Đáy

Việc xây dựng mô hình MIKE11 cho sông Đáy bao gồm các bước sau: (1) Thu thập dữ liệu địa hình, thủy văn, và khí tượng. (2) Xây dựng mạng lưới sông và các công trình thủy lợi. (3) Nhập dữ liệu vào mô hình. (4) Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. (5) Chạy mô phỏng và phân tích kết quả.

3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE11

Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình là các bước quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của mô hình. Hiệu chỉnh mô hình là quá trình điều chỉnh các tham số của mô hình để mô phỏng kết quả phù hợp với dữ liệu quan trắc. Kiểm định mô hình là quá trình đánh giá khả năng của mô hình trong việc dự báo các sự kiện lũ lụt trong quá khứ.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Dự Báo Thử Nghiệm Lũ Sông Đáy

Mô hình MIKE11 sau khi được hiệu chỉnh và kiểm định đã được sử dụng để dự báo thử nghiệm lũ trên sông Đáy. Kết quả cho thấy mô hình có khả năng dự báo khá chính xác diễn biến mực nước lũ tại các trạm quan trắc. Sai số dự báo nằm trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn của ngành khí tượng thủy văn. Tuy nhiên, cần tiếp tục cải tiến mô hình để nâng cao độ chính xác dự báo, đặc biệt trong các tình huống lũ lớn, lũ đột ngột.

4.1. Đánh giá độ chính xác của mô hình dự báo lũ

Độ chính xác của mô hình dự báo lũ được đánh giá dựa trên các chỉ số thống kê như sai số trung bình, sai số tuyệt đối trung bình, và hệ số tương quan. Các chỉ số này cho thấy mô hình có khả năng mô phỏng khá tốt diễn biến mực nước lũ trên sông Đáy.

4.2. So sánh kết quả dự báo với dữ liệu quan trắc thực tế

Kết quả dự báo từ mô hình MIKE11 được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế tại các trạm thủy văn trên sông Đáy. Sự so sánh này cho thấy mô hình có khả năng dự báo khá chính xác diễn biến mực nước lũ, đặc biệt trong các tình huống lũ vừa và nhỏ.

4.3. Phân tích sai số và các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo

Phân tích sai số giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của dự báo. Các yếu tố này có thể bao gồm sai số trong dữ liệu đầu vào, sự đơn giản hóa trong mô hình, và các quá trình thủy văn phức tạp chưa được mô tả đầy đủ.

V. Giải Pháp Chống Ngập Lụt Hà Nội Dựa Trên Dự Báo Lũ

Kết quả nghiên cứu về dự báo lũ có thể được sử dụng để xây dựng các giải pháp phòng chống ngập lụt hiệu quả cho Hà Nội. Thông tin dự báo lũ chính xác và kịp thời giúp chính quyền địa phương và người dân chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Các giải pháp có thể bao gồm quy hoạch thoát lũ, xây dựng các công trình phòng chống lũ, và nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống thiên tai.

5.1. Quy hoạch thoát lũ và quản lý rủi ro ngập lụt

Quy hoạch thoát lũ là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu nguy cơ ngập lụt. Quy hoạch này cần xem xét đến các yếu tố như địa hình, chế độ mưa, và các công trình thủy lợi. Quản lý rủi ro ngập lụt bao gồm các biện pháp như xây dựng bản đồ ngập lụt, cảnh báo sớm, và di dời dân cư.

5.2. Xây dựng và nâng cấp hệ thống đê điều hồ chứa

Hệ thống đê điều và hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát lũ lụt. Cần đầu tư xây dựng và nâng cấp hệ thống này để đảm bảo khả năng chống chịu với các trận lũ lớn. Việc vận hành các hồ chứa cần được thực hiện một cách khoa học để đảm bảo an toàn cho hạ du.

5.3. Nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống lũ lụt

Nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống lũ lụt là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu thiệt hại. Cần tổ chức các hoạt động tuyên truyền, giáo dục để người dân hiểu rõ về nguy cơ lũ lụt và các biện pháp phòng tránh. Người dân cần được trang bị kiến thức và kỹ năng để tự bảo vệ mình và gia đình trong các tình huống khẩn cấp.

VI. Tương Lai Nghiên Cứu Dự Báo Lũ Hệ Thống Sông Đáy

Nghiên cứu về dự báo lũ cho hệ thống sông Đáy cần được tiếp tục phát triển để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công tác phòng chống thiên tai. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm tích hợp các mô hình dự báo thời tiết, sử dụng dữ liệu viễn thám, và phát triển các hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt. Việc hợp tác giữa các nhà khoa học, các cơ quan quản lý, và cộng đồng là rất quan trọng để đạt được những tiến bộ trong lĩnh vực này.

6.1. Tích hợp mô hình dự báo thời tiết và thủy văn

Tích hợp mô hình dự báo thời tiết và thủy văn giúp nâng cao độ chính xác của dự báo lũ. Mô hình dự báo thời tiết cung cấp thông tin về lượng mưa, nhiệt độ, và các yếu tố khí tượng khác. Thông tin này được sử dụng làm đầu vào cho mô hình thủy văn để dự báo dòng chảy trong sông.

6.2. Ứng dụng dữ liệu viễn thám trong dự báo lũ

Dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin về địa hình, độ che phủ thực vật, và độ ẩm đất. Thông tin này có thể được sử dụng để cải thiện mô hình thủy văn và dự báo lũ. Dữ liệu viễn thám cũng có thể được sử dụng để theo dõi diễn biến lũ lụt và đánh giá thiệt hại.

6.3. Phát triển hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt hiệu quả

Hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt giúp người dân và chính quyền địa phương chủ động ứng phó với lũ lụt. Hệ thống này cần cung cấp thông tin kịp thời, chính xác, và dễ hiểu. Hệ thống cũng cần được thiết kế để phù hợp với đặc điểm của từng khu vực.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Đáy – Hoàng Long giữ vị trí chiến lược quan trọng tại khu vực hạ lưu đồng bằng Bắc Bộ với tổng diện tích tự nhiên đạt 7.665 km², trong đó tiểu lưu vực sông Hoàng Long chiếm khoảng 1.515 km². Chế độ thủy văn tại đây vô cùng phức tạp khi lượng mưa bình quân nhiều năm dao động từ 1.700 đến 1.900 mm, tập trung tới 85% vào mùa mưa bão (từ tháng 5 đến tháng 10). Tình trạng ngập lụt thường xuyên đe dọa sinh kế, cơ sở hạ tầng và an toàn tính mạng của hàng triệu người dân thuộc các tỉnh Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định.

Thực tế công tác dự báo thủy văn tại Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Hà Nam và Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Ninh Bình trước đây chủ yếu dựa vào các phương trình hồi quy thống kê và tương quan xu thế đường quá trình. Các phương pháp truyền thống này bộc lộ nhược điểm lớn khi không thể hiện được tính đột biến của dòng chảy trước các tổ hợp thời tiết cực đoan, đồng thời trạm Gián Khẩu trên sông Hoàng Long chưa có phương án dự báo chính thức theo Quyết định số 392/QĐ-KTTVQG ngày 28/9/2017 của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia.

Nghiên cứu được triển khai nhằm mục tiêu xây dựng công nghệ dự báo lũ hiện đại thông qua việc tích hợp mô hình mưa – dòng chảy MIKE-NAM và mô hình thủy lực MIKE 11. Đề tài tập trung mô phỏng quá trình lũ và thiết lập phương án dự báo mực nước lũ tại hai vị trí trọng điểm là trạm Phủ Lý (sông Đáy) và trạm Gián Khẩu (sông Hoàng Long) với thời gian dự kiến từ 12 đến 24 giờ. Kết quả đạt được nâng tỷ lệ đảm bảo dự báo đạt trên 80%, cung cấp công cụ đắc lực giúp chính quyền địa phương chủ động phương án phân lũ, hộ đê và giảm nhẹ rủi ro thiên tai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng tổ hợp hai khung lý thuyết cốt lõi trong mô hình hóa thủy văn và thủy lực:

Mô hình mưa – dòng chảy NAM (Nedbør-Afstrømnings-Model): Đây là mô hình thủy văn toán phân bố dạng thông số tập trung, mô tả liên tục chu trình thủy văn thông qua 4 tầng trữ nước thẳng đứng bao gồm: tầng mặt đất tuyết phủ, tầng mặt, tầng rễ cây và tầng ngầm sát mặt/sâu. Mô hình tính toán chính xác lượng bốc thoát hơi nước thực tế, lượng thấm và lượng dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm sinh ra từ các trận mưa.

Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 HD: Vận dụng hệ phương trình vi phân phi tuyến Saint-Venant gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng để mô phỏng dòng chảy không ổn định trong mạng lưới kênh sông hở. Hệ phương trình được giải bằng sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott-Ionescu, cho phép duy trì tính ổn định số học cao ngay cả trong điều kiện lòng dẫn uốn khúc và biến đổi tiết diện mạnh.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa gồm: hệ số nhám Manning (n), điều kiện biên thủy lực (biên lưu lượng thượng lưu và biên mực nước triều hạ lưu), hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NASH) và sai số tương đối (RE).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu: Đề tài thu thập chuỗi số liệu khí tượng quan trắc 50 năm (1961–2010) tại 4 trạm khí tượng Láng, Phủ Lý, Nho Quan, Ninh Bình; số liệu quan trắc mực nước và lưu lượng từ 6 trận lũ lớn lịch sử (năm 2000, 2001, 2003, 2010, 2017 và 2018); cùng tập hợp hơn 70 mặt cắt ngang địa hình trên chiều dài 250 km sông Đáy và 125 km sông Hoàng Long.

Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu nghiên cứu theo phương pháp chọn mẫu có chủ đích, ưu tiên các trận lũ cực đoan có biên độ dao động lớn, lũ đơn đỉnh kết hợp mưa lớn cục bộ và lũ kép có tác động kết hợp của thủy triều biển Đông nhằm kiểm tra độ bền vững của mô hình.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Việc tích hợp MIKE-NAM với MIKE 11 HD khắc phục triệt để hạn chế thiếu trạm quan trắc lưu lượng ở các sườn dốc vùng núi Hòa Bình, đồng thời giải quyết bài toán dòng chảy phân tán phức tạp tại các vùng phân chậm lũ Hữu Hoàng Long và Vân Cốc.

Timeline nghiên cứu: Toàn bộ quá trình được triển khai qua 4 giai đoạn logic: thiết lập sơ đồ mạng lưới sông; hiệu chỉnh bộ thông số với chuỗi lũ 2000 và 2017; kiểm định mô hình với chuỗi lũ 2001, 2003 và 2010; cuối cùng là vận hành dự báo thử nghiệm tác nghiệp liên tục 20 ngày trong đợt lũ tháng 7 và tháng 8 năm 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán, hiệu chuẩn và thử nghiệm mô hình đem lại 3 phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, mô hình MIKE-NAM đạt độ tin cậy rất cao trong việc tái hiện lưu lượng dòng chảy từ mưa. Tại các trạm thủy văn Ba Thá và Hưng Thi, hệ số tương quan Nash trong giai đoạn hiệu chỉnh (lũ 2000, 2017) và kiểm định (lũ 2001, 2010) đều đạt từ 0,82 đến 0,89, với sai số đỉnh lưu lượng dưới 9,5%, vượt trội hoàn toàn so với sai số trên 25% của các công thức kinh nghiệm trước đây.

Thứ hai, mô hình thủy lực MIKE 11 HD tái hiện chân thực diễn biến truyền lũ và tương tác thủy triều. Trong quá trình kiểm định tại trạm Phủ Lý và trạm Gián Khẩu, sai số mực nước đỉnh lũ đo được luôn nhỏ hơn 15 cm, sai số thời gian xuất hiện đỉnh lũ chênh lệch không quá 2 giờ. Mức độ đảm bảo dự báo đạt tỷ lệ 86,7%, đáp ứng vượt mức yêu cầu kỹ thuật của ngành khí tượng thủy văn.

Thứ ba, kết quả dự báo thử nghiệm thực tế liên tục từ ngày 16/7/2018 đến ngày 04/8/2018 (20 ngày tác nghiệp trong mùa mưa lũ) chứng minh khả năng ứng dụng thực tế xuất sắc. Đường quá trình mực nước dự báo tại Phủ Lý và Gián Khẩu bám sát diễn biến thực tế đo đạc, đảm bảo thời gian dự kiến trước từ 12 đến 24 giờ với sai số dự báo trung bình chỉ dao động trong khoảng 8 đến 14 cm.

Thảo luận kết quả

Diễn biến thủy lực dòng chảy trên lưu vực sông Đáy – Hoàng Long phụ thuộc mật thiết vào địa hình chia cắt mạnh với 30% diện tích đồi núi có độ cao trên 300 m và 60% vùng đồng bằng trũng thấp. Hệ số nhám Manning xác định được dao động từ 0,025 ở lòng chính đến 0,045 ở các bãi sông bồi tích phù sa. Khi mực nước sông Đáy dâng cao, hiện tượng nước dềnh xuất hiện làm chậm quá trình thoát lũ của sông Hoàng Long tại ngã ba Gián Khẩu, dẫn đến tình trạng ngập úng kéo dài tại huyện Nho Quan và Gia Viễn.

So sánh với các công trình nghiên cứu trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình của Viện Thủy lực Đan Mạch và đề tài cấp Bộ năm 2011, việc phân chia chi tiết các tiểu lưu vực và gán trọng số mưa trạm bằng đa giác Thiessen trong nghiên cứu này đã giảm thiểu tối đa sai số dòng chảy khu giữa.

Toàn bộ chuỗi dữ liệu được trực quan hóa thông qua các biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo – tính toán tại trạm Ba Thá, Hưng Thi và biểu đồ tương quan mực nước lũ tại trạm Phủ Lý, Gián Khẩu. Các bảng thống kê chỉ tiêu đánh giá chất lượng phân cấp dự báo đã khẳng định tính ổn định vượt bậc của phương án mới khi dòng chảy có biến động đột biến.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện công nghệ và đưa mô hình vào phục vụ thực tiễn phòng chống thiên tai, 4 giải pháp trọng tâm được kiến nghị thực hiện:

Thứ nhất, chuyển giao và tích hợp phần mềm MIKE 11 vào quy trình phát tin dự báo nghiệp vụ hàng ngày tại Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Hà Nam và Ninh Bình, nhằm duy trì độ chính xác dự báo mực nước trên 85% với thời gian dự kiến 12–24 giờ, hoàn thành trong vòng 6 tháng tới do Tổng cục Khí tượng Thủy văn chỉ đạo.

Thứ hai, mở rộng mật độ mạng lưới trạm đo mưa tự động bằng cách lắp đặt thêm ít nhất 15 trạm đo tự động tại các khu vực vùng núi đầu nguồn thuộc Hòa Bình và Ninh Bình trước mùa lũ năm 2019, do các Đài Khí tượng Thủy văn khu vực chủ trì phối hợp cùng chính quyền địa phương.

Thứ ba, tiến hành khảo sát và đo đạc lại hệ thống mặt cắt ngang lòng dẫn với mật độ 500–1.000 m mỗi mặt cắt trên toàn tuyến 250 km sông Đáy định kỳ 3 năm một lần, nhằm cập nhật hệ số nhám do ảnh hưởng của quá trình bồi lắng và khai thác cát, giao Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh phối hợp triển khai.

Thứ tư, nâng cấp bộ công cụ dự báo cảnh báo ngập lụt 2 chiều (kết hợp MIKE 11 với MIKE 21 hoặc MIKE FLOOD) cho 20 xã thuộc vùng phân chậm lũ sông Hoàng Long và đô thị thành phố Phủ Lý, mục tiêu hoàn thiện trước năm 2022 do Viện Quy hoạch Thủy lợi cùng các đơn vị chuyên môn thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng:

Dự báo viên khí tượng thủy văn tại các Đài khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, Đài Hà Nam, Ninh Bình: Khai thác trực tiếp bộ thông số hiệu chuẩn, sơ đồ mạng lưới sông và quy trình vận hành mô hình MIKE 11 để xây dựng bản tin dự báo lũ tác nghiệp hàng ngày.

Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn các cấp tại Hà Nam, Ninh Bình, Hà Nội: Sử dụng kịch bản dự báo ngập lụt và thời gian đỉnh lũ để lên phương án phân lũ, bảo vệ đê điều, sơ tán dân cư vùng trũng trước 12–24 giờ nhằm giảm thiểu thiệt hại tài sản.

Kỹ sư và cán bộ quản lý đê điều, quy hoạch thủy lợi thuộc Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn: Tham khảo thông số dòng chảy, cao trình mực nước thiết kế và sức thoát lũ của lòng dẫn để lập dự án kiên cố hóa đê tả – hữu Hoàng Long, nạo vét sông Đáy và thiết kế cống tiêu thoát úng.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Thủy văn học, Tài nguyên nước, Kỹ thuật công trình biển: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp ghép nối mô hình thủy văn phân bố với mô hình thủy lực 1 chiều trên các lưu vực sông chịu tác động hỗn hợp của lũ rừng và triều.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần thay thế phương pháp thống kê tương quan bằng mô hình MIKE 11 trong dự báo lũ sông Đáy – Hoàng Long?
Phương pháp thống kê cũ chỉ phản ánh xu thế tăng giảm mực nước đều đặn trong điều kiện bình thường và sai số lớn khi có thời tiết bất thường. Mô hình MIKE 11 tích hợp đầy đủ các quy luật thủy lực động lực học, cho phép mô phỏng chính xác các tình huống xả lũ khẩn cấp, vỡ đê hoặc tổ hợp mưa lũ đột biến với sai số đỉnh lũ dưới 15 cm.

Mô hình MIKE-NAM đóng vai trò gì trong việc thiết lập biên cho mô hình thủy lực MIKE 11?
Do vùng thượng lưu đồi núi Hòa Bình thiếu các trạm đo lưu lượng liên tục, mô hình MIKE-NAM đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu mưa quan trắc từ 4 trạm khí tượng thành chuỗi lưu lượng dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm. Chuỗi lưu lượng này đóng vai trò là điều kiện biên trên và dòng gia nhập khu giữa cho mô hình MIKE 11 HD.

Thời gian dự kiến và độ chính xác của mô hình dự báo đạt mức nào?
Phương án dự báo bằng MIKE 11 cung cấp thời gian dự kiến trước từ 12 đến 24 giờ tại hai vị trí trọng điểm Phủ Lý và Gián Khẩu. Độ chính xác đạt tỷ lệ bảo đảm trên 85%, sai số biên độ mực nước chỉ từ 8 đến 14 cm, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn ngành theo quy định hiện hành.

Thách thức lớn nhất khi mô phỏng thủy lực trên hệ thống sông Đáy – Hoàng Long là gì?
Khó khăn lớn nhất nằm ở mạng lưới sông suối phân nhánh phức tạp, vùng đồng bằng chiếm tới 60% diện tích có nhiều đê bối ngăn lũ nội đồng, cùng hiện tượng nước dềnh ngược từ hạ lưu sông Đáy khi triều dâng. Điều này đòi hỏi người thực hiện phải chia nhỏ mạng sông thành hàng chục phân đoạn và hiệu chỉnh hệ số nhám Manning cực kỳ chi tiết.

Kết quả thử nghiệm tác nghiệp thực tế năm 2018 diễn ra như thế nào?
Mô hình đã được thử nghiệm dự báo nghiệp vụ liên tục 20 ngày (từ 16/7/2018 đến 04/8/2018). Kết quả ghi nhận tại 20 thời điểm phát tin đều bám rất sát đường quá trình lũ thực đo, khẳng định tính khả thi vượt trội khi ứng dụng vào công tác cảnh báo thiên tai tại địa phương.

Kết luận

• Ứng dụng thành công tổ hợp mô hình MIKE-NAM và MIKE 11 HD để mô phỏng chính xác chế độ dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đáy – Hoàng Long.
• Xác lập thành công bộ thông số thủy văn và hệ số nhám Manning tối ưu cho toàn bộ hệ thống kênh sông chính và phụ lưu.
• Xây dựng hoàn chỉnh phương án dự báo mực nước lũ tại trạm Phủ Lý và Gián Khẩu với thời gian dự kiến 12–24 giờ, đạt độ tin cậy trên 85%.
• Giải quyết bài toán thiếu hụt phương án dự báo tại trạm Gián Khẩu theo đúng quy định phân cấp trách nhiệm của cơ quan quản lý khí tượng thủy văn quốc gia.
• Cung cấp cơ sở khoa học vững chắc giúp nâng cao năng lực ứng phó thiên tai, bảo vệ an toàn hệ thống đê điều và phục vụ phát triển kinh tế – xã hội bền vững cho khu vực đồng bằng Bắc Bộ.

Trong giai đoạn 2019–2021, nghiên cứu cần tiếp tục được mở rộng để tích hợp dữ liệu mưa dự báo từ mô hình số trị thời tiết thời gian thực và ghép nối bản đồ ngập lụt 2D. Các cơ quan quản lý và đơn vị chuyên môn hãy nhanh chóng đưa kết quả luận văn vào khai thác nghiệp vụ thực tế nhằm chủ động giảm nhẹ rủi ro thiên tai trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gay gắt.