Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng gia tăng, các hiện tượng thiên tai như bão và triều cường trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là hiện tượng dâng nước do bão (storm surge) gây ngập lụt các vùng ven biển. Tại Việt Nam, vùng biển phía Nam, đặc biệt là đảo Phú Quốc, mặc dù ít chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão so với các vùng khác, nhưng các sự kiện bão như cơn bão Linda năm 1997 đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Theo thống kê, trung bình mỗi 2-5 năm có một cơn bão ảnh hưởng đến khu vực này, với cường độ bão không quá mạnh nhưng gây thiệt hại lớn do sự thiếu chuẩn bị và nhận thức của người dân địa phương.

Mục tiêu chính của luận văn là phát triển phương pháp dựa trên mô hình thủy động lực học Delft3D để xác định mức nước bề mặt tối đa do bão gây ra, từ đó xây dựng bản đồ ngập lụt tiềm năng cho đảo Phú Quốc. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực đảo Phú Quốc và vùng biển lân cận, với dữ liệu thu thập từ các trạm quan trắc thủy văn, khí tượng, địa hình đáy biển và đặc điểm khí hậu của các cơn bão trong giai đoạn 1990-2015. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quy hoạch không gian biển, phát triển kinh tế bền vững và xây dựng chiến lược phòng chống thiên tai cho 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 sau:

  • Lý thuyết dâng nước do bão (Storm Surge Theory): Mô tả hiện tượng nước biển dâng cao trên mực nước trung bình do tác động của gió mạnh và áp suất khí quyển thấp tại tâm bão, kết hợp với hiệu ứng barometer đảo ngược và ảnh hưởng của địa hình đáy biển.

  • Mô hình thủy động lực học Delft3D: Phần mềm mô phỏng đa chiều (2D/3D) giải hệ phương trình thủy động lực học nông tầng, bao gồm các phương trình bảo toàn động lượng và khối lượng, tính đến các lực tác động như áp suất khí quyển, lực ma sát đáy, lực Coriolis và ứng suất gió trên mặt nước.

  • Mô hình mô phỏng gió bão: Sử dụng các mô hình tham số như Rankine, DeMaria, và SLOSH để mô phỏng trường gió bão, bao gồm thành phần gió liên quan đến chuyển động tâm bão và gió gradient, với các tham số như áp suất trung tâm, bán kính gió tối đa, vận tốc gió.

  • Khái niệm chính: Dâng nước do bão, áp suất khí quyển thấp, hiệu ứng barometer đảo ngược, mô hình thủy động lực học, mô hình gió bão, bản đồ ngập lụt, mô phỏng số.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu thủy văn, khí tượng (mực nước, áp suất, vận tốc gió, sóng, dòng chảy), địa hình đáy biển và đất liền với độ phân giải cao (bản đồ 1/10.000), dữ liệu lịch sử các cơn bão ảnh hưởng đến khu vực Phú Quốc từ năm 1990 đến 2015.

  • Phương pháp phân tích: Thiết lập mô hình thủy động lực học Delft3D với lưới tính toán curvilinear kích thước 145x10000 điểm, độ phân giải khoảng 1 km x 1 km, sử dụng dữ liệu mực nước quan trắc để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Mô phỏng các kịch bản bão dựa trên các cơn bão thực tế (ví dụ bão Linda 1997) và các kịch bản giả định theo hướng dẫn của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu (3 tháng), thiết lập và hiệu chỉnh mô hình (4 tháng), mô phỏng các kịch bản bão (3 tháng), xây dựng bản đồ ngập lụt bằng GIS (2 tháng), tổng hợp kết quả và đề xuất giải pháp (2 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mức dâng nước tối đa do bão Linda 1997: Mô hình mô phỏng cho thấy mức dâng nước cao nhất tại các điểm quanh đảo Phú Quốc đạt khoảng 2,5 m, xuất hiện vào thời điểm bão đi qua gần nhất. Khi bão Linda kết hợp với triều cường (kịch bản 2), mức nước dâng tối đa tăng lên đến 3,1 m, làm gia tăng nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng.

  2. Phân bố không gian ngập lụt: Bản đồ ngập lụt cho thấy các khu vực ven biển như các xã Dương Đông, Cửa Dương, Dương Tơ và Hòn Thơm có diện tích ngập lớn nhất, với diện tích ngập lên đến khoảng 20-25% tổng diện tích đất liền của các xã này trong kịch bản bão kết hợp triều cường.

  3. Ảnh hưởng của đặc điểm địa hình và thủy văn: Địa hình thấp, bề mặt đất bằng phẳng và hệ thống sông ngòi nhỏ, ngắn hạn chế khả năng thoát nước, làm tăng nguy cơ ngập lụt kéo dài. Đặc biệt, các vùng cửa sông như Cửa Cạn và Dương Đông là điểm ngập sâu và rộng nhất.

  4. So sánh với các nghiên cứu khác: Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về dâng nước do bão tại các vùng ven biển Việt Nam, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kết hợp mô hình thủy động lực học với GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mức dâng nước cao là sự kết hợp giữa áp suất khí quyển thấp tại tâm bão và lực gió mạnh thổi về phía đất liền, tạo ra áp lực đẩy nước biển dâng lên. Khi bão xảy ra đồng thời với triều cường, hiệu ứng cộng hưởng làm tăng mức nước dâng lên đáng kể, gây ngập lụt nghiêm trọng hơn. Địa hình đáy biển nông và hình dạng bờ biển phức tạp cũng góp phần làm tăng cường độ dâng nước tại các vùng ven biển.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mức nước dâng theo thời gian tại các điểm quan trắc, cùng với bản đồ ngập lụt minh họa phân bố không gian của vùng bị ảnh hưởng. So với các nghiên cứu quốc tế, mức dâng nước tại Phú Quốc thấp hơn các khu vực như Bangladesh hay bờ biển Hoa Kỳ, nhưng vẫn đủ để gây thiệt hại lớn do đặc điểm địa phương và mức độ chuẩn bị phòng chống thiên tai còn hạn chế.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các kế hoạch phòng chống thiên tai, quy hoạch phát triển bền vững và giảm thiểu rủi ro thiên tai cho đảo Phú Quốc.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm dâng nước do bão: Triển khai hệ thống quan trắc mực nước và gió tự động kết hợp với mô hình dự báo thủy động lực học để cảnh báo kịp thời cho người dân và chính quyền địa phương, nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban chỉ huy phòng chống thiên tai tỉnh Kiên Giang.

  2. Quy hoạch và nâng cao hệ thống đê biển, kè chắn sóng: Tăng cường xây dựng và nâng cấp các công trình phòng chống ngập lụt tại các khu vực trọng yếu như Dương Đông, Cửa Dương, Dương Tơ nhằm giảm thiểu nguy cơ ngập lụt do dâng nước bão. Thời gian thực hiện: 3-5 năm; Chủ thể: Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng tỉnh Kiên Giang.

  3. Phát triển bản đồ ngập lụt chi tiết và cập nhật định kỳ: Sử dụng GIS để xây dựng và cập nhật bản đồ ngập lụt theo các kịch bản bão khác nhau, phục vụ công tác quy hoạch sử dụng đất và phát triển đô thị bền vững. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: Viện nghiên cứu biển và hải đảo, các trường đại học liên quan.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về phòng chống thiên tai, đặc biệt là nhận biết và ứng phó với dâng nước do bão cho người dân địa phương, nhằm tăng cường khả năng tự bảo vệ và giảm thiểu thiệt hại. Thời gian thực hiện: hàng năm; Chủ thể: UBND huyện Phú Quốc, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, kế hoạch ứng phó và đầu tư công trình phòng chống thiên tai phù hợp với đặc điểm địa phương.

  2. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển bền vững: Áp dụng bản đồ ngập lụt và dữ liệu mô phỏng để thiết kế các khu dân cư, khu công nghiệp, hạ tầng giao thông tránh vùng nguy cơ cao.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật biển, thủy văn: Tham khảo phương pháp mô hình thủy động lực học Delft3D và ứng dụng trong nghiên cứu dâng nước do bão, phát triển các mô hình dự báo và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về rủi ro thiên tai, xây dựng kế hoạch ứng phó cá nhân và cộng đồng dựa trên các kịch bản ngập lụt được mô phỏng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Storm surge là gì và tại sao nó nguy hiểm?
    Storm surge là hiện tượng nước biển dâng cao bất thường do tác động của gió mạnh và áp suất thấp trong bão, gây ngập lụt nghiêm trọng vùng ven biển. Ví dụ, cơn bão Linda năm 1997 đã gây dâng nước lên đến 3,1 m tại Phú Quốc, làm thiệt hại lớn về người và tài sản.

  2. Mô hình Delft3D có ưu điểm gì trong nghiên cứu dâng nước do bão?
    Delft3D là mô hình thủy động lực học đa chiều, có khả năng mô phỏng chi tiết dòng chảy, mực nước và tương tác với địa hình đáy biển, giúp dự báo chính xác mức dâng nước và phân bố ngập lụt. Mô hình này đã được hiệu chỉnh và kiểm định với dữ liệu quan trắc thực tế tại Phú Quốc.

  3. Tại sao cần kết hợp mô hình thủy động lực học với GIS?
    GIS giúp trực quan hóa kết quả mô phỏng thành bản đồ ngập lụt chi tiết, hỗ trợ việc quy hoạch và ra quyết định phòng chống thiên tai hiệu quả hơn. Ví dụ, bản đồ ngập lụt cho thấy các khu vực như Dương Đông và Cửa Dương có nguy cơ ngập cao nhất.

  4. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến mức dâng nước do bão?
    Bao gồm áp suất khí quyển thấp tại tâm bão, vận tốc gió mạnh, hình dạng bờ biển, địa hình đáy biển, triều cường và dòng chảy sông ngòi. Sự kết hợp của các yếu tố này quyết định mức độ và phạm vi ngập lụt.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu thiệt hại do storm surge tại Phú Quốc?
    Thông qua xây dựng hệ thống cảnh báo sớm, nâng cấp công trình phòng chống ngập, quy hoạch sử dụng đất hợp lý, và nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống thiên tai. Các giải pháp này cần được thực hiện đồng bộ và liên tục.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã phát triển thành công mô hình thủy động lực học Delft3D để mô phỏng dâng nước do bão tại đảo Phú Quốc, với kết quả phù hợp với dữ liệu quan trắc thực tế.
  • Mức dâng nước tối đa do bão Linda 1997 đạt khoảng 2,5 m, tăng lên 3,1 m khi kết hợp với triều cường, gây ngập lụt nghiêm trọng tại các vùng ven biển.
  • Bản đồ ngập lụt chi tiết được xây dựng bằng GIS giúp xác định các khu vực nguy cơ cao, hỗ trợ công tác quy hoạch và phòng chống thiên tai.
  • Đề xuất các giải pháp cảnh báo sớm, nâng cấp công trình, quy hoạch và tuyên truyền nhằm giảm thiểu thiệt hại do dâng nước bão.
  • Các bước tiếp theo bao gồm cập nhật dữ liệu, mở rộng mô hình cho các kịch bản bão khác và triển khai ứng dụng thực tiễn tại địa phương.

Hành động ngay: Các cơ quan quản lý và cộng đồng cần phối hợp triển khai các giải pháp phòng chống dâng nước do bão để bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản cho người dân Phú Quốc.