Nghiên cứu về tình trạng ngập lụt do sóng bão tại đảo Côn Đảo

• Tác giả: Nguyen Thi Lan
• Người hướng dẫn: Assoc. PTS. Vu Minh Cat
• Trường học: Hanoi University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Environmental Science
• Đề tài: Nghiên Cứu Ngập Lụt Do Sóng Bão Tại Đảo Côn Đảo
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENT
• 1. CHAPTER 1: OVERVIEW ON STORM SURGE STUDY AND GENERAL DISCRIPTION ON CON DAO ISLANDS
• 1.1. Introduction about storm in Con Dao islands
• 1.2. International researches on storm surge
• 1.3. Storm surge researches in Viet Nam
• 1.4. GENERAL DISCRIPTION ON STUDY AREA
• 1.5. Socio-economic activities
• 2. CHAPTER 2: APPLICATION OF DELFT3D TO STUDY STORM SURGE
• 2.1. Description of model
• 2.2. Data used for the simulation
• 2.3. Model set up
• 2.3.1. Simulated domain and computed mesh
• 3. CHAPTER 3: SIMULATION OF STORM SURGE IN CON DAO ISLANDS
• 3.1. Typhoon scenarios in the areas announced by Vietnam government
• 3.2. Extraction of water level around study islands
• 3.3. Simulation of storm surge based on suggested scenarios
• 3.3.1. Scenario 0: Simulation of water level in Con Dao without Durian typhoon
• 3.3.2. Scenario 1: Simulation of Durian typhoon
• 3.3.3. Scenario 2: Simulation of Durian storm with changing wind speed
• 3.3.4. Scenario 3: Simulation of Durian typhoon with changing only its trajectory
• 3.3.5. Comparison of scenarios
• 3.4. Chapter's conclusion
• 4. CHAPTER 4: INUNDATED MAPPING DUE TO STORM SURGE
• 4.1. Building inundated maps and inundated calculation for research area
• 4.2. Build up inundation maps due to storm surge in Con Dao islands with scenarios accordingly
• 4.2.1. Building inundated mapping and calculation of inundated area for 1st scenario
• 4.2.2. Building inundated mapping and calculation of inundated area for 2nd scenario
• 4.2.3. Building inundated mapping and calculation of inundated area for 3rd scenario
• 4.3. Chapter's conclusion
• CONCLUSIONS AND RECOMMENDATION
• 1. CONCLUSIONS
• 2. RECOMMENDATION
• REFERENCES
• APPENDIX 1: RESULTS OF MODEL CALIBRATION
• APPENDIX 2: RESULTS OF MODEL VALIDATION
• APPENDIX 3: WATER LEVEL IN CON DAO ISLANDS ACCORDING TO 4 SCENARIO

I. Giới thiệu về nghiên cứu ngập lụt do sóng bão tại đảo Côn Đảo

Nghiên cứu ngập lụt do sóng bão tại đảo Côn Đảo tập trung vào việc đánh giá tác động của sóng bão và nước dâng do bão đến khu vực ven biển. Ngập lụt là một hiện tượng thiên tai nghiêm trọng, có khả năng gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản. Sự gia tăng tần suất và cường độ của các cơn bão, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đã làm cho việc nghiên cứu và dự đoán ngập lụt trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Nghiên cứu này nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc về tình hình ngập lụt tại đảo Côn Đảo, nơi có đặc điểm địa hình và khí hậu đặc biệt, dễ bị tổn thương trước các tác động của bão. Theo thống kê, đảo Côn Đảo đã trải qua nhiều cơn bão lớn trong quá khứ, như bão Durian, gây ra ngập lụt nghiêm trọng và thiệt hại lớn về tài sản. Việc nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong việc bảo vệ và phát triển bền vững khu vực ven biển.

II. Tác động của sóng bão đến ngập lụt tại đảo Côn Đảo

Sóng bão, một hiện tượng tự nhiên nguy hiểm, có thể gây ra ngập lụt nghiêm trọng khi kết hợp với thủy triều cao. Tại đảo Côn Đảo, các cơn bão thường gây ra tình trạng ngập lụt nghiêm trọng, đặc biệt khi chúng xảy ra vào thời điểm triều cường. Tác động của bão không chỉ làm tăng cao mực nước biển mà còn gây ra sóng lớn, tạo áp lực lên các công trình ven biển. Theo báo cáo, mực nước dâng cao nhất ghi nhận được tại Việt Nam là 3.6 m trong cơn bão Dan vào năm 1989. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng sự kết hợp giữa sóng bão và triều cường có thể dẫn đến tình trạng vỡ đê và xói mòn bờ biển. Việc đánh giá và dự đoán tình hình ngập lụt do sóng bão là cần thiết để có các biện pháp phòng chống hiệu quả, bảo vệ tài sản và sinh mạng của người dân.

III. Phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa sóng bão

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp mô hình hóa DELFT3D để mô phỏng sóng bão tại đảo Côn Đảo. Phương pháp này cho phép nghiên cứu sự thay đổi của mực nước biển và sự phân bố ngập lụt trong các kịch bản khác nhau của bão. Khảo sát địa hình và thu thập dữ liệu từ các cơn bão trước đây đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập mô hình chính xác. Dữ liệu được sử dụng trong mô hình bao gồm thông tin về tốc độ gió, áp suất và mực nước biển. Kết quả mô phỏng cho thấy sự biến đổi của mực nước trong các kịch bản bão khác nhau, từ đó giúp xác định các khu vực dễ bị tổn thương và đưa ra các khuyến nghị về biện pháp phòng chống. Mô hình hóa cũng cho phép dự đoán các tác động trong tương lai, từ đó hỗ trợ cho việc lập kế hoạch và quản lý rủi ro thiên tai.

IV. Kết quả và khuyến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nguy cơ ngập lụt tại đảo Côn Đảo là rất cao, đặc biệt trong các kịch bản bão mạnh. Các bản đồ ngập lụt đã được xây dựng dựa trên các kịch bản mô phỏng, cho thấy các khu vực có nguy cơ cao nhất sẽ bị ngập trong các cơn bão lớn. Biện pháp phòng chống cần được thực hiện một cách khẩn cấp, bao gồm việc nâng cao khả năng chống chịu của các công trình ven biển, cải thiện hệ thống thoát nước và tăng cường công tác tuyên truyền, giáo dục cộng đồng về nguy cơ ngập lụt. Nghiên cứu cũng khuyến nghị việc tiếp tục theo dõi và nghiên cứu sâu hơn về tác động của biến đổi khí hậu đến tình hình ngập lụt tại khu vực này, nhằm đảm bảo an toàn cho người dân và phát triển bền vững khu vực ven biển.

Tổng quan nghiên cứu

Trong vòng 50 năm qua, khu vực quần đảo Côn Đảo đã chịu ảnh hưởng của nhiều cơn bão, trong đó có ba cơn bão lớn gây thiệt hại nghiêm trọng như bão Thin (1904), bão Linda (1997) và bão Durian (2006). Tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu và sự gia tăng mực nước biển đã làm tăng nguy cơ ngập lụt do hiện tượng dâng cao mực nước biển kết hợp với bão (storm surge) tại các vùng ven biển, đặc biệt là khi bão trùng với thời điểm triều cường. Mức nước dâng cao nhất từng ghi nhận tại Việt Nam là 3,6 m trong cơn bão Dan năm 1989. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào dao động mực nước trên quy mô lớn, chưa đánh giá đầy đủ nguy cơ ngập lụt tại các vị trí ven biển cụ thể như Côn Đảo.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá tình hình ngập lụt do hiện tượng dâng cao mực nước biển trong bão tại khu vực quần đảo Côn Đảo, bao gồm các yếu tố triều, sóng và bão. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng biển quanh quần đảo Côn Đảo trong giai đoạn từ năm 1962 đến 2012, với trọng tâm là mô phỏng và phân tích các kịch bản bão Durian năm 2006. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác phòng chống thiên tai, bảo vệ công trình ven biển, phát triển kinh tế - xã hội bền vững và bảo vệ môi trường tại khu vực này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thủy động lực học shallow water equations: Hệ phương trình động lực học hai chiều mô tả chuyển động nước nông, bao gồm phương trình bảo toàn động lượng theo hai hướng ngang và phương trình bảo toàn khối lượng, được sử dụng để mô phỏng dao động mực nước do triều và bão.

• Mô hình bão lý thuyết (parametric typhoon models): Các mô hình như Bierknes, Takahashi, Jelesnianski và Holland được áp dụng để mô phỏng trường áp suất và trường gió của bão, từ đó tính toán ảnh hưởng lên mực nước biển.

• Mô hình thủy động lực Delft3D: Bộ phần mềm tích hợp mô phỏng thủy động lực, vận chuyển trầm tích, sóng và các quá trình sinh thái, trong đó module Delft3D-FLOW được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và mực nước trong điều kiện bão.

Các khái niệm chính bao gồm: dâng cao mực nước biển do bão (storm surge), triều cường, mô hình thủy động lực, mô hình bão lý thuyết, và bản đồ ngập lụt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

• Dữ liệu địa hình và độ sâu đáy biển khu vực Côn Đảo do dự án KC09.16/11-15 cung cấp, với độ phân giải lưới tính toán 1 km x 1 km, tổng cộng 15.625 ô lưới.

• Dữ liệu triều từ các hằng số điều hòa (M2, S2, N2, K2, OL, KI, Pl, Q1) lấy từ mô hình Delft Dashboard.

• Dữ liệu quan trắc mực nước tại trạm thủy văn Côn Đảo giai đoạn 1986-2007.

• Thông tin về bão Durian năm 2006 từ bộ dữ liệu BEST TRACK của NOAA.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình số Delft3D-FLOW để mô phỏng mực nước và dòng chảy trong các kịch bản bão khác nhau. Quá trình nghiên cứu gồm các bước: hiệu chỉnh mô hình thủy động lực bằng dữ liệu quan trắc (cỡ mẫu dữ liệu triều 15 ngày), xác nhận mô hình với dữ liệu thực tế, mô phỏng các kịch bản bão Durian với biến đổi vận tốc gió và quỹ đạo, xây dựng bản đồ ngập lụt tương ứng. Thời gian nghiên cứu tập trung vào các giai đoạn bão Durian từ 15/11/2006 đến 14/12/2007.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh và xác nhận mô hình thủy động lực: Mô hình Delft3D-FLOW với hệ số Chezy = 68 m/s cho kết quả mô phỏng mực nước có sai số trung bình căn bậc hai (RMSE) là 0,18 m trong giai đoạn hiệu chỉnh và 0,14 m trong giai đoạn xác nhận, cho thấy mô hình có độ tin cậy cao.

2. Mô phỏng mực nước trong các kịch bản bão Durian: Mực nước dâng cao do bão Durian tại các điểm quan trắc quanh Côn Đảo dao động từ 0,5 m đến 3,6 m tùy theo kịch bản. Kịch bản thay đổi vận tốc gió và quỹ đạo bão cho thấy sự biến thiên mực nước tối đa lên đến 15% so với kịch bản gốc.

3. Bản đồ ngập lụt: Diện tích vùng bị ngập lụt do dâng cao mực nước bão Durian theo các kịch bản dao động trong khoảng 10-15 km², chiếm khoảng 13-18% tổng diện tích đất liền của quần đảo. Các khu vực ven biển phía đông và nam đảo chính Con Sơn chịu ảnh hưởng ngập lụt nặng nề nhất.

4. So sánh với các nghiên cứu quốc tế: Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu về tác động dâng cao mực nước bão tại các vùng ven biển khác như Miami (Mỹ) và khu vực Australia, khẳng định tính khả thi của mô hình số trong dự báo và đánh giá rủi ro ngập lụt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mức nước dâng cao và ngập lụt là sự kết hợp giữa áp suất khí quyển giảm mạnh tại tâm bão, tác động của gió mạnh tạo lực cắt trên mặt biển và ảnh hưởng của triều cường. Sự biến đổi quỹ đạo và vận tốc gió của bão làm thay đổi đáng kể mức nước dâng, thể hiện tính nhạy cảm cao của hệ thống thủy động lực vùng ven biển Côn Đảo.

Việc mô hình hóa chi tiết với lưới tính toán 1 km x 1 km cho phép xác định chính xác các vùng ngập lụt tiềm năng, hỗ trợ công tác quy hoạch và phòng chống thiên tai. So với các phương pháp thống kê và mô hình bán kinh nghiệm, mô hình số Delft3D cung cấp khả năng mô phỏng linh hoạt nhiều kịch bản, phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu và bão phức tạp hiện nay.

Dữ liệu kết quả có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh mực nước quan trắc và mô phỏng, bản đồ ngập lụt theo từng kịch bản, giúp trực quan hóa mức độ rủi ro và hỗ trợ ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm ngập lụt do bão: Áp dụng mô hình số Delft3D để dự báo mực nước dâng và ngập lụt theo thời gian thực, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian triển khai trong vòng 1-2 năm, do Sở TNMT và Ban chỉ huy phòng chống thiên tai chủ trì.

2. Hoàn thiện và nâng cấp cơ sở hạ tầng ven biển: Tăng cường xây dựng đê chắn sóng, nâng cao khả năng chống chịu của các công trình ven biển, đặc biệt tại các khu vực ngập lụt nặng như phía đông và nam đảo Con Sơn. Mục tiêu giảm thiểu diện tích ngập lụt ít nhất 20% trong 5 năm tới.

3. Quy hoạch sử dụng đất và phát triển đô thị bền vững: Hạn chế xây dựng tại các vùng có nguy cơ ngập lụt cao, ưu tiên phát triển các khu vực an toàn, đồng thời bảo vệ các hệ sinh thái ven biển như rừng ngập mặn để giảm thiểu tác động của bão.

4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn: Tổ chức các chương trình tập huấn, diễn tập phòng chống bão và ngập lụt cho người dân và cán bộ quản lý địa phương, nhằm tăng cường khả năng ứng phó và giảm thiểu thiệt hại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch phòng chống thiên tai và phát triển bền vững vùng ven biển.

2. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển hạ tầng: Áp dụng bản đồ ngập lụt và mô hình dự báo để thiết kế các công trình phù hợp, giảm thiểu rủi ro ngập lụt.

3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy văn, khí tượng và môi trường biển: Tham khảo phương pháp mô hình hóa và kết quả phân tích để phát triển nghiên cứu sâu hơn về tác động của bão và biến đổi khí hậu.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực phòng chống thiên tai: Nắm bắt thông tin về nguy cơ ngập lụt và các biện pháp ứng phó hiệu quả, nâng cao ý thức và khả năng tự bảo vệ.

Câu hỏi thường gặp

1. Storm surge là gì và tại sao nó nguy hiểm?
   Storm surge là sự dâng cao bất thường của mực nước biển do tác động của bão kết hợp với triều cường. Nó gây ngập lụt nghiêm trọng, làm hư hại công trình và đe dọa tính mạng con người, đặc biệt khi xảy ra đồng thời với triều cao.

2. Mô hình Delft3D có ưu điểm gì trong nghiên cứu hiện tượng dâng cao mực nước?
   Delft3D là mô hình thủy động lực đa chiều, có khả năng mô phỏng chi tiết các quá trình thủy văn, sóng và vận chuyển trầm tích. Nó cho phép mô phỏng nhiều kịch bản bão khác nhau, giúp dự báo chính xác và đánh giá rủi ro ngập lụt.

3. Tại sao cần hiệu chỉnh và xác nhận mô hình trước khi sử dụng?
   Hiệu chỉnh và xác nhận giúp đảm bảo mô hình phản ánh đúng thực tế, giảm sai số dự báo, từ đó tăng độ tin cậy của kết quả nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn.

4. Các yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến mức nước dâng trong bão?
   Áp suất khí quyển giảm tại tâm bão, vận tốc và hướng gió mạnh, hình dạng bờ biển và triều cường là những yếu tố chính ảnh hưởng đến mức nước dâng và nguy cơ ngập lụt.

5. Làm thế nào để giảm thiểu thiệt hại do storm surge tại Côn Đảo?
   Kết hợp các biện pháp kỹ thuật như xây dựng đê chắn sóng, quy hoạch sử dụng đất hợp lý, nâng cao nhận thức cộng đồng và áp dụng hệ thống cảnh báo sớm sẽ giúp giảm thiểu thiệt hại hiệu quả.

Kết luận

• Mô hình thủy động lực Delft3D với hệ số Chezy = 68 m/s được hiệu chỉnh và xác nhận thành công, cho kết quả mô phỏng mực nước dâng do bão tại Côn Đảo có độ chính xác cao (RMSE dưới 0,2 m).
• Mực nước dâng do bão Durian có thể lên tới 3,6 m, gây ngập lụt diện rộng khoảng 13-18% diện tích quần đảo, đặc biệt tại các vùng ven biển phía đông và nam đảo Con Sơn.
• Sự biến đổi vận tốc gió và quỹ đạo bão ảnh hưởng đáng kể đến mức nước dâng và diện tích ngập lụt, cho thấy tính nhạy cảm cao của hệ thống thủy động lực vùng ven biển.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho công tác quy hoạch, phòng chống thiên tai và phát triển bền vững tại Côn Đảo.
• Đề xuất triển khai hệ thống cảnh báo sớm, nâng cấp hạ tầng ven biển, quy hoạch sử dụng đất và nâng cao nhận thức cộng đồng là các bước tiếp theo cần thực hiện trong 1-5 năm tới nhằm giảm thiểu rủi ro ngập lụt do bão.

Mời các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng quan tâm áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và phát triển bền vững vùng ven biển Côn Đảo.