Luận văn thạc sĩ về tính toán khả năng ngập lụt và giải pháp thoát lũ cho lưu vực sông Vàm Cỏ Tây

• Tác giả: Lê Thị Loan
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Văn Quận
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu ngập lụt và giải pháp thoát lũ cho lưu vực sông Vàm Cỏ Tây
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Cách tiếp cận và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Các kết quả đạt được
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Các nghiên cứu liên quan trên thế giới
• 1.1.2. Các nghiên cứu liên quan tại Việt Nam
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Phạm vi nghiên cứu
• 1.2.2. Điều kiện tự nhiên của lưu vực
• 1.2.2.1. Đặc điểm địa hình
• 1.2.2.2. Đặc điểm khí hậu
• 1.2.2.3. Đặc điểm đất đai, thổ nhưỡng
• 1.2.3. Đặc điểm thủy văn
• 1.2.3.1. Tình hình dân sinh
• 1.2.3.2. Tình hình kinh tế
• 1.2.3.3. Định hướng phát triển kinh tế trong lưu vực
• 1.2.4. Hiện trạng, nhiệm vụ các công trình thủy lợi trong lưu vực
• 1.2.4.1. Hiện trạng thủy lợi
• 1.2.4.2. Nhiệm vụ công trình thủy lợi trong lưu vực
• 1.2.5. Phân tích đặc điểm hệ thống tiêu thoát và ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát lũ trong lưu vực
• 1.2.6. Nhận xét tác động ngập lụt trong lưu vực và phân tích đặc điểm khí hậu thủy văn ảnh hưởng tới ngập lụt, tiêu thoát lũ trong lưu vực
• 3. CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NGẬP LỤT CHO VÙNG NGHIÊN CỨU
• 2.1. Giới thiệu mô hình thủy lực, thủy văn
• 2.1.1. Tổng quan về các mô hình thủy lực, thủy văn
• 2.1.2. Lựa chọn mô hình
• 2.2. Phân vùng ngập
• 2.2.1. Cơ sở phân vùng
• 2.2.2. Kết quả phân vùng
• 2.3. Xây dựng mô hình tính toán
• 2.3.1. Thiết lập sơ đồ thủy lực Mike 11
• 2.3.2. Trạm thủy văn trong hệ thống sông
• 2.3.3. Điều kiện biên địa hình và mạng lưới sông tính toán
• 2.3.4. Biểu kiện biên
• 2.3.5. Kết quả tính toán
• 2.3.5.1. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 2.3.5.1.1. Nguyên tắc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 2.3.5.1.2. Các dữ liệu áp dụng để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
• 2.3.5.1.3. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định
• 2.4. Kết quả tính toán mức độ ngập lụt
• 4. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THOÁT LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG VÀM CÓ TÂY
• 3.1. Phân tích và đánh giá hiện trạng ngập và các kịch bản
• 3.2. Đề xuất các giải pháp tiêu nước và kết quả tính toán
• 3.2.1. Khái quát về các giải pháp đề xuất
• 3.2.2. Giải pháp công trình
• 3.2.3. Giải pháp phi công trình
• 3.3. Kết quả phương án và nhận xét
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu ngập lụt và giải pháp thoát lũ cho lưu vực sông Vàm Cỏ Tây là một chủ đề cực kỳ quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tình hình phát triển kinh tế - xã hội hiện nay. Ngập lụt không chỉ gây ra thiệt hại về tài sản mà còn ảnh hưởng đến đời sống của người dân và sự phát triển bền vững của khu vực. Theo thống kê, các hiện tượng thiên tai như lũ lụt ngày càng gia tăng, đặc biệt là ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp thoát lũ là cần thiết để giảm thiểu những thiệt hại do ngập lụt gây ra. Hệ thống thoát nước hiện tại ở lưu vực sông này còn nhiều hạn chế, đòi hỏi phải có các phương án cải thiện hiệu quả hơn.

II. Tình hình ngập lụt và nguyên nhân

Tình hình ngập lụt tại lưu vực sông Vàm Cỏ Tây đang trở nên nghiêm trọng hơn do nhiều nguyên nhân. Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ và tần suất mưa, dẫn đến việc tiêu thoát nước không kịp thời. Thêm vào đó, sự phát triển đô thị hóa và khai thác tài nguyên nước không bền vững cũng làm gia tăng tình trạng ngập lụt. Tác động của lũ và các yếu tố khí hậu đã tạo ra áp lực lớn lên hệ thống thoát nước, gây ra ngập lụt kéo dài trong nhiều khu vực. Việc đánh giá và phân tích các kịch bản ngập lụt giúp đưa ra các giải pháp phòng chống hiệu quả hơn.

III. Các phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để phân tích tình hình ngập lụt và đề xuất giải pháp thoát lũ. Các phương pháp bao gồm phân tích số liệu khí hậu, mô hình hóa thủy văn, và khảo sát thực địa. Mô hình thủy văn được áp dụng để dự đoán dòng chảy và mức độ ngập lụt trong các kịch bản khác nhau. Việc kết hợp các phương pháp này giúp đưa ra cái nhìn toàn diện về tình hình ngập lụt và khả năng thoát lũ của lưu vực sông. Kết quả từ các mô hình sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp được đề xuất.

IV. Đề xuất giải pháp thoát lũ

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp thoát lũ đã được đề xuất cho lưu vực sông Vàm Cỏ Tây. Các giải pháp này bao gồm cải thiện hệ thống thoát nước, xây dựng các công trình thủy lợi, và tăng cường quản lý lũ. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý nước, như mô hình hóa thủy văn và hệ thống cảnh báo sớm, cũng là một phần quan trọng trong chiến lược này. Những giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra mà còn đảm bảo phát triển bền vững cho khu vực.

V. Đánh giá rủi ro ngập lụt

Đánh giá rủi ro ngập lụt là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc phân tích các yếu tố như địa hình, khí hậu, và hệ thống thoát nước giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao. Các chỉ số đánh giá rủi ro sẽ được sử dụng để đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) cũng sẽ được áp dụng để trực quan hóa các khu vực ngập lụt và hỗ trợ trong việc lập kế hoạch quản lý lũ. Nhờ đó, các cơ quan chức năng có thể đưa ra quyết định kịp thời và chính xác hơn trong việc ứng phó với tình trạng ngập lụt.

Tổng quan nghiên cứu

Ngập lụt là một trong những thách thức lớn ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và phát triển kinh tế - xã hội tại các lưu vực sông, đặc biệt là vùng Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). Lưu vực sông Vàm Cỏ Tây, với diện tích khoảng 6.000 km² và chiều dài sông chính 185 km, nằm trong vùng trũng thấp của tỉnh Long An, đang đối mặt với tình trạng ngập lụt ngày càng nghiêm trọng. Theo ước tính, mức độ ngập sâu và thời gian ngập tại nhiều khu vực trong lưu vực có xu hướng gia tăng, gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ các hiện tượng thời tiết cực đoan, làm giảm khả năng tiêu thoát lũ của hệ thống thủy lợi hiện có.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tính toán khả năng ngập lụt và đề xuất các giải pháp thoát lũ hiệu quả cho lưu vực sông Vàm Cỏ Tây nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực sông Vàm Cỏ Tây, tỉnh Long An, trong bối cảnh điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế và định hướng phát triển kinh tế của vùng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ công tác quy hoạch, quản lý và vận hành hệ thống thủy lợi, góp phần phát triển kinh tế bền vững và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cư dân địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn - thủy lực hiện đại để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt trong lưu vực. Hai mô hình chính được áp dụng là:

• Mô hình MIKE 11: Đây là mô hình thủy lực một chiều do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển, được sử dụng rộng rãi trên thế giới để tính toán dòng chảy, dự báo lũ và mô phỏng ngập lụt. MIKE 11 giải hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ, mô phỏng chi tiết lưu lượng và mực nước tại các mặt cắt sông, kênh. Mô hình có khả năng tích hợp các công trình thủy lợi như đập, cống, trạm bơm và mô phỏng trao đổi nước giữa sông và vùng ngập.

• Mô hình VRSAP: Là mô hình toán thủy lực một chiều được phát triển tại Việt Nam, mô phỏng dòng chảy trên hệ thống sông ngòi và đồng ruộng, bao gồm các khu chứa nước kín và hở. VRSAP được sử dụng để tính toán đồng chảy và trao đổi nước giữa sông và các vùng ngập, phù hợp với điều kiện địa hình và thủy văn của ĐBSCL.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: khả năng ngập lụt, phân vùng ngập, hệ thống thủy lợi, mô hình thủy lực, và biến đổi khí hậu. Nghiên cứu cũng xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến ngập lụt như địa hình, khí hậu, thủy văn, và hệ thống công trình thủy lợi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thủy văn, khí tượng, địa hình, và thông tin về hệ thống công trình thủy lợi trong lưu vực sông Vàm Cỏ Tây. Dữ liệu được thu thập từ các trạm thủy văn, các cơ quan quản lý thủy lợi và các báo cáo chuyên ngành.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp điều tra thực địa, thu thập và xử lý số liệu, phân tích thống kê và ứng dụng mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt. Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn được lựa chọn dựa trên các trận lũ lớn trong các năm 2000, 2001 và 2011 nhằm hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Phương pháp chọn mẫu là chọn các trạm thủy văn đại diện cho các vị trí quan trọng trong lưu vực.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline gồm: thu thập dữ liệu (3 tháng), xây dựng và hiệu chỉnh mô hình (4 tháng), phân tích kết quả và đề xuất giải pháp (3 tháng). Phương pháp phân tích bao gồm so sánh số liệu thực đo và mô phỏng, đánh giá độ chính xác bằng chỉ số NASH và NASI, đồng thời phân vùng ngập dựa trên đặc điểm địa hình và thủy văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng ngập lụt trong lưu vực: Kết quả mô phỏng cho thấy diện tích ngập lụt trong lưu vực sông Vàm Cỏ Tây có thể lên tới khoảng 87.940 ha tại vùng Vĩnh Hưng - Tân Hưng, 30.900 ha tại Mộc Hóa - Tân Thạnh, và 48.900 ha tại Thủ Thừa. Mực nước lớn nhất tại các vị trí dọc sông Vàm Cỏ Tây dao động từ 2,5 đến 4,5 m tùy theo kịch bản tính toán, với thời gian ngập kéo dài từ 3 đến 5 tháng trong mùa mưa lũ.

2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và thủy triều: Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất xâm nhập mặn và cường độ triều cường, đặc biệt tại các huyện phía Nam tỉnh Long An. Độ mặn tại Bến Lức năm 2013 đạt 3‰, xâm nhập sâu vào nội đồng 40-50 km, có nơi lên đến 60 km. Triều cường làm tăng mức nước và kéo dài thời gian ngập, ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng tiêu thoát lũ.

3. Hiện trạng hệ thống thủy lợi và công trình thoát lũ: Hệ thống kênh trục, kênh cấp I và cấp II trong lưu vực đã được xây dựng và nạo vét mở rộng, với tổng chiều dài kênh cấp I khoảng 3.008 km và kênh cấp II khoảng 4.376 km. Tuy nhiên, nhiều kênh bị bồi lắng, hệ thống cống đập và trạm bơm chưa đồng bộ, chưa đáp ứng hiệu quả nhu cầu tưới tiêu và thoát lũ, đặc biệt trong các năm lũ lớn như 2000, 2001 và 2011.

4. Phân vùng ngập lụt: Lưu vực được phân thành 5 vùng tiêu thoát chính, mỗi vùng có đặc điểm địa hình, thủy văn và hệ thống công trình thủy lợi riêng biệt, giúp xác định các giải pháp thoát lũ phù hợp. Ví dụ, vùng Vĩnh Hưng - Tân Hưng có diện tích ngập lớn nhất và cần ưu tiên các giải pháp công trình kết hợp phi công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ngập lụt kéo dài và sâu trong lưu vực là do địa hình trũng thấp, hệ số uốn khúc sông cao (1,5), độ dốc lòng sông thấp (khoảng 0,00015), cùng với ảnh hưởng của thủy triều và biến đổi khí hậu làm tăng mực nước và xâm nhập mặn. So với các nghiên cứu trước đây tại ĐBSCL, kết quả mô phỏng của luận văn có độ chính xác cao với chỉ số NASH đạt trên 0,8 tại các trạm hiệu chỉnh, cho thấy mô hình MIKE 11 phù hợp với điều kiện thủy văn của lưu vực.

Việc phân vùng ngập dựa trên đặc điểm địa hình và thủy văn giúp tối ưu hóa các giải pháp thoát lũ, giảm thiểu mâu thuẫn trong quản lý và khai thác hệ thống thủy lợi. Kết quả cũng cho thấy các công trình hiện có chưa đáp ứng được yêu cầu thoát lũ trong các năm lũ lớn, cần được nâng cấp và bổ sung.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo và mô phỏng tại các trạm Tân Châu, Mỹ Thuận, cùng bảng tổng hợp diện tích ngập lụt theo từng vùng và kịch bản tính toán, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp và mở rộng hệ thống kênh tiêu thoát: Tiến hành nạo vét, mở rộng các kênh trục, kênh cấp I và cấp II nhằm tăng khả năng tiêu thoát nước, giảm diện tích ngập lụt. Mục tiêu giảm diện tích ngập ít nhất 20% trong vòng 5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Long An chủ trì thực hiện.

2. Xây dựng và cải tạo công trình thủy lợi: Đầu tư nâng cấp các cống đập, trạm bơm hiện có, đồng thời xây dựng mới các công trình điều tiết nước nhằm kiểm soát mực nước, ngăn mặn và giữ ngọt hiệu quả. Thời gian thực hiện trong 3 năm, phối hợp giữa Trung tâm Quản lý Khai thác Thủy lợi và các địa phương.

3. Áp dụng các giải pháp phi công trình: Tăng cường quản lý đất đai, quy hoạch phát triển đô thị và nông nghiệp phù hợp với điều kiện ngập lụt, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống ngập lụt. Triển khai các chương trình đào tạo và tuyên truyền trong 2 năm tới, do các tổ chức chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội thực hiện.

4. Xây dựng hệ thống cảnh báo và dự báo lũ thời gian thực: Ứng dụng mô hình thủy văn - thủy lực MIKE 11 kết hợp với hệ thống quan trắc tự động để dự báo sớm và cảnh báo ngập lụt, giúp giảm thiểu thiệt hại. Dự kiến hoàn thành trong 2 năm, do Viện Thủy lợi phối hợp với Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy lợi: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp thực tiễn giúp nâng cao hiệu quả quản lý hệ thống thủy lợi, phục vụ công tác quy hoạch và vận hành phòng chống ngập lụt.

2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn - thủy lực: Tài liệu chi tiết về ứng dụng mô hình MIKE 11 trong tính toán ngập lụt, hiệu chỉnh mô hình và phân vùng ngập, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu và phát triển mô hình.

3. Các đơn vị thi công và thiết kế công trình thủy lợi: Thông tin về hiện trạng công trình, đặc điểm lưu vực và các giải pháp đề xuất giúp thiết kế, cải tạo và xây dựng công trình phù hợp với điều kiện thực tế.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội tại lưu vực sông Vàm Cỏ Tây: Hiểu rõ về nguyên nhân, tác động của ngập lụt và các biện pháp phòng chống, từ đó nâng cao nhận thức và tham gia tích cực vào công tác bảo vệ môi trường và phòng chống thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao lưu vực sông Vàm Cỏ Tây dễ bị ngập lụt?
   Lưu vực có địa hình trũng thấp, độ dốc lòng sông rất nhỏ (khoảng 0,00015), hệ số uốn khúc cao, cùng với ảnh hưởng của thủy triều và biến đổi khí hậu làm tăng mực nước và xâm nhập mặn, gây khó khăn cho việc tiêu thoát lũ.

2. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
   MIKE 11 giải hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ, mô phỏng chi tiết dòng chảy và mực nước, tích hợp được các công trình thủy lợi và trao đổi nước giữa sông và vùng ngập, phù hợp với điều kiện thủy văn phức tạp của lưu vực.

3. Các giải pháp thoát lũ được đề xuất có thể giảm diện tích ngập bao nhiêu?
   Dựa trên mô phỏng, việc nâng cấp hệ thống kênh và công trình thủy lợi có thể giảm diện tích ngập lụt ít nhất 20% trong vòng 5 năm, đồng thời cải thiện khả năng kiểm soát mực nước và ngăn mặn.

4. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến ngập lụt tại lưu vực?
   Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và cường độ triều cường, xâm nhập mặn sâu hơn và kéo dài thời gian ngập, làm giảm khả năng tiêu thoát lũ và gây thiệt hại lớn cho sản xuất và sinh hoạt.

5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư tham gia phòng chống ngập lụt hiệu quả?
   Thông qua các chương trình đào tạo, tuyên truyền nâng cao nhận thức, áp dụng các biện pháp quản lý đất đai, quy hoạch sản xuất phù hợp và phối hợp với các cơ quan quản lý trong việc vận hành hệ thống thủy lợi.

Kết luận

• Đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công mô hình thủy lực MIKE 11 để tính toán khả năng ngập lụt cho lưu vực sông Vàm Cỏ Tây với độ chính xác cao.
• Xác định được diện tích ngập lụt và phân vùng tiêu thoát phù hợp, làm cơ sở cho việc đề xuất giải pháp thoát lũ hiệu quả.
• Phân tích tác động của biến đổi khí hậu và thủy triều đến khả năng tiêu thoát lũ, nhấn mạnh sự cần thiết của các giải pháp đồng bộ.
• Đề xuất các giải pháp công trình và phi công trình nhằm nâng cao hiệu quả phòng chống ngập lụt trong lưu vực.
• Khuyến nghị xây dựng hệ thống cảnh báo lũ thời gian thực và tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong công tác phòng chống thiên tai.

Next steps: Triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, cập nhật và mở rộng mô hình với dữ liệu mới, đồng thời phát triển hệ thống dự báo lũ tích hợp cho toàn lưu vực.

Call-to-action: Các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, góp phần phát triển bền vững lưu vực sông Vàm Cỏ Tây.