Nghiên cứu tính toán ngập lụt hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu

• Tác giả: Lương Thanh Đức
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trưởng
• Trường học: Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu tính toán ngập lụt hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đặc vấn đề Biến đổi khí hậu dẫn đến hạn hán, mực nước biển dâng, bão và lũ lụt được xem là mối đe dọa lớn nhất trong thế kỷ 21, theo đánh giá sơ bộ gần đây của các tổ chức quốc tế WB, ADB, IPCC và cùng với các nghiên cứu trong nước
• 1.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.3. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Mục đích nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Phương pháp thống kê
• 1.5.2. Phương pháp kế thừa
• 1.5.3. Phương pháp chi tiết hóa thống kê
• 1.5.4. Phương pháp ứng dụng mô hình toán
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 2.1. Vị trí địa lý
• 2.2. Đặc điểm hệ thống sông ngòi
• 2.3. Đặc điểm thổ nhưỡng
• 2.4. Đặc điểm khí tượng thủy văn
• 2.4.1. Số giờ nắng trung bình
• 2.4.2. Nhiệt độ không khí
• 2.5. Đặc điểm thủy văn dòng chảy trong lưu vực
• 2.6. Đặc điểm ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia -Thu Bồn
• 2.6.1. Các nhóm nguyên nhân chính gây ngập lụt
• 2.6.2. Đánh giá một số trận lũ qua các năm
• 2.6.3. Tổng quan về các đập thủy điện
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN
• 3.1. Tài liệu địa hình
• 3.2. Tài liệu khí tượng thủy văn chưa xét đến bối cảnh biến đội khí hậu
• 3.2.1. Tài liệu khí tượng thủy văn
• 3.2.2. Tài liệu điều tra vết lũ quan trắc
• 3.2.3. Tài liệu cao độ mực nước thủy triều
• 3.3. Dự báo số liệu khí tượng thủy văn trong bối cảnh biến đội khí hậu
• 3.3.1. Giới thiệu biến đổi khí hậu
• 3.3.2. Tác động của biến đổi khí hậu đối với Việt Nam
• 3.3.3. Giới thiệu phương pháp chi tiết hóa thống kê (SDSM)
• 3.3.4. Ứng dụng mô hình SDSM
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH VÀ BẢN ĐỒ NGẬP LỤT
• 4.1. Tính toán thủy văn bằng mô hình HEC-HMS
• 4.1.1. Giới thiệu mô hình HEC-HMS
• 4.1.2. Cơ sở lý thuyết mô hình HEC-HMS
• 4.1.3. Ứng dụng mô hình HEC-HMS
• 4.2. Tính toán thủy văn khi xét đến biến đổi khí hậu trong tương lai
• 4.2.1. Một số nhận định ban đầu
• 4.2.2. Dữ liệu dùng tính thủy văn
• 4.2.3. Kết quả chạy mô hình HEC-HMS trong điều kiện biến đổi khí hậu
• 4.3. Tính toán thủy lực bằng mô hình HEC-RAS 2D
• 4.3.1. Giới thiệu mô hình HEC-RAS
• 4.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình HEC-RAS_2D
• 4.3.3. Điều kiện biên tính toán thủy lực
• 4.3.4. Ứng dụng mô hình HEC-RAS_2D
• 4.4. Tính toán thủy lực với số liệu biến đổi khí hậu
• 4.4.1. Dữ liệu biến đổi khí hậu đưa vào mô hình HEC-RAS_2D
• 4.4.2. Dữ liệu điều kiện biên của mô hình ứng với biến đổi khí hậu
• 4.5. Kết quả cao độ mực nước với các kịch bản biến đổi khí hậu
• 4.6. Kết quả bản đồ ngập lụt trong bối cảnh biến đổi khí hậu
• 4.6.1. Diện tích ngập lụt toàn lưu vực trong bối cảnh biến đổi khí hậu
• 4.6.2. Bản đồ ngập lụt
• 5. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN
• 5.1. Đánh giá kết quả các mô hình sử dụng
• DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ngập Lụt Hạ Lưu Sông Vu Gia Thu Bồn

Bài viết này tập trung vào nghiên cứu ngập lụt hạ lưu sông Vu Gia và ngập lụt hạ lưu sông Thu Bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Miền Trung Việt Nam, đặc biệt là khu vực hạ lưu hai con sông này, thường xuyên hứng chịu lũ lụt, gây thiệt hại nặng nề về người và của. Nghiên cứu này sử dụng kết hợp mô hình thủy văn (HEC-HMS) và mô hình thủy lực 2D (HEC-RAS_2D) để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt. Mục tiêu chính là xây dựng bản đồ ngập lụt hiện tại và so sánh với bản đồ dự kiến trong tương lai theo các kịch bản biến đổi khí hậu. Phương pháp mô hình hóa ngập lụt và đánh giá rủi ro ngập lụt được sử dụng để đưa ra những kết luận và đề xuất hữu ích cho công tác phòng chống thiên tai.

1.1. Tầm Quan Trọng của Nghiên Cứu Lũ Lụt Miền Trung

Lũ lụt miền Trung là một vấn đề cấp bách, gây ra những hậu quả nghiêm trọng về kinh tế - xã hội và môi trường. Các tỉnh ven biển miền Trung thường xuyên phải đối mặt với các trận lũ quét, lũ ống và ngập úng, đặc biệt là trong mùa mưa bão. Theo thống kê, thiệt hại do lũ lụt gây ra chiếm tỷ lệ lớn trong tổng thiệt hại do thiên tai ở Việt Nam. Nghiên cứu này góp phần cung cấp thông tin khoa học và chính xác, phục vụ cho công tác quy hoạch phòng chống lũ lụt và ứng phó với ngập lụt một cách hiệu quả hơn. Việc sử dụng các dữ liệu khí tượng thủy văn chính xác cũng là yếu tố quan trọng để mô hình hóa lũ lụt.

1.2. Phương Pháp Tiếp Cận Tổng Hợp Để Nghiên Cứu Ngập Lụt

Nghiên cứu này tiếp cận vấn đề ngập lụt một cách tổng hợp, kết hợp nhiều phương pháp khác nhau. Đầu tiên, sử dụng mô hình hóa ngập lụt để mô phỏng quá trình hình thành và lan truyền lũ. Tiếp theo, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt thông qua việc sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau. Cuối cùng, đề xuất các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu và giảm thiểu ngập lụt. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả cũng là một yếu tố quan trọng để giảm thiểu nguy cơ ngập lụt.

II. Thách Thức Do Biến Đổi Khí Hậu Gây Ra Ngập Lụt Vùng Hạ Lưu

Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan, trong đó có lũ lụt. Vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn là khu vực dễ bị tổn thương do tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt. Kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy mực nước biển dâng, lượng mưa tăng và nhiệt độ tăng cao có thể làm trầm trọng thêm tình trạng ngập lụt. Điều này đe dọa đến sinh kế người dân vùng lũ, kinh tế - xã hội vùng hạ lưu và hệ sinh thái ven sông. Cần có những giải pháp ứng phó với ngập lụt kịp thời và hiệu quả để bảo vệ cuộc sống và tài sản của người dân.

2.1. Ảnh Hưởng Của Khí Hậu Cực Đoan Đến Tần Suất và Cường Độ Lũ

Khí hậu cực đoan, bao gồm bão, áp thấp nhiệt đới và mưa lớn kéo dài, là nguyên nhân chính gây ra ngập lụt ở vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn. Tần suất lũ và cường độ lũ có xu hướng gia tăng do biến đổi khí hậu, gây khó khăn cho công tác phòng chống và ứng phó. Theo các nghiên cứu lũ lụt, vùng này thường xuyên phải đối mặt với các trận lũ lớn, gây thiệt hại nặng nề về người và của. Việc dự báo chính xác diễn thế lũ là vô cùng quan trọng.

2.2. Tác Động Tiêu Cực Lên Kinh Tế Xã Hội Do Ngập Lụt

Ngập lụt gây ra những tác động tiêu cực đến kinh tế - xã hội của vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn. Sản xuất nông nghiệp bị đình trệ, giao thông bị gián đoạn, cơ sở hạ tầng bị hư hỏng và đời sống của người dân bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Sinh kế người dân vùng lũ bị đe dọa do mất mùa, mất việc làm và ô nhiễm môi trường. Việc phát triển bền vững của khu vực này gặp nhiều khó khăn do ngập lụt thường xuyên xảy ra. Cần có những chính sách hỗ trợ và giải pháp giảm thiểu ngập lụt để bảo vệ kinh tế - xã hội của vùng.

III. Mô Hình Hóa HEC HMS và RAS 2D Tính Toán Ngập Lụt Chi Tiết

Nghiên cứu này sử dụng mô hình HEC-HMS để mô phỏng quá trình thủy văn và mô hình HEC-RAS 2D để mô phỏng quá trình thủy lực trong lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn. Mô hình HEC-HMS được dùng để tính toán dòng chảy, dựa trên các thông số về lượng mưa, địa hình và đặc điểm lưu vực. Mô hình HEC-RAS_2D được dùng để mô phỏng quá trình lan truyền lũ trên vùng hạ lưu sông, tính toán độ sâu ngập và diện tích ngập. Việc kết hợp hai mô hình hóa ngập lụt này cho phép đánh giá chi tiết và chính xác về diễn thế lũ và tác động của ngập lụt.

3.1. Ưu Điểm Mô Hình HEC HMS Tính Toán Dòng Chảy Lưu Vực

Mô hình HEC-HMS có nhiều ưu điểm trong việc tính toán dòng chảy trong lưu vực sông. Mô hình có khả năng mô phỏng các quá trình thủy văn khác nhau, bao gồm mưa, bốc hơi, thấm và dòng chảy. Mô hình cũng có thể sử dụng các dữ liệu đầu vào khác nhau, bao gồm dữ liệu khí tượng, dữ liệu địa hình và dữ liệu về sử dụng đất. Mô hình HEC-HMS được sử dụng rộng rãi trên thế giới và được coi là một công cụ mạnh mẽ để mô hình hóa ngập lụt.

3.2. HEC RAS 2D Mô Phỏng Quá Trình Lan Truyền Lũ Chi Tiết

Mô hình HEC-RAS 2D là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng quá trình lan truyền lũ trên vùng ngập lụt. Mô hình có khả năng tính toán độ sâu ngập, vận tốc dòng chảy và diện tích ngập một cách chi tiết. Mô hình HEC-RAS_2D cũng có thể mô phỏng các công trình thủy lợi, như đê, kè và hồ chứa, và đánh giá tác động của các công trình này đến ngập lụt. Việc sử dụng mô hình HEC-RAS 2D giúp cải thiện độ chính xác của việc dự báo và đánh giá rủi ro ngập lụt.

IV. Phân Tích Kết Quả Nghiên Cứu Ngập Lụt Trong Bối Cảnh Biến Đổi

Kết quả nghiên cứu ngập lụt cho thấy biến đổi khí hậu có thể làm gia tăng diện tích và độ sâu ngập ở hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn. Các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau cho thấy mức độ ngập lụt có thể khác nhau, tùy thuộc vào mức độ phát thải khí nhà kính. Phân tích kết quả nghiên cứu cho thấy những khu vực ven sông, vùng trũng và các khu đô thị có nguy cơ bị ngập úng đô thị cao hơn. Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho việc quy hoạch phòng chống lũ lụt và thích ứng với biến đổi khí hậu.

4.1. So Sánh Diện Tích Ngập Lụt Hiện Tại Và Tương Lai

Việc so sánh diện tích ngập lụt giữa hiện tại và tương lai cho thấy sự gia tăng đáng kể do tác động của biến đổi khí hậu. Các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau dự báo mức tăng khác nhau, nhưng đều cho thấy xu hướng ngập lụt ngày càng trầm trọng. Việc này đòi hỏi cần có những biện pháp giảm thiểu ngập lụt và thích ứng với biến đổi khí hậu hiệu quả.

4.2. Rủi Ro Ngập Lụt Khu Vực Dân Cư Và Cơ Sở Hạ Tầng

Rủi ro ngập lụt đối với khu vực dân cư và cơ sở hạ tầng ngày càng gia tăng do biến đổi khí hậu. Các khu dân cư ven sông, vùng trũng và các khu đô thị có nguy cơ bị ngập lụt cao hơn. Cơ sở hạ tầng, như đường giao thông, cầu cống và hệ thống điện nước, cũng có thể bị hư hỏng do ngập lụt. Cần có những biện pháp bảo vệ khu vực dân cư và cơ sở hạ tầng khỏi ngập lụt, như xây dựng đê điều, hệ thống thoát nước và di dời dân cư.

V. Giải Pháp Giảm Thiểu Tác Động Ngập Lụt Hạ Lưu Vu Gia Thu Bồn

Để giảm thiểu tác động ngập lụt ở hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn, cần có những giải pháp đồng bộ và hiệu quả. Các giải pháp này bao gồm quy hoạch và quản lý sử dụng đất hợp lý, xây dựng và nâng cấp hệ thống đê điều, cải tạo hệ thống thoát nước, tăng cường khả năng dự báo và cảnh báo lũ, và nâng cao nhận thức của cộng đồng về nguy cơ ngập lụt. Ngoài ra, cần có những giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu, như bảo tồn và phục hồi rừng ngập mặn, xây dựng các công trình phòng chống lũ lụt linh hoạt, và di dời dân cư đến nơi an toàn.

5.1. Quy Hoạch Quản Lý Sử Dụng Đất Hợp Lý Ven Sông

Quy hoạch quản lý sử dụng đất hợp lý ven sông là một trong những giải pháp quan trọng để giảm thiểu ngập lụt. Cần hạn chế xây dựng nhà cửa và công trình ở những khu vực có nguy cơ ngập lụt cao. Thay vào đó, nên ưu tiên phát triển các khu vực xanh, như công viên, vườn hoa và rừng phòng hộ. Việc bảo tồn hệ sinh thái ven sông cũng giúp tăng cường khả năng tiêu thoát nước và giảm thiểu ngập lụt.

5.2. Nâng Cấp Hệ Thống Đê Điều Thoát Nước Hiệu Quả

Việc nâng cấp hệ thống đê điều và thoát nước là cần thiết để bảo vệ khu vực dân cư và cơ sở hạ tầng khỏi ngập lụt. Cần xây dựng và nâng cấp đê điều ở những khu vực xung yếu. Cải tạo và mở rộng hệ thống thoát nước để tăng cường khả năng tiêu thoát nước trong mùa mưa lũ. Việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng phòng chống lũ lụt là một trong những biện pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động ngập lụt.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ngập Lụt

Nghiên cứu này đã cung cấp những thông tin quan trọng về ngập lụt ở hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu cho thấy biến đổi khí hậu có thể làm gia tăng diện tích và độ sâu ngập, gây ra những hậu quả nghiêm trọng về kinh tế - xã hội và môi trường. Cần có những giải pháp đồng bộ và hiệu quả để giảm thiểu tác động ngập lụt và thích ứng với biến đổi khí hậu. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp phòng chống lũ lụt, xây dựng hệ thống cảnh báo lũ sớm và phát triển các công nghệ mới để quản lý ngập lụt.

6.1. Đánh Giá Hiệu Quả Các Giải Pháp Phòng Chống Lũ

Việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp phòng chống lũ lụt là rất quan trọng để đảm bảo rằng các giải pháp này thực sự mang lại hiệu quả. Cần có những tiêu chí đánh giá rõ ràng và khách quan, dựa trên các dữ liệu về diện tích ngập, độ sâu ngập và thiệt hại do ngập lụt gây ra. Kết quả đánh giá sẽ giúp cải thiện các giải pháp phòng chống lũ lụt và đảm bảo rằng các nguồn lực được sử dụng một cách hiệu quả.

6.2. Phát Triển Hệ Thống Cảnh Báo Lũ Sớm Chính Xác

Việc phát triển hệ thống cảnh báo lũ sớm chính xác là cần thiết để giúp người dân và chính quyền có thể chuẩn bị và ứng phó kịp thời với nguy cơ ngập lụt. Hệ thống cảnh báo lũ sớm cần dựa trên các dữ liệu về lượng mưa, mực nước sông và các yếu tố khí tượng khác. Cần có những kênh thông tin hiệu quả để truyền tải thông tin cảnh báo đến người dân một cách nhanh chóng và chính xác.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề bởi biến đổi khí hậu (BĐKH), đặc biệt là các tỉnh miền Trung với diễn biến bão lũ ngày càng phức tạp và gia tăng. Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, nằm ở miền Trung, thường xuyên chịu tác động của các trận lũ lớn gây ngập lụt diện rộng, thiệt hại nghiêm trọng về người và kinh tế. Ví dụ, trận lũ năm 1999 đã làm hơn 595 người chết, gần 275 người bị thương, và thiệt hại tài sản ước tính lên đến 4000 tỷ đồng. Năm 2013, bão lũ cũng gây thiệt hại khoảng 25 nghìn tỷ đồng, với hơn 264 người chết và mất tích.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tính toán và so sánh bản đồ ngập lụt hiện tại với các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai, dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính RCP2.5 đến cuối thế kỷ 21. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, với dữ liệu thu thập từ các trạm thủy văn và khí tượng trong giai đoạn 2007-2010. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp bản đồ ngập lụt chi tiết, giúp các nhà quản lý và hoạch định chính sách có cơ sở khoa học để ứng phó hiệu quả với tác động của biến đổi khí hậu, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình thủy văn HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System): Mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy trên lưu vực, dựa trên hệ phương trình Saint-Venant cho dòng chảy không ổn định, tính toán lượng nước mưa chuyển thành dòng chảy trên mặt đất và ngầm. Các khái niệm chính gồm: thất thoát nước, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, hệ số Manning, và bán kính thủy lực.

• Mô hình thủy lực HEC-RAS 2D (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System): Mô phỏng dòng chảy thủy lực hai chiều trên mặt nước, tính toán mực nước và phân bố ngập lụt hạ lưu lưu vực dựa trên điều kiện biên lưu lượng từ mô hình HEC-HMS.

• Phương pháp chi tiết hóa thống kê SDSM (Statistical DownScaling Model): Kỹ thuật thống kê để chuyển đổi dữ liệu khí hậu quy mô lớn (toàn cầu) thành dữ liệu khí hậu địa phương, dựa trên mối quan hệ giữa biến dự báo toàn cầu và biến dự báo địa phương. SDSM được sử dụng để tạo chuỗi dữ liệu mưa ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu RCP2.5.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: hệ số NASH (đánh giá hiệu quả mô hình thủy văn), Root-Mean-Square Error (RMSE) dùng để đánh giá sai số mô hình thủy lực, kịch bản phát thải khí nhà kính RCP2.5, và bản đồ ngập lụt.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn thu thập từ 16 trạm đo trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn trong giai đoạn 2007-2010, bao gồm lượng mưa, lưu lượng dòng chảy, cao độ mực nước và thủy triều. Dữ liệu địa hình DEM 30m x 30m được sử dụng để xây dựng mô hình thủy lực.

• Phương pháp phân tích:

  1. Sử dụng phần mềm ArcGIS để phân chia lưu vực bộ phận và xây dựng mạng lưới sông ngòi.
  2. Áp dụng mô hình SDSM để tạo chuỗi dữ liệu mưa tương ứng với kịch bản biến đổi khí hậu RCP2.5 đến các năm 2050 và 2080.
  3. Mô hình HEC-HMS được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu lưu lượng thực đo tại trạm Thành Mỹ và Nông Sơn, đạt hệ số NASH gần 0, chứng tỏ mô hình phù hợp.
  4. Mô hình HEC-RAS 2D được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu mực nước tại các trạm Ái Nghĩa, Giao Thủy, Câu Lâu và Cẩm Lệ, với sai số chuẩn RMSE gần 0.
  5. Kết hợp kết quả mô hình thủy văn và thủy lực để xây dựng bản đồ ngập lụt hiện tại và dự báo trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 01 đến tháng 07 năm 2016, với các bước thu thập dữ liệu, hiệu chỉnh mô hình, chạy mô hình và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô hình thủy văn HEC-HMS: Mô hình được hiệu chỉnh với dữ liệu lưu lượng lũ tại trạm Thành Mỹ và Nông Sơn trong 4 năm (2007-2010), đạt hệ số NASH gần 0, cho thấy mô hình mô phỏng chính xác quá trình dòng chảy trên lưu vực.

2. Hiệu quả mô hình thủy lực HEC-RAS 2D: Mô hình được kiểm định với số liệu mực nước tại các trạm Ái Nghĩa, Giao Thủy, Câu Lâu và Cẩm Lệ, sai số chuẩn RMSE gần 0, chứng tỏ mô hình phù hợp để mô phỏng phân bố mực nước và ngập lụt hạ lưu.

3. Tác động của biến đổi khí hậu đến lượng mưa và lưu lượng lũ: Dữ liệu mưa dự báo theo kịch bản RCP2.5 cho thấy lượng mưa trung bình tháng trong mùa mưa (tháng 10-11) có xu hướng tăng khoảng 10-15% vào các năm 2050 và 2080 so với hiện tại. Lưu lượng đỉnh lũ tại trạm Thành Mỹ và Nông Sơn cũng tăng tương ứng, với mức tăng khoảng 12-18%.

4. Diện tích ngập lụt dự báo tăng: Diện tích ngập lụt toàn lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn dự báo tăng khoảng 20-30% vào năm 2050 và 35-45% vào năm 2080 so với hiện trạng năm 2009, đặc biệt tại các vùng đồng bằng ven biển như Đại Lộc, Duy Xuyên và Điện Bàn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng diện tích ngập lụt là do lượng mưa tăng và lưu lượng đỉnh lũ cao hơn trong mùa mưa, kết hợp với địa hình dốc và hệ thống sông ngòi ngắn, khiến nước lũ về nhanh và dâng cao. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng gia tăng tần suất và cường độ lũ do biến đổi khí hậu được ghi nhận tại các lưu vực sông khác như sông Hutt (New Zealand) và sông Linbian (Đài Loan).

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lưu lượng đỉnh lũ các năm 2009, 2050 và 2080, cũng như bản đồ ngập lụt minh họa sự mở rộng vùng ngập theo thời gian. Bảng thống kê diện tích ngập lụt theo từng kịch bản cũng giúp minh họa rõ ràng tác động của biến đổi khí hậu.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cảnh báo và hỗ trợ hoạch định chính sách quản lý rủi ro thiên tai, quy hoạch đô thị và phát triển bền vững tại lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt: Xây dựng và vận hành hệ thống cảnh báo dựa trên mô hình thủy văn và thủy lực đã hiệu chỉnh, nhằm nâng cao khả năng dự báo chính xác và kịp thời, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Chủ thể thực hiện: Ban chỉ huy phòng chống thiên tai các tỉnh Quảng Nam, Đà Nẵng. Thời gian: trong vòng 2 năm tới.

2. Quản lý và điều tiết các công trình thủy điện hợp lý: Điều chỉnh vận hành các đập thủy điện thượng nguồn để giảm thiểu hiện tượng lũ chồng lũ, phối hợp với dự báo mưa lũ để điều tiết nước hiệu quả. Chủ thể: Ban quản lý các thủy điện trên lưu vực. Thời gian: liên tục và cập nhật theo mùa mưa.

3. Xây dựng và cập nhật bản đồ ngập lụt chi tiết: Sử dụng kết quả mô hình để xây dựng bản đồ ngập lụt chi tiết phục vụ quy hoạch phát triển đô thị, nông nghiệp và hạ tầng giao thông, đặc biệt tại các vùng đồng bằng ven biển. Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Xây dựng. Thời gian: cập nhật định kỳ 5 năm/lần.

4. Phát triển các giải pháp thích ứng biến đổi khí hậu: Triển khai các biện pháp như trồng rừng đầu nguồn, cải tạo hệ thống thoát nước, nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống lũ lụt. Chủ thể: chính quyền địa phương, các tổ chức phi chính phủ. Thời gian: dài hạn, từ 5 đến 10 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Luận văn cung cấp dữ liệu và bản đồ ngập lụt chi tiết giúp xây dựng chiến lược ứng phó biến đổi khí hậu và quản lý rủi ro thiên tai hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường: Tài liệu tham khảo về phương pháp mô hình thủy văn, thủy lực kết hợp với kỹ thuật chi tiết hóa thống kê trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

3. Các cơ quan phòng chống thiên tai và cứu hộ: Hỗ trợ trong việc dự báo lũ lụt, xây dựng kế hoạch sơ tán và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.

4. Các nhà quy hoạch đô thị và phát triển hạ tầng: Cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế các công trình chống ngập, quy hoạch vùng ngập lụt và phát triển bền vững tại lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình HEC-HMS có thể áp dụng cho những lưu vực nào?
   HEC-HMS phù hợp với các lưu vực sông có dữ liệu khí tượng thủy văn đầy đủ, đặc biệt là lưu vực có địa hình phức tạp như Vu Gia – Thu Bồn. Ví dụ, mô hình đã được hiệu chỉnh thành công với dữ liệu lưu lượng lũ 4 năm liên tiếp.

2. Phương pháp SDSM giúp gì trong nghiên cứu biến đổi khí hậu?
   SDSM chuyển đổi dữ liệu khí hậu toàn cầu thành dữ liệu địa phương, giúp dự báo lượng mưa tương lai theo các kịch bản phát thải khí nhà kính, từ đó mô phỏng tác động đến ngập lụt.

3. Tại sao cần kết hợp mô hình thủy văn và thủy lực?
   Mô hình thủy văn tính toán lượng nước chảy ra từ lưu vực, trong khi mô hình thủy lực mô phỏng phân bố mực nước và ngập lụt chi tiết trên mặt đất, giúp xây dựng bản đồ ngập lụt chính xác.

4. Diện tích ngập lụt dự báo tăng bao nhiêu vào năm 2080?
   Theo kết quả mô hình, diện tích ngập lụt có thể tăng từ 35% đến 45% so với hiện trạng năm 2009, đặc biệt tại các vùng đồng bằng ven biển.

5. Làm thế nào để giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt trong bối cảnh biến đổi khí hậu?
   Cần kết hợp các giải pháp cảnh báo sớm, quản lý thủy điện, quy hoạch đô thị hợp lý và nâng cao nhận thức cộng đồng để ứng phó hiệu quả với ngập lụt.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình thủy văn HEC-HMS và thủy lực HEC-RAS 2D hiệu chỉnh với dữ liệu thực đo 4 năm, đạt hệ số NASH và RMSE gần 0.
• Phương pháp chi tiết hóa thống kê SDSM được áp dụng hiệu quả để tạo dữ liệu mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu RCP2.5 đến năm 2050 và 2080.
• Kết quả mô hình cho thấy lượng mưa và lưu lượng đỉnh lũ tăng, dẫn đến diện tích ngập lụt mở rộng đáng kể trong tương lai.
• Bản đồ ngập lụt chi tiết được xây dựng cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý rủi ro thiên tai và quy hoạch phát triển bền vững.
• Đề xuất các giải pháp cảnh báo sớm, quản lý thủy điện, quy hoạch và thích ứng biến đổi khí hậu nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt.

Next steps: Cập nhật dữ liệu quan trắc mới, mở rộng mô hình cho các kịch bản phát thải khác, và triển khai ứng dụng mô hình trong công tác quản lý tại địa phương.

Call-to-action: Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để ứng dụng kết quả nghiên cứu, nâng cao năng lực phòng chống thiên tai trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.