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. Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng do biến đổi khí hậu. Đặc biệt là các tỉnh miền trung với diễn biến bão lũ ngày càng phức tạp và gia tăng. Trong năm 1999 chỉ trong vòng gần 1 tháng ( từ 1/11 đến 6/12), ở hầu hết các tỉnh Trung Bộ và Tây Nguyên đã có 2 đợt mưa rất to gây ra hai đợt lũ diện rộng hiếm thấy trong lịch sử, làm ngập lụt nghiêm trọng dài ngày, thiệt hại lớn về kinh tế và dân sinh với hơn 595 người chết, gần 275 người bị thương, 41.846 hộ gia đình bị mất nhà Cửa, tài sản thiệt hại ước tính lên đến 4000 tỷ đồng.
Trận lũ năm 1999 ở miền trung được xem là hiếm thấy trong 100 năm qua. Tháng 11/2003 xảy ra lũ lớn cục bộ, gây ngập lụt lớn đối với các tỉnh ven biển từ Quảng Nam đến Ninh Thuận. Đỉnh lũ trên các sông điều vượt mức báo động III, làm chết 65 người 33 người bị thương, thiệt hại 432 tỷ đồng. Tháng 10 năm 2006, Bão số 6 đã đổ bộ vào tỉnh Quảng Nam với sức gió gần tâm bão giật cấp 13, cấp 14 làm 72 người chết và 532 mất người bị thương, gần 350.000 căn nhà bị đổ và hư hại, thiệt hại lớn về kinh tế gần 10.
Năm 2013 được đánh giá là một năm nước ta bị thiệt hại nặng nề do thiên tai. Theo thống kê của Ban chỉ đạo Phòng chống lụt bão Trung ương. Trong năm 2013, bão lũ đã làm 264 người chết và mất tích, hơn 800 người bị thương, gần 12.000 ngôi nhà bị sập đổ, cuốn trôi, hơn 300.000 ha lúa bị hư hỏng…Ước tính tổng thiệt hại về vật chất lên tới khoảng 25. Chính vì vậy, việc nghiên cứu dự báo khả năng gập lụt trong tương lai do mưa bão gây ra và trước tình hình biến đổi khí hậu phức tạp như hiện nay đang là vấn đề Trang - 1 cấp thiết cần được nghiên cứu nhầm đưa ra những kết quả thật cụ thể và cần thiết.
Từ đó, nó giúp các nhà quản lý vạch định chiến lượt phát triển xã hội cũng như đưa ra các biện pháp ứng phó thích hợp, giúp giảm thiểu thiệt hại về con người và kinh tế. Lũ lụt ở Quảng Nam sau trận bão Ketsana năm 2009 1.2 Các nghiên cứu trong nước [1] Nguyễn Thị Hồng, Nguyễn Ngọc Minh, Lê Song Giang, Huỳnh Công Hoài, Nguyễn Quang Trưởng (Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh). “Nghiên cứu bằng mô hình toán số dòng chảy lũ ở Hòa Châu ( Hòa Vang, Đà Nẵng)” Tuyển tập Công Trình Hội nghị khoa học- Cơ học Thủy khí toàn quốc, năm 2014. Bài báo này thực hiện dựa trên phần mềm F28 với mô hình tích hợp 1D2D cho tính toán dòng chảy lũ khu vực xã Hoà Châu nằm trên sông Vu Gia - Thu Bồn.
Trong đó, mô hình hóa dòng chảy trong sông xem là dòng chảy một chiều được giải bằng phương trình Saint-Venant 1D và dòng chảy tràn trên vùng ngập lụt cũng như vùng nước biển từ Cửa sông tràn vào được xem là dòng chảy hai chiều và được giải bằng Trang - 2 phương trình nước nông 2D. Đường giao thông, đường sắt được đưa vào mô hình và xem như đập tràn đỉnh rộng. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định theo số liệu lũ các năm 1999, 2007, 2009, 2010 và 2013. Trong mô hình tính có đưa yếu tố công trình ( Đường sắt, san lấp khu đô thị phía đông QL1 và đường vành đai phía Nam) đã cho thấy được kết quả ảnh hưởng của những công trình này đến phân lũ trong lưu vực nghiên cứu.
Trong đề tài chưa trình bày kết quả các thông số mô hình ứng dụng và các chỉ tiêu đánh giá giữ kết quả tính toán với thực đo. “Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn,” Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 12. Bài báo đã nghiên cứu xây dựng bộ mô hình tính toán bao gồm các mô hình thuỷ văn và thuỷ lực như MIKE NAM, MIKE 11 và HEC-RESSIM kết hợp với mô hình khí tượng dự báo mưa, để phục vụ công tác dự báo lũ trên lưu vực. Bên cạnh đó, bài báo còn tập trung nghiên cứu xây dựng thành công 2 phương án dự báo với thời gian dự kiến lần lượt là 18h và 24h nhằm dự báo dòng chảy tại các trạm phía hạ lưu như Ái Nghĩa, Giao Thuỷ.
Kết quả dự báo thử nghiệm cho trận lũ năm 2010 đã cho kết quả tốt, cùng với đó là mức đảm bảo số NASH đạt từ 0. “Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn,” Luận văn Thạc sỹ, Đại học Quốc gia Hà Nội- Đại Học Khoa học Tự Nhiên, Hà Nội, 2013. Đề tài xây dựng được bản đồ ngập lụt với việc kết hợp phần mềm GIS và kết quả mô phỏng thủy văn, thủy lực bằng bộ mô hình HEC. Đồng thời sử dụng thành công mô hình HEC-GeoRAS để mô phỏng diện ngập, độ sâu ngập tại lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ứng với trận lũ lịch sử năm 2009 ứng với tần suất thiết kế 1%, 5% và 10%.3 Các nghiên cứu ngoài nước Một số nghiên cứu nước ngoài về vấn đề ngập lụt do biến đổi khí hậu gây ra như: [4] Doan Thanh Tan, “Application of HEC-HMS, HEC-RAS and ArcGIS to simulate flow discharge in the Linbian River during Typoon Morakot,”.
Master’s Thesis, National Cheng Kung University, Taiwan, Jnue 6. Đề tài này nghiên cứu tính toán thủy văn và thủy lực bằng sử dụng các mô hình HEC-HMS, HEC-RAS, mô hình hóa dòng chảy trên sông Linbian ứng với cơn bão Morakot. Cơn bão này xảy ra trong ba ngày 7, 8, 9 của tháng 8 năm 2009 với tổng lượng mưa lên đến 2500mm. Nó tương đương với tổng lượng trung bình năm và cùng thời điểm đó mực nước triều lên cao đã làm giảm khả năng thoát nước gây ngập lụt và làm phá hỏng một số đoạn bờ bao dọc sông Linbian.
Đề tài tính toán thủy văn dùng mô hình HEC-HMS và mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên kết quả quan trắc của cơn bão Herb ( 6/2006). Kết quả đạt được với sai số đỉnh lũ giữa mô hình và số liệu quan trắc (Typhoon Herb 6/2006) là 2. Tác giả tính toán tiếp bài toán thủy lực cho hai cơn bão Morakot và Herb dựa trên mô hình HEC-RAS, để đưa ra kết luận so sánh tác động của hai cơn bão đến bờ bao dọc sông Linbian. [5] John Ballinger, Bethanna Jackson, Andy Reisinger và Kristin Stokes.
“The potential effects of climate change on flood frequency in the Hutt River,” New Zealand Climate Change Research Institute, 2011. Lưu vực nghiên cứu là khu dân cư thuộc thung lũng Hutt ở New Zealand. Trận lũ trong năm 2000, đã gây ngập lụt khoảng 75.000 ngôi nhà, thiệt hại lên đến 6 tỉ đôUZD. Trong nghiên cứu này số liệu dự báo thủy văn khi xét đến biến đổi khí hậu được tính toán dựa vào báo cáo nhiệt độ toàn cầu tăng lên trong năm 2040 và 2090 trong báo cáo của tổ chức IPCC (the International Panel on Climate Change).
Từ đó thiết lập 3 kịch bản ( B1, A1B, A2), dựa trên các mô hình biến đổi khí hậu. Đường cơ sở của Trang - 4 nghiên cứu này được xây dựng dựa trên số liệu báo cáo của sông Hutt trong vòng 40 năm ( 1/1/1970 đến 1/1/2010). Kết quả nghiên cứu cho thấy việc gia tăng nhiệt độ trong không khí đã làm tăng lượng mưa đáng kể trên diện rộng và cho thấy khả năng gia tăng đáng kể về tần suất lũ lụt trong thế kỷ 21 tại thung lũng Hutt ở New Zealand.4 Mục đích nghiên cứu Đề tài “ Nghiên cứu tính toán ngập lụt hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu” được thực hiện với việc sử dụng những phần mềm thích hợp ( ArcGIS, HEC-HMS 4.2) để đưa ra bản đồ ngập tại lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn dưới tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai theo các kịch bản biến đổi khí hậu RCP2. Từ đó đưa ra cái nhìn tổng quan về tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp thống kê Nhằm thu thập và xử lý số liệu khí tượng thủy văn, số liệu ghi nhận giá trị ngập lụt đã xảy ra, số liệu địa hình, mặt cắt mạng lưới sông, các số liệu về triều.2 Phương pháp kế thừa Trong khi thực hiện đề tài này, có sự thừa kế số liệu từ nhiều nguồn và các kết quả đạt được của từ nghiên cứu trước đây của các tác giả, các cơ quan và các tổ chức khác.3 Phương pháp chi tiết hóa thống kê Sử dụng công cụ Statistical DownScaling Model (SDSM), là một công cụ hỗ trợ, đánh giá sự thay đổi khí hậu ở quy mô địa phương bằng cách sử dụng kỹ thuật downscaling thống kê, được phát triển bởi Wilby, Dowson và Barrow năm 2001.
Những cấu trúc hoạt động của SDSM gồm (1) Kiểm soát chất lượng và chuyển đổi dữ liệu thống kê; (2) Kiểm tra các nhân tố dự báo; (3) Hiệu chỉnh mô hình; (4) Tổ hợp các Trang - 5 dữ liệu hiện tại bằng các nhân tố trong quan trắc; (5) Đầu ra của mô hình là số liệu của các yếu tố quan trắc trong tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu.4 Phương pháp ứng dụng mô hình toán Dùng các mô hình thủy văn, thủy lực để đánh giá mực ngập lụt và thời gian ngập trên hệ thống hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn. Trong luận văn này sẽ ứng dụng các phần mềm: Bộ mô hình HEC Công Dụng Mô Hình HEC- HMS 4.0 Tính thủy văn HEC-RAS 5.1 Tính thủy lực ArcGIS 10.2 Xây dựng mô hình SDSM 4.2 Tạo chuỗi số liệu biến đổi khí hậu Trang - 6 Xây dựng mạng lưới sông và phân chia lưu vực bộ phận - ArcGIS Số liêu mưa tại các Mô hình tính toán thủy văn Số liệu lưu lượng lũ trạm đo HEC - HMS quan trắc tại Thành Mỹ và Nông Sơn KHÔNG XÉT CÓ XÉT Biên lưu lượng BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU (Q~t) Điều kiện biên dưới Mô hình tính toán thủy văn Mực nước triều HEC – RAS _2D (H~t) Xây dựng bản đồ ngập lụt Xây dựng bản đồ ngập lụt Năm 2009 Với kịch bản RCP4.5 – 2050 Với kịch bản RCP4.5 – 2080 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 1.