Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và sự gia tăng tần suất, cường độ các hiện tượng thiên tai, lũ lụt đã trở thành một trong những thách thức nghiêm trọng đối với nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Theo thống kê của Liên Hiệp Quốc, khoảng 90% thiên tai liên quan đến thời tiết, khí hậu và nước, với thiệt hại kinh tế ước tính lên đến hàng tỷ đô la Mỹ mỗi năm. Tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền Trung, lũ lụt diễn ra ngày càng phức tạp, gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản. Tỉnh Quảng Nam, với diện tích khoảng 10.406 km², là một trong những địa phương chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do đặc điểm địa hình dốc, lòng sông ngắn và đốc, cùng với sự tác động của các cơn bão và áp thấp nhiệt đới. Trong giai đoạn 2003-2008, thiệt hại do thiên tai tại Quảng Nam chiếm trung bình 6,26% tổng GDP, có những năm lên đến 18-20% GDP, với hàng trăm người chết và bị thương.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích đặc điểm địa lý tự nhiên, điều kiện khí hậu và thủy văn ảnh hưởng đến dòng chảy trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn; ứng dụng mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy lũ; xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại do lũ gây ra trên lưu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, bao gồm các tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng, với dữ liệu thu thập từ năm 1976 đến 2014. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác phòng chống, giảm nhẹ thiệt hại do lũ lụt, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại 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 nghiên cứu về thủy văn, thủy lực và đánh giá thiệt hại do thiên tai. Hai mô hình chính được áp dụng là:

  • Mô hình thủy văn NAM (Nedbor-Afstromnings-Model): Đây là mô hình khái niệm mô phỏng quá trình lượng mưa - dòng chảy mặt liên tục, được phát triển tại Đan Mạch. Mô hình xử lý các thành phần nước trong chu kỳ thủy văn như lưu trữ trên mặt đất, lưu trữ tầng ngầm, bốc hơi và dòng chảy bề mặt. NAM được sử dụng để tính toán lưu lượng dòng chảy đầu vào cho mô hình thủy lực.

  • Mô hình thủy lực MIKE 11: Là mô hình thủy động lực học một chiều, giải các phương trình Saint-Venant để mô phỏng dòng chảy trên hệ thống sông và kênh dẫn. MIKE 11 có khả năng mô phỏng chi tiết các công trình thủy lợi, đập, cống và vận hành hệ thống thoát lũ. Mô hình này được tích hợp với công nghệ GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt chính xác về mặt không gian.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: dòng chảy lũ, tần suất lũ, bản đồ ngập lụt, thiệt hại kinh tế do thiên tai, và công nghệ GIS trong quản lý rủi ro thiên tai.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng, thủy văn từ 24 trạm quan trắc trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, trong đó có 2 trạm thủy văn đo lưu lượng (Nông Sơn và Thành Mỹ) với chuỗi số liệu từ năm 1976 đến 2014. Dữ liệu dân số, kinh tế, xã hội được thu thập từ các báo cáo thống kê địa phương.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Phân tích thống kê và xử lý số liệu: Xử lý dữ liệu địa hình, khí tượng, thủy văn để xác định đặc điểm dòng chảy, tần suất lũ và các tham số thủy văn.

  • Mô hình toán: Ứng dụng mô hình NAM để tính toán lưu lượng dòng chảy mặt, làm đầu vào cho mô hình thủy lực MIKE 11.

  • Mô hình thủy lực MIKE 11 kết hợp GIS: Mô phỏng dòng chảy lũ, xây dựng bản đồ ngập lụt với các kịch bản tần suất thiết kế 1%, 2%, 5%, 10%. Phân tích thiệt hại kinh tế dựa trên diện tích ngập, số nhà bị ảnh hưởng, thiệt hại về nông nghiệp và hạ tầng.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu (6 tháng), hiệu chỉnh và kiểm định mô hình (4 tháng), mô phỏng và xây dựng bản đồ ngập lụt (3 tháng), đánh giá thiệt hại và đề xuất giải pháp (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm dòng chảy và lũ trên lưu vực: Lũ trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn có tính chất lũ nổi với cường suất lớn, thời gian lũ ngắn, biên độ lũ dao động từ 5-14 m, vận tốc dòng chảy trung bình khoảng 30-50 cm/s, có thể lên đến 100-140 cm/s tại thượng lưu. Thời gian truyền lũ từ Thành Mỹ đến Ái Nghĩa trung bình 11 giờ, từ Nông Sơn đến Giao Thủy khoảng 7 giờ. Lũ lên nhanh, xuống nhanh, gây ngập lụt diện rộng tại hạ lưu.

  2. Bản đồ ngập lụt theo tần suất thiết kế: Diện tích ngập lụt tại lưu vực tăng theo tần suất lũ thiết kế. Với tần suất 1%, diện tích ngập lớn nhất đạt khoảng 59% diện tích lưu vực, trong đó huyện Điện Bàn bị ngập khoảng 25%. Tần suất 10% tương ứng với diện tích ngập giảm đáng kể, nhưng vẫn ảnh hưởng lớn đến các khu dân cư và vùng sản xuất nông nghiệp.

  3. Thiệt hại kinh tế do lũ: Tổng thiệt hại quy đổi về năm 2014 ước tính khoảng 3.500 tỷ đồng trong trận lũ năm 2009, tương đương khoảng 18-20% GDP tỉnh Quảng Nam năm đó. Thiệt hại về người gồm 52 người chết, 220 người bị thương. Thiệt hại về nhà cửa, đường giao thông, đất nông nghiệp và thủy sản rất lớn, với hàng nghìn ngôi nhà bị ngập hoặc hư hỏng, hàng trăm km đường giao thông bị ngập và hư hại.

  4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Mô hình MIKE 11 được hiệu chỉnh với dữ liệu thực đo tại các trạm thủy văn, cho kết quả mô phỏng mực nước và lưu lượng dòng chảy phù hợp với số liệu quan trắc, sai số trung bình dưới 10%. Điều này đảm bảo độ tin cậy của bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của lũ lớn và ngập lụt diện rộng là do đặc điểm địa hình dốc, lòng sông hẹp, hệ thống thoát lũ kém và tác động của các cơn bão, áp thấp nhiệt đới gây mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng và đánh giá thiệt hại phù hợp với các báo cáo của Ban Chỉ huy phòng chống lụt bão tỉnh Quảng Nam và các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực tại Việt Nam.

Việc sử dụng mô hình MIKE 11 kết hợp GIS cho phép mô phỏng chi tiết không gian và thời gian của ngập lụt, giúp xác định các vùng nguy cơ cao và mức độ thiệt hại cụ thể. Dữ liệu được trình bày qua các biểu đồ mực nước, lưu lượng dòng chảy và bản đồ ngập lụt theo các kịch bản tần suất thiết kế, hỗ trợ công tác quản lý rủi ro thiên tai hiệu quả hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và nâng cấp hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt: Triển khai hệ thống cảnh báo dựa trên mô hình thủy lực MIKE 11 kết hợp dữ liệu quan trắc thời gian thực, nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Chỉ huy phòng chống thiên tai tỉnh.

  2. Đầu tư cải tạo hệ thống thoát lũ và đê điều: Nâng cấp các công trình thủy lợi, đê bao, cống tiêu thoát nhằm tăng khả năng chống ngập cho vùng hạ lưu, đặc biệt tại các huyện như Điện Bàn. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể: UBND tỉnh, các đơn vị quản lý công trình thủy lợi.

  3. Quy hoạch và di dời dân cư khỏi vùng nguy cơ cao: Xác định các khu vực thường xuyên bị ngập lụt nghiêm trọng để tổ chức di dời hoặc tái định cư, giảm thiểu rủi ro cho người dân. Thời gian thực hiện: 2-4 năm. Chủ thể: Sở Xây dựng, UBND các huyện.

  4. Tăng cường công tác tuyên truyền và đào tạo cộng đồng: Nâng cao nhận thức về phòng chống thiên tai, kỹ năng ứng phó khi xảy ra lũ lụt cho người dân và cán bộ địa phương. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể: Ban Chỉ huy phòng chống thiên tai, các tổ chức xã hội.

  5. Phát triển nghiên cứu và ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý thiên tai: Mở rộng ứng dụng GIS để cập nhật, phân tích dữ liệu ngập lụt, hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng và chính xác. Thời gian thực hiện: 1-3 năm. Chủ thể: Viện nghiên cứu, các trường đại học, cơ quan quản lý nhà nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Chỉ huy phòng chống thiên tai các tỉnh miền Trung có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch ứng phó, cảnh báo sớm và quy hoạch vùng nguy cơ.

  2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực thủy văn, thủy lực: Luận văn cung cấp mô hình và phương pháp phân tích chi tiết, có thể làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về mô phỏng dòng chảy và đánh giá thiệt hại do thiên tai.

  3. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư: Thông tin về bản đồ ngập lụt và thiệt hại giúp các tổ chức hỗ trợ cộng đồng xây dựng các chương trình giảm nhẹ rủi ro và nâng cao nhận thức phòng chống thiên tai.

  4. Các nhà hoạch định chính sách và quy hoạch đô thị: Dữ liệu và bản đồ ngập lụt hỗ trợ trong việc quy hoạch phát triển bền vững, tránh xây dựng tại các vùng có nguy cơ cao, đồng thời đề xuất các giải pháp hạ tầng phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì so với các mô hình thủy lực khác?
    MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều có khả năng mô phỏng chi tiết dòng chảy trên hệ thống sông phức tạp, tích hợp tốt với GIS, hỗ trợ mô phỏng các công trình thủy lợi và vận hành hệ thống thoát lũ. Điều này giúp mô hình có độ chính xác cao và ứng dụng rộng rãi trong quản lý lũ lụt.

  2. Tại sao cần kết hợp mô hình thủy văn NAM với mô hình thủy lực MIKE 11?
    Mô hình NAM tính toán lưu lượng dòng chảy mặt dựa trên dữ liệu mưa, cung cấp đầu vào chính xác cho mô hình thủy lực MIKE 11. Sự kết hợp này giúp mô phỏng toàn diện quá trình dòng chảy từ lượng mưa đến ngập lụt, nâng cao độ tin cậy của kết quả.

  3. Bản đồ ngập lụt được xây dựng dựa trên dữ liệu nào?
    Bản đồ ngập lụt sử dụng dữ liệu địa hình số (DEM), số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc, kết quả mô phỏng dòng chảy lũ của mô hình MIKE 11 và công nghệ GIS để thể hiện không gian và mức độ ngập lụt theo các kịch bản tần suất thiết kế.

  4. Thiệt hại do lũ được đánh giá như thế nào?
    Thiệt hại được đánh giá dựa trên diện tích ngập, số lượng nhà cửa, diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng, thiệt hại về hạ tầng giao thông và các yếu tố kinh tế xã hội khác. Các số liệu này được quy đổi thành giá trị kinh tế để phục vụ công tác quản lý và hoạch định chính sách.

  5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiểu thiệt hại do lũ tại lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn?
    Giải pháp hiệu quả là kết hợp đồng bộ giữa nâng cấp hệ thống cảnh báo sớm, cải tạo công trình thủy lợi, quy hoạch dân cư hợp lý và nâng cao nhận thức cộng đồng. Việc ứng dụng công nghệ mô hình thủy lực và GIS cũng giúp dự báo chính xác và quản lý rủi ro hiệu quả hơn.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích chi tiết đặc điểm địa lý, khí hậu và thủy văn ảnh hưởng đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, xác định rõ tính chất lũ lên nhanh, xuống nhanh với cường suất lớn.
  • Ứng dụng thành công mô hình thủy lực MIKE 11 kết hợp GIS để mô phỏng dòng chảy và xây dựng bản đồ ngập lụt theo các kịch bản tần suất thiết kế, cung cấp công cụ hỗ trợ quản lý rủi ro thiên tai.
  • Đánh giá thiệt hại kinh tế và xã hội do lũ gây ra tại Quảng Nam cho thấy mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng, đặc biệt trong các năm có lũ lớn như 2009.
  • Đề xuất các giải pháp đồng bộ về cảnh báo sớm, cải tạo hạ tầng, quy hoạch dân cư và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm giảm thiểu thiệt hại trong tương lai.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng công nghệ mô hình thủy lực và GIS trong quản lý thiên tai, góp phần xây dựng chiến lược phát triển bền vững cho khu vực miền Trung Việt Nam.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục cập nhật, hoàn thiện mô hình để nâng cao hiệu quả phòng chống và ứng phó với thiên tai trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.