Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm mưa lưới kết hợp với mô hình thủy văn đô thị để dự báo ngập lụt cho thành phố hà tĩnh

Nghiên cứu dự báo ngập lụt tại Hà Tĩnh bằng sản phẩm mưa lưới và mô hình thủy văn đô thị. Giải pháp hiệu quả giúp ứng phó với biến đổi khí hậu, giảm thiểu thiệt hại.

• Tác giả: Nguyễn Thị Liên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Hưng
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Sản Phẩm Mưa Lưới Kết Hợp Mô Hình Thủy Văn Đô Thị Để Dự Báo Ngập Lụt Cho Thành Phố Hà Tĩnh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
• 1.2. Vị trí địa lý
• 1.3. Đặc điểm địa hình
• 1.4. Đặc điểm địa chất, thảm phủ
• 1.5. Đặc điểm khí hậu
• 1.6. Đặc điểm mạng lưới sông ngòi
• 1.7. Đặc điểm thủy văn
• 1.8. Hiện trạng và phương hướng phát triển kinh tế - xã hội
• 1.8.1. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội
• 1.8.2. Định hướng phát triển kinh tế - xã hội
• 1.9. Tổng quan về hiện trạng thoát nước thành phố Hà Tĩnh
• 1.10. Hệ thống thoát nước của thành phố Hà Tĩnh
• 1.11. Tình hình ngập lụt và nguyên nhân gây ngập lụt cho thành phố Hà Tĩnh
• 1.12. Tổng quan các loại dữ liệu mưa lưới
• 1.13. Tổng quan các nghiên cứu về mô hình thủy văn đô thị và phân tích đánh giá mưa lưới
• 1.13.1. Trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN, LÝ THUYẾT MÔ HÌNH VÀ DỮ LIỆU THU THẬP
• 2.1. Phương pháp tiếp cận
• 2.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE URBAN
• 2.3. Dữ liệu thu thập
• 2.3.1. Số liệu hệ thống thoát nước khu vực nghiên cứu
• 2.3.2. Dữ liệu địa hình
• 2.3.3. Số liệu đê bao và cống dưới đê
• 2.3.4. Số liệu KTTV và số liệu vết ngập
• 2.3.5. Thu thập và xử lý dữ liệu mưa lưới
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG SẢN PHẨM MƯA LƯỚI KẾT HỢP MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ ĐỂ TÍNH TOÁN NGẬP LỤT ĐÔ THỊ CHO THÀNH PHỐ HÀ TĨNH
• 3.1. Phân tích, đánh giá các dữ liệu mưa
• 3.2. Thiết lập mô hình MIKE URBAN cho hệ thống thoát nước thành phố Hà Tĩnh
• 3.2.1. Thiết lập mô hình
• 3.2.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
• 3.2.2.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.2.2.2. Kiểm định mô hình
• 3.3. Đánh giá khả năng sử dụng các bộ dữ liệu mưa lưới trong tính toán ngập lụt đô thị
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Dự Báo Ngập Lụt Hà Tĩnh 55 ký tự

Nghiên cứu dự báo ngập lụt tại các đô thị lớn đang trở thành một vấn đề cấp thiết, đặc biệt là tại các thành phố đang phát triển nhanh chóng như Hà Tĩnh. Quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ, song song với đó là những thách thức trong việc quản lý quy hoạch, xây dựng, và phát triển đô thị bền vững. Tình trạng ngập lụt đô thị ngày càng trở nên nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân, bao gồm tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng, hệ thống thoát nước chưa đồng bộ hoặc quá tải. Tại Hà Tĩnh, tình trạng ngập lụt diễn ra thường xuyên, đặc biệt là ở khu vực trung tâm kinh tế, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống và sinh hoạt của người dân. Theo tài liệu nghiên cứu, các năm 2016 và 2020, thành phố phải hứng chịu từ 4 đến 5 đợt ngập lụt trong mùa mưa, gây thiệt hại đáng kể về kinh tế và xã hội.

1.1. Vị Trí Địa Lý Chiến Lược Của Thành Phố Hà Tĩnh

Thành phố Hà Tĩnh nằm ở vị trí chiến lược trên trục đường Quốc lộ 1A, cách thủ đô Hà Nội 340 km và cách thành phố Vinh 50 km về phía Bắc. Vị trí này tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế - xã hội, song cũng đặt ra những thách thức về quản lý đô thị và ứng phó với thiên tai. Thành phố trải dài từ 18°18’ đến 18°24’ vĩ Bắc và từ 105°53’ đến 105°56’ kinh Đông, cách biển Đông 12,5 km. Hiện tại, thành phố bao gồm 10 phường và 5 xã, với tổng diện tích tự nhiên khoảng 56.55 km2.

1.2. Đặc Điểm Khí Hậu Nhiệt Đới Gió Mùa Ảnh Hưởng Ngập Lụt

Thành phố Hà Tĩnh chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt: mùa đông khô lạnh và mùa hè nóng ẩm. Vùng nghiên cứu chịu sự chi phối của gió mùa Đông Bắc và Tây Nam, cùng với các nhiễu động thời tiết gây mưa. Chế độ nhiệt năm trung bình tại Hà Tĩnh là 24,2°C, với nhiệt độ thấp nhất có thể xuống đến 6,8°C. Lượng mưa lớn tập trung vào mùa mưa, gây ra nguy cơ ngập lụt cao.

II. Thách Thức Ngập Lụt Đô Thị Tại Hà Tĩnh Phân Tích 59 ký tự

Tình trạng ngập lụt tại Hà Tĩnh không chỉ gây ảnh hưởng đến đời sống dân sinh mà còn tác động tiêu cực đến phát triển kinh tế - xã hội. Các tuyến đường chính thường xuyên bị ngập sâu sau những trận mưa lớn, gây cản trở giao thông và sinh hoạt. Nguyên nhân chính của tình trạng này là do hệ thống tiêu thoát nước chưa đáp ứng được tốc độ đô thị hóa và sự gia tăng của lượng mưa do biến đổi khí hậu. Theo nghiên cứu, hệ thống thoát nước của thành phố chưa đồng bộ, thiết kế chưa phù hợp với thực tế, và tình trạng quá tải thường xuyên xảy ra. Ngoài ra, yếu tố thủy văn và thủy triều của các sông chảy qua cũng góp phần làm gia tăng nguy cơ ngập lụt.

2.1. Hiện Trạng Hệ Thống Thoát Nước Đô Thị Hà Tĩnh

Hệ thống thoát nước của thành phố Hà Tĩnh đang đối mặt với nhiều thách thức. Tình trạng ngập lụt diễn ra thường xuyên cho thấy sự cần thiết phải cải thiện và nâng cấp hệ thống này. Sự phát triển đô thị nhanh chóng đã tạo ra áp lực lớn lên hệ thống hiện tại, khiến nó trở nên quá tải và không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước. Cần có các giải pháp đồng bộ và hiệu quả để giải quyết vấn đề này.

2.2. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Lượng Mưa Cực Đoan

Biến đổi khí hậu đang làm gia tăng tần suất và cường độ của các trận mưa lớn, gây ra tình trạng ngập lụt nghiêm trọng hơn tại Hà Tĩnh. Lượng mưa cực đoan vượt quá khả năng tiêu thoát của hệ thống, dẫn đến tình trạng ngập úng kéo dài và gây thiệt hại lớn về tài sản. Việc dự báo chính xác lượng mưa và cảnh báo ngập lụt sớm là rất quan trọng để giảm thiểu tác động tiêu cực.

III. Ứng Dụng Mưa Lưới Dự Báo Ngập Lụt Phương Pháp 58 ký tự

Để giải quyết vấn đề ngập lụt tại Hà Tĩnh, việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong dự báo ngập lụt là vô cùng quan trọng. Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng mưa lưới kết hợp với mô hình thủy văn đô thị. Mưa lưới cung cấp dữ liệu mưa chi tiết và chính xác trên diện rộng, giúp cải thiện độ chính xác của dự báo ngập lụt. Việc kết hợp mưa lưới với mô hình thủy văn đô thị cho phép mô phỏng quá trình thoát nước và mô phỏng ngập lụt một cách chi tiết, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa và ứng phó kịp thời.

3.1. Ưu Điểm Của Dữ Liệu Mưa Lưới So Với Quan Trắc Truyền Thống

Dữ liệu mưa lưới có nhiều ưu điểm so với dữ liệu quan trắc truyền thống. Nó cung cấp thông tin về lượng mưa trên một diện rộng, thay vì chỉ tại một điểm duy nhất như các trạm quan trắc. Điều này giúp khắc phục hạn chế về dữ liệu khí tượng thủy văn trong dự báo ngập lụt. Ngoài ra, mưa lưới có thể cung cấp dữ liệu trong thời gian thực, cho phép cảnh báo ngập lụt sớm một cách hiệu quả hơn.

3.2. Các Loại Dữ Liệu Mưa Lưới Phổ Biến Hiện Nay

Hiện nay có nhiều loại dữ liệu mưa lưới khác nhau, bao gồm dữ liệu từ vệ tinh, radar, và các mô hình dự báo thời tiết số trị. Mỗi loại dữ liệu có những ưu điểm và hạn chế riêng. Một số sản phẩm mưa lưới phổ biến bao gồm GPM, GSMaP, PERSIANN-CCS, và ERA5-Land. Việc lựa chọn loại dữ liệu phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của dự báo ngập lụt.

IV. Xây Dựng Mô Hình Thủy Văn Đô Thị Mike Urban Hướng Dẫn 60 ký tự

Mô hình MIKE URBAN là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng hệ thống thoát nước đô thị và dự báo ngập lụt. Việc xây dựng một mô hình MIKE URBAN chính xác đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về hệ thống thoát nước của thành phố, cũng như các thông số thủy lực và địa hình. Mô hình cần được hiệu chỉnh và kiểm định bằng dữ liệu thực tế để đảm bảo độ tin cậy. Các bước cơ bản để xây dựng một mô hình MIKE URBAN bao gồm thu thập dữ liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, và chạy mô phỏng.

4.1. Thu Thập Dữ Liệu Đầu Vào Cho Mô Hình MIKE URBAN

Việc thu thập dữ liệu đầu vào là một bước quan trọng trong quá trình xây dựng mô hình MIKE URBAN. Các loại dữ liệu cần thiết bao gồm thông tin về hệ thống thoát nước (kích thước, độ dốc, vật liệu), dữ liệu địa hình (cao độ, độ dốc), dữ liệu mưa (lượng mưa, cường độ mưa), và dữ liệu mực nước sông. Dữ liệu này có thể được thu thập từ các nguồn khác nhau, bao gồm bản đồ địa hình, hồ sơ thiết kế hệ thống thoát nước, và các trạm quan trắc.

4.2. Hiệu Chỉnh Và Kiểm Định Mô Hình MIKE URBAN

Sau khi xây dựng mô hình, cần tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định mô hình để đảm bảo độ tin cậy. Quá trình hiệu chỉnh bao gồm điều chỉnh các thông số của mô hình sao cho kết quả mô phỏng phù hợp với dữ liệu thực tế. Quá trình kiểm định bao gồm so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế từ các trận ngập lụt đã xảy ra. Nếu kết quả mô phỏng và dữ liệu thực tế có sự khác biệt lớn, cần điều chỉnh lại mô hình và lặp lại quá trình hiệu chỉnh và kiểm định cho đến khi đạt được độ chính xác mong muốn.

V. Kết Quả Ứng Dụng Dự Báo Ngập Lụt Thực Tế Tại Hà Tĩnh 58 ký tự

Nghiên cứu đã ứng dụng mưa lưới kết hợp với mô hình MIKE URBAN để dự báo ngập lụt cho thành phố Hà Tĩnh. Kết quả cho thấy mô hình có khả năng mô phỏng khá chính xác quá trình ngập lụt tại thành phố. Việc sử dụng mưa lưới đã giúp cải thiện độ chính xác của dự báo ngập lụt so với việc chỉ sử dụng dữ liệu quan trắc truyền thống. Các kết quả mô phỏng ngập lụt được sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt tiềm năng, giúp chính quyền địa phương và người dân có thể chủ động phòng ngừa và ứng phó với ngập lụt.

5.1. Đánh Giá Độ Chính Xác Của Dự Báo Ngập Lụt

Độ chính xác của dự báo ngập lụt được đánh giá bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế từ các trận ngập lụt đã xảy ra. Các chỉ số thống kê như RMSE, MAE, và Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) được sử dụng để đánh giá mức độ phù hợp giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu thực tế. Kết quả cho thấy mô hình có độ chính xác khá cao, đặc biệt là khi sử dụng mưa lưới làm dữ liệu đầu vào.

5.2. Xây Dựng Bản Đồ Ngập Lụt Tiềm Năng Cho Thành Phố Hà Tĩnh

Từ kết quả mô phỏng, có thể xây dựng bản đồ ngập lụt tiềm năng cho thành phố Hà Tĩnh. Bản đồ này cho thấy các khu vực có nguy cơ ngập lụt cao nhất, giúp chính quyền địa phương có thể đưa ra các biện pháp phòng ngừa và ứng phó phù hợp. Bản đồ cũng giúp người dân nhận biết được các khu vực nguy hiểm và chủ động bảo vệ tài sản.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Dự Báo 52 ký tự

Nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của việc ứng dụng mưa lưới kết hợp với mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN trong dự báo ngập lụt cho thành phố Hà Tĩnh. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các giải pháp phòng ngừa và ứng phó với ngập lụt tại thành phố. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp dự báo ngập lụt tiên tiến hơn, cũng như tăng cường hợp tác giữa các nhà khoa học, chính quyền địa phương, và cộng đồng để giải quyết vấn đề ngập lụt một cách bền vững.

6.1. Tăng Cường Hợp Tác Để Chia Sẻ Dữ Liệu Và Kinh Nghiệm

Để nâng cao hiệu quả công tác dự báo ngập lụt và phòng chống thiên tai, cần tăng cường hợp tác giữa các cơ quan, tổ chức, và cá nhân liên quan. Việc chia sẻ dữ liệu, kinh nghiệm, và nguồn lực sẽ giúp tối ưu hóa các nỗ lực và đạt được kết quả tốt hơn. Sự hợp tác này cần được thực hiện ở cả cấp địa phương, quốc gia, và quốc tế.

6.2. Phát Triển Các Giải Pháp Thoát Nước Bền Vững Cho Đô Thị

Để giải quyết vấn đề ngập lụt một cách bền vững, cần phát triển các giải pháp thoát nước thân thiện với môi trường và phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng địa phương. Các giải pháp này có thể bao gồm việc xây dựng các công trình thoát nước xanh, sử dụng vật liệu thấm nước, và khôi phục các khu vực ngập nước tự nhiên. Cần có sự tham gia của cộng đồng trong quá trình thiết kế và triển khai các giải pháp này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hà Tĩnh, với diện tích khoảng 56,55 km² và dân số hơn 108.000 người (năm 2020), đang đối mặt với tình trạng ngập lụt đô thị ngày càng nghiêm trọng. Theo số liệu thực tế, trong các năm 2016 và 2020, thành phố đã phải hứng chịu từ 4 đến 5 trận ngập lụt trong mùa mưa, với mức ngập sâu lên đến gần 1m tại nhiều tuyến đường trung tâm như Nguyễn Du, Hải Thượng Lãn Ông, và Trần Phú. Nguyên nhân chủ yếu là do hệ thống thoát nước chưa đồng bộ, quá tải, kết hợp với biến đổi khí hậu và mưa lớn kéo dài. Mưa lớn trong 24 giờ tại Hà Tĩnh từng đạt kỷ lục 872 mm (ngày 18/10/2020), gây ngập úng diện rộng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và phát triển kinh tế - xã hội của thành phố.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng các sản phẩm mưa lưới có độ phân giải cao kết hợp với mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN để dự báo ngập lụt cho thành phố Hà Tĩnh. Nghiên cứu tập trung phân tích, đánh giá các nguồn dữ liệu mưa lưới như GPM, GSMaP, PERSIANN-CCS và ERA5-Land, đồng thời xây dựng mô hình thủy văn đô thị phù hợp với đặc điểm hệ thống thoát nước và địa hình thành phố. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ khu vực thành phố Hà Tĩnh, với dữ liệu mưa và ngập lụt thực tế từ năm 2015 đến nay.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng dự báo, cảnh báo ngập lụt đô thị, góp phần giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản, đồng thời hỗ trợ công tác quy hoạch và quản lý đô thị bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đô thị hóa nhanh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: mô hình thủy văn đô thị và sản phẩm mưa lưới (Gridded Precipitation Products - GPPs). Mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN được sử dụng để mô phỏng quá trình dòng chảy và thoát nước trong hệ thống thoát nước đô thị, bao gồm các thành phần như mạng lưới cống, hồ điều hòa, trạm bơm và cửa xả. Mô hình này cho phép mô phỏng dòng chảy một chiều và hai chiều, hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên số liệu thực tế.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Mưa lưới (Gridded Precipitation Products): dữ liệu mưa phân bố theo ô lưới không gian với độ phân giải cao về thời gian và không gian, bao gồm mưa vệ tinh, mưa tái phân tích và mưa nội suy từ trạm quan trắc.
• Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: sử dụng các chỉ số thống kê như Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Relative Bias (RB) để đánh giá độ chính xác mô hình.
• Hệ thống thoát nước đô thị: bao gồm mạng lưới kênh, cống, hồ điều hòa và các công trình thủy lợi ảnh hưởng đến dòng chảy và ngập úng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu mưa quan trắc tại trạm Hà Tĩnh, các sản phẩm mưa lưới GPM, GSMaP, PERSIANN-CCS, ERA5-Land, số liệu địa hình DEM, dữ liệu hệ thống thoát nước và mực nước sông. Dữ liệu mưa lưới được thu thập và xử lý qua các công cụ GIS, Google Earth Engine và phần mềm chuyên dụng như QGIS, ArcGIS.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích, đánh giá dữ liệu mưa lưới: so sánh tương quan giữa dữ liệu mưa lưới và số liệu quan trắc thực tế để lựa chọn nguồn dữ liệu phù hợp.
• Xây dựng mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN: thiết lập mạng lưới thoát nước, lưu vực, các node thu nước, hồ điều hòa và các công trình liên quan.
• Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: sử dụng số liệu trận ngập thực tế các năm 2016, 2020 để hiệu chỉnh mô hình, đánh giá bằng các chỉ số thống kê.
• Tính toán và dự báo ngập lụt đô thị: kết nối dữ liệu mưa lưới với mô hình thủy văn để mô phỏng ngập lụt, xây dựng bản đồ ngập theo các mức độ khác nhau.

Quy trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ 2015 đến 2022, với cỡ mẫu dữ liệu mưa và ngập lụt đa dạng, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đánh giá dữ liệu mưa lưới:

   • Dữ liệu mưa lưới GPM và GSMaP có độ phân giải không gian 0,1° và thời gian 30 phút đến 1 giờ, phù hợp cho mô hình thủy văn đô thị.
   • Tương quan giữa dữ liệu mưa lưới và số liệu quan trắc tại trạm Hà Tĩnh đạt hệ số tương quan trên 0,7, trong đó GSMaP thể hiện độ chính xác cao nhất với sai số tuyệt đối khoảng 10,86 mm.
   • Dữ liệu PERSIANN-CCS có độ phân giải không gian cao (0,04°) nhưng sai số lượng mưa cao hơn một chút so với GSMaP.

2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE URBAN:

   • Mô hình được hiệu chỉnh với số liệu trận ngập ngày 15/10/2016 và kiểm định với các trận ngập năm 2020.
   • Các chỉ số thống kê như NSE đạt trên 0,75, RB dưới 5%, cho thấy mô hình mô phỏng tốt độ sâu ngập và diện tích ngập thực tế.
   • Mô hình phản ánh chính xác các điểm ngập sâu như tuyến đường Trần Phú, Nguyễn Du với độ sâu ngập từ 0,4 đến gần 1m.

3. Kết quả mô phỏng ngập lụt đô thị:

   • Diện tích ngập trong thành phố có xu hướng tăng theo các trận mưa lớn, với mức ngập từ 0,5 đến 2,5m chiếm hơn 70% diện tích ngập.
   • Mô hình cho thấy các khu vực trung tâm và vùng thấp như phường Thạch Quý, Đại Nài là những điểm ngập trọng yếu.
   • So sánh các nguồn dữ liệu mưa đầu vào, GPM và GSMaP cho kết quả dự báo ngập lụt chính xác hơn so với PERSIANN-CCS và ERA5-Land.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ngập lụt đô thị tại Hà Tĩnh là do hệ thống thoát nước chưa đồng bộ, bị bồi lấp, lấn chiếm và không đáp ứng được lưu lượng mưa ngày càng tăng. Sự gia tăng lượng mưa 1, 3, 5 ngày lớn nhất trong 10 năm gần đây (lượng mưa 1 ngày lớn nhất đạt trên 400 mm) làm tăng áp lực lên hệ thống thoát nước hiện có. Mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN, khi kết hợp với dữ liệu mưa lưới có độ phân giải cao, đã thể hiện khả năng mô phỏng và dự báo ngập lụt hiệu quả, giúp xác định các điểm ngập trọng yếu và mức độ ngập.

So với các nghiên cứu tương tự trên thế giới và trong nước, kết quả nghiên cứu phù hợp với xu hướng sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh và mô hình thủy văn đô thị để dự báo ngập lụt. Việc lựa chọn dữ liệu mưa phù hợp là yếu tố then chốt để nâng cao độ chính xác dự báo. Kết quả mô hình có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ sâu ngập thực đo và mô phỏng, bản đồ phân bố diện tích ngập theo mức độ, giúp các cơ quan quản lý dễ dàng đánh giá và ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp và mở rộng hệ thống thoát nước đô thị

   • Thực hiện cải tạo, nạo vét các trục tiêu, kênh mương bị bồi lấp và lấn chiếm để tăng khả năng tiêu thoát nước.
   • Mục tiêu nâng mật độ mương chính lên trên 10 km/km² trong vòng 3 năm tới, do Sở Xây dựng và UBND thành phố Hà Tĩnh chủ trì.

2. Ứng dụng mô hình thủy văn đô thị kết hợp dữ liệu mưa lưới trong dự báo ngập lụt

   • Xây dựng hệ thống dự báo ngập lụt thời gian thực sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh GPM và GSMaP, cập nhật liên tục theo giờ.
   • Triển khai trong vòng 1 năm, phối hợp giữa Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh và các đơn vị công nghệ thông tin.

3. Tăng cường công tác quản lý và giám sát đô thị

   • Kiểm soát chặt chẽ việc xây dựng, lấn chiếm kênh mương, hố ga, đảm bảo không làm cản trở dòng chảy.
   • Tuyên truyền nâng cao ý thức người dân về bảo vệ hệ thống thoát nước, giảm thiểu xả rác bừa bãi.
   • Thực hiện thường xuyên trong 5 năm tới, phối hợp giữa UBND các phường, xã và các tổ chức cộng đồng.

4. Phát triển các hồ điều hòa và công trình thủy lợi bổ sung

   • Xây dựng thêm hồ điều hòa tại các khu vực ngập trọng điểm để điều tiết dòng chảy, giảm áp lực cho hệ thống thoát nước.
   • Lập kế hoạch đầu tư trong 3-5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Sở Xây dựng thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý đô thị và quy hoạch

   • Hỗ trợ trong việc lập kế hoạch phát triển hạ tầng thoát nước, quy hoạch đô thị bền vững, giảm thiểu ngập lụt.
   • Use case: Xây dựng bản đồ ngập lụt để xác định vùng cần ưu tiên đầu tư.

2. Trung tâm khí tượng thủy văn và dự báo thiên tai

   • Ứng dụng mô hình và dữ liệu mưa lưới để nâng cao chất lượng dự báo ngập lụt đô thị, cảnh báo sớm cho người dân.
   • Use case: Cập nhật dự báo mưa và ngập lụt theo thời gian thực, hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy văn, môi trường

   • Tham khảo phương pháp kết hợp dữ liệu mưa vệ tinh và mô hình thủy văn đô thị trong nghiên cứu và ứng dụng thực tế.
   • Use case: Phát triển các mô hình dự báo ngập lụt cho các đô thị khác có điều kiện tương tự.

4. Doanh nghiệp công nghệ và tư vấn xây dựng

   • Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế hệ thống thoát nước, xây dựng các giải pháp công nghệ dự báo và quản lý ngập lụt.
   • Use case: Tư vấn kỹ thuật cho các dự án phát triển đô thị và hạ tầng thoát nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Sản phẩm mưa lưới nào phù hợp nhất để dự báo ngập lụt đô thị?
   Dữ liệu mưa lưới GPM và GSMaP được đánh giá có độ phân giải không gian và thời gian phù hợp nhất, với sai số thấp và khả năng cập nhật gần thời gian thực, giúp mô hình thủy văn đô thị dự báo ngập lụt chính xác hơn.

2. Mô hình MIKE URBAN có thể áp dụng cho các đô thị khác không?
   MIKE URBAN là mô hình thủy văn đô thị phổ biến, có thể tùy chỉnh theo đặc điểm hệ thống thoát nước và địa hình từng đô thị, phù hợp cho nhiều thành phố có quy mô và điều kiện tương tự Hà Tĩnh.

3. Nguyên nhân chính gây ngập lụt đô thị tại Hà Tĩnh là gì?
   Nguyên nhân chủ yếu là do hệ thống thoát nước chưa hoàn chỉnh, bị bồi lấp, lấn chiếm, kết hợp với lượng mưa lớn và biến đổi khí hậu, làm giảm khả năng tiêu thoát nước và gây ngập úng diện rộng.

4. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả dự báo ngập lụt?
   Cần kết hợp dữ liệu mưa lưới có độ phân giải cao, cập nhật liên tục với mô hình thủy văn đô thị được hiệu chỉnh chính xác, đồng thời cải thiện hệ thống thoát nước và quản lý đô thị hiệu quả.

5. Thời gian dự báo ngập lụt có thể đạt được là bao lâu?
   Với dữ liệu mưa vệ tinh gần thời gian thực và mô hình thủy văn đô thị, có thể dự báo ngập lụt với thời gian cảnh báo từ vài giờ đến một ngày, giúp các cơ quan chức năng và người dân có thời gian ứng phó kịp thời.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình thủy văn đô thị MIKE URBAN kết hợp với các sản phẩm mưa lưới GPM, GSMaP, PERSIANN-CCS và ERA5-Land để dự báo ngập lụt cho thành phố Hà Tĩnh.
• Dữ liệu mưa lưới GPM và GSMaP được xác định là phù hợp nhất với độ phân giải cao và độ chính xác tốt, giúp mô hình mô phỏng ngập lụt chính xác với các trận ngập thực tế.
• Kết quả mô phỏng cho thấy các khu vực trung tâm và vùng thấp của thành phố là điểm ngập trọng yếu, cần ưu tiên đầu tư cải tạo hệ thống thoát nước và xây dựng hồ điều hòa.
• Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thoát nước, ứng dụng mô hình dự báo ngập lụt thời gian thực và tăng cường quản lý đô thị nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy văn đô thị trong quản lý rủi ro thiên tai, góp phần phát triển đô thị bền vững.

Tiếp theo, cần triển khai xây dựng hệ thống dự báo ngập lụt thời gian thực, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn. Mời các nhà quản lý, chuyên gia và nhà nghiên cứu quan tâm liên hệ để trao đổi và hợp tác phát triển các giải pháp ứng phó ngập lụt đô thị hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 1. Vị trí địa lý Thành phố Hà Tĩnh trải dài từ 18°18’ đến 18°24’ vĩ Bắc và từ 105°53’ đến 105°56’ kinh Đông, nằm trên trục đường Quốc lộ 1A, cách thủ đô Hà Nội 340 km, cách thành phố Vinh 50 km về phía Bắc; cách thành phố Huế 314 km về phía Nam và cách biển Đông 12,5 km. Bản đồ hành chính thành phố Hà Tĩnh Hiện tại Thành phố gồm 10 phường và 5 xã gồm có: Phường Bắc Hà, Phường Nam Hà, Phường Tân Giang, Phường Trần Phú, Phường Đại Nài, Phường 4 Hà Huy Tập, Phường Thạch Linh, Phường Nguyễn Du, Phường Thạch Quý, Phường Văn Yên, Xã Đồng Môn, Xã Thạch Hạ, Xã Thạch Trung, Xã Thạch Hưng, Xã Thạch Bình, với diện tích tự nhiên khoảng 56.55 km2 với tổng dân số là 108.

Đặc điểm địa hình Thành phố Hà Tĩnh nằm trong vùng đồng bằng ven biển miền Trung, địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ nền biến thiên từ +0,5m đến +3,0m. Địa hình của các khu vực đã xây dựng trong nội thị có cao độ từ +2,0 đến +3,0m, các khu ruộng trũng có cao độ nền từ +1,0m đến +2,3m và khu vực dọc theo sông Rào Cái có cao độ nền từ + 0,7 đến + 1,1m. Địa hình thành phố thấp dần từ Tây sang Đông. Phía Tây thành phố là hồ Kẻ Gỗ, phía Đông thành phố bao quanh bởi hệ thống đê sông Phủ nên khi hồ Kẻ Gỗ xả lũ vào mùa mưa ở phía Tây kết hợp với triều cường lên ở phía Đông thành phố phải đóng hệ thống ngăn triều sẽ dẫn đến hiện tượng ngập úng nội đồng bên trong thành phố.

Việc tiêu thoát phải sử dụng chế độ tiêu tự chảy kết hợp tiêu động lực và cần xây dựng hệ thống hồ chứa nước để giảm thiểu hiện tượng ngập úng. Vùng phụ cận có nền địa hình tương đối thuận lợi, các trung tâm xã có nền từ +2,5 đến +4m. Khi mưa lớn kết hợp triều cường lên hệ thống cống ngăn triều được đóng lại vì vậy gây ngập úng một số cánh đồng thuộc các xã Thạch Hưng, Thạch Đồng, Thạch Môn và phường Văn Yên. Đặc điểm địa chất, thảm phủ Trong vùng nghiên cứu xuất lộ gần như đầy đủ địa tầng địa chất có tuổi từ cổ đến trẻ: Giới Proteozoi (Pt), giới Paleozoi (Pz), giới Mezozoi (Mz), trầm tích đệ tứ, các thành tạo măcma xâm nhập.

Các hệ thống đứt gãy trong vùng nghiên cứu có liên quan đến đặc điểm địa chất, công trình, địa chất thuỷ văn và còn là tiền đề cho sự phát triển của các dòng sông lớn nhỏ trong vùng. Các hiện tượng đá đổ, đá trượt, đất đá bị Laterit hoá, hoà tan, cacstơ, xói lở bờ,. đều là những hiện tượng đã và đang xảy ra cần được quan tâm đầy đủ vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống nhân dân và vấn đề các công trình thủy lợi, thuỷ điện trong vùng. 5 TP Hà Tĩnh hiện có 276.

Trong đó rừng tự nhiên 199.847 ha, trữ lượng 21,13 triệu m3, rừng trồng 76.156 ha, trữ lượng 2,01 triệu m3, độ che phủ rừng đạt 45 %. Đặc điểm khí hậu Tỉnh Hà Tĩnh nói chung và thành phố Hà Tĩnh nói riêng nằm trong vùng khí hậu Bắc Trung Bộ, có hai mùa rõ rệt là mùa đông khô và lạnh kéo dài từ tháng XI đến tháng IV, mùa hè nóng ẩm từ tháng V đến tháng X. Vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa. Hàng năm bị chi phối bởi hai luồng gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam và các nhiễu động thời tiết gây mưa khác.

Chế độ nhiệt: Nhiệt độ năm trung bình tại Hà Tĩnh đạt 24,20C, tại Kỳ Anh đạt 24,50C và tại Hương Khê đạt 23,80C. Nhiệt độ trung bình tháng nhỏ nhất tại Hương Khê đạt 17,30C, tại Hà Tĩnh đạt 17,60C, tại Kỳ Anh đạt 17,50C. Các tháng chịu ảnh hưởng của gió Tây khô nóng, nhiệt độ trung bình tháng đạt 29,1 ÷ 30,40C vào tháng VII ở các trạm. Nhiệt độ thấp nhất đo được tại Hà Tĩnh và Kỳ Anh là 6,8 ÷ 6,90C.

Nhiệt độ tháng, năm trung bình nhiều năm tại các trạm (Đơn vị: oC) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 17,6 18,7 20,9 25,1 27,9 29,7 29,6 28,6 26,9 24,5 21,7 18,8 24,2 Hương Khê 17,3 19,0 21,3 25,0 27,7 29,1 29,1 27,9 26,3 23,9 20,8 18,4 23,8 Kỳ Anh 17,5 19,5 21,2 25,1 27,9 30,4 30,0 28,8 27,1 25,2 22,4 19,2 24,5 Độ ẩm tương đối: Độ ẩm tương đối trung bình năm đạt 85% tại các trạm. Độ ẩm thấp nhất xảy ra vào các tháng có gió Tây khô nóng - tháng VI, VII và đạt 71% ở Kỳ Anh, 76% ở Hương Khê, 74% ở Hà Tĩnh. Độ ẩm cao nhất xảy ra vào các tháng cuối mùa đông khi có mưa phùn hoặc các tháng mùa mưa, độ ẩm tương đối cao nhất đạt 92%. Độ ẩm tương đối tháng, năm trung bình nhiều năm tại các trạm (Đơn vị:%) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 88 90 90 86 79 74 74 79 85 87 87 88 84 Hương Khê 90 90 89 86 81 77 76 82 87 89 88 88 85 Kỳ Anh 91 92 91 87 79 71 71 77 85 87 87 87 84 Bốc hơi: Bốc hơi Piche trung bình năm đạt 862mm tại Hà Tĩnh, 892mm tại Hương Khê 1080mm tại Kỳ Anh.

Lượng bốc hơi lớn xảy ra vào tháng VI, VII với lượng bốc hơi trung bình tháng đạt từ 133 ÷ 197mm. Tháng II có lượng bốc hơi nhỏ nhất đạt từ 30 ÷ 35mm. Lượng bốc hơi ống piche trung bình nhiều năm tại các trạm (Đơn vị:mm) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 37 30 37 60 102 133 141 101 67 58 52 45 862 Hương Khê 36 34 47 71 110 136 157 103 61 51 45 40 892 Kỳ Anh 38 34 42 69 132 197 184 129 77 67 62 51 1080 Số giờ nắng: Tổng số giờ nắng toàn vùng đạt từ 1. Số giờ nắng cao nhất thường vào tháng V ÷ VII với số giờ nắng trên 200 giờ trong tháng, cao nhất tại Hà Tĩnh đạt 223 giờ vào tháng VII, các tháng có số giờ nắng thấp nhất trong năm là tháng I, II và XII với tổng số giờ nắng trong tháng từ 50 ÷ 70 giờ, thấp nhất tại Hà Tĩnh đạt 51 giờ vào tháng II.

Tổng số giờ nắng tháng, năm tại các trạm Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 70 51 71 132 213 205 223 185 151 127 93 74 1595 Hương Khê 55 47 77 121 169 178 187 153 113 88 69 55 1311 Kỳ Anh 70 61 87 150 223 221 231 193 156 121 82 63 1659 7 Chế độ gió: Về mùa đông gió thịnh hành là gió Bắc và gió Đông, bắt đầu từ tháng XII đến tháng III năm sau. Từ tháng IV ÷ VII là thời kỳ giao thời giữa gió Đông Bắc yếu dần, gió Tây và Tây Nam bắt đầu hoạt động mạnh dần lên và thổi suốt đến tháng XI hàng năm. Tốc độ gió lớn nhất trong mùa đông là 1,9m/s, tốc độ gió lớn nhất trong mùa hè là 2,7m/s. Gió Tây khô nóng thương thổi vào tháng V ÷ VII, một năm thường có 5 ÷7 đợt, mỗi đợt kéo dài từ 5 ÷ 6 ngày.

Tốc độ gió từ 1,8 ÷ 2,0 m/s, đặc điểm là gió này rất khô. Trong mùa gió Tây và Tây Nam thường xảy ra bão và áp thấp nhiệt đới. là vùng nằm sát với vịnh Bắc Bộ nên ảnh hưởng bão và mưa do bão gây nên ở đây là thường xuyên. Có năm hai, ba trận bão liên tiếp đổ bộ trực tiếp vào vùng, cũng có năm không có trận nào, bình quân mỗi năm có từ 0,8 ÷ 1 cơn bão đổ bộ vào vùng sông Nghèn và có từ 1,2 ÷ 1,4 lần bão và ảnh hưởng mưa do bão gây nên.

Bão thường xuất hiện muộn hơn vùng Bắc Bộ từ 20 ÷ 30 ngày và xuất hiện nhiều vào tháng X hàng năm. Tốc độ bão đổ bộ vào vùng thường là cấp 10, giật trên cấp 10. Bão thường gây ra mưa lớn. Những trận mưa lớn gây ngập lụt với diện rộng trong vùng là mưa do bão gây nên.

Tốc độ gió trung bình năm 2,3 m/s tại Kỳ Anh, 1,7 m/s tại Hà Tĩnh, 1,6m/s tại Hương Khê. Tốc độ gió lớn nhất khi có bão đạt 48 m/s ngày 8/X/1964, 40m/s tại Hà Tĩnh. Vùng núi cao ảnh hưởng của bão giảm đi tốc độ gió lớn nhất đạt từ 25  30m/s. Hướng gió mùa đông là hướng Đông Bắc, mùa hè thịnh hành gió Tây Nam hoặc gió Đông Nam.

Bão và các hiện tượng cực đoan Hà Tĩnh hàng năm thường bị ảnh hưởng trực tiếp của bão, áp thấp nhiệt đới, dông lốc, nước dâng trong bão. Hàng năm tỉnh chịu sự ảnh hưởng từ 1 ÷ 2 cơn bão đổ bộ đạt tỷ lệ là 59%, từ 3 ÷ 4 cơn bão đạt 8%. Trong năm số trận bão đổ bộ, ảnh hưởng tới vùng nhiều nhất vào tháng IX chiếm tỷ lệ 65%, tháng X là 37%, thángVII là 20% trong mùa bão từ tháng VII tới tháng XI. 8 Gần đây là cơn bão số 5 năm 2007 (Lekima) từ 3 ÷ 4/10/2007 đổ bộ vào Hà Tĩnh và Quảng Bình, mưa to tạo lũ quét và sạt lở đất gây tổn thất nặng nề.

Cơn bão số 8 năm 2013 (Wutip) từ 16 ÷ 21/09/2013 gây mưa vừa, mưa to và đợt lũ cho các tỉnh miền Trung. Cơn bão số 10 (Doksuri) từ 10 đến 17/09/2017 với sức gió cấp 11 ÷ 12, giật cấp 15 đổ bộ vào Hà Tĩnh, Quảng Bình gây thiệt hại nặng nề. Chế độ mưa: Hà Tĩnh có lượng mưa năm khá phong phú, lượng mưa trung bình năm đạt từ 2. Những vùng mưa lớn như Kỳ Lạc, Kỳ Anh lượng mưa đạt 3.

Những tâm mưa lớn thượng nguồn sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu, Rào Trổ, Hoành Sơn có năm lượng mưa năm đạt 4.586 mm năm 1978 ở Bàu Nước, 4.386mm tại Kỳ Anh năm 1990, 4.450 mm năm 1990 tại Kỳ Lạc. TP Hà Tĩnh với trạm Hà Tĩnh có lượng mưa năm thuộc lượng mưa trung bình của tỉnh với lượng mưa năm đạt 2690 mm. Lượng mưa năm lớn nhất đạt 4.391mm tương đương với các tâm mưa lớn ở thượng nguồn các sông trong tỉnh. Mùa mưa bắt đầu từ tháng VIII tới tháng XI.

Tuy nhiên tháng V, VI có mưa Tiểu mãn gây ra lũ Tiểu mãn. Lượng mưa mùa mưa đạt 65 ÷ 70% lượng mưa năm, còn lại là mùa khô.