Tổng quan nghiên cứu

Lũ lụt là một trong những thảm họa thiên nhiên gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản trên toàn cầu, đặc biệt tại các lưu vực sông lớn. Theo thống kê, trong giai đoạn 1998-2007, thiên tai tại Việt Nam đã khiến gần 4.863 người thiệt mạng, trong đó 90% là do bão và lũ lụt. Lưu vực sông Lam, với diện tích khoảng 27.200 km², trong đó 17.730 km² thuộc lãnh thổ Việt Nam, là lưu vực lớn thứ hai ở miền Trung, chịu ảnh hưởng nặng nề bởi các trận lũ lớn. Các trận lũ điển hình như lũ tháng 9 năm 1978 đã gây vỡ đê, ngập lụt diện rộng và thiệt hại lớn về kinh tế, xã hội cho hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích diễn biến lũ lụt trên lưu vực sông Lam, đánh giá khả năng phòng chống lũ của hệ thống đê dọc sông, đồng thời đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực sông Lam thuộc địa bàn hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh, trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và nước biển dâng làm gia tăng nguy cơ lũ lụt. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả công tác phòng tránh và quản lý lũ lụt, góp phần bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản của người dân, đồng thời hỗ trợ phát triển kinh tế xã hội bền vững tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về thủy văn và thủy lực, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết thủy văn học: Phân tích quá trình hình thành và diễn biến lũ dựa trên các yếu tố khí tượng, địa hình, thổ nhưỡng và mạng lưới sông suối.
  • Mô hình toán thủy văn thủy lực: Sử dụng bộ mô hình MIKE (MIKE NAM, MIKE 11, MIKE 21 HD, MIKE FLOOD) để mô phỏng dòng chảy, mực nước và ngập lụt trên lưu vực sông Lam.
  • Khái niệm chính: Lũ đặc biệt lớn, tần suất lũ, khả năng phòng chống lũ của hệ thống đê, mô hình mô phỏng ngập lụt, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

Khung lý thuyết này cho phép đánh giá toàn diện diễn biến lũ, tác động của các công trình thủy lợi và hệ thống đê, từ đó đề xuất các giải pháp phòng chống phù hợp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp chính sau:

  • Thu thập và xử lý số liệu: Số liệu khí tượng thủy văn, mực nước, lưu lượng dòng chảy từ 33 trạm khí tượng thủy văn và các trạm đo mực nước, lưu lượng trên lưu vực sông Lam, thời gian quan trắc từ những năm 1960 đến nay.
  • Phân tích thống kê: Xác định đặc điểm mùa lũ, tần suất xuất hiện lũ lớn, phân tích các trận lũ điển hình như lũ năm 1978, 1988, 2007, 2010.
  • Mô hình toán thủy văn thủy lực: Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình MIKE NAM để mô phỏng lượng mưa - dòng chảy; mô hình MIKE 11 và MIKE 21 HD để mô phỏng thủy lực 1 chiều và 2 chiều; mô hình MIKE FLOOD để mô phỏng ngập lụt khu vực hạ lưu.
  • Phân tích hệ thống: Đánh giá tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến lũ lụt, khả năng phòng chống lũ của hệ thống đê dọc sông Lam, so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực đo.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và thiết lập mô hình từ năm 2010 đến 2015; hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với các trận lũ lịch sử; phân tích và đề xuất giải pháp trong giai đoạn 2016-2018.

Cỡ mẫu dữ liệu bao gồm số liệu quan trắc khí tượng thủy văn của 33 trạm, số liệu mực nước và lưu lượng của hơn 20 trạm thủy văn trên lưu vực. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chuẩn phân bố trạm theo WMO và tính đại diện cho các vùng địa hình, khí hậu khác nhau trong lưu vực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diễn biến lũ phức tạp và gia tăng về cường độ: Lũ trên lưu vực sông Lam thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 11, tập trung cao điểm vào tháng 9 và 10, chiếm từ 61,1% đến 75,1% tổng lượng dòng chảy năm. Các trận lũ lớn như năm 1978, 1988, 2007 và 2010 có đỉnh lũ vượt báo động III, gây vỡ đê và ngập lụt diện rộng. Ví dụ, trận lũ năm 1978 tại trạm Nam Đàn đạt đỉnh lũ 964 cm, vượt xa mức báo động III.

  2. Khả năng điều tiết lũ của hệ thống đê còn hạn chế: Mô phỏng bằng mô hình MIKE FLOOD cho thấy hệ thống đê hiện trạng chỉ có thể chống được lũ với tần suất khoảng 5%, trong khi các trận lũ lịch sử vượt xa khả năng này, dẫn đến hiện tượng tràn đê và ngập lụt nghiêm trọng. Sau khi nâng cấp đê, khả năng phòng chống lũ được cải thiện, nhưng vẫn chưa đủ để ứng phó với các trận lũ có tần suất 1%.

  3. Ảnh hưởng của địa hình và mạng lưới sông suối đến hình thành lũ: Lưu vực sông Lam có địa hình chủ yếu là đồi núi (80%) với độ dốc lớn, mạng lưới sông dày đặc, đặc biệt ở thượng nguồn sông La có mật độ lưới sông từ 0,87 đến 0,91 km/km², cao hơn nhiều so với sông Cả (0,60 km/km²). Điều này làm cho lũ trên sông La thường hình thành nhanh và nguy hiểm hơn.

  4. Biến đổi khí hậu và tác động của các hình thế thời tiết: Các trận lũ lớn thường do tổ hợp các hình thế thời tiết như bão, áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh gây mưa lớn kéo dài. Lượng mưa 7 ngày lớn nhất có thể lên tới 1.400 mm ở đồng bằng, làm tăng nguy cơ lũ đặc biệt lớn.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng và phân tích số liệu cho thấy sự phức tạp trong diễn biến lũ trên lưu vực sông Lam, do ảnh hưởng của địa hình, khí hậu và mạng lưới sông suối. So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã bổ sung đánh giá chi tiết khả năng phòng chống lũ của hệ thống đê hiện tại và sau nâng cấp, cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch và đầu tư công trình phòng chống lũ.

Việc sử dụng mô hình MIKE với các module thủy văn và thủy lực cho phép mô phỏng chính xác quá trình hình thành và lan truyền lũ, cũng như đánh giá hiệu quả các giải pháp công trình. Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ đường quá trình mực nước tại các trạm thủy văn, bảng tổng hợp mức độ ngập lụt theo các phương án đê khác nhau, giúp minh họa rõ ràng tác động của các giải pháp phòng chống lũ.

Kết quả cũng nhấn mạnh vai trò quan trọng của các giải pháp phi công trình như bảo vệ rừng đầu nguồn, nâng cao nhận thức cộng đồng và cải thiện hệ thống cảnh báo lũ, bên cạnh các công trình đê điều. So với các quốc gia như Trung Quốc, Hoa Kỳ, Bangladesh, Việt Nam cần tiếp tục hoàn thiện hệ thống quản lý tổng hợp lưu vực sông, ứng dụng công nghệ hiện đại trong dự báo và cảnh báo lũ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và kiên cố hóa hệ thống đê dọc sông Lam

    • Mục tiêu: Tăng khả năng phòng chống lũ lên tần suất 1-2%
    • Thời gian: 5 năm
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý đê điều tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh phối hợp với Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

  2. Phát triển hệ thống quan trắc và cảnh báo lũ hiện đại

    • Mục tiêu: Cải thiện độ chính xác và thời gian dự báo lũ, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra
    • Thời gian: 3 năm
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, phối hợp với các đài khí tượng thủy văn khu vực.

  3. Bảo vệ và phát triển rừng đầu nguồn

    • Mục tiêu: Tăng tỷ lệ che phủ rừng lên 55% vào năm 2025, giảm dòng chảy lũ đột ngột
    • Thời gian: Liên tục, ưu tiên giai đoạn 2023-2028
    • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các tổ chức bảo vệ rừng và cộng đồng dân cư địa phương.

  4. Xây dựng và phổ biến kế hoạch ứng phó lũ lụt cho cộng đồng

    • Mục tiêu: Nâng cao nhận thức và khả năng chủ động phòng tránh lũ của người dân
    • Thời gian: 2 năm
    • Chủ thể thực hiện: UBND các huyện, xã, phối hợp với các tổ chức xã hội và truyền thông.

  5. Ứng dụng mô hình toán trong quản lý và vận hành hồ chứa thủy điện

    • Mục tiêu: Tối ưu hóa điều tiết lũ, giảm thiểu nguy cơ lũ lớn hạ du
    • Thời gian: 4 năm
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý các hồ chứa thủy điện, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai

    • Lợi ích: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch phòng chống lũ lụt hiệu quả.
    • Use case: Xây dựng quy hoạch nâng cấp hệ thống đê điều, phát triển mạng lưới quan trắc.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, khí tượng thủy văn

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy văn thủy lực hiện đại, dữ liệu thực tế và phân tích chuyên sâu về lưu vực sông Lam.
    • Use case: Phát triển nghiên cứu tiếp theo về dự báo lũ, quản lý tổng hợp lưu vực sông.

  3. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư vùng lũ

    • Lợi ích: Hiểu rõ diễn biến lũ, tác động và các giải pháp phòng tránh, nâng cao nhận thức và khả năng ứng phó.
    • Use case: Tổ chức các chương trình đào tạo, phổ biến kiến thức phòng chống lũ.

  4. Các nhà đầu tư và đơn vị thi công công trình thủy lợi, đê điều

    • Lợi ích: Đánh giá hiệu quả các giải pháp công trình, lựa chọn công nghệ và thiết kế phù hợp với đặc điểm lưu vực.
    • Use case: Lập dự án nâng cấp đê, xây dựng công trình điều tiết lũ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Lũ lụt trên lưu vực sông Lam có đặc điểm gì nổi bật?
    Lũ trên lưu vực sông Lam thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 11, tập trung cao điểm vào tháng 9-10, với đỉnh lũ có thể vượt báo động III. Đặc điểm nổi bật là lũ hình thành nhanh do địa hình đồi núi dốc và mạng lưới sông dày đặc, đặc biệt trên sông La.

  2. Mô hình MIKE được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    Bộ mô hình MIKE gồm các module thủy văn và thủy lực được sử dụng để mô phỏng lượng mưa - dòng chảy, thủy lực 1 chiều và 2 chiều, cũng như ngập lụt khu vực hạ lưu. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu thực tế các trận lũ lịch sử.

  3. Khả năng phòng chống lũ của hệ thống đê hiện tại ra sao?
    Hệ thống đê hiện trạng chỉ có thể chống được lũ với tần suất khoảng 5%, chưa đủ để ứng phó với các trận lũ lớn như năm 1978. Sau nâng cấp, khả năng phòng chống được cải thiện nhưng vẫn cần tiếp tục đầu tư.

  4. Các giải pháp phi công trình nào được đề xuất để giảm thiểu thiệt hại do lũ?
    Các giải pháp phi công trình bao gồm bảo vệ và phát triển rừng đầu nguồn, nâng cao nhận thức cộng đồng, xây dựng hệ thống cảnh báo lũ hiện đại và phổ biến kế hoạch ứng phó lũ cho người dân.

  5. Tác động của biến đổi khí hậu đến lũ lụt trên lưu vực sông Lam như thế nào?
    Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và cường độ các hình thế thời tiết gây mưa lớn như bão, áp thấp nhiệt đới, dẫn đến nguy cơ lũ lớn và ngập lụt nghiêm trọng hơn. Nghiên cứu nhấn mạnh cần có các giải pháp thích ứng tổng hợp và bền vững.

Kết luận

  • Lũ lụt trên lưu vực sông Lam diễn biến phức tạp, có xu hướng gia tăng về cường độ và tần suất do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đặc điểm địa hình.
  • Hệ thống đê hiện tại chưa đủ khả năng phòng chống các trận lũ lớn, cần nâng cấp và kiên cố hóa để tăng hiệu quả bảo vệ.
  • Mô hình toán thủy văn thủy lực MIKE là công cụ hiệu quả trong việc mô phỏng và đánh giá diễn biến lũ, hỗ trợ ra quyết định quản lý lũ.
  • Các giải pháp phòng chống lũ cần kết hợp đồng bộ giữa công trình và phi công trình, chú trọng bảo vệ rừng đầu nguồn và nâng cao nhận thức cộng đồng.
  • Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo và quản lý tổng hợp lưu vực sông là bước đi cần thiết trong giai đoạn tới.

Next steps: Triển khai các đề xuất nâng cấp đê, phát triển hệ thống cảnh báo, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng mô hình cho các lưu vực khác.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp phòng chống lũ hiệu quả, bảo vệ an toàn cho người dân và phát triển bền vững vùng lưu vực sông Lam.